Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Оксиды азота (Nox)






Антропогенная доля оксидов азота в aтмocфepe нe дoлжнa имeть большего значения для общего баланса. NО2 сохраняется в атмосфере лишь не­сколько дней. Однако по составу антропогенные выбросы NОх отличаются от природных оксидов азота, и этот состав характерен для густонаселенных регионов страны.

Природные загрязнения атмосферы оксидами азота связаны с электрическими разрядами, при которых образуется NO, а в последствии — NO2. В очень небольших количествах NО2 может выделяться в процессе ферментации силоса. Основная часть оксидов азота пepepaбатывается в почве микpoopгaнизмами. Главным местом протекания этих процессов служат рисовые чеки, неделями залитые водой. При попадании нитратов на большую глубину в другие почвы при ограниченном доступе кис­лорода также усиливается микробиологическая денитрификация. Главное количество N2О выделяют азотсодержащие соедине­ния почв. При этом исходят из того, что выделяемые почвами соединения азота наполовину или более состоят из N2О. Оксиды азота антропогенного происхождения главным образом состоят из NO, образующегося при сгорании топлива, особенно если температура превышает 1000оС. Считается, что NO может быть окислен до NO2 также с помощью озона или с помощью пероксидных радикалов (HO2•). Оксиды азота также образуются в некоторых отраслях химической промышленности, при процес­сах нитрования, производстве суперфосфата, очистке металлов азотной кислотой, изготовлении взрывчатых веществ и плавке. Но главным источником выбросов оксидов азота все же остает­ся автомобильный транспорт.

Тен­денция к более полному использованию топлива также приводит к увеличению выбросов NOх, так как повышение эффективности работы мотора связано с ростом температуры. Растет число выбросов и при увеличении скорости движения транспорта, при­чем не линейно: количество NOх нарастает быстрее. Таким обра­зом, концентрация NOx на автотрассах растет также с увеличе­нием скорости автомашин. Антропогенное загрязнение атмосфе­ры оксидами азота принимает критический характер в густонаселенных городах, где чаще выпадают осадки. Наивысшие концентрации выбросов в городах достигают значений 800-1200 мкг/м3.

Источником тропосферного озона в незначительной степени является стратосфера, но в основном он зарождается в тропосфере, причем схема процесса образования резко отличается от образования стратосферного озона. На начальных стадиях процесса решающую роль играет СО:

СО + ОН• ® Н• + СО2 (6.9.)

Н• + О2 + М ® НОО• + М (6.10)

 

где М — частицы, участвующие в столкновениях, но не вступаю­щие в реакции, например N2. Образующийся при этом радикал пероксида водорода окисляет NO до NO2:

НОО• + NO ® ОН• + NO2 (6.11)

 

Ночью NO2 стабилен. Днем под влиянием солнечного света, как это происходит и вблизи от поверхности земли, NO2 фотолитически расщепляется на NO и кислород в основном состоянии (3Р):

l < 430 нм

NO2 NO + О (3Р) (6.12)

 

Этот активный кислород может давать озон при взаимодействии с молекулярным кислородом, при этом требуется присутствие инертных частиц М:

О (3Р) + О2 + М ® О3 + М (6.13)

 

NO2 может участвовать в ряде других реакций. В присутствии пыли, содержащей щелочные и щелочноземельные металлы, идет образование солей, при этом образуются менее токсичные продукты:

2 NO2 + Nа2СО3 + Н2О ® NаNО2 + NаNО3 + Н2СО3 (6.14)

 

Как дальнейшее ослабление токсичности следует рассматривать образование азотной кислоты во влажном воздухе, так как при этом ослабляется окислительная активность NO2, хотя азотная кислота и остается в клетках организма. Образующаяся одновременно азотистая кислота при больших концентрациях оказывает мутагенное действие.

 

2 NO2 + H2O ® HNO2 + HNO3 (6.15)

 

В небольших количествах NO2 может реагировать с радикалами ОН•, возникающими при фотолизе воды ультрафиолетовым светом, с образованием азотной кислоты:

 

NO2 + ОН• ® HNO3 (6.16)

 

Все продукты приведенных реакций хорошо растворимы в воде, они легко вымываются дождевой водой из атмосферы, создавая кислотные осадки.

В слоях воздуха, близких к поверхности земли, озон вновь быстро реагирует с NO, образуя исходные продукты; таким об­разом вскоре устанавливается равновесное состояние, которое препятствует накоплению Оз. В выхлопных газах автомобиль­ных двигателей при одновременном присутствии алканов и алкенов образуются органические радикалы, например:

R—H + О• ®R• + ОН• или (6.17)

R—H + ОН•® R• + Н2О (6.18)

 

В дальнейшем озон вступает в реакции с углеводородами. Орга­нические радикалы образуют в присутствии М и кислорода воз­духа радикалы пероксидов:

Пероксирадикалы в первую очередь вступают в реакции полимеризации с олифинами, в которых образование цепи продолжается до тех пор, пока радикал или молекулаNO не вызовет обрыва цепи. Наряду с полимеризацией пероксирадикалы могут реагировать с NO2. Из образующихся при этом соединений на­иболее известен пероксиацетилнитрат (СНзСОО2 NO2), сокра­щенно называемый ПАН, концентрация которого в смоге может достигать 50 млрд-1. Поскольку это вещество очень легко вступает в реакцию взаимодействия с различными органическими соединениями, например ферментами, оно чрезвычайно токсично для человека и других живых су­ществ. Наряду с ПАН из пероксидных соединений следует отме­тить различные альдегиды, которые также вносят в смог свою долю токсичности. Из-за высокой реакционной способности О3, OH•, HOO• и О(ЗP) в смоге появляется множество различных соединений, которые не все известны. Состав смога зависит от его происхождения: переполненные автотранспортом города южной Европы (Афины, Мадрид) и Калифорнии (Лос-Анджелес) в солнечные летние месяцы страдают от смога лос-анжелесского типа, для которого характерно присутствие оксидов азота, озона, ПАН и других соединений пероксидного характера. В Средней Европе и Великобритании наблюдается смог лондонско­го типа в осенний и зимний периоды, в нем преобладают SO2, Н2SO4 и копоть. Кроме этих крайних представителей возможно возникновение промежуточных видов смога различного состава и при различных погодных условиях.

Скорость образования озона зависит от освещенности, и поэтoмy егo кoнцeнтpaция изменяется в течение суток. Уменьшение концентрации озона по ночам объясняется приостановлением его фотохимического синтеза, одновременно его концентрация пони­жается из-за продолжающегося окисления NO в NO2. В гористых местностях это изменение концентраций выражено менее резко, так как поступивший в течение дня в атмосферу озон ночью почти не расходуется на окисление NO (последний практически отсутствует в чистом горном воздухе).

Годовые изменения образования озона, вытекающие из суточных изменений, дают максимума периоды интенсивной солнечной активности. Абсо­лютное количество фотохимически образованного озона зависит от интенсивности солнечного излучения и в районах с умерен­ным климатом при характерной циклонной активности может в различные годы значительно колебаться несмотря на сравнительно постоянную эмиссию.

Зависимость выхода О3 в реакциях его образования из NO и NО2 связана с суточными выбросами азота. С утра растет концентрация NO в связи с ростом интенсивности движе­ния транспорта; концентрация образующегося по уравнениям 6.9 –6.11 NО2 достигает максимума со смещением во времени на несколько часов, а еще через некоторое время устанавливает­ся максимальное содержание О3. При удалении от источников выбросов NO, т. е. от больших городов и промышленных центров, изменяется соотношение концентраций NO, NO2 и О3. По мере переноса выбросов от городов резко падает кон­центрация NO вследствие образования NO2. Концентрация NО2 меняется менее резко так как убыль NО2 связана главным обра­зом с естественными процессами. Концентрация О3 также очень сильно уменьшается вследствие реакции с NO. На большом уда­лении от источников выбросов в так называемых районах чисто­го воздуха все же можно наблюдать сравнительно высокие кон­центраций Оз. Это связано с фотохимическими превращениями NО2 в О3 на большой высоте, в то время как вблизи поверхности оставшийся О3 реагирует с остатками NO. Этим можно объяс­нить часто кажущийся удивительным факт обнаружения высоких концентраций О3 в естественных условиях (в областях чистого воздуха), до которых, однако, могут доходить городские выбро­сы. Фотохи­мические превращения О3 большей частью происходят при пере­носе за черту города.

Образующийся главным образом естественным путем N2O безвреден для человека, что позволяет использовать его для наркоза. Его роль в загрязнении воздуха заключается в том, что N2O при химических изменениях в стратосфере способствует разрушению озона.

Роль монооксида и диоксида азота приходится оценивать совместно, так как в атмосфере эти газы встречаются только вместе. Поэтому говорят, как правило, только об активности оксидов азота или NOх, к тому же эти газы в дальнейшем приходят в равновесие с N2O3 и N2O4.

Монооксид азота не раздражает дыхательные пути, и поэто­му человек может его не почувствовать. При вдыхании NO oбpaзует с гемоглобином нестойкое нитрозосоединение, которое быстро переходит в метгемоглобин, при этом Fe2+ переходит в Fe3+. Ион Fe3+ уже не может обратимо связывать О2 и, таким образом, выходит из процесса переноса О2. Концентрация метгемоглобина в крови 60—70% считается летальной. Но такое предельное значение может быть создано только в закрытом по­мещении, на открытом воздухе это невозможно.

По мере удаления от источника выброса все большее количество NO переходит в NO2. Этот последний желто-коричневый газ особенно сильно раздражает слизистые оболочки. При контакте с влагой в организме образуются азотистая и азотная кислоты (уравнение 6.15), которые разъедают стенки альвеол легких, подобно многим другим кислотам. При этом стенки альве­ол и кровеносных капилляров становятся настолько проницаемы, что пропускают сыворотку крови в полость легких. В этой жидкости растворяется вдыхаемый воздух, образуя пену, препятствующую дальнейшему газообмену. Если своевременно не перекрыть доступ жидкости в альвеолы, то отек легких мо­жет привести к смерти. Поскольку критические концентрации не могут быть достигнуты на открытом воздухе, а устанавливают­ся только в закрытых помещениях, то избежать этого можно, соблюдая надлежащие меры предосторожности. В промышлен­ных районах и городах наблюдается концентрация NO2 0, 4 — 0, 8 мг/м3, при образовании смога — 1 мг/м3. Максимально до­пустимая эмиссионная концентрация (МЭК) составляет 9 мг/м3 (5 млн-1).

Оксиды азота должны рассматриваться как вещества, пред­ставляющие серьезную опасность для здоровья человека, даже когда фактическое содержание NOх в воздухе меньше МЭК. Нор­мы МЭК предназначены только для взрослого человека, кроме того, они не учитывают возможности комбинированного дей­ствия других вредных газов. При длительном действии оксидов азота, даже в концентрациях ниже, следует опасаться расширения клеток в корешках бронхов (тонкие разветвления воз­душных путей альвеол), ухудшения сопротивляемости легких к бактериям, а также расширения альвеол. Конкретные данные о длительном физиологическом действии NOх пока отсутствуют.

Действие озона на организм подобно действию NO2, он так­же вызывает отек легких. Кроме того, озон нарушает нормаль­ное движение мерцательных волосков в бронхах, которые должны выводить чужеродные вещества из бронхов, вместе с мокротой. Систематическое вдыхание озона приводит к накоплению в легких чужеродных веществ, что может привести к увеличению опасности заболевания раком, так как канцероген­ные вещества задерживаются в легких дольше обычного. При концентрации О3 ниже значения МЭК около 0, 2 мг/м3 (0, 1 млн-1) наблюдается усталость, головная боль, резь в глазах и раздражение слизистых оболочек. Если МЭК превышена, то мо­жет возникнуть тяжелый отек легких. Поэтому в городах, где существует опасность образования смога, концентрации озона 0, 3 - 0, 4 мг/м3 следует считать предельными. Обычно в про­мышленных районах концентрация озона в воздухе в летний пе­риод составляет около 0, 03 мг/м3.

Заключение

Необходимость хозяйственного освоения новых территорий, космического пространства, новой техники и технологий привела к тому, что множество людей вынуждено жить и работать в новых, зачастую экстремальных условиях среды. Возможность этого определяется успешностью адаптации. Последняя в свою очередь зависит от познания механизмов приспособления к новым факторам и умения использовать это знание на практике.

Сведения о воздействии климата и различных сезонов на людей, влиянии переездов из одних климатических и временных зон в другие, являются основой для разработки мер сохранения здоровья, гигиенических мероприятий.

Особые проблемы возникают при специальной подготовке человека к деятельности с учетом негативных факторов производственной среды. Необходимо изучать воздействие трудового процесса и окружающей производственной среды на организм работающих, с целью разработки санитарно-гигиенических мероприятий направленных на обеспечения здоровья населения.

Без данных об умственной и физической работоспособности людей невозможна рациональная организация учебного и трудового процесса, профессиональный отбор.

Все более актуальным аспектом становится изучение адаптации к антропогенным факторам среды. Вопрос выживаемости важен не только в космосе. Он важен в повседневной жизни вследствие глобального загрязнения окружающей среды.

 

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.