07.01.2011 г.

  На главную раздела "Научные работы"


Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В.


Глава 2 Оксиды азота в атмосфере

 

2.1 Общие сведения


2.1.1 Образование диоксида азота

          Из веществ, поступающих в атмосферный воздух городов с антропогенными выбросами, наиболее часто встречаемыми соединениями являются оксид и диоксид азота. Концентрации NO3 и некоторых других оксидов незначительны, и обычно их не принимают во внимание. Оксиды азота и особенно диоксид азота являются главными составляющими загрязнения атмосферного воздуха городов.
Оксиды азота образуются, в основном, в процессе сгорания органического топлива при высоких температурах и затем в атмосфере трансформируются в NO2. Значительное количество оксидов азота производится тепловыми электростанциями, металлургическими предприятиями, крупными и мелкими котельными и автотранспортом.


          Диоксид азота является вторичной примесью, которая образуется в результате фотохимических реакций, происходящих в атмосфере. Часть оксидов азота из выбросов переходит в диоксид, остальные оксиды сохраняются длительное время в виде оксидов азота и тоже поступают в атмосферу. Выбросы оксидов азота обычно оцениваются в пересчете на NO2 [37].

          Оксид и диоксид азота играют сложную и важную роль в фотохимических процессах, происходящих в тропосфере и стратосфере при солнечном свете и являющихся причиной образования фотохимического смога и высоких концентраций O3. Поэтому возможные реакции с участием оксидов азота в атмосфере и фотохимические процессы, приводящие к образованию O3, изучены достаточно подробно. Концентрации NO, NO2 и О3, связанные последовательностью реакций, детально рассмотрены во многих исследованиях (см., например, [57, 96, 98]). В работах по изучению химии атмосферы приводятся десятки и даже сотни различных реакций. Однако нам представляется, что изучить атмосферные химические процессы в реальных условиях затруднительно.
         
          Рассмотрим здесь только основные реакции, указывающие на появление озона и роль солнечной радиации.
          В нижней тропосфере озон формируется реакцией

 



          Полагают, что молекулой М может быть N2. Конечными продуктами фотолиза NO2 при его диссоциации являются NO и О2. Для этого необходима дополнительная энергия:

 
 
или


         
          Для образования диоксида азота в атмосфере необходим озон, а для разложения диоксида до оксида необходимо присутствие солнечной радиации. Однако, как показывают результаты наблюдений,концентрация диоксида азота в атмосфере зависит существенным образом от интенсивности солнечной радиации, приводящей к усилению химических реакций в целом [60], что будет показано далее.
          При малых значениях концентрации диоксида азота в атмосфере, химическая реакция образования NO2, вероятно, будет всегда возобладать над фотолизом.
          Озон может разрушаться рядом реакций, но сток его преобладает при реакции с NO:
 

 

 

 В результате NO, образованный по реакции (2.2), будет идти на восстановление NO2 по реакции (2.4) или 

 

 

 

          При высоких концентрациях NO2 фотолиз NO2 будет приводить к образованию NO, т.е. реакция (2.3) будет преобладать над реакцией (2.1) [99]. Можно предполагать, что чем быстрее идет реакция образования О3, тем медленнее образуется NO2, т.е. чем больше О3, тем меньше NO2.

          Атмосфера является огромным реактором, в котором происходят различные химические и фотохимические реакции, разрушаются одни вещества и образуются другие. Этот процесс непрерывен. Атмосфера постоянно создает равновесные условия, но составляющие ее химические вещества стремятся нарушить это равновесие. В фотохимических процессах образования NO2 кроме оксидов азота участвуют многие другие газовые органические компоненты, в том числе различные углеводороды, поступающие в атмосферу от антропогенных и естественных выбросов. Важным фактором в этих процессах являются метеорологические условия. При неблагоприятных погодных условиях, высокой инсоляции и слабых ветрах фотохимические реакции могут приводить к высоким уровням концентраций, которые опасны для человека. Такие погодные условия, сопровождающие области высокого давления, являются причиной фотохимического смога на больших территориях. И, наоборот, благоприятные условия рассеивания способствуют уменьшению концентрации примеси в атмосфере.

          В сложных окислительно-восстановительных процессах, многие из которых неизвестны, оксиды азота трансформируются, перемещаются и выпадают на Землю в виде кислых сухих и влажных осадков часто на значительном расстоянии от источников выбросов.

          До последнего времени полагали, что уровень загрязнения воздуха в городе определяется количеством выбросов, поступающих в воздушный бассейн города, и локальными условиями переноса и распространения выбросов на данной территории. Однако данные рутинных сетевых наблюдений позволяют выявить наличие зависимостей, сходных с описываемыми уравнениями, и показать роль глобальных атмосферных процессов в формировании уровня концентрации оксида и диоксида азота в городах.
 

В начало                              Продолжение  

 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить