Воздействие сжатого азота на окружающую среду

Воздействие на здоровье и окружающую среду [ править ]

Есть веские доказательства того, что НЕТИкс респираторное воздействие может вызвать и обострить существующие симптомы астмы и даже может привести к развитию астмы в течение более длительных периодов времени. Он также был связан с сердечными заболеваниями, диабетом, исходами родов и смертностью от всех причин, но эти недыхательные эффекты менее изучены.

НЕТИкс реагирует с аммиаком , влагой и другими соединениями с образованием паров азотной кислоты и связанных с ними частиц.

НЕТИкс реагирует с летучими органическими соединениями в присутствии солнечного света с образованием озона . Озон может вызывать побочные эффекты, такие как повреждение легочной ткани и снижение функции легких, в основном у уязвимых групп населения (дети, пожилые люди, астматики). Озон может переноситься ветровыми течениями и наносить вред здоровью вдали от первоначальных источников. По оценкам Американской ассоциации легких, почти 50 процентов жителей Соединенных Штатов проживают в округах, которые не соблюдают требования по озону. В Юго-Восточной Англии загрязнение приземным озоном, как правило, является самым высоким в сельской местности и в пригородах, в то время как в центре Лондона и на основных дорогах выбросы NO могут «поглощать» озон с образованием NO 2 и кислород.

НЕТИкс также легко вступает в реакцию с обычными органическими химическими веществами и даже с озоном, образуя широкий спектр токсичных продуктов: нитроарены , нитрозамины, а также нитратные радикалы, некоторые из которых могут вызывать мутации ДНК . Недавно другой путь, через NOИкс , к озону, который преимущественно происходит в прибрежных районах за счет образования нитрилхлорида, когда NOИкс контактирует с соляным туманом.

Прямое влияние выброса NOИкс положительно влияет на парниковый эффект. Вместо реакции с озоном в Реакции 3 NO может также реагировать с HO ₂ · и органическими пероксирадикалами (RO ₂ ·) и, таким образом, увеличивать концентрацию озона. Как только концентрация NOИкс превышает определенный уровень, атмосферные реакции приводят к образованию чистого озона. Поскольку тропосферный озон может поглощать инфракрасное излучение, этот косвенный эффект NOИкс усиливается глобальное потепление.

Есть и другие косвенные эффекты NO.Икс которые могут как увеличить, так и уменьшить парниковый эффект. Прежде всего, в результате реакции NO с радикалами HO ₂ рециркулируются радикалы • OH, которые окисляют молекулы метана, то есть NOИкс выбросы могут противодействовать воздействию парниковых газов. Например, движение судов выбрасывает большое количество NO _x, которое является источником NO _x над океаном. Затем фотолиз NO ₂ приводит к образованию озона и дальнейшему образованию гидроксильных радикалов (· ОН) посредством фотолиза озона. Поскольку основной сток метана в атмосферу происходит в результате реакции с радикалами • OH, выбросы NO _x при путешествии на корабле могут привести к общему глобальному похолоданию. Однако НЕТИкс в атмосфере может подвергаться сухому или влажному осаждению и возвращаться на сушу в форме HNO ₃ / NO ₃ — . Таким образом, осаждение приводит к азотным удобрениям и последующему образованию в почве закиси азота (N ₂ O), которая является еще одним парниковым газом. В заключение, учитывая несколько прямых и косвенных эффектов, НЕТИкс выбросы отрицательно влияют на глобальное потепление.

НЕТИкс в атмосферу удаляется несколькими путями. В дневное время NO ₂ реагирует с гидроксильными радикалами (· OH) и образует азотную кислоту (HNO ₃ ), которую легко удалить сухим и влажным осаждением. Органические пероксирадикалы (RO ₂ ·) также могут реагировать с NO и NO ₂ и приводить к образованию органических нитратов . В конечном итоге они распадаются на неорганический нитрат, который является полезным питательным веществом для растений. В ночное время NO ₂ и NO могут образовывать азотистую кислоту (HONO) в результате реакции, катализируемой поверхностью. Хотя реакция идет относительно медленно, это важная реакция в городских районах. Кроме того, нитратный радикал (NO ₃ ) образуется в результате реакции между NO ₂ и озоном. Ночью NO ₃ вступает в реакцию с NO ₂ и устанавливает равновесную реакцию с пентаоксидом диазота (N ₂ O ₅ ). гетерогенной реакции N ₂ O ₅ реагирует с водяным паром или жидкой водой и образует азотную кислоту (HNO ₃ ). Как упоминалось выше, азотная кислота может быть удалена путем влажного и сухого осаждения, что приводит к удалению NO.Икс из атмосферы.

Биодизель и НЕТИкс [ редактировать ]

Биодизель и его смеси в целом, как известно, снижают вредные выбросы из выхлопной трубы, такие как: окись углерода ; твердые частицы (ТЧ), также известные как сажа ; и несгоревшие выбросы углеводородов . В то время как более ранние исследования предполагали, что биодизель может иногда снижать NOx, а иногда и увеличивать выбросы NOx, последующие исследования показали, что смеси, содержащие до 20% биодизеля в одобренном USEPA дизельном топливе, не оказывают значительного влияния на выбросы NOx по сравнению с обычным дизельным топливом . В штате Калифорния используется специальный состав дизельного топлива для производства меньшего количества NOx по сравнению с дизельным топливом, используемым в других 49 штатах. Совет по воздушным ресурсам Калифорнии (CARB) счел это необходимым, чтобы компенсировать сочетание перегруженности транспортных средств, высоких температур, интенсивного солнечного света, твердых частиц и топографии, которые способствуют образованию озона и смога. CARB ввел специальные правила для альтернативных видов дизельного топлива, чтобы гарантировать, что любое новое топливо, включая биодизель, поступающее на рынок, не приведет к значительному увеличению выбросов NOx. Снижение NOИкс Выбросы — одна из важнейших проблем для развития автомобильной техники. В то время как дизельные автомобили, проданные в США с 2010 года, значительно чище, чем предыдущие дизельные автомобили, в городских районах продолжают искать новые способы уменьшить образование смога и озона. НЕТИкс образование во время горения связано с рядом факторов, таких как температура горения. Таким образом, можно заметить, что ездовой цикл транспортного средства или нагрузка на двигатель оказывают более значительное влияние на выбросы NOx, чем тип используемого топлива. Это может быть особенно актуально для современных транспортных средств с чистым дизельным двигателем, которые постоянно контролируют работу двигателя электронными средствами и активно контролируют параметры двигателя и работу выхлопной системы, чтобы ограничить выбросы NOx до уровня менее 0,2 г / км. Низкотемпературное горение или технология LTC может помочь снизить термическое образование NO.Икс однако во время горения существует компромисс, поскольку при высокотемпературном сгорании образуется меньше твердых частиц или сажи, что приводит к большей мощности и топливной эффективности .

Таблица 1

Удельный выброс
токсичных веществ автомобилем малого класса с карбюраторным двигателем.

	Выброс токсичных веществ, г/км
Конструктивные особенности автомобиля	CO	CH	NOx
автомобиль: безустройств снижения токсичности ОГ скомплектом антитоксичных устройств предельно допустимая норма с 1.1.1978г.	25,7 12 16,75	1,9 1,02 1,17	2 0,75 0,85

технологических методов контроля и регулировки
автомобилей, со здание необходимой для этих целей контрольно-измерительной
аппаратуры, оборудования и приборов; организацию постов контроля токсичности
ОГ; нормирование контроля токсичности ОГ

Токсичность ОГ автомобилей
оценивают по ездовым циклам, характеризующим движение автомобилей в реальных
условиях эксплуатации. Однако реализация их в условиях АТП в ближайшие годы
затрудняется из-за отсутствия необходимого оборудования и приборов, высокой
трудоемкости и большой продолжительности проведения испытаний. Кроме того, испытания
даже подготовленного автомобиля отличаются нестабильностью (до 40% и выше)
результатов определения массы токсичных веществ в ОГ. Поэтому при проведении
контрольных испытаний автомобиль особенно тщательно подготавливают к работе и
правильному выполнению операций ездового цикла.

Основные показатели ездового
цикла, влияющие на стабильность выброса токсичных веществ, имеют погрешность
измерения, %:

Автомобиль………. .18

Водитель …… . 12

Окружающие условия ….. . 8

Топливо . ……. .. .. . 5

Динамометр …………………….. 3

Газоаналитическое оборудование …. 2

Для
автомобилей,находящихся в эксплуатации,
нестабильность результатов определения токсичных веществ достигает ещёбольших величин и в отдельных случаях
отличается в 1,5—2 раза,

Получение однозначных
результатов требует строгого соблюдения методики проведения испытаний и высокой
точности измерения выброса токсичных веществ в ОГ. Точность измерения объёмного
содержания токсичных веществ в ОГ является наиболее ответственным моментом при
оценке токсичности ОГ. Погрешность измерения СО на величину 0,1—0,2% по объему
приводит к ошибке 15—20% при определении массы указанного компонента,
выбрасываемого за ездовой цикл. Поэтому аппаратура для проведения газового
анализа должна обладать высокой точностью быстротой и непрерывностью проведения
газового анализа,

Принимая во внимание
перечисленные особенности ездовых циклов, последние применяются в настоящее
время при испытаниях в научных исследованиях и на заводах автомобильной
промышленности. Упрощенный метод оценки
токсичности ОГ автомобилей, находящихся в эксплуатации, для АТП основан на получении
эквивалентных результатов при испытании автомобиля по ездовому циклу и на
отдельных наиболее характерных эксплуатационных режимах его работы

Упрощенный метод оценки
токсичности ОГ автомобилей, находящихся в эксплуатации, для АТП основан на получении
эквивалентных результатов при испытании автомобиля по ездовому циклу и на
отдельных наиболее характерных эксплуатационных режимах его работы.

Для решения проблемы
рациональной организации движения, в том числе безостановочного движения автомобилей,
предусматривают строительство пешеходных переходов и туннелей.

Пути решения данной экопроблемы

Борьба с кислотными дождями в отдельных странах бесполезна. Ядовитые облака переносятся ветром на тысячи км. Впервые проблема опасных осадков всерьёз обсуждалась международным сообществом на конференции ООН в Стокгольме в 1972 году. В России на метеорологических станциях постоянно берут пробы воздуха и воды, чтобы в случае превышений ПДК принять срочные меры. Избежать глобальной катастрофы можно только проведя комплексные, и, к сожалению, дорогостоящие мероприятия.

Сокращение вредных выбросов

Наиболее действенная мера – сокращение вредных выбросов в воздух и воду во всех странах мира. На предприятиях необходимо поставить современные очистные сооружения и фильтры. В дальнейшем открывать только экологически безвредные производства.

Переход на альтернативные источники энергии

Замена угля, газа и нефти на альтернативные источники энергии приведёт к значительному улучшению экологической обстановки. Волновые, ветряные электростанции, солнечные батареи абсолютно безопасны.

Использование экологичных автомобилей

Вместо машин, работающих на бензине, уже сегодня можно купить гибриды или электромобили. Tesla выпускает автомобили, работающие на аккумуляторных батареях.

Автобусы надо заменить троллейбусами, трамваями и поездами на электротяге.

Другие действенные методы

• Не сжигать мусор, а открыть заводы по его переработке.
• Известкование воды и почвы. Такой метод применяют в Скандинавии. Щёлочь (СаСО₃) распыляют с вертолётов, снижая кислотность территории.
• Высаживать леса, а не вырубать. Создать вокруг промышленных городов «санитарные зоны» из зелёных насаждений, где не будет фабрик.
• Уменьшение содержания серы в разных типах топлива. Дорогостоящий процесс, позволяющий извлечь лишь половину вредного вещества.

Влияние на человека: другие последствия

Азотистая кислота, образующаяся при взаимодействии с влагой в дыхательных путях, вступает в реакцию со щелочными компонентами тканей, превращаясь в результате в нитриты и нитраты. Воздействие этих веществ вызывает ряд негативных последствий. Так, нитриты, всасываясь в кровь, приводят к угнетению центральной нервной системы, образованию метгемоглобина, гемолизу, билирубинемии, расширяют кровеносные сосуды, снижают артериальное давление и пр. Нитраты же при нахождении в кишечнике способны трансформироваться в канцерогенные вещества — нитрозамины.

Согласно ряду литературных источников, воздействие двуокиси азота на организм человека снижает его сопротивляемость к заболеваниям, приводит к кислородному голоданию тканей. Особенно остро это проявляется у детей. Также диоксид азота способствует повышению действия канцерогенных веществ и возникновению в результате этого злокачественных новообразований.

Некоторые из исследователей связывают повышенную смертность от раковых и сердечно-сосудистых заболеваний в определенных районах с высоким содержанием NO₂ в воздушной среде.

Воздействие NOx на здоровье [ править | править код ]

NO не имеет запаха, но при вдыхании может связываться с гемоглобином, подобно угарному газу переводя его в форму, не способную переносить кислород . NO₂ раздражает лёгкие и может привести к серьёзным последствиям для здоровья. NO₂ соединяется с водой, хорошо растворяется в жире и может проникать в капилляры лёгких, где он вызывает воспаление и астматические процессы. Концентрация NO₂ свыше 200 ppm считается летальной, но уже при концентрации свыше 60 ppm могут возникать неприятные ощущения и жжение в лёгких. Долговременное воздействие более низких концентраций может вызывать головную боль, проблемы с пищеварением, кашель и лёгочные заболевания.

В клинике острого отравления оксидами азота различают четыре периода: латентный, нарастания отёка лёгких, стабилизации и обратного развития . В скрытом периоде мнимого благополучия, который может продолжаться 4—12 часов, больного может беспокоить конъюнктивит, ринит и фарингит за счёт раздражения слизистых оболочек, проявляющиеся кашлем, слезотечением, общим недомоганием, однако его общее состояние в целом удовлетворительное . Затем состояние больного ухудшается: по мере развития отёка лёгких появляется влажный кашель со слизистой или кровянистой мокрота, одышка, цианоз, тахикардия, субфебрильное или фебрильное повышение температуры. Возникает чувство страха, психомоторное возбуждение и судороги. В отсутствие квалифицированной медицинской помощи это может привести к летальному исходу.

История появления понятия

Определение «кислотный дождь» ввёл шотландский химик Роберт Энгус Смит в 1872 г. Теорию об опасности кислых осадков и их последствиях учёный первым озвучил в своей монографии «Воздух и дождь: начало химической климатологии». В основу труда легло изучение викторианского смога, нависшего над промышленным городом Манчестером. Научное сообщество приняло работу в штыки, но, несмотря на это, Смит до конца жизни возглавлял Инспекцию по контролю за щелочами – первый английский орган по охране природной среды.

Исследования продолжил учёный из Швеции, лауреат Нобелевской премии, С. А. Аррениус. В 1883 г. он ввёл терминологию «основание», «кислота». Под понятием «кислота» подразумевались элементы, образующие при растворении в жидкости ионы водорода с положительным зарядом. Единицей измерения реакции растворов pH (водородный показатель) стал в 1909 году, благодаря химику из Дании Сёрену Петеру Лаурицу Сёренсену.

Масштаб опасности природного явления осознали лишь в 60-е гг. XX века. После того, как от кислотных осадков пострадали США, Скандинавия, Канада, Западная Европа, никто уже не сомневался в их пагубном влиянии на биосферу.

Физиологическое действие

Как и все оксиды азота (кроме N2O), NO — токсичен, при вдыхании поражает дыхательные пути.

За два последних десятилетия было установлено, что эта молекула NO обладает широким спектром биологического действия, которое условно можно разделить на регуляторное, защитное и вредное. NO, являясь одним из мессенджеров, участвует в регуляции систем внутри- и межклеточной сигнализации. Оксид азота, производимый клетками эндотелия сосудов, отвечает за расслабление гладких мышц сосудов и их расширение(вазодилатацию), предотвращает агрегацию тромбоцитов и адгезию нейрофилов к эндотелию, участвует в различных процессах в нервной, репродуктивной и иммунной системах. NO также обладает цитотоксическими и цитостатическими свойствами. Клетки-киллеры иммунной системы используют оксид азота для уничтожения бактерий и клеток злокачественных опухолей.

Характерной особенностью NO является способность быстро (менее чем за 5 секунд) диффундировать через мембрану синтезировавшей его клетки в межклеточное пространство и легко (без участия рецепторов) проникать в клетки-мишени. Внутри клетки он активирует одни энзимы и ингибирует другие, таким образом, участвуя в регуляции клеточных функций. По сути, монооксид азота является локальным тканевым гормоном. NO играет ключевую роль в подавлении активности бактериальных и опухолевых клеток путем либо блокирования некоторых их железосодержащих ферментов, либо путем повреждения их клеточных структур оксидом азота или свободными радикалами, образующимися из оксида азота. Следовательно, NO, избыточно накапливаясь в клетке, может действовать двояко: с одной стороны вызывать повреждение ДНК и с другой — давать провоспалительный эффект.

Оксид азота способен инициировать образование кровеносных сосудов. В случае инфаркта миокарда оксид азота играет положительную роль, так как индуцирует новый сосудистый рост, но при раковых заболеваниях тот же самый процесс вызывает развитие опухолей, способствуя питанию и росту раковых клеток. С другой стороны, вследствие этого улучшается доставка оксида азота в опухолевые клетки. Повреждение ДНК под действием NO является одной из причин развития апоптоза (запрограммированный процесс клеточного «самоубийства», направленный на удаление клеток, утративших свои функции).

Технологии регулирования и контроля выбросов [ править ]

Селективное каталитическое восстановление (SCR) и селективное некаталитическое восстановление (SNCR) сокращают дожигание NOИкс путем реакции выхлопных газов с мочевиной или аммиаком с образованием азота и воды. SCR в настоящее время используется на судах, дизельных грузовиках и некоторых дизельных автомобилях. Использование системы рециркуляции выхлопных газов и каталитических нейтрализаторов в двигателях автомобилей позволило значительно снизить выбросы в атмосферу . НЕТИкс был основным направлением нарушений выбросов Volkswagen .

Другие технологии, такие как беспламенное окисление ( FLOX ) и ступенчатое сжигание, значительно снижают термический NO.Икс в производственных процессах. Bowin низкий НЕТИкс Технология представляет собой гибрид технологии ступенчатого, предварительно смешанного и лучистого горения с основным поверхностным горением, которому предшествует незначительное лучистое горение. В горелке Bowin воздух и топливный газ предварительно смешиваются в соотношении, превышающем или равном стехиометрическому требованию для сжигания. Технология впрыска воды , при которой вода вводится в камеру сгорания, также становится важным средством удаления NO.Икс снижение за счет повышения эффективности в общем процессе сгорания. В качестве альтернативы вода (например, от 10 до 50%) эмульгируется в жидком топливе перед впрыском и сгоранием. Эмульгирование может производиться либо в потоке (нестабилизировано) непосредственно перед впрыском, либо в виде добавляемого топлива с химическими добавками для обеспечения долговременной стабильности эмульсии (стабилизировано).

Каталитическая очистка газов от оксидов азота

Эффективность этой группы методов высока, поскольку некоторые из них позволяют снизить выброс в атмосферу на 90 % и более

Среди них наибольшее внимание уделяется селективному каталитическому восстановлению (СКВ, SCR). Этот способ был введен в начале семидесятых в Японии и до сих пор успешно используется в США и Германии

Он заключается в восстановлении оксидов азота аммиаком при 150—450 °C в присутствии катализатора. Процесс называется селективным, поскольку аммиак обладает более высокой реакционной способностью по отношению к оксидам азота, чем к кислороду.

В объеме отработанных газов доля монооксида азота составляет 90—95 % от суммарной концентрации оксидов азота, поэтому основная реакция

4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O.

Диоксид азота, на долю которого приходится 5—10 %, реагирует по уравнению

2NO2 + 4NH3 + O2 = 3N2 + 6 H2O.

Небольшие количества кислорода, содержащиеся в отходящих газах, ускоряют селективное каталитическое восстановление оксидов азота, но более высокое содержание O2 оказывает неблагоприятное воздействие, снижая скорость процесса SCR.

Катализаторы SCR представляют собой оксиды переходных металлов, например ванадия, титана, молибдена. Ванадий-титановый катализатор отличает высокая активность при низких температурах. Срок службы составляет около 3 лет на угольных электростанциях и 5—7 лет на установках, работающих на нефтяном и газовом топливе.

Рисунок 1. Принципиальная схема системы SCR

1. Панель управления, 2. Двигатель внутреннего сгорания когенерационной установки, 3. Датчик оборотов двигателя, 4. Датчики NOx, 5. Датчик температуры (термопара), 6. Инжектор реагента, 7. Датчик давления, 8. Смеситель, 9. Насос для реагента, 10. Емкость с реагентом, 11. Катализатор гидролиза, 12. Катализатор SCR, 13. Катализатор для удаления аммиака.

Также в ряде случаев применяют неселективную каталитическую очистку газов от оксидов аммиака. В качестве реагентов восстановителей используют такие химические вещества: водород, метан и другие углеводороды.

Хроническое отравление диоксидом азота

Длительная работа в условиях присутствия диоксида азота в воздухе приводит к развитию хронических заболеваний, наиболее распространенными среди которых являются: трахеит, бронхит, перфорация носовой перегородки, пневмосклероз и др.

У людей, которые работали на протяжении 3-5 лет при содержании NO₂ в воздухе рабочей зоны 0,8-5 мг на куб. метр, наблюдались хронические бронхиты, воспалительные изменения слизистой оболочки десен, осложненный астмоидными приступами пневмосклероз, бронхоэктазии. Кроме того, отмечались повышения максимальной осмотической резистентности эритроцитов, ускорение свертывания крови, тенденция к гипотонии, гранулоцитоз, снижение активности каталазы, содержания сахара и уровня глобулинов и альбуминов в крови.

У детей, проживающих на территориях, где диоксид азота присутствовал в концентрациях 0,117-0,205 мг на куб. метр, выявлены изменения объема форсированного выдоха, повышение заболеваемости. Кроме того, в мазках крови наблюдались изменения в конфигурации лимфоцитов и моноцитов, увеличение резистентности эритроцитов.

Влияние на органы дыхания

При относительно невысоких концентрациях диоксид азота в атмосфере способен нарушать дыхание. Так, уже при содержании его в воздухе 0,056 мг на куб. метр у здорового человека наблюдается повышение сопротивления дыхательных путей. Согласно информации Всемирной Организации Здравоохранения, у людей, страдающих хроническими заболеваниями дыхательной системы, данные симптомы наблюдаются уже при содержании NO₂ в воздухе, равном 0,04 мг на куб. метр.

Результатом воздействия больших концентраций оксидов азота может быть отек легких. Это объясняется следующим. При попадании в организм и взаимодействии с влагой диоксид и оксид азота образуют азотистую и азотную кислоты, разъедающие стенки альвеол легких. Они, как и кровеносные капилляры, становятся легко проницаемыми. В результате сыворотка крови попадает в полость легких. При вдыхании воздух с жидкостью образуют пену, которая нарушает нормальный газообмен, что приводит к возникновению отека легких.

При длительном воздействии окисей азота человек становится более восприимчивым к патогенам, которые вызывают болезни дыхательных путей. Ухудшается сопротивляемость легких к бактериям, расширяются альвеолы, клетки в корешках бронхов, чаще наблюдаются бронхиты, воспаление легких и пр.

У людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями и хроническими болезнями дыхательных путей, легче развиваются осложнения в случае возникновения кратковременных респираторных инфекций, поскольку у них больше развита чувствительность к прямым воздействиям такого соединения, как диоксид азота.

Механизмы образования NOx [ править | править код ]

Известны три основных механизма образования NO_x :

• тепловой механизм, или высокотемпературный механизм Зельдовича
• «быстрый» механизм (англ. prompt NO ), называемый также химическим
• механизм, связанный с образованием NO_x из азотсодержащих компонентов топлива («топливные NO_x», англ. fuel NO )

Дополнительные пути образования NO связаны с реакциями закиси азота N₂O и радикала NNH .

Механизм Зельдовича

Высокотемпературный механизм окисления азота в зоне горения был предложен Я. Б. Зельдовичем в середине 1940-х годов и считается основным механизмом образования оксидов азота при горении. Этот механизм включает следующие элементарные стадии:

N 2 + O ⇄ N O + N ( 1 ) <displaystyle <mathsf +O
ightleftarrows NO+N (1)>>> N + O 2 ⇄ N O + O ( 2 ) <displaystyle <mathsf2>
ightleftarrows NO+O (2)>>> 2>

к которым добавляется реакция (Фенимор и Джонс, 1957 ):

N + O H ⇄ N O + H ( 3 ) <displaystyle <mathsf >>

Совокупность реакций (1-3) называется расширенным механизмом Зельдовича. В силу того что энергия тройной связи в молекуле N₂ составляет около 950 кДж/моль, реакция (1) имеет большую энергию активации и может проходить с заметной скоростью только при высоких температурах. Поэтому этот механизм играет важную роль в случае высоких температур в зоне реакции, например, при горении околостехиометрических смесей или при диффузионном горении. Считается, что повышение максимальной температуры в зоне горения свыше 1850 К приводит к недопустимо высоким выбросам NO_x, и одним из основных способов снижения выбросов по тепловому механизму является недопущение образования очагов высокой температуры во фронте пламени.

«Быстрый» механизм

Механизм Зельдовича хорошо описывает выбросы NO_x в случае воздействия тепловых факторов (например, при горении водорода или окиси углерода в воздухе), однако для углеводородных топлив оказалось, что экспериментально измеренные концентрации NO_x всякий раз заметно превышают предсказываемые по тепловому механизму. Прямые измерения, проведённые Фенимором в 1971 году, показали, что NO образуется уже в начале зоны химической реакции . Этот механизм был назван «быстрым» (англ. prompt NO ) или механизмом Фенимора.

Образование NO_x по быстрому механизму связано с реакцией радикала CH, который присутствует только в начальной зоне разложения углеводородных топлив, с молекулярным азотом:

C H + N 2 ⇄ N C N + H ( 4 ) <displaystyle <mathsf
ightleftarrows NCN+H (4)>>> 2>

NO может образовываться в ряде последующих реакций с участием различных радикалов, например:

N C N + O 2 ⇄ N C O + N O <displaystyle <mathsf
ightleftarrows NCO+NO>>> N C O + O ⇄ C O + N O <displaystyle <mathsf >> N C N + O H ⇄ H C N + N O <displaystyle <mathsf >> H C N + O ⇄ N H + C O <displaystyle <mathsf >> N H + O ⇄ N O + H <displaystyle <mathsf >> 2>

Общая схема реакций быстрого механизма показана на рисунке.

Долгое время считалось, что вместо реакции (4) радикал CH реагирует с N₂ по пути :

C H + N 2 ⇄ H C N + N <displaystyle <mathsf
ightleftarrows HCN+N>>> 2>

однако данная реакция запрещена по спину , и проведённые в последние годы квантовохимические расчёты и экспериментальные исследования показали, что главную роль играет реакция (4) .

Поскольку в быстром механизме реакция (4) протекает с небольшой энергией активации, она возможна при относительно невысоких температурах порядка 1000 К, а в богатых смесях (с избытком горючего) образованию NO способствует повышенная концентрация радикалов CH.

Образование NO_x из азотсодержащих компонентов топлива

Практически все твёрдые горючие материалы содержат органические вещества, в составе которых есть азот. Уголь, сено, дерево и домашний мусор могут содержать до 1-3 % азота по массе. При пиролизе и горении таких материалов в результате разложения этих компонентов может образовываться NO. Часть азота может переходить в N₂ или оставаться в связанном состоянии в золе, смолах и других нелетучих остатках. Поскольку процессы сжигания угля и других твёрдых горючих материалов проходят при относительно невысоких температурах, когда механизм Зельдовича не работает, вклад данного механизма в выбросы и NO_x может оказаться существенным .

Возможные последствия их выпадения

Последствия кислотного дождя, Польша

Чем могут быть опасны кислотные дожди. Они вызывают поражение или гибель растений, животных, насыщают землю и воздух токсинами. В результате их выпадения разрушаются минералы, питательные соединения, вода перестаёт быть пригодной для питья и жизни. Поражённые экосистемы долго восстанавливаются. На очищение отравленных районов уходят десятилетия.

Вред для здоровья человека и животных

Последствия кислотных дождей для животных и людей: микрочастицы солей азота и серы, присутствующие в воздухе, провоцирующие ожог слизистых оболочек, приступы удушья, астму, бронхиты, болезни сердца. В этих частицах, выпадающих вместе с осадками, могут быть примеси тяжёлых металлов (никеля, кадмия, свинца, ртути), вызывающие отравления и патологии.

Воздействие на растения

• Чем опасны кислотные дожди, попадающие на растения: жидкость вызывает ожоги, пожелтение и опадание листвы. Нарушаются течение фотосинтеза, испарения влаги листьями.
• Из почвы вымываются полезные вещества, питающие растения.
• Под воздействием кислот тяжёлые металлы и алюминий растворяются, попадая в почву. Такие соединения токсичны для представителей флоры, вызывают разрушение и отмирание корней, ведущее к гибели растений.

Окисление водных ресурсов

Классифицируют 3 стадии последствий кислотных дождей в водоёмах.

• PH воды <7. С повышением кислотности сокращается количество кислорода в водоёме. Происходит заболачивание, гибнут водные растения и креветки. Активно развиваются зелёные и бурые водоросли.
• pH 5,5. Гибнет планктон, являющийся основным объектом питания живых организмов. Исчезают донные бактерии, разлагающие мусор органического происхождения.
• pH 4,5. Гибнут земноводные, рыба, околоводные насекомые.

Воздействие на почву

Происходят процессы, приводящие к изменению видового состава микроорганизмов и обеднению плодородного слоя. Последствиями вредных осадков становятся подкисление почвы и связывание азота, делающее его недоступным для растений.

Разрушение материалов

Выпадение кислотных осадков ведёт к коррозии металлов. Капли кислоты, осаждающиеся с дождём на поверхности материала, вызывают окисление металлоконструкций. Дома и памятники архитектуры, построенные из песчаника или известняка, разрушаются, вступая в химическую реакцию с кислотой. Из-за вредных осадков разрушаются Дельфы, Колизей, древние храмы Японии.

Экономические последствия

Кислотные дожди наносят серьёзный вред экономике. Страдают посевы, скот, вызывая голод в аграрных странах. Приходится тратить средства на лечение людей, оказавшихся в зоне загрязнения. Ежегодные потери на восточном побережье США от экологического бедствия составляют 13 млн. долларов.

Прочие проблемы

Последствиями кислотных дождей становятся снижение общей биомассы растений, вымирание редких видов животных, уменьшение запасов питьевой воды на Земле. Происходит заражение продуктов питания тяжёлыми металлами, что пагубно сказывается на здоровье людей.