化学与环境-酸雨

化学与环境——酸雨第1页/共54页内容一.什么是酸雨？二.酸雨的形成三.酸雨的危害四.减少酸雨的措施第2页/共54页未被污染的雨雪被大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性，pH值为5.65。被大气中存在的酸性气体污染,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)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。简单地说，酸雨就是酸性的雨。一、什么是酸雨？第3页/共54页什么是酸雨区?

某地收集到酸雨样品,还不能算是酸雨区,因为一年可有数十场雨,某场雨可能是酸雨,某场雨可能不是酸雨,所以要看年均值。因此对于酸雨区的定义不止取决与降雨的pH值，还取决于酸雨率。第4页/共54页酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数酸雨率

除了年均降水pH值之外,酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标。第5页/共54页酸雨区年均降水pH值高于5.65,酸雨率是0-20%,为非酸雨区;pH值在5.30--5.60之间,酸雨率是10--40%,为轻酸雨区;pH值在5.00--5.30之间,酸雨率是30-60%,为中度酸雨区;pH值在4.70--5.00之间,酸雨率是50-80%,为较重酸雨区;pH值小于4.70,酸雨率是70-100%,为重酸雨区。第6页/共54页世界三大酸雨区1、北美酸雨区2、西欧酸雨区3、中国西南酸雨区第7页/共54页我国三大酸雨区1、西南酸雨区：是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域。2、华中酸雨区：目前它已成为全国酸雨污染范围最大，中心强度最高的酸雨污染区。3、华东沿海酸雨区：它的污染强度低于华中和西南酸雨区。覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积达200多万平方公里。第8页/共54页制约酸雨地区分布的因素（1）南方地区工业，特别是有色金属冶炼工业发达。

（2）南方土壤呈酸性，大气中的灰尘颗粒均呈酸性，对

大气和雨水中的酸缺少足够的中和，而北方与此相反。（3）南方降水多，空气湿润，有利于酸雨的形成。（4）南方多丘陵地形，且风速小于北方，酸性气体不易

扩散，而北方地形平坦开阔，风力较强，易于气体的扩散。

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我国酸雨区已占国土面积40%

你知道吗？我国酸雨区面积正在迅速扩大，已约占全国面积的40％。科学家说我国酸雨在2020年前仍呈发展趋势。研究结果表明，酸雨对我国农作物、森林等影响巨大，仅江苏、浙江等7省便因酸雨而造成农田减产约1．5亿亩，年经济损失约37亿元；森林受害面积128．1万公顷，年木材损失6亿元，森林生态效益损失约54亿元。第10页/共54页二、酸雨的形成

酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理过程。一般认为，酸雨是由于排放的SO2等酸性气体进入大气后，造成局部地区中的SO2富集，在水凝过程中溶解于水形成亚硫酸，然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的氧化作用生成硫酸，随雨水降下形成酸雨。

第11页/共54页主要污染物的形成.造成雨水酸化之污染物质有SO2、NOx、HCl、有机酸等。二氧化硫(SO2)

主要来源为燃料之燃烧，如燃煤或燃油之火力电厂，其次为工业生产程序之排放，如炼油、精炼、硫酸工厂等。

氮氧化物(NOx)

为高温燃烧下之产物，其来源有燃料之燃烧，如：燃煤与燃油之火力电厂，交通工具之排气，工业生产程序以及闪电。第12页/共54页主要污染物的形成氯化氢(HCl)

则源自海水飞沫、盐酸工厂、焚化炉排放之废气、废金属回收冶炼及交通工具之排气等。氨主要来自土壤中氮化物之分解，优养水域表面、动物粪尿。农田施肥及肥料工业，亦可由燃烧产生。有机酸

有机酸之来源则为甲醛之氧化、海洋中石蜡物质之氧化、植物及细菌活动等。第13页/共54页酸雨形成硫酸雨和硝酸雨的来源第14页/共54页酸性物质SO2的天然排放酸性物质SO2

有四类天然排放源：海洋雾沫,它们会夹带一些硫酸到空中；土壤中某些机体，如动物死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物，继而转化为SO2；火山爆发,也将喷出可观量的SO2气体；雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然SO2

排放源,因为树木也含有微量硫。第15页/共54页化石燃料与酸雨

酸性物质SO2，NOx排放人工源之一，是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧，无论是煤，或石油，或天然气都是在地下埋藏多少亿年，由古代的动植物化石转化而来,故称做化石燃料。化石燃料中的含硫、含氮化合物在燃烧过程释放出大量的硫氧化物和氮氧化物，是酸雨的成因之一，尤其是煤的燃烧。第16页/共54页我国目前酸雨的主要责任者

——燃煤中的杂质硫

与石油和天然气相比,在我国煤的消耗量要多得多。一般估计煤的消耗量占化石燃料总消耗量的90%左右。而煤的燃烧排放SOx的数量,除了决定于煤的消耗数量,尚决定于煤的含硫量。我国幅员辽阔，煤矿分布十分分散。我国南方产煤含硫量比北方要高,特别是西南地区,产含硫量高煤的中小煤窑如满天星斗,其煤的含硫量要比东北和华北地区产的高叁肆倍，当地居民称之为“臭煤”,因为家庭炊饭的炉子烧用此煤，能发出令人窒息的恶臭气味,就是SO2。一般情况是当地消耗当地产的煤,以减少运输过程的损失和增加成本,这也加速了我国长江以南酸雨区域的形成。因此，燃煤中的杂质硫将是我国目前酸雨的主要负责者。第17页/共54页工业过程与酸雨

酸性物质SO2,NOx排放人工源之二是工业过程,如：金属冶炼：某些有色金属的矿石是硫化物,铜,铅,锌便是如此,将铜,铅,锌硫化物矿石还原为金属过程中将逸出大量SO2气体,部分回收为硫酸,部分进入大气。再如化工生产，特别是硫酸生产和硝酸生产可分别跑冒滴漏可观量的SO2和NOx,由于NO2带有淡棕的黄色，因此,工厂尾气所排出的带有NOx的废气象一条“黄龙”,在空中飘荡。再如石油炼制等,也能产生一定量的SO2和NOx。它们集中在某些工业城市中，也比较容易得到控制。第18页/共54页土法炼硫,炼出了赤地千里80年代初期,云南某地区乡镇企业起步,片面追求利润,实施土法炼硫（即以高硫份块炭等为原料，通过简易烧结工艺，提练炭块中的硫成份）,工艺陈旧落后,硫的回收率仅达30%。其余的硫都燃烧成为SO2,弥漫于大气之中,加之云南气候湿润，有人曾收集检测到每场降雨都是酸雨,pH值可达到3.2-3.8。其后果是生产区周围,树上看不到昆虫,地下找不到蚂蚁,天上望不到飞鸟,1500亩良田寸草不长,一片荒凉的灾区景象。1993年采取了一系列治理措施,问题已得到缓解。第19页/共54页某硫酸厂年产10万吨硫酸,通过废气向大气排放SO23750吨。厂区两平方公里范围被严重污染,形成局地酸雨。厂区降水pH值的最低值达到3.63;平均pH值为4.41;为重酸雨区。硫酸厂周围的酸雨区第20页/共54页交通运输与酸雨

酸性物质SO2、NOx排放人工源之三是交通运输,如汽车尾气。在发动机内,活塞频繁打出火花，象天空中闪电,N2变成NOx。不同的车型,尾气中NOx

的浓度有多有少，机械性能较差的或使用寿命已较长的发动机尾气中的NOx浓度要高。汽车停在十字路口,不息火等待通过时,要比正常行车尾气中的NOx浓度要高。近年来,我国各种汽车数量猛增,它的尾气对酸雨的贡献正在逐年上升,不能掉以轻心。第21页/共54页黑雨1994年重庆及其郊区下了数场黑雨,色如墨汁,且有强酸性。人们发生了恐慌，纷纷询问地区环保部门，欲知其详。经化学分析,黑色物是煤屑，原来在锅炉内化石燃料未能燃烧充分,析出一些细的碳粒，也通过烟囱排向高空。酸性物主要是硫酸根,来自煤中燃烧的杂质硫。结论是：黑雨就是强酸性雨；也可以说是酸雨发展到某种极端情况。第22页/共54页黑雪

无独有偶,1991年我国喜马拉雅山区,下了数场“黑雪”。它来自于中东战争,伊拉克军队从科威特撤退时,放了一把大火,主要油气井火光冲天,喷出浓浓的黑烟,夹杂令人窒息SO2和NOx气味,直向高空，随风漂向东方,遇到喜马拉雅高山,难以跨越,随雪落下,成为有酸性的黑雪。人迹罕至的世界屋脊也未能逃出“空中死神”的灾难。第23页/共54页酸雾其实,酸雾不止高空有,大气污染严重的城市的临近地面也有。重庆是我国有名的雾都,蒙胧而飘渺的雾是重庆久富盛名的景观之一。重庆又是严重酸雨污染的城市,雾也免不了酸化。80年代,全市酸雾pH平均值为4.39;市区最低值达到2.98,是典型的酸雾。雾滴是尺度微细的飘浮空中的水滴,极易吸附和吸收各种酸性气体和颗粒物,因此,雾滴所含污染物的浓度特别大,其总离子浓度最高值竟达到9.7克/升,占雾滴重量的近1%,较同期雨水含量高出十余倍。经医务工作者潜心研究,认明此种酸雾对儿童的呼吸系统十分有害。第24页/共54页SO2

是如何变成硫酸的?

1.气相光氧化反应。在纯净的空气中,SO2

难于光氧化。但在污染的空气中,烃类与NOx生成某些有反应能力的基团,如OH,HO2,CH3O等,后者在日光照射下,将氧化SO2

为SO3,再溶于水成为硫酸。

2.液相光氧化反应。日光下,大气中的烃类与NOx

气相光氧化生成臭氧和过氧化氢,它们在水滴内表现出很强的氧化能力,SO2

在水滴内被液相氧化为硫酸。

3.固相氧化反应。在污染的大气中悬浮着一定量颗粒物,颗粒物可能来自土壤,可能是烟囱排放的飞灰,成份相当复杂,但经化学分析,一般含有微量的过渡金属铁,铜的化合物,它们恰恰是SO2

氧化为SO3

的多相催化剂,在水滴内,在这些颗粒物的表面上实现了SO2向硫酸的转变。第25页/共54页NOx

是如何转化为硝酸的?NOx

是NO和NO2

的总称。当NO浓度较大时,在空气中可被氧气自动氧化为NO2,尔后溶于水成为硝酸。当被空气稀释后,速度变慢。但是,在污染的空气中,由于存在光氧化活性基团(如臭氧,烃类和一氧化碳等),日光下,环境浓度级的NO转化为NO2

的反应可在几分钟内完成。第26页/共54页对酸雨的贡献,SO2

和NOx

哪个孰重?

就我国情况而言,首先,总体来看SO2

的排放量比NOx

为大,但是个别的南方省市,如广东,福建等省,SO2

的排放量比NOx

为小;其次,就发展而言,汽车数量增加较快,而NOx排放量主要取决于汽车的排放,因此,在未来的若干年内,NOx

的排放量可能超过SO2;最后,SO2

进入大气后,通过光化学反应,变为硫酸根,这需要一段时间,可能经过长距离大气传输;但是NO进入大气后,很快与氧气化合,生成NO2,继而变为硝酸根,需要时间较短,遇雨被局地冲刷降落地面。综合来看,目前SO2

对酸雨贡献为大,将来NOx

的贡献可能要超过SO2

。第27页/共54页酸雨与农业酸雨与森林酸雨与水生生物酸雨与建筑酸雨与文物酸雨与人体健康三、酸雨的危害第28页/共54页酸雨与农业1、土壤酸化

酸雨可导致土壤酸化。我国南方土壤本来多呈酸性，再经酸雨冲刷，加速了酸化过程；我国北方土壤呈碱性，对酸雨有较强缓冲能力，一时半时酸化不了。土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结构，导致土壤贫脊化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。第29页/共54页科学家试验后估计我国南方七省大豆因酸雨受灾面积达2380万亩，减产达20万吨，减产幅度约6%，每年经济损失1400万元。酸雨与农业酸雨可使土壤微生物种群变化，细菌个体生长变小，生长繁殖速度降低，影响营养元素的良性循环，造成农业减产。特别是酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量，使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降，对农作物大为不利。

2、酸化土壤肥力减退、农业减产第30页/共54页火力发电厂周围的粮地稻、麦等禾本科作物叶面积小，蜡质层厚，可湿性差，对酸雨敏感性弱，但强酸雨仍将导致叶面扭曲，褐黄或褐红伤班，大麦减产。重庆电厂附近酸雨区域受害粮地4.1%第31页/共54页赤稻水稻生长期是翠绿色的,到了成熟期是黄色的,在加上诱人的稻米香味,稻香村成为田园特殊风光;如果变成赤色的,又如何?我们见过赤豆,红高粮,谁也没见过赤稻。怪事发生在重庆,1982年6月18日下了一场pH值为3.9的强酸雨,某乡上万亩水稻叶片迅速变成赤色,一场灾害产量损失80万斤。酸雨大棚实验也证明,强酸雨将导致叶面产生赤色伤斑。第32页/共54页银耳白了,菜叶黄了

福建沿海某地,盛产银耳,远销海内外。近期,不知什么原因颜色泛黄,变成次品。农民将它们至入塑料大棚内,用硫黄蒸汽熏蒸,的确见效,银耳雪白,成为上品。但大量的硫逸出大气,或沉于地下。结果良田寸草不生,每日清晨,田间酸雾迷漫,菜地菜叶泛黄,所产菜无人敢买。附近城镇居民,多患哮喘病和支气管炎。经过教育和综合治理,业已改观。第33页/共54页酸雨与森林

比较不同年代树木年轮，可知产生酸雨前后对林木生长的影响。在我国南方森林地区，50年前树木生长较为粗壮，近年来状况不佳。酸雨可造成叶面损伤和坏死，早落叶，林木生长不良，以致单株死亡。土壤肥力降低，产量下降，造成大面积森林衰退。我国重酸雨地区四川盆地受酸雨危害的森林面积达28万公顷，占林地总面积的三分之一，死亡面积1.5万公顷，占林地面积6%。同样受酸雨侵袭的贵州省，受危害的森林面积达14万公顷，为四川盆地的二分之一。1、酸雨与森林衰退第34页/共54页酸雨与森林

四川万县有华山松97万亩，其中60万亩受到不同程度伤害；而奉节县有九万亩华山松，90%枯死。四川名胜峨眉山，风景旖丽，全靠山深林秀。但近十年来，冷杉林成片死亡；七里坡接引殿一带，有4%的树木枯死；金顶附近600余亩树林，几乎全部死绝，光秃秃，景观全非。猴子也跑到其它山沟里去了。2、酸雨中的马尾松我国马尾松和华山松对酸雨十分敏感，重庆南山风景区约三万亩马尾松发育不良，虫害频繁；80年代约有一万公顷马尾松枯死，几经防治，毫无效果。第35页/共54页酸雨与森林3、酸雨中的竹林我国南方盛产竹林，个别地区竹林茂盛，绵延数百公里，成为竹海，雨中竹叶清翠欲滴，成为盛景。但酸雨使竹林泛黄，竹叶稀稀落落。大熊猫在肌饿中以竹叶为食物的大熊猫会因此忍肌挨饿。如果不保护好熊猫所赖以生存的生态环境，国宝大雄猫将在我们这一代濒临灭绝。第36页/共54页第37页/共54页第38页/共54页第39页/共54页酸雨与水生生物酸雨的直接影响之一是在湖和它的水上生态系统上。酸雨不止会降低水环境的pH值，同时酸雨降到地面会冲刷走土壤中的营养成分，并挟带着土壤中的有毒金属，一起流入湖泊中。第40页/共54页鱼能够忍受大约pH值为5.9的酸，但此程度的酸就足以释放土里的铝离子，并杀死鱼。科学家监控湖的酸碱值和水生生物的生态系统，并发现湖里的酸碱值会逐年降低，研究显示出酸雨对湖和它的水上生态系统有重要影响。湖水pH值在9.0～6.5之间的中性范围时，对鱼类无害﹔在pH值5.0～6.5之间的弱酸性时，鱼卵难已孵化，鱼苗数量减少﹔当湖水pH值低于5.0时，大多数鱼类不能生存。酸雨与水生生物第41页/共54页相对于忍耐湖水酸化的能力而言，虾类比鱼类更差，在已酸化的湖泊中，虾类要比鱼类提前灭绝。

草本食物是一些鱼、虾类生活的基础。湖水酸化，水生生物种群将减少，例如某湖酸化后，绿藻从26种减至5种；金藻由22种减至5种；兰藻由22种减至10种。俗语说，大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃滋泥，其实滋泥中就含有大量水生生物；鱼虾离开了水草和水生生物，好比鸟兽离开了森林。因此，从生态食物链角度来看，湖泊酸化，也将使鱼虾难以生存。酸雨与水生生物第42页/共54页第43页/共54页第44页/共54页健康酸化第45页/共54页H2OH2SO3+Ca2+H2OCaSO3·1/2H2O+2H+CaSO3·1/2H2O(O2)H2CaSO4·2H2O反应机理2H++CaCO3Ca2++CO２+H2O酸雨与建筑第46页/共54页酸雨与建筑酸雨能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而建筑物损坏。科学家曾收集许多被酸雨毁害的石灰石和大理石建筑材料,分析发现该样品的碳酸盐的颗粒中总是嵌入硫酸钙晶体,硫从哪里来?认定与酸雨有关。第47页/共54页酸雨能使文物面目皆非。碑林文字模糊；著名的杭州灵隐寺的“摩崖石刻”近年经酸雨侵蚀，佛像眼睛、鼻子、耳朵等剥蚀严重，面目皆非，修补后，古迹不“古”。碑林、石刻大都由石灰岩雕成，遇到酸雨立即起化学反应，酸碱