Процессы трансформации веществ, загрязняющих воздух

Компоненты загрязнения атмосферного воздуха подвергаются за время пребывания в атмосфере изменениям за счет физических и химических процессов. Наиболее изученным является процесс образования в атмосфере городов фотооксидантов, или так называемого фотохимического смога. Данный процесс происходит под воздействием на загрязненный городской воздух ультрафиолетового излучения Солнца, которое служит катализатором цепных химических реакций.

Для образования фотохимического смога необходимо, чтобы под влиянием кванта УФИ (hv) диоксид азота, постоянно присутствующий в воздухе современных городов, превратился в оксид азота и при этом образовался атом кислорода:

NO₂ + hv = NO + O

Атомарный кислород (О), вступая в реакцию с молекулярным кислородом воздуха (О₂), обусловливает образование озона (О₃):

O+ O₂= O₃

Часть образовавшегося озона расходуется на окисление оксида азота:

NO + O₃ = NO₂ + O₂

Регенерированный диоксид азота вновь может разлагаться под влиянием УФИ, продолжая цепь реакций.

Остальной озон и часть атомарного кислорода взаимодействуют с углеводородами и другими органическими соединениями:

RH + О = R + ОН

Часть образовавшихся при этом свободных радикалов (R) реагирует последовательно с молекулярным О, вновь регенерируя озон:

R + О₂ = RО₂;

RО₂ + О₂ = RО + О₃.

Конечными продуктами этих реакций являются свободные радикалы (R) и другие органические соединения, обладающие высокой реакционной способностью и по этой причине получившие название фотооксиданты. При взаимодействии этих органических соединений с оксидами азота происходит образование других фотооксидантов – токсичных веществ, обладающих к тому же и раздражающим свойством. В частности, речь идет об образовании таких высокотоксичных перекисных соединений, как пероксиацетилнитрат (ПАН) и пероксибензоилнитрат (ПБН):

RО₂ + NO = ПАН; RО₂ + NO = ПБН.

Для острого воздействия ПАН и ПБН характерно раздражение слизистой оболочки органов зрения и обоняния, верхних дыхательных путей. Они конденсируют атмосферную влагу, в результате чего образуется туман. Пероксиды токсичны и для растений, произрастающих в городе. Условиями, способствующими образованию фотохимического смога при высоком уровне загрязнения атмосферного воздуха органическими соединениями и оксидами азота, являются обилие солнечной радиации, температурные инверсии и малая скорость ветра. Пик концентраций фотооксидантов отмечается в полдень.

Многие химические вещества, поступающие с выбросами в атмосферный воздух, взаимодействуют с каплями туманов, облаков, осадков. К основным загрязнителям атмосферы, которые являются источниками образования кислотных дождей, относятся диоксид серы, оксиды азота и летучие органические соединения (ЛОС). Основными источниками диоксида серы являются теплоэнергетика, цветная и черная металлургия, автотранспорт.

Двуокись серы, поступая в атмосферный воздух, окисляется кислородом воздуха до трехокиси, которая сразу же реагирует с водяными парами, образуя сернистую кислоту, которая, постепенно окисляясь, превращается в серную кислоту.

SO₂ + O₂ = SO₃

SO₃ + H₂O = H₂SO₄ – серная кислота (в виде капелек)

SO₂ + H₂O = H₂SO₃ – сернистая кислота

H₂SO₃ + О₂ = H₂SO₄ – серная кислота (в виде капелек).

Большая часть двуокиси серы превращается в серную кислоту в течение нескольких дней после ее выброса в атмосферу. Кислотные дожди приводят к ряду отрицательных экологических последствий, таких как:

- закислению почв и уменьшению их плодородия;

- закислению пресноводных водоемов и, как следствие, гибели рыбы (сиговых рыб, форели, хариуса, лосося), улиток, моллюсков, ракообразных;

- повреждению и гибели лесов;

- уничтожению и гибели некоторых видов животных;

- наносят вред здоровью людей.

Химическими веществами загрязняют почву горнодобывающая промышленность (хвосты флотации), энергетическая отрасль (негорючая минеральная часть – зола – отводится с помощью системы гидрозолоудаления в золоотвалы).