Кислотні дощі
Забруднення атмосфери сполуками сірчаної та азотної кислот з наступним випаданням опадів називається кислотними дощами.
Приблизно дві третини кислотних дощів викликають діоксид сірки. Третина, що залишилася, обумовлена в основному оксидами азоту, які також служать однією з причин парникового ефекту і входять до складу міського смогу.
Промисловість різних країн щорічно викидає в атмосферу понад 120 млн. т діоксиду сірки, який, реагуючи з атмосферною вологою, перетворюється на сірчану кислоту. Потрапляючи в атмосферу, ці забруднювачі можуть розноситися вітром на тисячі кілометрів від джерела та повертатися на землю з дощем, снігом чи туманом. Вони перетворюють озера, річки та ставки на «мертві» водоймища, знищуючи в них практично все живе – від риб до мікроорганізмів та рослинності, гублять ліси, руйнують споруди та пам'ятки архітектури. Багато тварин і рослин не можуть вижити в умовах підвищеної кислотності. Кислотні дощі не тільки викликають підкислення поверхневих вод та верхніх горизонтів ґрунтів, але й поширюються з низхідними потоками води на весь ґрунтовий профіль та викликають значне підкислення ґрунтових вод.
Сірка міститься у таких корисних копалин, як вугілля, нафта, мідні та залізні руди, при цьому одні з них використовуються як паливо, а інші переробляються у хімічній та металургійній промисловості. При переробці сірка перетворюється на різні хімічні сполуки, серед яких переважають діоксид сірки та сульфати. З'єднання, що утворилися, частково вловлюються очисними пристроями, що залишилася їх частина викидається в атмосферу.
Сульфати утворюються при спалюванні рідких палив і під час таких промислових процесів, як нафтопереробка, виробництво цементу та гіпсу, а також сірчаної кислоти. Приспалювання рідких палив утворюється близько 16% загальної кількості сульфатів.
Хоча кислотні дощі не створюють таких проблем світового масштабу, як глобальне потепління клімату та виснаження озонового шару, їх вплив впливає далеко за межі країни, що створює це забруднення.
Кислотні дощі та водоймища. Як правило, рН більшої частини річок і озер становить 6. 8, але при високому вмісті в їх водах мінеральних і органічних кислот рН значно нижче. Процес попадання кислотних дощів у водоймища (річки, ставки, озера та водосховища) включає багато етапів, на кожному з яких їх рН може і зменшуватися та зростати. Наприклад, зміна рН опадів можлива при їх русі лісовою підстилкою; взаємодії із мінералами, продуктами діяльності мікроорганізмів.
Все живе чутливе до зміни рН, тому підвищення кислотності водойм завдає непоправної шкоди рибним запасам. У Канаді, наприклад, через часті кислотні дощі понад 4 тис. озер оголошено мертвими, ще 12 тис. - на межі загибелі. Порушено біологічну рівновагу 18 тис. озер у Швеції. У половині озер південній частині Норвегії зникла риба.
Через загибель фітопланктону сонячне світло проникає на більшу глибину, ніж зазвичай. Тому всі померлі від кислотних дощів озера напрочуд прозорі та надзвичайно блакитні.
Кислотні дощі та ліси. Величезну шкоду кислотні дощі завдають лісам, садам, паркам. Опадає листя, молоді пагони робляться крихкими, як скло, і гинуть. Дерева стають більш схильними до впливу хвороб і шкідників, відмирає до 50% їх кореневої системи, головним чином дрібне коріння, що живить дерево. У Німеччині кислотними дощами вже занапащено майже третину всіх ялин. У таких лісистих районах, як Баварія та Баден, постраждали до половинилісових угідь. Кислотні дощі завдають шкоди не тільки лісам, розташованим на рівнинах, ряд пошкоджень зареєстрований у високогірних лісах Швейцарії, Австрії, Італії.
Кислотні дощі та врожайність сільськогосподарських культур Встановлено, що наслідки впливу на сільськогосподарські культури кислотних дощів визначаються не тільки їх кислотністю та катіонним складом, а й тривалістю, а також температурою повітря. У випадку встановлено, що залежність зростання і дозрівання сільськогосподарських культур від кислотності опадів свідчить про взаємозв'язку фізіології рослин, розвитку мікроорганізмів та інших факторів. Звідси очевидно, що необхідний кількісний облік всіх компонентів кислотних дощів, що впливають на врожайність та якість продукції, а також складні процеси функціонування ґрунтової біоти для кожного конкретного регіону.
Кислотні дощі та матеріали. Вплив кислотних дощів на широку гаму конструкційних матеріалів стає з року в рік все очевиднішим. Так, прискорена корозія металів під впливом кислотних опадів, як зазначає американський друк, призводить до загибелі літаків та мостів у США. Серйозною проблемою, як відомо, стало збереження античних пам'яток у Греції та Італії. Основними інгредієнтами, що пошкоджують, є катіон водню, діоксид сірки, оксиди азоту, а також озон, формальдегід і пероксид водню.
Інтенсивність руйнування матеріалів залежить: від їх пористості, оскільки, чим вище питома поверхня, тим більша її сорбційна здатність; конструкційних особливостей, оскільки за наявності різних виїмок є колекторами кислотних опадів; умов експлуатації: швидкості вітру, температури, вологості повітря тощо.
На практиці найбільшу увагуприділяють трьом групам матеріалів: з металів - нержавіючої сталі та оцинкованого заліза; з будівельних матеріалів – матеріалам для зовнішніх конструкцій будівель; із захисних - фарб, лаків та полімерів для поверхневих покриттів. При дії опадів та газів їх шкідлива дія обумовлена інтенсивністю каталітичних реакцій за участю металів, а також синергізмом. Синергізм – здатність однієї речовини посилювати дію іншої.
За даними Європейського парламенту, економічна шкода від кислотних опадів становить 4% валового національного продукту. Це має враховуватись при виборі стратегії боротьби з кислотними дощами у довгостроковій перспективі.
Конкретні заходи щодо зменшення викидів сірки в атмосферу реалізуються у двох напрямках:
Одним із найпростіших способів зниження кількості оксидів азоту при спалюванні палива є проведення процесу в умовах нестачі кисню, що забезпечується швидкістю подачі повітря в зону горіння. У Японії розроблено технологію «допалювання» первинних продуктів згоряння. При цьому спочатку паливо (нафта, газ) спалюють в оптимальному режимі для утворення оксидів азоту, а потім в зоні допалювання знищують паливо, що не прореагувало. При цьому реакції, що призводять до відновлення оксидів, та їх викид знижуються на 80 %.
Наступним напрямком у вирішенні цієї проблеми є відмова від практики розсіювання газоподібних викидів. Їх слід не розсіювати, сподіваючись на величезні масштаби атмосфери, а навпаки, уловлювати та концентрувати.
Найбільш ефективний спосіб очищення викидів від діоксиду сірки заснований на реакції його з подрібненим вапном. В результаті реакції 90% двоокису сірки зв'язується з вапном, утворюючи гіпс, який можна використовувати у будівництві. Так,теплоелектроцентраль потужністю 500 МВт, з установкою для очищення викидів, дає за рік 600 тис. м 3 гіпсу.
Перспективним заходом для зниження шкідливих впливів є встановлення лімітів на викиди. Так, Агенство з охорони навколишнього середовища США встановило ліміт загального викиду двоокису сірки на території країни, передбачивши його щорічне зниження. Цей захід дав певний позитивний ефект.