Омский Государственный Технический Университет
Реферат на тему
Выполнил студент группы ПС-119

Марченко Дмитрий Сергеевич
Содержание
Оксид азота Noх (NO, NO2. N2O3. NO5. N2O4 ).

В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO2 – бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ. раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасный оксиды азота в горах. где они. воздействуя с углеводородами выхлопных газов образуют фотохимический туман – смог. отравляющее действии оксидами азота начинаются с легкого кашля. При повышении концентрации Noх возникает сильный кашель. рвота. иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочке оксиды азота образуют кислоты НNO3 и HNO2 которые приводят к отёку легких.

Атмосфера всегда содержит определённое количество примесей. поступающих от естественных и антропогенных источников. К числу примесей. выделяемых естественными источниками. относят: пыль (растительного. вулканического. космического происхождения. возникающая при эрозии почвы. частицы морской соли ); туман. дымы и газы от лесных и степных пожаров ; газы вулканического происхождения ; различные продукты растительного. животного и микробиологического происхождения и др.

Естественные источники загрязнения бывают либо распределёнными, например выпадение космической пыли. либо кратковременными стихийными. например лесные и степные пожары. извержения вулканов и т. п. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Более устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Антропогенной загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников. Если в начале 20 века в промышленности применялось 19 химических элементов. то в середине века промышленное производство стало использовать около 50 элементов. а в 70 –х годах – практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на составе промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы. в частности. аэрозолями тяжелых и редких металлов. синтетическими соединениями. не существующими и не образующимися в природе. радиоактивными. канцерогенными. бактериологическими и другими веществами.

Наибольшие загрязнения атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин. дизельное топливо, мазут. уголь. природный газ и др. ). Количество загрязнений определяется составом. объёмом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электрические станции (ТЭС). Доля загрязнений атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительно поскольку их применение в городах и крупных промышленных центров ограниченно. В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы. испытательные станции. стартовые площадки ) загрязнения поступающие в атмосферу от этих источников. сопоставимый с загрязнениями от ДВС и ТЭС. обслуживающих эти объекты.

Основные компоненты вбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топливо в энергоустановках. - не токсичные диоксид углеродаСО2 и водяной пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества. такие. как оксид углерода. оксиды серы. азота. соединения свинца. сажа. углеводороды. в том числе канцерогенный бензопирен С20Н12 и. несгоревшие частицы твердого топлива и т. п.

При сжигании твердого топлива в котлах ТЭС образуется большое количество золы. диоксида серы. оксида азота. Так. например. подмосковные угли имеют в своём составе 2, 5 6, 0 % серы и до 30 –50 % золы. Дымовые газы образующиеся при сжигании мазута. содержат оксиды азота. соединения ванадия и натрия. газообразные и твердые продукты не полного сгорания. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование. но практически не влияет на выбросы SO2 так как мазуты. применяемые в качестве топлива. содержат 2 и более % серы.

При сжигании природного (неочищенного ) газа в домовых выбросах также содержаться оксид серы и оксиды азота. Следует отметить. что наибольшее количество азота образуется при сжигании жидкого топлива.

Выброс оксидов азота зависит от вида и сорта сжигаемого горючего, качества и способа его подачи. состава топлива в камере сгорания и т. д.. а также от тонкостей распыления горючего форсуночным устройством и от суммарного коэффициента избытка воздуха а на увыходе из камеры сгорания. Уменьшение диаметра капель и рост а

Сопровождается снижением содержания оксидов азота в единице массы выхлопных газов. Нормирование примесей атмосферы.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) примесей. Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация – масса (мг) вещества в единицы объёма (м*3) воздуха при нормальных условиях. Концентрации примесей определяет физическое. химическое и др. виды воздействия на человека и окружающую среду и служит основным параметром при нормирования содержания примесей в атмосфере.

ПДК – это максимальная концентрация примесей в атмосфере. отнесенная к определённому времени осреднения. которая при периодическом воздействии или на протяжение всей жизни человека не оказывает ни на него. ни на окружающую среду в целом вредного действия (включая отдельные последствия ).

Если вещ-во оказывает на окружающую природу вредное действие в меньших концентрациях. чем на организм человека. то при нормировании исходят из порога действия этого вещ-ва на окружающую природу.

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) примесей. В соответствии с требованиями ГОСТ 17. 2. 3. 02-78 для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу при условии. что выбросы вредных веществ от данного источника совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития ) не создадут приземною концентрацию. превышающую ПДК.

ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы. Для неорганизованных выбросов из совокупности мелких одиночных источников (вентиляционные выбросы. выброс стационарных энергоустановок и т. п. )

Методы контроля и приборы для измерения концентрации газообразных примесей в атмосфере.

Отбор проб воздуха при анализе газо- и парообразных примесей осуществляется за счет протягивания воздуха через специальные твердые или жидкие поглотители. в которых газовая примесь конденсируется либо адсорбируется. В последние годы в качестве сорбентов для концентрирования микропримесей используют растворимые не органические химабсорбенты. пленочные полимерные сорбенты (полисорбы. порапаки. тенаке и др. ), позволяющие улавливать из загрязненного воздуха самые различные химические вещества.

Контроль концентраций газо – и парообразных примесей атмосферного воздуха производится с помощью газоанализаторов, позволяющих осуществлять мгновенный и непрерывный контроль содержания в нем вредных примесей. Для экспрессного определения токсичных веществ используют универсальные газоанализаторы упрощенного типа (УГ-2, ГХ-2 и др. ), основанные на линейно – колористическом методе анализа. Основные мероприятия по защите окружающей среды.

Защита окружающей среды – это комплексная проблема. требующая усилий ученых многих специальностей. Наиболее активной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия выбросов промышленных предприятий является полной переход к безотходным и малоотходным технологиям и производствам. это потребует решение целого комплекса сложных технологических. конструкторских и организационных задач. основанных на использовании новейших научно - технических достижений. Важными направлениями экологизации промышленного производства следует считать : совершенствования технологических процессов и разработку нового оборудования с меньшим уровням выбросов примесей и отходов в окружающую среду ; экологическую экспертизу всех видов производства и промышленной продукции ; в замену токсичных отходов на нетоксичные ; в замену не утилизируемых отходов на утилизируемые ; широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты применяют : аппараты и системы для очистки газовых выбросов. сточных вод от примесей ; глушители шума при сбросе газов в атмосферу ; виброизоляторы технологического оборудования ; экраны для защиты от ЭМП и др. Эти средства защиты постоянно совершенствуются и широко внедряются в технологические и эксплуатационные циклы во всех отраслях народного хозяйства.

Дополнительные средства защиты окружающей среды применяют на транспорте и передвижных энергоустановках. Это – глушители. сажеуловители. нейтрализаторы отработавших газов ДВС. глушители шума компрессорных установок и ГТДУ. виброизоляторы рельсового транспорта и т. 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.

NO, N2O3, NO5, N2O4 .В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO2 – бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов, где образуют фотохимический туман – смог. Отравленный оксидами азота воздух начинает действовать с легкого кашля. При повышении концентрации NO, возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO3 и HNO2 , которые приводят к отеку легких. Оксиды азота (прежде всего, ядовиты диоксид азота NO2), соединяющиеся при участии ультрафиолетовой солнечной радиации с углеводородами (среди наибольшей реакционной способностью обладают олеофины), образуют пероксилацетилнитрат (ПАН) и другие фотохимические окислители, в том числе пероксибензоилнитрат (ПБН), озон (О3), перекись водорода (Н 2О2), диоксид азота.

Оценка скорости фотохимических реакций, приводящих к образованию ПАН, ПБН и озона, показывает, что в ряде южных городов бывшего Советского Союза летом в околополуденные часы (когда велик приток ультрафиолетовой радиации) эти скорости превосходят значения, начиная с которых отмечается образование смога. Так, в Алма-Ате, Ереване, Тбилиси, Ашхабаде, Баку, Одессе и других городах при наблюдаемых уровнях загрязнения воздуха максимальная скорость образования О3 достигла 0,70-0,86 мг/(м3 ×ч), в то время как смог возникает уже при скорости 0,35 мг/(м3 × ч).

Наличие в составе ПАН диоксида азота и йодистого калия придает смогу коричневый оттенок. При концентрации ПАН выпадает на землю в виде клейкой жидкости губительно действующей на растительный покров.

Все окислители, в первую очередь ПАН и ПБН, сильно раздражают и взывают воспаление глаз, а в комбинации с озоном раздражают носоглотку, приводят к спазмам грудной клетки, а при высокой концентрации (свыше 3-4 мг/м3) вызывают сильный кашель и ослабляют возможность, на чем либо сосредоточиться.

Назовем некоторые другие загрязняющие воздух вещества, вредно действующие на человека. Установлено, что у людей, профессионально имеющих дело с асбестом повышена вероятность раковых заболеваний бронхов и диафрагм, разделяющих грудную клетку и брюшную полость. Бериллий оказывает вредное воздействие (вплоть до возникновения онкологических заболеваний) на дыхательные пути, а также на кожу и глаза. Пары ртути вызывают нарушение работы центральной верхней системы и почек. Поскольку ртуть может накапливаться в организме человека, то в конечном итоге ее воздействие приводит к расстройству умственных способностей.

В городах вследствие постоянно увеличивающегося загрязнения воздуха неуклонно растет число больных, страдающих такими заболеваниями, как хронический бронхит, эмфизема легких, различные аллергические заболевания и рак легких. В Великобритании 10% случаев смертельных исходов приходится на хронический бронхит, при этом 21; населения в возрасте 40-59 лет страдает этим заболеванием. В Японии в ряде городов до 60% жителей болеют хроническим бронхитом, симптомами которого является сухой кашель с частыми отхаркиваниями, последующее прогрессирующее затруднение дыхания и сердечная недостаточность (в связи с этим следует отметить, что так называемое японское экономическое чудо 50-х - 60-х годов сопровождалось сильным загрязнением природной среды одного из наиболее красивых районов земного шара и серьезным ущербом, причиненным здоровью населения этой страны). В последние десятилетия с вызывающей сильную озабоченность быстротой растет число заболевших раком бронхов и легких, возникновению которых способствуют канцерогенные углеводороды.

Оксид азота N₂O — бесцветный газ со слабым запахом, растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. При нагревании разлагается на азот и кислород. При высоких концентрациях N₂O возбуждает нервную систему («веселящий газ»). В медицине N₂O применяют как слабое средство для наркоза. Оксид азота NO — бесцветный газ, незначительно растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. Оксид азота (II) — очень реакционноспособное соединение, может вступать в реакции присоединения с рядом солей (нитрозосоли), с галогенами (напр., нитрозилхлорид NOCl), органическими соединениями. При обычной температуре NO соединяется с кислородом с образованием NO₂. Оксид NO получают каталитическим окислением при производстве азотной кислоты. Оксид азота NО₂ — бурый газ, токсичен, тяжелее воздуха, легко сжижается. При комнатной температуре NО₂ находится в смеси с его бесцветным димером N₂O₄, приблизительно 1:1Сильный окислитель. Многие вещества (уголь, сера, фосфор, органические соединения) могут гореть в NО₂. Этот оксид окисляет SО₂ до SO₃, на этой реакции основан нитрозный метод получения серной кислоты. Раздражает дыхательные пути, при больших концентрациях появляется отёк легких. КИСЛОТНЫЙ ДОЖДЬ, дождь, который содержит какое-то количество кислот вследствие наличия в воздухе таких загрязняющих веществ, как оксиды серы, азота и др. Обычный дождь обладает слабой кислотностью, его рН равно 6 (диапазон рН определяется от 1 для сильнокислых сред до 14 для сильнощелочных, таким образом, рН = 7 - это показатель нейтральности). У кислотного дождя рН может составлять до 2,8. Кислотные дожди могут нанести значительный ущерб и растениям, и животным. Например, в некоторых озерах вследствие кислотных дождей исчезла полностью и рыба, и водоросли. В настоящее время уже до 0,7х10⁸ т азота в год связывается при взаимодействии азота с кислородом воздуха в результате высокотемпературных процессов, вызванных хозяйственной деятельностью. Половина производимой человеком окиси азота образуется в результате сжигания топлива в промышленных установках и другая половина – за счет работы транспорта. Оксиды азота (N_xO_y) способны вызывать двоякое загрязнение окружающей среды. Во-первых, они растворяются в воде с образованием азотистой и азотной кислоты. Во-вторых, оксиды азота могут соединяться с углеводородами, что приводит к возникновению фотохимического смога. Окислы азота – пусковые вещества фотохимического смога, а образующиеся вещества химически активны и разрушают живые ткани, вызывая удушье, а в экстремальных случаях гибель людей, увядание растений, коррозию металлов, разрушение резины, красителей и других материалов. Итак, оксид азота – важный фактор, определяющий состояние окружающей нас атмосферы и внешние условия существования. Однако это же вещество, как казалось, является и мощным внутренним биорегулятором. В организме человека NO образуется из аминокислоты – аргинина в результате реакции, которая катализируется

ферментом, получившим название NO- синтетаза (синтетаза окиси азота – СОА). Общая продукция окиси азота в организме превышает 100 мг в сутки. Окись азота попадает в клетки стенок кровеносных сосудов, где действует на белки, содержащие геминовое железо. Это вызывает расслабление гладких мышц сосудов, посредством чего осуществляется локальная ауторегуляция кровотока. Ослабление действия этого механизма приводит к развитию гипертонии. Избыточная продукция NO чревата тяжелыми немедленными последствиями. Это реализуется при эндотоксическом шоке, когда грамотририцательные бактерии вызывают мощное образование NO в гладких мышцах сосудов, что приводит к падению кровяного давления и развитию характерных для шока нарушений кровообращения.

Важны функции NO в головном мозгу. Диффузия NO от нейронов к пресинаптическим мембранам является необходимым –условием феномена, связанного с функционированием механизмов памяти и формированием устойчивых патологических связей в нервной системе.

С окисью азота связаны регуляция секреции инсулина и развитие диабета вследствие гибели клеток поджелудочной железы при вирусных инфекциях, регуляция почечной фильтрации, регуляция репаративных процессов в костной и кожной тканях, регуляция слизеобразования в кишечном эпителии. Нельзя не отметить терапевтические воздействия, направленные на процессы образования NO, для пульмонологии при острой респираторной недостаточности, отеке легкого, синдроме шокового легкого. Ингаляция газовой смеси, содержащей NO,снижает уровень легочной гипертонии. Учёным удалось предотвратить развитие ишемической болезни сердца. Следовательно, этот считавшийся крайне токсичным газ становиться лекарственным препаратом. Лекарственное воздействие окиси азота используется уже давно. Нитроглицерин – типичный пример пролекарства. Пролекарство – химически модифицированное форма лекарственного средства, которое в биосредах в результате метаболических процессов превращается в само лекарственное средство. Гемоглобин крови и железосодержащие ферментные системы гладкомышечных клеток восстанавливают нитрат-ион с образованием окиси азота (см. реакцию «бурого кольца»). Окись азота и оказывает терапевтическое действие. Введение ингибиторов СОА (Синтетазы окиси Азота) до начала ишемии приводило к противоположному результату. Это указывает на возможность разностороннего действия NO в патогенезе инсульта.

Оксиды азота являются потенциальным раздражителем, способным увеличить риск хронических легочных заболеваний. Оксид азота (NO) - бесцветный газ, который кислородом окисляется в NO2 3-х хсуток. Исследования Всемирной организации здравоохранения показывают, что экспозиция по диоксиду азота в атмосферном воздухе может приводить как к острым, так и к хроническим эффектам на здоровье, особенно у восприимчивой части населения, к которым относятся люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей, и дети.

ВОЗ рекомендует критерии для долгосрочных осредненных концентраций диоксида азота на уровне 40 мкг/куб.м., и для кратковременных воздействий на уровне 200 мкг/куб.м. В РФ с 1 февраля 2006 года смягчен норматив для разовых концентраций диоксида азота и установлен на уровне 200 мкг/куб.м., до 2006 года предельная допустимая максимальная разовая концентрация составляла 85 мкг/куб.м.  

При наблюдаемых разовых концентрациях диоксида азота уровень риска (для кратковременных воздействий от нескольких часов до 14 дней) для здоровья оценивается как низкий (эффекты маловероятны даже у чувствительных к данному веществу лиц). Даже вблизи автотрасс пороговые концентрации диоксида азота (более 200 мкг/куб.м.), после которых у чувствительных индивидуумов могут наблюдаться слабые, не требующие вмешательства эффекты на здоровье, практически не превышаются. Вероятность возникновение хронического риска для здоровья чувствительных групп населения может возникать при средних концентрациях диоксида азота, превышающих 40мкг/куб.м. В жилых районах города уровень загрязнения воздуха диоксидом азота практически приближается к указанной концентрации.

Диоксид азота относится к приоритетным загрязняющим веществам в Москве. Содержание в атмосферном воздухе диоксида азота в Москве контролируется на всех автоматических станция контроля загрязнения атмосферы.

В целом по городу в 2005 г. содержание оксидов азота сохранилось практически на уровне 2004 года. На жилых территориях среднегодовая концентрация диоксида азота, как и в 2004 году, не превышала норму. (0,8-1 ПДКсс). Некоторое увеличение среднегодовых концентраций отмечено на АСКЗА в Бирюлево, Новокосино, ул. Ак. Анохина, но без превышения допустимых норм. На жилых территориях отмечается рост случаев превышений разовых концентраций до 11% по сравнению с величиной 6% в 2004 году. На примагистральных территориях в среднем в году повторяемость повышенных разовых концентраций оксидов азота составила около 23%, что незначительно (на 81 час) больше, чем в 2004году.

По-прежнему, наблюдается значительное количество превышений среднесуточных нормативов на крупных автотрассах: до 90% . На жилых территориях данный показатель на 50% ниже.

Доклад посвящен одной из важных проблем развития российской тепло­энергетики - снижению загрязнения окружающей среды токсичными продук­тами сгорания органических топлив, в частности оксидов азота. Ввиду низкой платы за выбросы реализация природоохранных мероприятий на действующих котлах в настоящее время для большинства электростанций экономически не­выгодна. В связи с этим наиболее привлекательными для ТЭС в настоящее время являются малозатратные технологические мероприятия с коротким сро­ком внедрения, которые позволяют существенно снизить выбросы без прове­дения значительных реконструкций котлов. Одним из наиболее распростра­ненных и легко реализуемых режимных мероприятий является снижение из­бытка воздуха в топке. В результате уменьшения содержания кислорода в зоне горения происходит подавление образования как термических, так и топлив­ных NO_X, что позволяет не только уменьшить выбросы NO_X, но и несколько повысить КПД брутто и нетто котла за счет снижения потерь теплоты с ухо­дящими газами и затрат энергии на собственные нужды.

Влияние избытков воздуха на образование оксидов азота описывается экстремальной зависимостью с максимумом при а_max= 1,15-5-1,25 для газома­зутных котлов и а_max = 1,4-5-1,5 для пылеугольных котлов в зависимости от конструкции горелочных устройств и состояния топочной камеры.

Сжигание топлива с малыми избытками воздуха можно широко приме­нять на действующих котлах, которые, как правило, работают с достаточно высокими коэффициентами избытка воздуха в горелках близких к значениям а_max- В результате снижения избытков воздуха до значений а_раб = а_кр + 0,02-0,04 обычно наблюдается уменьшение выбросов оксидов азота на 10-30%. При этом не требуется каких-либо дополнительных капитальных и экс­плуатационных затрат, а все расходы на его внедрение сводятся к стоимости режимно-наладочных испытаний котла.

Еще больший эффект снижения выбросов оксидов азота наблюдается при дальнейшем снижении а ниже значений а_раб вплоть до появления химическо­го недожога. Причем основное снижение эмиссии NO_X происходит уже при появлении умеренного недожога топлива.  Режимно-наладочные испытания выполнены на котлах различных типов (БКЗ-420-140, ТПП-312, ТГМ-94, ТГМ-84, ТГМП-204), сжигающих различные виды топлива (угли, газ, мазут).

Авторы установили, что при сжигании природного газа и мазута за счет организации контролируемого умеренного химического недожога можно до­биться заметного снижения эмиссии NO_X до 30-40%. Одним из аргументов против реализации режимов с умеренным недожогом топлива является увели­чение эмиссии бенз(а)пирена С20Н12.

Известно, что концентрации различных примесей в продуктах сгорания самым тесным образом связаны между собой. Поэтому экологическая безо­пасность режима будет тем выше, чем меньше значение суммарного относи­тельного показателя вредности выбрасываемых дымовых газов. Авторы про­вели экспериментальные исследования процессов конверсии СО и БП в газо­вом тракте котельных установок и показали принципиальную возможность реализации в котле различных режимов сжигания - режим сжигания без недо­жога, с умеренным и с большим недожогом и рассчитали показатель суммар­ной вредности продуктов сгорания SП, являющийся суммой частных показа­телей вредности П, для СО, NO_X и БП. Проведенные по результатам испыта­ний расчеты Пi и SП показали, что подавляющий вклад в суммарную вред­ность выброса продуктов сгорания в атмосферу вносят оксиды азота NOx, прежде всего за счет NO₂. Их доля в суммарной вредности выброса для раз­личных режимов составляет от 90 до 98%. Вклад продуктов химического не­дожога (СО и БП) при обычных режимах сжигания ничтожно мал (< 1 - 2%). Поэтому для увеличения экологической безопасности сжигания природного газа в первую очередь необходимо снижать эмиссию NO_X. Наиболее экологи­чески чистыми из рассмотренных выше режимов являются режимы с умерен­ным недожогом при 1,05 < а_РВЭ ^< 1,07. Следовательно, режимы с умеренным недожогом являются наиболее оправданными как с точки зрения экологиче­ской безопасности, так и с точки зрения эффективного сжигания природного газа.

 По докладу заслушано заключение - ведущего научного сотрудника ОАО «ВТИ» Котлера Владлена Романовича (рецензия прилагается).

 В обсуждении доклада приняли участие:

Пахомов А.Н. (начальник ОПП «ОГК-1»), Сапаров МИ. (ведущий науч­ный сотрудник ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского»), Шевелева О.В. (на­чальник отдела «Охраны окружающей среды» ОГК-1), Орлов А.В. (с.н.с. сек­тора комплексных экологических проблем энергетики ОАО «ВТИ»), Мику-шевич В.М. (советник генерального директора «Энергетического углеродного фонда).

 

Заслушав доклад и выступления участников заседания в дискуссии, сек­ция НТС РАО "ЕЭС России" отмечает:

Сжигание природного газа с контролируемым умеренным недожогом по­зволяет снизить выбросы NOx до 30-40% при одновременном повышении КПД котла.

Суммарный показатель вредности таких режимов в 1,5 - 2,0 раза ниже, чем при обычном сжигании природного газа в соответствии с режимной кар­той, а суммарный вклад СО и бенз(а)пирена в общую вредность выброса от котла в атмосферу не превышает 3 - 7%. Однако, практическое применение режимов с контролируемым недожогом целесообразно лишь при определен­ных условиях. К ним относятся, в частности, относится установка на котлах измерительных систем для контроля содержания О2, СО и NO_X в продуктах сгорания и включения указанных систем в АСУ ТП.

Оксид азота (I), образующийся главным образом естественным путем, безвреден для человека. Он представляет собой бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом. Вдыхание небольших количеств N₂O приводит к притуплению болевой чувствительности, вследствие чего этот газ иногда в смеси с кислородом применяют для наркоза. В малых количествах N₂O вызывает чувство опьянения (отсюда название «веселящий газ»). Вдыхание чистого N₂O быстро вызывает наркотическое состояние и удушье.

Оксид азота NO и диоксид азота N₂O в атмосфере встречаются вместе, поэтому чаще всего оценивают их совместное воздействие на организм человека. Только вблизи от источника выбросов отмечается высокая концентрация NO. При сгорании топлива в автомобилях и в тепловых электростанциях примерно 90% оксидов азота образуется в форме монооксида азота. Оставшиеся 10% приходятся на диоксид азота. Однако в ходе химических реакций значительная часть NO превращается в N₂O - гораздо более опасное соединение. Монооксид азота NO представляет собой бесцветный газ. Он не раздражает дыхательные пути, и поэтому человек может его не почувствовать. При вдыхании NO, как и CO, связывается с гемоглобином. При этом образуется нестойкое нитрозосоединение, которое быстро переходит в метгемоглобин, при этом Fe²⁺ переходит в Fe³⁺. Ион Fe³⁺ не может обратимо связывать O₂ и таким образом выходит из процесса переноса кислорода. Концентрация метгемоглобина в крови 60 – 70% считается летальной. Но такое предельное значение может возникнуть только в закрытых помещениях, а на открытом воздухе это невозможно.

По мере удаления от источника выброса все большее количество NO превращается в NO₂ - бурый, обладающий характерным неприятным запахом газ. Диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному отравлению. Диоксид азота вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. Рассмотрим некоторые из них. К сенсорным эффектам можно отнести обонятельные и зрительные реакции организма на воздействие NO₂. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м³, человек ощущает присутствие этого газа. Эта концентрация является порогом обнаружения диоксида азота. Однако способность организма обнаруживать NO₂ пропадает после 10 минут вдыхания, но при этом ощущается чувство сухости и першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, NO₂ ослабляет обоняние.

Но диоксид азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет ночное зрение – способность глаза адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается при концентрации 0,14 мг/м³, что, соответственно, ниже порога обнаружения.

Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное сопротивление дыхательных путей. Иными словами, NO₂ вызывает увеличение усилий, затрачиваемых на дыхание. Эта реакция наблюдалась у здоровых людей при концентрации NO₂ всего 0,056 мг/м³, что в четыре раза ниже порога обнаружения. А люди с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания уже при концентрации 0,038 мг/м³.

Патологические эффекты проявляются в том, что NO₂ делает человека более восприимчивым к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей. У людей, подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются катар верхних дыхательных путей, бронхиты, круп и воспаление легких. Кроме того, диоксид азота сам по себе может стать причиной заболеваний дыхательных путей. Попадая в организм человека, NO₂ при контакте с влагой образует азотистую и азотную кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких. При этом стенки альвеол и кровеносных капилляров становятся настолько проницаемыми, что пропускают сыворотку крови в полость легких. В этой жидкости растворяется вдыхаемый воздух, образуя пену, препятствующую дальнейшему газообмену. Возникает отек легких, который зачастую ведет к летальному исходу. Длительное воздействие оксидов азота вызывает расширение клеток в корешках бронхов (тонких разветвлениях воздушных путей альвеол), ухудшение сопротивляемости легких к бактериям, а также расширение альвеол. Некоторые исследователи считают, что в районах с высоким содержанием в атмосфере диоксида азота наблюдается повышенная смертность от сердечных и раковых заболеваний.

Люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфиземой легких, астмой) и сердечно-сосудистыми болезнями, могут быть более чувствительны к прямым воздействиям NO₂. У них легче развиваются осложнения (например, воспаление легких) при кратковременных респираторных инфекциях. Полагают, что около 10 – 15% населения США страдает хроническими респираторными заболеваниями. Исходя из этого, в США установлен стандарт на содержание NO₂ на уровне, предохраняющем население от респираторных инфекций. Среднегодовой стандарт качества воздуха в США предусматривает концентрацию NO₂ 0,1 мг/м³. Нет данных на допустимое содержание NO₂ в небольшие промежутки времени (например, среднесуточную концентрацию). В Германии принята максимально допустимая эмиссионная концентрация (МЭК) NO₂ - 9 мг/м3. МЭК показывает, какая концентрация вещества выбрасывается тем или иным источником в воздух. Измерение концентрации выбросов производится непосредственно в потоке газов. Но следует знать, что диоксид азота представляет собой опасность для здоровья человека, даже если его концентрация в воздухе меньше МЭК, особенно при длительном действии.

В Украине установлены следующие экологические стандарты на содержание оксидов азота в атмосферном воздухе населенных мест: для NO₂ максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДКм.р.) составляет 0,085 мг/м³, а среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДКс.с.) – 0,04 мг/м³; для NO ПДКм.р = 0,4 мг/м³, ПДКс.с = 0,06 мг/м³.

Разрушающее воздействие составляющих фотохимического смога на растения было обнаружено раньше, чем подтверждено их влияние на здоровье людей.

Оксиды азота NO_x могут воздействовать на растения тремя путями:

• прямым контактом с растениями;
• через образующиеся в воздухе кислотные осадки;
• косвенно – путем фотохимического образования таких окислителей, как озон и ПАН.

Прямое воздействие NO_x на растения определяется визуально по пожелтению или побурению листьев и игл, происходящему в результате окисления хлорофилла. Окисление жирных кислот в растениях, происходящее одновременно с окислением хлорофилла, кроме того, приводит к разрушению мембран и некрозу. Образующаяся при этом в клетках азотистая кислота оказывает мутагенное действие. Отрицательное биологическое воздействие NO_x на растения проявляется в обесцвечивании листьев, увядании цветков, прекращении плодоношения и роста. Такое действие объясняется образованием кислот при растворении оксидов азота в межклеточной и внутриклеточной жидкостях.

Ботаники считают, что первоначальные симптомы повреждения растений оксидами азота проявляются в беспорядочном распространении обесцвечивающих пятен серо-зеленого оттенка. Эти пятна постепенно грубеют, высыхают и становятся белыми. Оксиды азота токсичны при концентрации 3 млн^-1. Для сравнения: сернистый газ вызывает поражение растений при большей концентрации (5 млн^-1).

Нарушения роста растений при воздействии NO₂ наблюдаются при концентрациях 0,35 мг/м³ и выше. Это значение является предельной концентрацией. Опасность повреждения растительности диоксидом азота существует только в больших городах и промышленных районах, где средняя концентрация NO₂ составляет 0,2 – 0,3 мг/м³.

Растения более устойчивы (по сравнению с человеком) к воздействию чистого диоксида азота. Это объясняется особенностями усвоения NO₂, который восстанавливается в хлоропластах и в качестве NH₂- группы входит в аминокислоты. При концентрации 0,17 – 0,18 мг/м³ оксиды азота используются растениями в качестве удобрений. Эта способность к метаболизированию NO_x человеку не присуща.

Разрушительное действие NO₂ на растения усиливается в присутствии диоксида серы. Это подтверждено на опытах, проведенных со следующими породами деревьев: тополь черный, береза плакучая, ольха белая, липа мелколистная. Эти газы обладают синергизмом, и в атмосфере зачастую присутствуют вместе. В то время как действие одного диоксида азота многие растения переносят в концентрации до 0,35 мг/м³, в присутствии диоксида серы такое же количество NO₂ может нанести им ущерб.

Озон и пероксоацилнитраты (ПАН) – сильные окислители. Они оказывают влияние на метаболизм, рост и энергетические процессы в растениях, ингибируя многие ферментативные реакции, например, синтез гликолипидов, полисахаридов стенок клетки, целлюлозы и т.д. Озон и ПАН также влияют на процесс фотосинтеза.

Озон значительно токсичнее оксидов азота при действии на растения. Для них он токсичен при концентрации 0,2 млн^-1. Чувствительные виды растений уже после часовой обработки озоном при концентрации 0,05 – 0,1 мг/м³ проявляются признаки угнетения (белая или коричневая крапчатость). Озон также изменяет структуру клеточных мембран, вследствие чего можно наблюдать серебристую пятнистость листьев. При воздействии озона также окисляются пигменты и листья обесцвечиваются. На глянцевом слое кожицы листьев и игл проявляются трещины, и лист становится хрупким. Кроме того, в трещинах могут прорастать грибные споры, проникающие затем вглубь листа и разрушающие его. Этот инфекционный процесс является одной из причин гибели лесов.

При окислительных процессах в клетке растений может выделяться этилен, вызывающий опадание листьев и игл. Результатом воздействия высоких концентраций озона является штриховая исчерченность листьев. Установлено, что озон влияет на цитрусовые, приводит к чрезмерно раннему созреванию плодов и опаданию их до достижения нормальных размеров. Специальное исследование, проведенное с четырьмя видами сельскохозяйственных растений (соя, кукуруза, пшеница и земляной орех), показало, что загрязнение воздуха озоном приводит к потере урожая.

Таким образом, признаки повреждений, вызванных NO₂ и O₃, визуально диагностируются. Однако следует учитывать, что в естественных условиях, эти газы действуют на растения не по отдельности, а комплексно в сложной смеси с другими загрязнителями, поэтому идентификацию воздействия провести трудно. ПАН становится физиологически активным только при освещении. Фотолитически он распадается на и пероксоацетил-радикал, который окисляя, разрушает пигменты растений. В заключении следует отметить, что фотохимические окислители оказывают наибольшее воздействие на салатные культуры, бобы, свеклу, злаки, виноград и декоративные насаждения. Сначала на листьях образуется водное набухание. Через некоторое время нижние поверхности листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенок, а верхние становятся пятнистыми с белым налетом. Затем наступает быстрое увядание и гибель листьев.
Виды соединений азота.
В состав атмосферы входит ряд азотсодержащих микровеществ, но в кислотной седиментации участвуют только два из них: окись и двуокись азота, которые в результате протекающих в атмосфере реакций образуют азотистую кислоту.
Окись азота под действием окислителей (например, озона) или различных свободных радикалов преобразуется в двуокись азота:

(окись азота + радикал пероксида водорода --- двуокись азота + радикал гидроксила);

(окись азота + озон --- двуокись азота + молекулярный кислород).
. С другой стороны, в непосредственной близости от источников загрязнения количество окиси азота превышает количество двуокиси азота. Это соотношение увеличивается в сторону двуокиси азота по мере приближения к территориям, непосредственно не подверженным загрязнению. Например, в безусловно чистом воздухе над поверхностью океана часть окиси азота составляет всего несколько процентов от двуокиси азота. Соотношение этих газов, впрочем, может меняться вследствие фотодиссоциации двуокиси азота:

(двуокись азота+ квант света --- окись азота+ атом кислорода),
Кислотную среду в атмосфере создает также азотная кислота, образующаяся из оксидов азота. Если находящаяся в воздухе азотная кислота нейтрализуется, то образуется азотнокислая соль, которая обычно присутствует в атмосфере в виде аэрозолей. Это относится также к солям аммония, которые получаются в результате взаимодействий аммиака с какой-либо кислотой.
Источники соединений азота.
Эти источники могут быть как естественными, так и антропогенными. Рассмотрим наиболее важные естественные источники.
Естественные и антропогенные источники соединений азота, содержащихся в атмосфере.
Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно современным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн т оксидов азота.
Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плазмы атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Общее количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн т в год.
Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн т оксидов азота в год.
в тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах. Эти естественные источники совместно вырабатывают в год 2-12 млн т оксидов азота.
Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т. д.). Во время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота NO пропорционально температуре горения. Кроме того, оксиды азота образуются в результате горения имеющихся в топливе азотсодержащих веществ. Сжигая топливо, человек ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн т оксидов азота.. Значительным источником оксидов азота также является транспорт.
В целом количества естественных и искусственных выбросов приблизительно одинаковы, однако последние, так же как и выбросы соединений серы, сосредоточены на ограниченных территориях Земли.
Необходимо упомянуть, однако, что количество выбросов оксидов азота из года в год растет в отличие от эмиссии двуокиси серы, поэтому соединения азота играют огромную роль в образовании кислотных осадков.

Заключение.

Из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может при-вести к необратимым процессам и поставить вопрос о возмож-ности жизни на планете. Это связано с развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности человека без учета возможностей биосферы Земли. Уже сейчас перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, требующие незамедли-тельного решения.