산성비 : 형성 방법, 구성, 반응 및 효과 - 환경

산성비가 5.6 이하의 pH를 생성하는 물질의 습식 또는 건식 침전이다. 이 강수량은 습하거나 (빗물에 희석) 건조 (미립자 또는 에어로졸 침전) 일 수 있습니다.

"산성비"라는 용어는 1850 년 산업 혁명의 중간에 영국 연구원 로버트 앵거스 스미스가 처음 제안했습니다. 대기 중에 생성되는 가장 풍부한 산은 자연 또는 인공 오염 물질의 산화에 의해 질산과 황산입니다.

산성비지도. 출처 : Alfredsito94

가장 관련성이 높은 오염 물질은 산화 질소 (NO2, NO3, SO2)이며, 천연 자원은 화산 폭발, 산불 및 박테리아 분해입니다. 인공적인 소스는 화석 연료 (산업 활동 및 자동차 교통)의 연소로 인한 가스 배출입니다.

산성비는 토양과 물의 산성화와 같은 환경에 부정적인 영향을 미치며 인간을 포함한 생물에 영향을 미칩니다. 또한 토양과 물은 중금속으로 오염되고 수역에서 부영양화가 발생합니다.

초목 수준에서 잎에 직접적인 손상이 발생하고 식물 성장이 영향을받습니다. 또한 토양의 산성화는 영양분을 고정시키고 균근 (토양 곰팡이)에 영향을줍니다. 마찬가지로 건물, 기계, 기념물 및 요소에 노출 된 예술 작품은 침전 된 산의 영향으로 심하게 산화되거나 침식됩니다.

산성비의 영향을 개선하기 위해 기념물을 보호하고 토양과 물의 산성화를 수정하는 것과 같은 몇 가지 필수 조치를 취할 수 있습니다. 그러나 산성비의 기본 해결책은 산 형성의 전구체 인 화학 화합물의 대기로의 방출을 줄이는 것입니다.

산성비는 어떻게 형성됩니까?

Curaçao의 PDVSA 정유 공장에서 배출되는 SO2로 인한 산성 안개. 출처 : HdeK

화학 전구체

산성비 현상은 산 형성의 전조 인 화학 화합물이 대기로 방출되는 것으로 시작됩니다. 이러한 화합물은 천연 또는 인공 소스에서 방출 될 수 있습니다.

천연 자원에는 화산 폭발, 초목 화재 및 해양 배출이 포함됩니다. 인공적인 소스가 산업 배출, 연소 자동차의 배출 또는 폐기물 연소로 작용하기 때문입니다.

이 소스는 대기에서 산을 생성 할 수있는 다양한 화합물을 방출합니다. 그러나 가장 중요한 것은 질소 산화물과 황산화물입니다.

질소 산화물은 NOx로 알려져 있으며 이산화질소 (NO2)와 아산화 질소 (NO)를 포함합니다. 그 부분에서 황산화물은 SO2 또는 이산화황입니다.

대류권 과정과 산 생성

산성비 현상은 대류권 (지구 표면에서 16km 높이까지 올라가는 대 기대)에서 발생합니다.

대류권에서 기류는 이러한 화합물을 행성의 어느 곳 으로든 운반 할 수있어 전 세계적인 문제가됩니다. 이 과정에서 질소와 황산화물은 다른 화합물과 상호 작용하여 각각 질산과 황산을 형성합니다.

반응 지원

화학 반응은 현탁액의 고체 입자 또는 현탁액의 물 방울에서 수행 될 수 있습니다.

질산은 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 주로 기상에서 형성됩니다. 그 부분에서 황산은 산성비의 주성분 인 물에 더 잘 용해됩니다.

질산

질산 (HNO3)의 형성을 위해, 질소 산화물은 물, OH (HO2 및 CH3O2의 경우 다소 적음)와 같은 라디칼 또는 대류권 오존 (O3)과 반응합니다.

황산

황산 (H2SO4) 생산의 경우 라디칼 OH, HO2, CH3O2, 물 및 오존도 참여합니다. 또한 과산화수소 (H2O2) 및 다양한 금속 산화물과 반응하여 형성 할 수 있습니다.

탄산

H2CO3는 이산화탄소와 대기 중 물의 광화학 반응에 의해 형성됩니다.

염산

HCl은 산성비의 2 %에 불과하며 그 전구체는 염화 메틸 (ClCH3)입니다. 이 화합물은 바다에서 나오며 OH 라디칼에 의해 산화되어 염산을 형성합니다.

침적

일단 산성 화합물 (질산 또는 황산, 그리고 덜 염산)이 형성되면 침전됩니다.

침전은 산성화 반응이 기상에서 일어난 현탁 입자의 침착에 의해 이루어질 수있다. 또 다른 방법은 응축수가 산이 형성된 빗속에서 침전되는 것입니다.

구성

비의 자연 산도는 pH 5.6에 가깝지만 오염되지 않은 일부 지역에서는 5의 값입니다. 이러한 낮은 pH 값은 자연 기원의 산의 존재와 관련이 있습니다.

pH 수준에 따라 비는 다음과 같이 분류 될 수 있습니다.

a) 약산성 (pH 4.7 ~ 5.6)
b) 중간 산 (pH 4.3 ~ 4.7)
c) 강산성 (pH 4.3 이하).

비의 농도가 질산염의 경우 1.3mg / L 이상이고 황산염의 경우 3mg / L 이상이면 오염이 높은 것으로 간주됩니다.

산성비는 황산의 존재에 의해 3 분의 2 이상이 구성되며, 그 다음에는 질산이 풍부합니다. 비의 산성도에 기여할 수있는 다른 성분은 염산과 탄산입니다.

산성비의 화학 반응

황산 (H2SO4)의 형성

황산의 생성은 기상 또는 액상에서 발생할 수 있습니다.

기체 상

SO2의 3 ~ 4 %만이 기체상에서 산화되어 황산을 생성합니다. 기체 전구체로부터 황산을 형성하는 많은 경로가 있으며 여기에서는 SO2와 대류권 오존의 반응이 표시됩니다.

반응은 두 단계로 발생합니다.

1. 이산화황은 대류권 오존과 반응하여 삼산화황을 생성하고 산소를 방출합니다.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2. 삼산화황은 수증기로 산화되어 황산을 생성합니다.

SO3 + H2O = H2SO4

액상

비를 형성 할 물방울에서 황산은 여러 가지 방법으로 생성 될 수 있습니다.

1.-SO2는 물에 용해되어 아황산을 생성하며 이는 과산화수소에 의해 산화됩니다.

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- 광촉매 메커니즘 :이 경우 태양 광 작용 (광 화학적 활성화)에 의해 금속 산화물 입자 (철, 아연, 티타늄)가 활성화되고 황산을 생성하는 SO2를 산화시킵니다.

질산 (HNO3) 형성

대류권 오존 O3는 3 단계 과정에서 NO2를 HNO3로 변환합니다.

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

환경에 미치는 영향

체코 공화국 Jizera 산맥의 숲에서 산성비의 영향. 출처 : Lovecz

토양 산성화와 식생에 미치는 영향

산성비가 토양에 미치는 영향은 구성에 따라 다릅니다. 예를 들어 석회질, 현무암 및 화성 토양은 산도를 중화시키는 능력이 더 큽니다.

그 부분에서, 불활성 물질로서 석영이 풍부한 토양은 산 함량을 조절할 수 없습니다. 따라서 산성비가 산도를 높이는 토양에서는 식물과 동물에 독성이있는 금속 이온이 방출되어 사라집니다.

관련 사례는 알루미 노 실리케이트의 용해로 식생에 매우 해로운 알루미늄 이온을 방출합니다.

일반적으로 토양의 산도는 식물에 대한 영양분의 가용성을 감소시킵니다. 또한 칼슘의 방출과 세척을 촉진하여 식물의 결핍을 유발합니다.

대수층과 인간 건강에 미치는 영향

대부분의 경우 산성비는 일반 비와 다르게 보이거나 맛이 나지 않으며 피부에 감각을 유발하지도 않습니다. 인체 건강에 미치는 영향은 간접적이며 극도의 산도 때문에 피부 손상을 거의 일으키지 않습니다.

산성비의 문제 중 하나는 pH 값을 5 이하로 낮추면 중금속이 방출되어 사라진다는 것입니다. 알루미늄 및 카드뮴과 같은 이러한 오염 물질은 지하 대수층으로 들어갈 수 있습니다.

오염 된 대수층의 물이 사람이 소비하는 우물로 들어가면 건강에 심각한 피해를 줄 수 있습니다.

건물, 기념물 및 재료의 노후화

산성비에 의해 손상된 가고일. 출처 : Nino Barbieri

석회질 유형의 돌

석회암이나 대리석으로 만든 건축물, 기념물 및 조각품은 산성비의 영향을 많이받습니다. 많은 역사적인 건물과 예술 작품이 이러한 재료로 지어지기 때문에 이것은 매우 심각합니다.

석회석의 경우 산성비로 인해 석회석이 용해되고 방해석이 재결정됩니다. 이 재결정은 표면에 희끄무레 한 톤을 생성합니다.

황산으로 비가 내리는 특정 경우에는 황화 현상이 발생합니다. 이 과정을 통해 암석 표면이 석고로 변하고 CO2가 방출됩니다.

대리석은 저항력이 더 높지만 산성비의 영향을받습니다. 이 경우 돌의 각질 제거가 발생하므로 표면층이 분리됩니다.

기타 비 부식성 재료

일부 건물에서는 구조적 열화가 미미하지만 부정적인 영향도 있습니다. 예를 들어, 건조한 산 침전물은 벽을 더럽 히고 유지 관리 비용을 증가시킵니다.

궤조

산성비는 산화 현상으로 인해 금속을 부식시킵니다. 금속 부품이 장착 된 구조물, 장비, 기계 및 차량이 심각한 영향을 받기 때문에 엄청난 경제적 손실이 발생합니다.

동식물

산성비로 죽인 물고기. 출처 : 미국 어류 및 야생 동물 서비스.

산성비는 수생 생태계와 육상 생태계의 자연 균형을 수정합니다.

렌즈 모양의 수역에있는 식물과 동물

Lentic 수역은 폐쇄 된 생태계이기 때문에 산성화에 더 취약합니다. 또한 물에 산이 축적되면 물이 품고있는 생명에 부정적인 영향을 미칩니다.

산성화의 또 다른 결과는 비를 통한 질산염 침전으로 수역에서 부영양화를 유발합니다. 과도한 영양소는 가용 산소를 감소시키고 수생 동물의 생존에 악영향을 미칩니다.

또 다른 간접적 인 부정적인 영향은 지상 환경에서 수역으로의 중금속 이온 유입입니다. 이 이온은 산도가 증가 할 때 하이드로 늄 이온의 작용에 의해 토양으로 방출됩니다.

식생 및 영양소 가용성

토양 산성화로 인한 가장 심각한 문제는 필수 영양소의 고정과 독성 금속의 증가입니다.

예를 들어, 알루미늄과 마그네슘은 수소로 대체되어 토양 입자에서 방출됩니다. 알루미늄은 뿌리의 구조와 기능에 영향을 미치고 식물에 필수적인 칼슘의 흡수를 감소시킵니다.

반면 토양 산성화는 숲의 역동성에 필수적인 균근 (뿌리 관련 곰팡이)에 손상을줍니다.

식물과 동물에 대한 직접적인 손상

황산은 엽록소를 분해하고 엽록소 (잎의 황변)를 생성하여 잎에 직접적인 손상을 일으 킵니다. 일부 종에서는 생존 가능한 종자의 성장과 생산이 감소합니다.

양서류 (개구리 및 두꺼비)는 특히 물의 산도 영향에 민감합니다. 일부 손상은 직접적인 부상과 병원균 (특히 피부 곰팡이)에 대한 방어력 저하입니다.

솔루션

배출 감소

산성비의 결론은 산성 전구체 화학 물질의 환경 배출을 줄이는 것입니다. 이들 중 가장 중요한 것은 황과 질소 산화물입니다.

그러나 이것은 기업과 국가의 경제 및 개발 이익에 영향을 미치기 때문에 약간의 어려움이 있습니다. 예를 들어, 이산화황의 주요 공급원 중 하나는 석탄 연소로 중국 에너지의 70 % 이상을 차지합니다.

배출량을 줄이는 데 도움이되는 몇 가지 기술적 대안이 있습니다. 예를 들어, 업계에서 소위 "유동층"은 SO2를 보유하는 흡수제 (석회석 또는 백운석)를 포함합니다. 일반적으로 자동차 및 내연 기관의 경우 촉매 변환기는 SO2 배출량을 줄이는데도 도움이됩니다.

반면에 일부 국가에서는 산성비를 줄이기위한 특정 프로그램을 시행하고 있습니다. 예를 들어, 미국은 NAPAP (National Acid Precipitation Assessment Program)를 개발했습니다. NAPAP가 고려하는 조치 중 일부는 저 유황 연료 사용의 구현입니다.

또 다른 가능한 조치는 산성비와 지구 온난화를 줄이기 위해 차량 함대를 전기 자동차로 교체하는 것입니다. 그러나이를 달성하기위한 기술이 존재하지만 자동차 및 석유 산업의 압력으로 인해 이와 관련한 결정이 지연되었습니다. 영향을 미치는 다른 요소는 차량이 도달 할 것으로 예상되는 속도와 관련된 문화적 요소입니다.

산도 보정 조치 적용

어떤 경우에는 알칼리를 첨가하여 토양과 물의 pH를 높일 수 있습니다 (예 : 다량의 석회를 포함). 그러나이 관행은 매우 넓은 땅에서 실행 가능하지 않습니다.

표면 보호

결석

산성비의 영향으로 돌의 열화를 보호하거나 적어도 감소시키는 다양한 방법이 있습니다. 이 방법 중 하나는 증기 또는 뜨거운 물로 씻는 것입니다.

불화 수소산 또는 중불 화 암모늄과 같은 화학 작용 제도 사용할 수 있습니다. 씻은 후에는 수산화 바륨과 같이 모공을 막는 특수 제품을 사용하여 돌을 밀봉 할 수 있습니다.

금속

부식되기 쉬운 금속 표면은 아연과 같은 비 부식성 금속으로 코팅하여 보호 할 수 있습니다.

이를 위해 전착을 적용하거나 보호 할 금속 구조를 액체 상태의 보호 금속에 담글 수 있습니다.

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산성비 : 형성 방법, 구성, 반응 및 효과 - 환경 - 2026