关于冬季融雪剂对环境影响的研究 毕业论文.doc

哈尔滨师范大学学 年 论 文 题 目 关于冬季融雪剂对环境影响的研究 学 生 指导教师 年 级 专 业 系 别 学 院 哈尔滨师范大学2013年06月论 文 提 要中国的东北地区地处北温带，冬季寒冷、降雪较多且降雪期长。平均可达46个月之久。降雪后地面极易积雪和结冰，严重影响汽车行驶速度，增加能源消耗，造成交通阻塞，增加交通事故的发生率。目前国内除雪方式主要有人工除雪、机械除雪、融雪剂除雪3种。期中人工除雪作业效率低，劳动强度高；机械除雪只有少数城市如沈阳、乌鲁木齐拥有，效率虽高，但设备成本较高、除净率差、易损坏路面；融雪剂除雪法可以弥补机械除雪的不足，是一种有效的防冰、融雪化冰手段，但是融雪剂除雪则在融雪后可导致绿化植被大量死亡，对动物生存产生不利影响，掺进融雪剂的雪融化经地表径流进入水体，会污染江河、地下水，破坏生态环境。可见，对于融雪剂的控制使用及科学防治意义重大。关于冬季融雪剂对环境影响的研究 摘 要：融雪剂除雪效率高、见效快，但大量融雪剂的使用也给环境带来了新的污染。本文就融雪剂这一新的影响因素进行了系统的分析和讨论，包括该不该使用融雪剂，使用什么样的融雪剂，怎么样使用融雪剂，融雪剂会对环境产生哪些影响等，以寻求一种可行的除雪方式，既保证除雪效率又不会对环境造成太大的危害，使人和自然和谐发展。关键词：融雪剂 环境影响 环境保护 哈尔滨的气候特点是四季分明，冬季降雪比较频繁。冬季降雪可以净化空气，帮助农作物越冬，但是大量的降雪给交通带来极大的不便。雪后的除雪工作成了一个十分重要的问题，这直接关系到车辆和行人的出行安全。人力、机械除雪，效率较低，消耗人力物力大，使用融雪剂除雪效率高、见效快，但是大量融雪剂的使用也给环境带来了新的污染。1、 什么是融雪剂及其作用原理 （一）融雪剂的定义和种类融雪剂，是一种化学品，其成份主要是醋酸钾和氯盐融雪剂是由化冰盐(deicing salt)这个名词演变而来的。用来降低冰雪冰点的盐就被称为化冰盐。目前所用的融雪剂大致分为三类。一类是氯盐型，例如氯化钙、氯化镁、氯化钠等。第二类是非氯盐型(有机或无机盐、胺、醇)，例如钙镁乙酸盐(cma)、乙酸钾等。第三类是混合型：(1)氯盐+非氯盐。(2)氯盐+非氯盐+阻锈剂1。如某融雪剂中醋酸钙镁含量43%，氯化钠含量57%2。（二）融雪剂的使用现状目前为止，所使用的融雪剂主要以氯化钠为主要成分，在美国和俄罗斯，钙镁乙酸盐和乙酸钾有一定的应用3。氯化钠是一种降低冰点性能好、货源充足、价格低廉的材料，从技术资料查索，很难找到比氯化钠更适用的融雪剂。因此，尽管氯化钠有许多缺点，但一些交通发达国家至今仍在使用，而且多用干喷法。2、 融雪剂的作用原理融雪剂主要成分为有机或无机可溶性物质，以液态或固态播撒后，形成稀溶液，具有稀溶液的通性。根据乌拉尔定律，溶质的存在可以降低溶剂的蒸汽压4。当溶剂a中溶有少量溶质b形成稀溶液，则从溶液中析出固态纯溶剂a的温度，即溶液的凝固点就会低于纯溶剂在同样外压下的凝固点。这是凝固点降低的现象。固体、液体的饱和蒸汽压不仅是温度的函数，还是外压的函数，不过外压改变对蒸汽压影响很小5。应用热力学原理推倒出凝固点降低值和溶液组成的定量关系式如下： tf = kf m kf ：摩尔凝固点降低常数，水为1. 86 kkgmol - 1 m ：质量摩尔浓度，近似等于摩尔浓度。 tf ：凝固点下降值，单位。3、 融雪剂对环境的影响 1、融雪剂对植物的影响 生理干旱 植物靠根部的渗透作用吸收水分和养分，并把它们一直输送到树叶的末端，其渗透压可达1103kpa6。冬季除雪后，含有盐类成分的雪被堆放在路边的绿化带上，随着积雪的融化，盐水渗入到地下。根据水从高水势向低水势流动的原理，这就给植物造成一种水逆境，植物吸收水分困难，尤其是在大气相对湿度低的情况下，随蒸腾作用加强，盐害更为严重。 特殊离子对植物也有毒害作用. 盐分过多的土壤环境中某些离子浓度过高因而毒害植物8。高浓度盐分首先影响原生质膜，改变其通透性。由于细胞膜的选择透过性变化致使植物吸收某种盐类过多而排斥了对另一些营养元素的吸收，从而植物细胞内部的离子种类和浓度也就发生变化，破坏了原有的平衡，造成植物营养失调，抑制其生长，同时还产生单盐毒害作用，即当溶液中只有一种金属离子(对盐碱土而言主要为钠离子)时，对植物起比较强的毒害作用。例如植物对nacl吸收时，对cl-的吸收要快于na+，因此cl-积累就产生了毒害作用。 破坏正常代谢 盐分过多对植物光合作用、呼吸作用和蛋白质代谢影响很大。盐分过多会抑制叶绿素生物合成和各种酶的产生，特别是影响叶绿素-蛋白复合体的形成。盐分过多还会使pep羧化酶与rubp羧化酶活性降低，使呼吸消耗增多，净光合速度降低，不利于生长。 2、融雪剂对地表径流的影响 路面上散布的融雪剂，被雨水冲刷与路面排水一起向河流或湖泊水域后，污染了水体。因为融雪剂中的盐类物质的大多是强电解质，当它们进入水体后必将破坏水中原有的电离平衡。如果渗入地下也会对饮用水造成影响。美国交通研究协会的研究表明，在过去的三十年中，美国东北部大量使用氯化钠融雪剂的地区都发生过有关饮用水中盐分增加的事例。高盐度的饮水口感变差对人体健康有害，如诱发高血压等疾病9。 3、融雪剂对大气质量的影响 融雪剂中的盐类物质附着在粉尘颗粒中，被人们吸入到呼吸道中，会对人体造成损伤。同时融雪剂中的氯元素也会破坏大气中臭氧层。融雪剂中的溴和氯，以自由基形式被释放出来，它们上升破坏了对流层，因而使大气中较低的臭氧层受到了损耗10。氯和溴的协同作用机理为：cl+o3clo+o2 br+o3bro+o2 总反应:2o33o2clo+brocl+br+o2 4、融雪剂对土壤结构的破坏 融雪剂对土壤的危害是最直接的。含有氯化钠的融雪剂能够改变土壤的理化性质，随着氯化钠的渗入，钠离子置换了土壤中的钙、钾、镁离子，使土壤的pm(金属离子浓度的负对数)值升高，造成土壤板结，板结后的土壤其透水性大大降低11。 5、融雪剂对建筑设施的腐蚀 融雪剂对路面和桥梁的腐蚀作用也很严重12。如北京原西直门桥、东直门桥等都曾经出现混凝土表面粉化掉皮、钢筋锈蚀导致混凝土顺钢筋开裂而产生的“盐害”症状13。用来融化雪的盐溶液以直接冲刷和侵入的方式腐蚀桥梁，其中西直门桥有落水口的墩柱氯化物含量是混凝土重量的0.29%，侵入超过80mm，是保护层厚的23倍，设计钢筋严重锈蚀，失重率达23%，远难达到设计年限。 对混凝土的破坏作用 美国混凝土学会201委员会认为物理作用是混凝土破坏的主要原因，而物理破坏主要表现是剥蚀14。表面剥蚀由外向内进行层层剥落，多倾向于渗透压理论，根据这一理论当混凝土中的水结冰之后，孔液部分的盐浓度增大，与环境形成盐浓度差而产生一个渗透压，水由环境向混凝土的渗透提高了其内部压力，使混凝土遭到破坏15。 氯化物作用下混凝土钢筋的腐蚀 混凝土中钢筋的耐久性在一定程度上取决于孔液的碱度。正常情况下混凝土的碱度在ph=13左右，因此钢筋表面能有较稳定的fe2o3钝化膜16。在氯离子存在的条件下混凝土孔液成分发生了变化，导致钝化膜的破坏。cl-/oh-比可用作判定介质侵蚀性的指标。这个比值越高，则钢筋受侵蚀的危险性越大。在氯离子浓度相同的情况下，侵蚀性由高到低的顺序是kclmgcl2cacl2nacl17。 6、融雪剂对交通的影响黑粘的残雪不仅污染环境，对行人、行车也构成威胁18。例如，今年元旦前后，积雪基本融化完后，北京市道路上汽车追尾事故明显增加。交管部门测试后发现，夜间空气湿度大而气温低的时候，在一些路面附近有一层薄薄的粘稠液体，手摸有粘滑感，灯光下反光。汽车在时速40km下采取紧急制动，将出现明显打滑现象19。这些都是融雪剂融雪后的残体所致。4、 解决融雪剂对环境危害的手段 1、现有方法 以渣类物质替代融雪剂 机械铲雪后，在道路上撒炭渣、粗砂、树枝渣类物质来防滑，也利用这些渣类物质的深色来吸收太阳的热量，以帮助增加地面温度来融雪20。使用后的炭渣和树枝渣可以放入道路边的绿地中，不仅没有污染而且还可以滋养土壤。此方法值得借鉴。 透水沥青的使用 透水沥青和传统的沥青从表面上没有什么差别。传统的沥青为大小粒径骨材均匀拌和的密实结构，孔隙率仅为4%。透水沥青为小粒径骨材抽离的空隙结构，孔隙率高达15%25%，矿物纤维改良后的添加物，加强了骨材及沥青之间的结合力，腾出孔隙则成透水路径21。其优点是强韧，不易老化，能彻底解决冬季道路因喷洒融雪剂而产生的结构破坏问题。 2、新方法建议的提出 制定融雪剂的使用标准 为了更好的利用融雪剂，各地应根据当地的天气状况和经济水平确定融雪剂的生产标准和使用方法，使污染降低到最低程度22。北京市质量技术监督局于2002年公布了全国第一个关于融雪剂的标准。本标准备案号为1258222002，标准号为db11/t16122002。这部标准除了要求融雪产品具有不低于盐水的融雪速度之外，还特别突出了环保性能方面的要求：无令人不快的气味、对设施的腐蚀率必须低于氯化钠的50%、ph值(酸碱度)适中等，另外对于融雪剂中汞、铅、砷等5种的重金属含量也做了严格界定23。 种植除盐、耐盐植物 a、盛夏高温季节，可以种植一茬除盐植物如苏丹草、柽柳、匙叶草等24。苏丹草生长快速，吸肥力和吸收盐力强。而柽柳、匙叶草等是通过泌盐防止体内na+、k+、cl-等离子的积存。b、盐分处理，植物产生对盐分的忍受耐力必须要经过一个适应锻炼过程，对逐渐上升的盐分易适应，对突然遭遇高盐环境就不能适应25。可以人为的使道路两旁的植物提高抗盐能力。 用铵盐和硝酸盐替代融雪剂中的氯盐 降低冰点性能最好的是氯盐类，其次为亚硝酸钠。亚硝酸钠又是很好的阻锈剂，与氯盐共用既可降低冰点，又可防止钢筋锈蚀。醋酸钙、硝酸钙和尿素的降低冰点性能均逊于氯盐，用量大且只能用于不太冷的条件下，例如-5以上气温降雪时使用。其中，尿素融于水即成为氨水与碳酸的混合溶液，ph值7，呈弱碱性，对人和植物无害，又融化了冰雪，同时也给树木施加了肥料，一举两得26。 钢筋混凝土的防腐蚀措施在桥梁建设中所有桥梁结构混凝土进行加阻锈剂防护，道路两旁路灯的铁制栏杆采取同样的措施，并在融雪剂中适当添加缓蚀剂，进一步降低对桥体内钢筋、路灯栏杆的腐蚀作用。用磷石膏做新的混凝土。石膏由94%以上的二水合硫酸钙(caso3h2o)组成的。其颗粒很细，在有水份时往往形成团块。当磷石膏的粉末被压实时，其固体就有很高的强度。当采用铝酸三钙(c3a)含量小于7%的水泥时，可保证磷石膏基混凝土的耐久性27。.5、 结论融雪剂的使用倍受到关注。常用的氯盐型融雪剂因其价格低廉，融雪效果好，人们多年来形成的使用习惯，短期内难以被取代，目前问世的环保型融雪剂都不完全符合要求，不环保。在未来的除雪行动中，传统氯盐类融雪剂仍将被大量使用，对于它对环境的危害只能利用现有技术条件尽量减小，而无法做到彻底消除。参考文献： 1洪乃丰.再议“盐害”与融雪剂.城市与减灾,2003,(1):29-30. 2臧春梅.漫话融雪剂.化学与社会,2003,(11):1-3. 3佚名.俄研制出融冰新制剂.人民政协报,1999-3-15(5). 4天津大学物理化学教研室.物理化学(第四版).北京:高等教育出版社,2001.156. 5朱裕贞.现代基础化学.北京:化学工业出版社,1998.121-123. 6林栖凤,李冠一.植物耐盐性研究进展.生物工程进展,2000,20(2):20-24. 7盛连喜.环境生态学导论.北京:高等教育出版社,2002.214-216. 8fortmeier. r. ,schubert .s.plantcell and environment. environmental program management , 1995 ,(18) :1041 - 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