化學(xué)與環(huán)境-酸雨

化學(xué)與環(huán)境——酸雨第1頁/共54頁內(nèi)容一.什么是酸雨？二.酸雨的形成三.酸雨的危害四.減少酸雨的措施第2頁/共54頁未被污染的雨雪被大氣中二氧化碳飽和時(shí)，略呈酸性，pH值為5.65。被大氣中存在的酸性氣體污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨；pH值小于5.65的雪叫酸雪；在高空或高山(如峨眉山)上彌漫的霧,pH值小于5.65時(shí)叫酸霧。簡(jiǎn)單地說，酸雨就是酸性的雨。一、什么是酸雨？第3頁/共54頁什么是酸雨區(qū)?

某地收集到酸雨樣品,還不能算是酸雨區(qū),因?yàn)橐荒昕捎袛?shù)十場(chǎng)雨,某場(chǎng)雨可能是酸雨,某場(chǎng)雨可能不是酸雨,所以要看年均值。因此對(duì)于酸雨區(qū)的定義不止取決與降雨的pH值，還取決于酸雨率。第4頁/共54頁酸雨率為一年出現(xiàn)酸雨的降水過程次數(shù)除以全年降水過程的總次數(shù)酸雨率

除了年均降水pH值之外,酸雨率是判別某地區(qū)是否為酸雨區(qū)的又一重要指標(biāo)。第5頁/共54頁酸雨區(qū)年均降水pH值高于5.65,酸雨率是0-20%,為非酸雨區(qū);pH值在5.30--5.60之間,酸雨率是10--40%,為輕酸雨區(qū);pH值在5.00--5.30之間,酸雨率是30-60%,為中度酸雨區(qū);pH值在4.70--5.00之間,酸雨率是50-80%,為較重酸雨區(qū);pH值小于4.70,酸雨率是70-100%,為重酸雨區(qū)。第6頁/共54頁世界三大酸雨區(qū)1、北美酸雨區(qū)2、西歐酸雨區(qū)3、中國西南酸雨區(qū)第7頁/共54頁我國三大酸雨區(qū)1、西南酸雨區(qū)：是僅次于華中酸雨區(qū)的降水污染嚴(yán)重區(qū)域。2、華中酸雨區(qū)：目前它已成為全國酸雨污染范圍最大，中心強(qiáng)度最高的酸雨污染區(qū)。3、華東沿海酸雨區(qū)：它的污染強(qiáng)度低于華中和西南酸雨區(qū)。覆蓋四川、貴州、廣東、廣西、湖南、湖北、江西、浙江、江蘇和青島等省市部分地區(qū)，面積達(dá)200多萬平方公里。第8頁/共54頁制約酸雨地區(qū)分布的因素（1）南方地區(qū)工業(yè)，特別是有色金屬冶煉工業(yè)發(fā)達(dá)。

（2）南方土壤呈酸性，大氣中的灰塵顆粒均呈酸性，對(duì)

大氣和雨水中的酸缺少足夠的中和，而北方與此相反。（3）南方降水多，空氣濕潤(rùn)，有利于酸雨的形成。（4）南方多丘陵地形，且風(fēng)速小于北方，酸性氣體不易

擴(kuò)散，而北方地形平坦開闊，風(fēng)力較強(qiáng)，易于氣體的擴(kuò)散。

第9頁/共54頁

我國酸雨區(qū)已占國土面積40%

你知道嗎？我國酸雨區(qū)面積正在迅速擴(kuò)大，已約占全國面積的40％?？茖W(xué)家說我國酸雨在2020年前仍呈發(fā)展趨勢(shì)。研究結(jié)果表明，酸雨對(duì)我國農(nóng)作物、森林等影響巨大，僅江蘇、浙江等7省便因酸雨而造成農(nóng)田減產(chǎn)約1．5億畝，年經(jīng)濟(jì)損失約37億元；森林受害面積128．1萬公頃，年木材損失6億元，森林生態(tài)效益損失約54億元。第10頁/共54頁二、酸雨的形成

酸雨的形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理過程。一般認(rèn)為，酸雨是由于排放的SO2等酸性氣體進(jìn)入大氣后，造成局部地區(qū)中的SO2富集，在水凝過程中溶解于水形成亞硫酸，然后經(jīng)某些污染物的催化作用及氧化劑的氧化作用生成硫酸，隨雨水降下形成酸雨。

第11頁/共54頁主要污染物的形成.造成雨水酸化之污染物質(zhì)有SO2、NOx、HCl、有機(jī)酸等。二氧化硫(SO2)

主要來源為燃料之燃燒，如燃煤或燃油之火力電廠，其次為工業(yè)生產(chǎn)程序之排放，如煉油、精煉、硫酸工廠等。

氮氧化物(NOx)

為高溫燃燒下之產(chǎn)物，其來源有燃料之燃燒，如：燃煤與燃油之火力電廠，交通工具之排氣，工業(yè)生產(chǎn)程序以及閃電。第12頁/共54頁主要污染物的形成氯化氫(HCl)

則源自海水飛沫、鹽酸工廠、焚化爐排放之廢氣、廢金屬回收冶煉及交通工具之排氣等。氨主要來自土壤中氮化物之分解，優(yōu)養(yǎng)水域表面、動(dòng)物糞尿。農(nóng)田施肥及肥料工業(yè)，亦可由燃燒產(chǎn)生。有機(jī)酸

有機(jī)酸之來源則為甲醛之氧化、海洋中石蠟物質(zhì)之氧化、植物及細(xì)菌活動(dòng)等。第13頁/共54頁酸雨形成硫酸雨和硝酸雨的來源第14頁/共54頁酸性物質(zhì)SO2的天然排放酸性物質(zhì)SO2

有四類天然排放源：海洋霧沫,它們會(huì)夾帶一些硫酸到空中；土壤中某些機(jī)體，如動(dòng)物死尸和植物敗葉在細(xì)菌作用下可分解某些硫化物，繼而轉(zhuǎn)化為SO2；火山爆發(fā),也將噴出可觀量的SO2氣體；雷電和干熱引起的森林火災(zāi)也是一種天然SO2

排放源,因?yàn)闃淠疽埠形⒘苛?。?5頁/共54頁化石燃料與酸雨

酸性物質(zhì)SO2，NOx排放人工源之一，是煤、石油和天然氣等化石燃料燃燒，無論是煤，或石油，或天然氣都是在地下埋藏多少億年，由古代的動(dòng)植物化石轉(zhuǎn)化而來,故稱做化石燃料?；剂现械暮?、含氮化合物在燃燒過程釋放出大量的硫氧化物和氮氧化物，是酸雨的成因之一，尤其是煤的燃燒。第16頁/共54頁我國目前酸雨的主要責(zé)任者

——燃煤中的雜質(zhì)硫

與石油和天然氣相比,在我國煤的消耗量要多得多。一般估計(jì)煤的消耗量占化石燃料總消耗量的90%左右。而煤的燃燒排放SOx的數(shù)量,除了決定于煤的消耗數(shù)量,尚決定于煤的含硫量。我國幅員遼闊，煤礦分布十分分散。我國南方產(chǎn)煤含硫量比北方要高,特別是西南地區(qū),產(chǎn)含硫量高煤的中小煤窯如滿天星斗,其煤的含硫量要比東北和華北地區(qū)產(chǎn)的高叁肆倍，當(dāng)?shù)鼐用穹Q之為“臭煤”,因?yàn)榧彝ゴ讹埖臓t子燒用此煤，能發(fā)出令人窒息的惡臭氣味,就是SO2。一般情況是當(dāng)?shù)叵漠?dāng)?shù)禺a(chǎn)的煤,以減少運(yùn)輸過程的損失和增加成本,這也加速了我國長(zhǎng)江以南酸雨區(qū)域的形成。因此，燃煤中的雜質(zhì)硫?qū)⑹俏覈壳八嵊甑闹饕?fù)責(zé)者。第17頁/共54頁工業(yè)過程與酸雨

酸性物質(zhì)SO2,NOx排放人工源之二是工業(yè)過程,如：金屬冶煉：某些有色金屬的礦石是硫化物,銅,鉛,鋅便是如此,將銅,鉛,鋅硫化物礦石還原為金屬過程中將逸出大量SO2氣體,部分回收為硫酸,部分進(jìn)入大氣。再如化工生產(chǎn)，特別是硫酸生產(chǎn)和硝酸生產(chǎn)可分別跑冒滴漏可觀量的SO2和NOx,由于NO2帶有淡棕的黃色，因此,工廠尾氣所排出的帶有NOx的廢氣象一條“黃龍”,在空中飄蕩。再如石油煉制等,也能產(chǎn)生一定量的SO2和NOx。它們集中在某些工業(yè)城市中，也比較容易得到控制。第18頁/共54頁土法煉硫,煉出了赤地千里80年代初期,云南某地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)起步,片面追求利潤(rùn),實(shí)施土法煉硫（即以高硫份塊炭等為原料，通過簡(jiǎn)易燒結(jié)工藝，提練炭塊中的硫成份）,工藝陳舊落后,硫的回收率僅達(dá)30%。其余的硫都燃燒成為SO2,彌漫于大氣之中,加之云南氣候濕潤(rùn)，有人曾收集檢測(cè)到每場(chǎng)降雨都是酸雨,pH值可達(dá)到3.2-3.8。其后果是生產(chǎn)區(qū)周圍,樹上看不到昆蟲,地下找不到螞蟻,天上望不到飛鳥,1500畝良田寸草不長(zhǎng),一片荒涼的災(zāi)區(qū)景象。1993年采取了一系列治理措施,問題已得到緩解。第19頁/共54頁某硫酸廠年產(chǎn)10萬噸硫酸,通過廢氣向大氣排放SO23750噸。廠區(qū)兩平方公里范圍被嚴(yán)重污染,形成局地酸雨。廠區(qū)降水pH值的最低值達(dá)到3.63;平均pH值為4.41;為重酸雨區(qū)。硫酸廠周圍的酸雨區(qū)第20頁/共54頁交通運(yùn)輸與酸雨

酸性物質(zhì)SO2、NOx排放人工源之三是交通運(yùn)輸,如汽車尾氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi),活塞頻繁打出火花，象天空中閃電,N2變成NOx。不同的車型,尾氣中NOx

的濃度有多有少，機(jī)械性能較差的或使用壽命已較長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的NOx濃度要高。汽車停在十字路口,不息火等待通過時(shí),要比正常行車尾氣中的NOx濃度要高。近年來,我國各種汽車數(shù)量猛增,它的尾氣對(duì)酸雨的貢獻(xiàn)正在逐年上升,不能掉以輕心。第21頁/共54頁黑雨1994年重慶及其郊區(qū)下了數(shù)場(chǎng)黑雨,色如墨汁,且有強(qiáng)酸性。人們發(fā)生了恐慌，紛紛詢問地區(qū)環(huán)保部門，欲知其詳。經(jīng)化學(xué)分析,黑色物是煤屑，原來在鍋爐內(nèi)化石燃料未能燃燒充分,析出一些細(xì)的碳粒，也通過煙囪排向高空。酸性物主要是硫酸根,來自煤中燃燒的雜質(zhì)硫。結(jié)論是：黑雨就是強(qiáng)酸性雨；也可以說是酸雨發(fā)展到某種極端情況。第22頁/共54頁黑雪

無獨(dú)有偶,1991年我國喜馬拉雅山區(qū),下了數(shù)場(chǎng)“黑雪”。它來自于中東戰(zhàn)爭(zhēng),伊拉克軍隊(duì)從科威特撤退時(shí),放了一把大火,主要油氣井火光沖天,噴出濃濃的黑煙,夾雜令人窒息SO2和NOx氣味,直向高空，隨風(fēng)漂向東方,遇到喜馬拉雅高山,難以跨越,隨雪落下,成為有酸性的黑雪。人跡罕至的世界屋脊也未能逃出“空中死神”的災(zāi)難。第23頁/共54頁酸霧其實(shí),酸霧不止高空有,大氣污染嚴(yán)重的城市的臨近地面也有。重慶是我國有名的霧都,蒙朧而飄渺的霧是重慶久富盛名的景觀之一。重慶又是嚴(yán)重酸雨污染的城市,霧也免不了酸化。80年代,全市酸霧pH平均值為4.39;市區(qū)最低值達(dá)到2.98,是典型的酸霧。霧滴是尺度微細(xì)的飄浮空中的水滴,極易吸附和吸收各種酸性氣體和顆粒物,因此,霧滴所含污染物的濃度特別大,其總離子濃度最高值竟達(dá)到9.7克/升,占霧滴重量的近1%,較同期雨水含量高出十余倍。經(jīng)醫(yī)務(wù)工作者潛心研究,認(rèn)明此種酸霧對(duì)兒童的呼吸系統(tǒng)十分有害。第24頁/共54頁SO2

是如何變成硫酸的?

1.氣相光氧化反應(yīng)。在純凈的空氣中,SO2

難于光氧化。但在污染的空氣中,烴類與NOx生成某些有反應(yīng)能力的基團(tuán),如OH,HO2,CH3O等,后者在日光照射下,將氧化SO2

為SO3,再溶于水成為硫酸。

2.液相光氧化反應(yīng)。日光下,大氣中的烴類與NOx

氣相光氧化生成臭氧和過氧化氫,它們?cè)谒蝺?nèi)表現(xiàn)出很強(qiáng)的氧化能力,SO2

在水滴內(nèi)被液相氧化為硫酸。

3.固相氧化反應(yīng)。在污染的大氣中懸浮著一定量顆粒物,顆粒物可能來自土壤,可能是煙囪排放的飛灰,成份相當(dāng)復(fù)雜,但經(jīng)化學(xué)分析,一般含有微量的過渡金屬鐵,銅的化合物,它們恰恰是SO2

氧化為SO3

的多相催化劑,在水滴內(nèi),在這些顆粒物的表面上實(shí)現(xiàn)了SO2向硫酸的轉(zhuǎn)變。第25頁/共54頁NOx

是如何轉(zhuǎn)化為硝酸的?NOx

是NO和NO2

的總稱。當(dāng)NO濃度較大時(shí),在空氣中可被氧氣自動(dòng)氧化為NO2,爾后溶于水成為硝酸。當(dāng)被空氣稀釋后,速度變慢。但是,在污染的空氣中,由于存在光氧化活性基團(tuán)(如臭氧,烴類和一氧化碳等),日光下,環(huán)境濃度級(jí)的NO轉(zhuǎn)化為NO2

的反應(yīng)可在幾分鐘內(nèi)完成。第26頁/共54頁對(duì)酸雨的貢獻(xiàn),SO2

和NOx

哪個(gè)孰重?

就我國情況而言,首先,總體來看SO2

的排放量比NOx

為大,但是個(gè)別的南方省市,如廣東,福建等省,SO2

的排放量比NOx

為小;其次,就發(fā)展而言,汽車數(shù)量增加較快,而NOx排放量主要取決于汽車的排放,因此,在未來的若干年內(nèi),NOx

的排放量可能超過SO2;最后,SO2

進(jìn)入大氣后,通過光化學(xué)反應(yīng),變?yōu)榱蛩岣?這需要一段時(shí)間,可能經(jīng)過長(zhǎng)距離大氣傳輸;但是NO進(jìn)入大氣后,很快與氧氣化合,生成NO2,繼而變?yōu)橄跛岣?需要時(shí)間較短,遇雨被局地沖刷降落地面。綜合來看,目前SO2

對(duì)酸雨貢獻(xiàn)為大,將來NOx

的貢獻(xiàn)可能要超過SO2

。第27頁/共54頁酸雨與農(nóng)業(yè)酸雨與森林酸雨與水生生物酸雨與建筑酸雨與文物酸雨與人體健康三、酸雨的危害第28頁/共54頁酸雨與農(nóng)業(yè)1、土壤酸化

酸雨可導(dǎo)致土壤酸化。我國南方土壤本來多呈酸性，再經(jīng)酸雨沖刷，加速了酸化過程；我國北方土壤呈堿性，對(duì)酸雨有較強(qiáng)緩沖能力，一時(shí)半時(shí)酸化不了。土壤中含有大量鋁的氫氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風(fēng)化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態(tài)鋁化合物。植物長(zhǎng)期和過量的吸收鋁，會(huì)中毒，甚至死亡。酸雨尚能加速土壤礦物質(zhì)營養(yǎng)元素的流失；改變土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤貧脊化，影響植物正常發(fā)育；酸雨還能誘發(fā)植物病蟲害，使作物減產(chǎn)。第29頁/共54頁科學(xué)家試驗(yàn)后估計(jì)我國南方七省大豆因酸雨受災(zāi)面積達(dá)2380萬畝，減產(chǎn)達(dá)20萬噸，減產(chǎn)幅度約6%，每年經(jīng)濟(jì)損失1400萬元。酸雨與農(nóng)業(yè)酸雨可使土壤微生物種群變化，細(xì)菌個(gè)體生長(zhǎng)變小，生長(zhǎng)繁殖速度降低，影響營養(yǎng)元素的良性循環(huán)，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。特別是酸雨可降低土壤中氨化細(xì)菌和固氮細(xì)菌的數(shù)量，使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降，對(duì)農(nóng)作物大為不利。

2、酸化土壤肥力減退、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)第30頁/共54頁火力發(fā)電廠周圍的糧地稻、麥等禾本科作物葉面積小，蠟質(zhì)層厚，可濕性差，對(duì)酸雨敏感性弱，但強(qiáng)酸雨仍將導(dǎo)致葉面扭曲，褐黃或褐紅傷班，大麥減產(chǎn)。重慶電廠附近酸雨區(qū)域受害糧地4.1%第31頁/共54頁赤稻水稻生長(zhǎng)期是翠綠色的,到了成熟期是黃色的,在加上誘人的稻米香味,稻香村成為田園特殊風(fēng)光;如果變成赤色的,又如何?我們見過赤豆,紅高糧,誰也沒見過赤稻。怪事發(fā)生在重慶,1982年6月18日下了一場(chǎng)pH值為3.9的強(qiáng)酸雨,某鄉(xiāng)上萬畝水稻葉片迅速變成赤色,一場(chǎng)災(zāi)害產(chǎn)量損失80萬斤。酸雨大棚實(shí)驗(yàn)也證明,強(qiáng)酸雨將導(dǎo)致葉面產(chǎn)生赤色傷斑。第32頁/共54頁銀耳白了,菜葉黃了

福建沿海某地,盛產(chǎn)銀耳,遠(yuǎn)銷海內(nèi)外。近期,不知什么原因顏色泛黃,變成次品。農(nóng)民將它們至入塑料大棚內(nèi),用硫黃蒸汽熏蒸,的確見效,銀耳雪白,成為上品。但大量的硫逸出大氣,或沉于地下。結(jié)果良田寸草不生,每日清晨,田間酸霧迷漫,菜地菜葉泛黃,所產(chǎn)菜無人敢買。附近城鎮(zhèn)居民,多患哮喘病和支氣管炎。經(jīng)過教育和綜合治理,業(yè)已改觀。第33頁/共54頁酸雨與森林

比較不同年代樹木年輪，可知產(chǎn)生酸雨前后對(duì)林木生長(zhǎng)的影響。在我國南方森林地區(qū)，50年前樹木生長(zhǎng)較為粗壯，近年來狀況不佳。酸雨可造成葉面損傷和壞死，早落葉，林木生長(zhǎng)不良，以致單株死亡。土壤肥力降低，產(chǎn)量下降，造成大面積森林衰退。我國重酸雨地區(qū)四川盆地受酸雨危害的森林面積達(dá)28萬公頃，占林地總面積的三分之一，死亡面積1.5萬公頃，占林地面積6%。同樣受酸雨侵襲的貴州省，受危害的森林面積達(dá)14萬公頃，為四川盆地的二分之一。1、酸雨與森林衰退第34頁/共54頁酸雨與森林

四川萬縣有華山松97萬畝，其中60萬畝受到不同程度傷害；而奉節(jié)縣有九萬畝華山松，90%枯死。四川名勝峨眉山，風(fēng)景旖麗，全靠山深林秀。但近十年來，冷杉林成片死亡；七里坡接引殿一帶，有4%的樹木枯死；金頂附近600余畝樹林，幾乎全部死絕，光禿禿，景觀全非。猴子也跑到其它山溝里去了。2、酸雨中的馬尾松我國馬尾松和華山松對(duì)酸雨十分敏感，重慶南山風(fēng)景區(qū)約三萬畝馬尾松發(fā)育不良，蟲害頻繁；80年代約有一萬公頃馬尾松枯死，幾經(jīng)防治，毫無效果。第35頁/共54頁酸雨與森林3、酸雨中的竹林我國南方盛產(chǎn)竹林，個(gè)別地區(qū)竹林茂盛，綿延數(shù)百公里，成為竹海，雨中竹葉清翠欲滴，成為盛景。但酸雨使竹林泛黃，竹葉稀稀落落。大熊貓?jiān)诩○I中以竹葉為食物的大熊貓會(huì)因此忍肌挨餓。如果不保護(hù)好熊貓所賴以生存的生態(tài)環(huán)境，國寶大雄貓將在我們這一代瀕臨滅絕。第36頁/共54頁第37頁/共54頁第38頁/共54頁第39頁/共54頁酸雨與水生生物酸雨的直接影響之一是在湖和它的水上生態(tài)系統(tǒng)上。酸雨不止會(huì)降低水環(huán)境的pH值，同時(shí)酸雨降到地面會(huì)沖刷走土壤中的營養(yǎng)成分，并挾帶著土壤中的有毒金屬，一起流入湖泊中。第40頁/共54頁魚能夠忍受大約pH值為5.9的酸，但此程度的酸就足以釋放土里的鋁離子，并殺死魚?？茖W(xué)家監(jiān)控湖的酸堿值和水生生物的生態(tài)系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)湖里的酸堿值會(huì)逐年降低，研究顯示出酸雨對(duì)湖和它的水上生態(tài)系統(tǒng)有重要影響。湖水pH值在9.0～6.5之間的中性范圍時(shí)，對(duì)魚類無害﹔在pH值5.0～6.5之間的弱酸性時(shí)，魚卵難已孵化，魚苗數(shù)量減少﹔當(dāng)湖水pH值低于5.0時(shí)，大多數(shù)魚類不能生存。酸雨與水生生物第41頁/共54頁相對(duì)于忍耐湖水酸化的能力而言，蝦類比魚類更差，在已酸化的湖泊中，蝦類要比魚類提前滅絕。

草本食物是一些魚、蝦類生活的基礎(chǔ)。湖水酸化，水生生物種群將減少，例如某湖酸化后，綠藻從26種減至5種；金藻由22種減至5種；蘭藻由22種減至10種。俗語說，大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃滋泥，其實(shí)滋泥中就含有大量水生生物；魚蝦離開了水草和水生生物，好比鳥獸離開了森林。因此，從生態(tài)食物鏈角度來看，湖泊酸化，也將使魚蝦難以生存。酸雨與水生生物第42頁/共54頁第43頁/共54頁第44頁/共54頁健康酸化第45頁/共54頁H2OH2SO3+Ca2+H2OCaSO3·1/2H2O+2H+CaSO3·1/2H2O(O2)H2CaSO4·2H2O反應(yīng)機(jī)理2H++CaCO3Ca2++CO２+H2O酸雨與建筑第46頁/共54頁酸雨與建筑酸雨能使非金屬建筑材料（混凝土、砂漿和灰砂磚）表面硬化水泥溶解，出現(xiàn)空洞和裂縫，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，從而建筑物損壞?？茖W(xué)家曾收集許多被酸雨毀害的石灰石和大理石建筑材料,分析發(fā)現(xiàn)該樣品的碳酸鹽的顆粒中總是嵌入硫酸鈣晶體,硫從哪里來?認(rèn)定與酸雨有關(guān)。第47頁/共54頁酸雨能使文物面目皆非。碑林文字模糊；著名的杭州靈隱寺的“摩崖石刻”近年經(jīng)酸雨侵蝕，佛像眼睛、鼻子、耳朵等剝蝕嚴(yán)重，面目皆非，修補(bǔ)后，古跡不“古”。碑林、石刻大都由石灰?guī)r雕成，遇到酸雨立即起化學(xué)反應(yīng)，酸堿