"Антропогенное загрязнение воздуха сернистым ангидридом"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Научно - исследовательская работа:

"Антропогенное загрязнение воздуха

сернистым ангидридом"

Выполнила: Денеева Фатима,

 ученица 10 класса

ср.шк.№16

     Научный руководитель:  

  Иванова Е.Н., учитель                            

                                                                 химии ср.шк.№16          

п. Приютово

2003 г.

СОДЕРЖАНИЕ:

В в е д е н и е.............................................................................. 3

1.Обзор литературы....................................................................4

  2.Материал и методика исследования....................................... 8

3.Характеристика объекта исследования...................................9

4.Результаты собственных исследований..................................10

З а к л ю ч е н и е...........................................................................11

5.Используемая литература.........................................................12

  6.Приложение…………………………………………….……….16

В В Е Д Е Н И Е.

          В наше время, когда человек ради достижения своей цели не считается с     природой и  её законами, особенно остро встал экологический вопрос. Один из важнейших -  это загрязнение  воздуха   агрессивными   химическими  веществами и аэрозолями,  что   ведет  к серьезным нарушениям в растительных  и  животных    популяциях, наносит непоправимый урон здоровью человечества.

            Одним   из  примеров  антропогенного  загрязнения  воздуха  служит    выделение сернистого ангидрида котельными, которые отапливаются жидким топливом - мазутом.   Поэтому я решила провести   исследование,   и поставила перед собой следующие цели и задачи:

             Цель:    Какой   вред  наносит  окружающей  природе   лишь  одна  котельная  в год.

            Задачи. Описать объект исследования.

                          Сделать химический анализ дымовых  газов,  выбрасываемых котельной, а  именно оксида серы (IV)по месяцам за 2002 год.

                          Сделать   выводы,   выявить  основную причину образования ангидрида, предложить  меры, позволяющие снизить выбросы  диоксида  серы в атмосферу.  

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Химическое загрязнение атмосферы.

       Человек  загрязняет  атмосферу  уже тысячелетиями, однако последствия употребления  огня,  которым  он    пользовался  весь  этот  период,  были незначительны. Приходилось мириться  с тем, что дым мешал дыханию, и что сажа ложилась черным   покровом на потолке и стенах жилища.  Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и не закопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение  воздуха не представляло проблемы, ибо люди  обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную нетронутую природную среду.  И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории,    как это было в классической древности, не сопровождалось еще  серьезными последствиями.

        Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за  последние  сто лет развитие промышленности "одарило " нас  такими  производственными процессами, последствия которых   вначале  человек   не   мог себе представить. Возникли   города - миллионеры,   рост  которых  остановить нельзя.   Все   это результат   великих   изобретений   и   завоеваний человека.

         В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт.  Доля   каждого   из этих  источников   в    общем,  загрязнении   воздуха сильно   различается   в зависимости от места. Сейчас  общепризнанно,  что    наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений:

-      теплоэлектростанции,  которые вместе с дымом выбрасывают в воздух                         сернистый и углекислый газ;

-      металлургические предприятия,  особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в    воздух     оксиды   азота,   сероводород,   хлор,   фтор,   аммиак, соединения фосфора,   частицы соединений ртути и мышьяка;

-       химические и цементные заводы.

          Вредные газы попадают в  воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности,  отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

           Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты.  При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония.

            Подобным образом в результате химических, фотохимических,  физико-химических реакций между загрязняющими веществами  и   компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки.

            Основным источником пирогенного загрязнения на планет   являются тепловые электростанции, металлургические  и  химические   предприятия, котельные установки,            

потребляющие более   70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.       Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

.

а)  Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий..  Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т.  Оксид  углерода   является соединением, активно реагирующим  с  составными частями  атмосферы, и способствует повышению температуры на планете,   и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания    серосодержащего топлива  или  переработки   сернистых руд    (до 170 млн.т. в год).   Часть соединений    серы    выделяется    при    горении      органических     остатков в горнорудных отвалах.    Только  в США  общее   количество   выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида  составило 65% от общемирового выброса.

в) Серный ангидрид.   Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой    воде,   который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека.   Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых  факелов  химических  предприятий   отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха.  Листовые   пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. От таких  предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами,     образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса    являются предприятия    по   изготовлению   искусственного    волокна,   сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.

             В атмосфере  при  взаимодействии  с  другими   загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) Оксиды азота.   Основными   источниками  выброса  являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту   и нитраты,   анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.   Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

е) Соединения фтора.       Источниками   загрязнения являются предприятия по производству   алюминия,   эмалей,   стекла,   керамики, стали, фосфорных удобрений.          Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных         соединений   - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом.

ж) Соединения хлора.    Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту,   хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду.

            В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты.  Токсичность   хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

            В металлургической     промышленности    при выплавке  чугуна и  при переработке его на сталь происходит выброс в   атмосферу   различных тяжелых металлов ядовитых газов. Так, в расчете на 1т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг   сернистого   газа  и    14,5 кг пылевых   частиц, определяющих   количество  соединений мышьяка,   фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы.

             Аэрозоли - это  твердые   или   жидкие   частицы,   находящиеся   во взвешенном состоянии в воздухе.

             Твердые компоненты аэрозолей в ряде  случаев   особенно   опасны   для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания.

              В атмосфере аэрозольные загрязнения   воспринимаются   в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых   и   жидких  частиц между собой   или с   водяным паром.

              В атмосферу    Земли  ежегодно поступает около 1 куб.км.   пылевидных частиц искусственного происхождения.  Большое количество пылевидных частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

              Основными  источниками    искусственных   аэрозольных    загрязнений являются ТЭС,  которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.

               Аэрозольные частицы   от    этих    источников   отличаются   большим разнообразием химического состава.  Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода,  реже -   оксиды   металлов:  железа, магния, марганца, цинка,   меди,   никеля,   свинца,   сурьмы,   висмута,  селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест.

                Еще большее    разнообразие   свойственно    органической пыли.   Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе  пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических  и других подобных  предприятиях.

                 Постоянными источниками аэрозольного загрязнения  являются промышленные отходы - искусственные насыпи из переотложенного материала преимущественно вскрышных пород,  образуемых   при    добыче полезных  ископаемых    или   же  из   отходов    предприятий   перерабатывающей промышленности ТЭС.

                  Источниками пыли ядовитых газов служат  массовые  взрывные работы.

                  Так, в результате среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около  2 тыс. куб.м.   условного  оксида углерода и более 150 т. пыли.

                   Производство цемента и других  строительных  материалов  также являются источником загрязнения атмосферы пылью.

                   При некоторых природных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

                   Обычно это происходит в тех  случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - распределения слоя более холодного воздуха под теплым, что  препятствует воздушным массам    и   задерживает перенос примесей вверх,  в результате  вредные выбросы сосредотачиваются    под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится  одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман (смог).   Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь  газов и  аэрозольных  частиц  первичного  и вторичного происхождения.

                     В состав основных компонентов смога входят озон,  оксиды азота и серы, много  вредных  органических   соединений перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами.

                   Фотохимический туман возникает в  результате  фотохимических реакций         при  определенных условиях:  наличии в  атмосфере  высокой концентрации оксидов азота,      углеводородов и других загрязнителей, интенсивной    солнечной   радиации  и  безветрия или очень    слабого  обмена воздуха в приземном слое при  мощном   и   в   течение   не   менее   повышенной инверсии.

                    Устойчивая   безветренная    погода,  обычно  сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания  высокой   концентрации   реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой.

                   Смоги -   нередкое   явление   над  Лондоном,  Парижем,    Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки.

                   По своему физиологическому воздействию  на  организм  человека они крайне опасны для дыхательной и  кровеносной  системы  и часто бывают причиной  смерти  городских  жителей с ослабленным здоровьем.

Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК).

                    Приоритет  в   области   разработки   предельно  допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК -  такие   концентрации, которые на человека и его потомство прямого или косвенного  воздействия,  не ухудшают их работоспособности, самочувствия,  а  также  санитарно-бытовых условий жизни людей.  Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города,   оцениваются   с  помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА).

                    Для этого нормированная на соответствующее   значения   ПДК  и средние концентрации различных веществ с помощью несложных  расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.

                    Максимальные  размеры   концентрации  основных  загрязняющих веществ были большими в  Норильске (оксиды азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ).    Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости    от промышленного развития города. Наибольшие максимальные     концентрации    характерны для городов с численностью       населения   более    500 тыс.   жителей.     Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида    промышленности,    развитой в городе.

                    Если в крупном городе размещены  предприятия   нескольких отраслей промышленности, то создается очень  высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих    специфических веществ до сих пор остается нерешенной.                    

2.МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

            Работа проводилась на специально  оборудованной   площадке у котельной №12 в течение 2002 года,  Химический анализ сернистого ангидрида делала в КООС НГДУ "Аксаковнефть".

            Для работы вначале изучила технику  безопасности при работе с оксидом  серы (IV).  SO2   -  токсичный  газ,  относящийся  к сильнодействующим   веществам,    вызывает    насморк,   чихание, першение, царапанье  в горле,  кашель,  жжение  в    глазах  и слезоточивость.

             При измерении  концентрации  SO2     в  дымовых  газах выполнялись следующие операции:

 - Отбор пробы газа на анализ поглотителем Рыхтора;

 - Вымывание пробы из сорбционной трубки  дисцилированной водой и помещение раствора в кюветы;

 - Вычисление   концентрации   сернистого ангидрида  при помощи фотометра в г/с (грамм на одну секунду).

4.РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ТАБЛИЦА. Выделение сернистого ангидрида

M (SO2); т

График. Выброс диоксида серы по месяцам за 2002г.

  месяцы

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

             Котельная  №12    расположена   на    территории    р. п.  Приютово, Белебеевского района.  Котельная   №12    изначально    предназначена    для снабжения    теплом  (с   октября   по  апрель)   Приютовской    туберкулезной больницы. Параметры источника  загрязнения атмосферы  -  высота трубы 45 м;

диаметр трубы 1.5 м.   Параметры газо-воздушной смеси на выходе в атмосферу - скорость 2 м/с;   объем - 3,55 куб.м./с;   температура - 400 C.     Количество загрязняющих веществ,   выбросы в атмосферу в год - угарный газ - 20,102 т/год;

оксид азота (IV) - 8.89 т/год; бензопирен -  0,000018 т/год,  сернистый  ангидрид - 31,046 т/год.   Для котельной  №12  определена  санитарно  защитная зона,   она составляет 50 м.

.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е.

1. Котельная №12 выбрасывает в атмосферу 31,046 т/год сернистого ангидрида.

2. Больше сернистого ангидрида выделяется в холодные месяца, так как сжигается больше мазута.

3. Концентрация сернистого ангидрида от котельной постепенно уменьшается. В санитарно защитной зоне она составляет 0,03 мг/куб.м. За СЗЗ имеет значение 0,01 мг/куб.м. Эти значения не превышают суточную П.Д.К. (0,5 мг/куб.м).

4. Теоретически из 31,046 т сернистого ангидрида можно получить 47,54 т серной кислоты.

5. Причина образования сернистого ангидрида.

          Мазут в своем составе имеет примесь серы – сероводород, который при сжигании в кислороде воздуха образует сернистый ангидрид.

6. Меры, позволяющие снизить выделение SO2:

• использовать экологически чистое топливо – природный газ;
• ежеквартально, а не один раз в год, проводить мониторинг  атмосферного воздуха на котельных, расположенных на жилой территории п. Приютово.

5.ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. Азевич З.Ф. Руководство к практическим занятиям по методам санитарно -

    гигиенических исследований. М.: "Медицина", 1990 ,с.304.

2. Делятицкий С. Экологический словарь. Конкорд ЛТД, экопром, 1993, с.202

3. Кулев А.В. Как писать и оформлять реферативную работу./ Биология в школе,  

                     №2, 1995, с.33-35.

4. Луценко Н. Г. Об организации научных исследований в школе./ Химия в          

    школе,  №5, 1997, с.82-83.

5. Лидин Р. А., Молочко В. А. Химия для абитуриентов. М.: "Химия", 1994.

6. Миркин Б. М., Наумова Л. Г. Экология Башкортостана, Уфа: "Китап", 1995.

7. Миркин Б. М., Наумова Л. Г. Экология России. Москва А.О. МДС, 1996.

8. Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: "Мир", 1993, том 1, с. 351-400.

9. Путин В. В. Федеральный закон об охране окружающей среды. Москва,    

    Кремль, 10 января 2002 года, №7 - Ф.З.

10. Рахимов М. Г. Закон об охране атмосферного воздуха Республики

      Башкортостан. Уфа, Дом Республики, 3 февраля 1998года, №137 - З.

11. Реймерс Н. Ф. Популярный биологический словарь. М.: "Наука", 1991.

12. Харитонов Н.П. Правила выполнения школьниками исследовательских работ      

      //Биология, №126, 200, с. 14-15.