关于酸雨的防治研究性学习报告.doc

关于酸雨的防治研究性学习报告一、班级高一实验一 二、小组成员秦润轩，王琪松，孙浩，谢毅夫三、内容摘要1.成因：酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸。2.危害：城市大气污染严重程度的改变了季节变化和昼夜变化的规律；.此外，城市云量增多的结果，使城区日照时数和太阳辐射量均有减少；.酸雨可导致土壤酸化；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。3.防治：原煤脱硫技术；优先使用低硫燃料；改进燃煤技术；对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫；开发新能源。四、探究目的通过对酸雨的成因危害防治3方面探究，关注城市密布区域的酸雨问题，感受酸雨危害的严重性，了解解决方法，树立保护环境，人与自然和谐共存的意识。五、研究方式上网查资料（来源：百度百科酸雨）；实地勘察六、研究结果概念酸雨 （acid rain）是指PH值小于5.65的雨雪或其他形式的降水。雨水被大气中存在的酸性气体污染。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质造成的。我国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸雨，少为硝酸雨，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。近年来，我国一些地区已经成为酸雨多发区，酸雨污染的范围和程度已经引起人们的密切关注。什么是酸？ 纯水是中性的，没有味道；柠檬水，橙汁有酸味，醋的酸味较大，它们都是弱酸；小苏打水有略涩的碱性，而苛性钠水就涩涩的，碱味较大，苛性钠是碱，小苏打虽显碱性但属于盐类。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关；而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关；然后建立了一个指标：氢离子浓度对数的负值，叫pH。于是，纯水（蒸馏水）的pH为7；酸性越大，pH越低；碱性越大，pH越高。（pH一般为0-14之间)未被污染的雨雪是中性的，pH近于7；当它为大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性（水和二氧化碳结合为碳酸），pH为5.65。pH小于5.65的雨叫酸雨；pH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。检验水的酸碱度一般可以用几个工具：石蕊试剂酚酞试液pH试纸（精确率高，能检验pH）pH计（能测出更精确的pH值）。酸雨率一年之内可降若干次雨， 有的是酸雨， 有的不是酸雨， 因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次数除以降雨的总次数。其最低值为0%； 最高值为100%。如果有降雪， 当以降雨视之。 有时， 一个降雨过程可能持续几天， 所以酸雨率应以一个降水全过程为单位， 即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。 除了年均降水pH之外， 酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标。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。目前我国定义酸雨区的科学标准尚在讨论之中， 但一般认为： 年均降水pH高于5.65， 酸雨率是0-20%，为非酸雨区；pH在5.30-5.60之间， 酸雨率是10-40% ， 为轻酸雨区； pH在5.00-5.30之间， 酸雨率是30-60%，为中度酸雨区；pH在4.70-5.00之间，酸雨率是50-80%，为较重酸雨区；pH小于4.70， 酸雨率是70-100%，为重酸雨区。这就是所谓的五级标准。其实，北京、拉萨、西宁、兰州和乌鲁木齐等市也收集到几场酸雨，但年均pH和酸雨率都在非酸雨区标准内，故为非酸雨区。我国酸雨主要是硫酸型，我国三大酸雨区分别为：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、西南酸雨区。发现近代工业革命，从蒸汽机开始，锅炉烧煤，产生蒸汽，推动机器；而后火力电厂星罗棋布，燃煤数量日益猛增。遗憾地是，煤含杂质硫，约百分之一，在燃烧中将排放酸性气体 SO?；燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化，氧气与氮气化合，也排放酸性气体NOx。它们在高空中为雨雪冲刷，溶解，雨成为了酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦敦市雨水成份，发现它呈酸性，且农村雨水中含碳酸铵，酸性不大；郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性；市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐，呈酸性。于是史密斯首先在他的著作空气和降雨：化学气候学的开端中提出“酸雨”这一专有名词。成因酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸。天然排放源1.海洋：海洋雾沫，它们会夹带一些硫酸到空中 2.生物：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，继而转化为二氧化硫 3.火山爆发：喷出可观量的二氧化硫气体 4.森林火灾：雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然硫氧化物排放源,因为树木也含有微量硫。 5.闪电：高空雨云闪电，有很强的能量，能使空气中的氮气和氧气部分化合生成一氧化氮,继而在对流层中被氧化为二氧化氮 N?+O?=放电=2NO 2NO+O?=2NO? 氮氧化物即为一氧化氮和二氧化氮之和，与空气中的水蒸气反映生成硝酸。 6.细菌分解： 既使是未施过肥的土壤也含有微量的硝酸盐，土壤硝酸盐在土壤细菌的帮助下可分解出一氧化氮，二氧化氮和氮气等气体。人工排放源煤、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。科学家粗略估计，1990年我国化石燃料约消耗近700百万吨;仅占世界消耗总量的12%,人均相比并不惊人;但是我国近几十年来，化石燃料消耗的增加速度,实在太快，1950年至1990年的四十年间,增加了30倍。不能不引起足够重视。 煤中含有硫，燃烧过程中生成大量二氧化硫，此外煤燃烧过程中的高温使空气中的氮气和氧气化合为一氧化氮，继而转化为二氧化氮，造成酸雨。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二氧化硫气体，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产生可观量二氧化硫和二氧化氮，由于二氧化氮带有淡棕的黄色,因此，工厂尾气所排出的带有二氧化氮的废气象一条“黄龙”,在空中飘荡，控制和消除“黄龙”被称做“灭黄龙工程”。再如石油炼制等,也能产生一定量的二氧化硫和二氧化氮。它们集中在某些工业城市中，也比较容易得到控制。 酸雨的工业排放源交通运输,如汽车尾气。在发动机内，活塞频繁打出火花,象天空中闪电，氮气变成二氧化氮。不同的车型,尾气中氮氧化物的浓度有多有少，机械性能较差的或使用寿命已较长的发动机尾气中的氮氧化物浓度要高。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氮氧化物浓度要高。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。 工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，经过“云内成雨过程”，即水汽凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上，发生液相氧化反应，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又经过“云下冲刷过程”，即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨。由于我国多燃煤，所以的酸雨是硫酸型酸雨。而多燃石油的国家下硝酸雨。 资料来源：联合国环境署(UNEP) 酸雨形成的化学反应过程： (1) 酸雨多成于化石燃料的燃烧： 含有硫的煤燃烧生成二氧化硫 S+O?（点燃）SO? 二氧化硫和水作用生成亚硫酸 SO?+H?OH?SO?（亚硫酸） 亚硫酸在空气中可氧化成硫酸 2H?SO?+O?2H?SO?（硫酸） (2)氮的氧化物溶于水形成酸：雷雨闪电时，大气中常有少量的二氧化氮产生。 闪电时氮气与氧气化合生成一氧化氮 N?+O?（闪电或高温）=2NO 一氧化氮结构上不稳定，空气中氧化成二氧化氮 2NO+O?=2NO? 二氧化氮和水作用生成硝酸 3NO?+H?O=2HNO?（硝酸）+NO (3)酸雨与大理石反应： CaCO?+H?SO?=CaSO?+H?O+CO? CaSO?+SO?+H?O=Ca(HSO?)? (4)此外还有其他酸性气体溶于水导致酸雨，例如氟化氢，氟气，氯气等其他酸性气体酸雨防治1.开发新能源，如氢能，太阳能，水能，潮汐能，地热能等 2.使用燃煤脱硫技术，减少二氧化硫排放 3.工业生产排放气体处理后再排放 4.少开车，多乘坐公共交通工具出行 5.使用天然气等较清洁能源，少用煤 6.改进发动机的燃烧方式危害1.城市大气污染严重程度的改变了季节变化和昼夜变化的规律，大体可分为煤炭型和石油型两类。煤炭型是燃煤引起，因此污染强度以对流最强的夏季和白天为最轻，而以逆温最强、对流最弱的冬季和夜间为最重。伦敦烟雾事件就属于这种类型。石油型是石油和石油化学产品和汽车尾气所产生，由于氮氧化物和碳氢化物等生成光化学烟雾时需要较高气温和强烈阳光，因此污染强度变化规律和煤炭型刚刚相反，即以夏季午后发生频率最高，冬季和夜间少或不发生。洛杉矶光化学烟雾就属于这个类型。 2.此外，城市云量增多的结果，使城区日照时数和太阳辐射量均有减少。城市中烟尘粒子增多的结果，使大气透明度变差，所以有人称城市为“烟霾岛”或“混浊岛”。烟尘大量削弱太阳光中的紫外线部分(在太阳高度较低时甚至可减少30%一50%)，这对城市居民的身体健康也是不利的。 3.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。 4.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。建筑材料变脏， 变黑, 影响城市市容质量和城市景观, 被人们称之为 “黑壳”效应。酸雨与火山灰的关系近日，一则关于“近日不要淋雨”的提醒流传于网上。该提醒宣称由于冰岛火山灰含大量硫化物，会形成酸雨，淋到酸雨易患上皮肤癌。对此，复旦大学环境系常务副主任、环境专家陈建民教授辟谣，他说：“现有的科学研究表明，火山灰与酸雨并无直接关系。” 陈建民解释道：火山灰是火山喷发出来进入大气的细颗粒物，主要为岩石、矿物成分，也就是硅铝酸盐成分为主，与酸雨没有任何关系。酸雨是指pH值小于5.6的降水，主要是人类活动排放的酸性气体如二氧化硫、氮氧化物，在大气中化学转化形成硫酸、硝酸，通过降雨、下雪等湿沉降到达近地面，与火山灰没有关系。相反，火山灰反而吸收酸性气体，不易形成酸雨。当然，火山灰释放到大气中会产生硫化物，但对形成危害到人类健康的酸雨可能性很小。 分布：西欧中部，北部，东北部，北冰洋西部大范围地区，中国长江南部分地区，美国西部东北部密集城市区和工业区，加拿大拉布拉多半岛东南。酸雨类型酸雨中的阴离子主要是硝酸根和硫酸根离子，根据两者在酸雨样品中的浓度可以判定降水的主要影响因素是二氧化硫还是氮氧化物。二氧化硫主要是来自于矿物燃料（如煤）的燃烧，氮氧化物主要是来自于汽车尾气等污染源。相关的文献中，通过硫酸根和硝酸根离子的浓度比值将酸雨的类型分为三类，如下： （1）硫酸型或燃煤型：硫酸根/硝酸根3 （2）混合型：0.5硫酸根/硝酸根=3 （3）硝酸型或燃油型：硫酸根/硝酸根=0.5。 由此，可以根据一个地方的酸雨类型来初步判断酸雨的主要影响因素。当然，大多数地方的酸雨可能这三种类型都涵盖了，这就需要对每个时间段的酸雨影响因素作进一步分析了。影响因素1.酸性污染物的排放及转换条件。一般说来，某地SO2污染越严重，降水中硫酸根离子浓度就越高，导致ph值越低。2.大气中的氨。大气中的氨（NH3）对酸雨形成是非常重要的。氨是大气中唯一的常见气态碱。由于它的水溶性，能与酸性气溶胶或雨水中的酸反应，起中和作用而降低酸度。大气中氨的来源主要是有机物的分解和农田施用的氮肥的挥发。土壤的氨的挥发量随着土壤pH值的上升而增大。京津地区土壤pH值为78以上，而重庆、贵阳地区则一般为56，这是大气氨水平北高南低的重要原因之一。土壤偏酸性的地方，风沙扬尘的缓冲能力低。这两个因素合在一起，至少在目前可以解释中国酸雨多发生在南方的分布状况。3.颗粒物酸度及其缓冲能力。大气中的污染物除酸性气体SO2和NO2外，还有一个重要成员颗粒物。颗粒物的来源很复杂。主要有煤尘和风沙扬尘。后者在北方约占一半，在南方估计约占三分之一。颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用，一是所含的催化金属促使SO2氧化成酸；二是对酸起中和作用。但如果颗粒物本身是酸性的，就不能起中和作用，而且还会成为酸的来源之一。目前中国大气颗粒物浓度水平普遍很高，在酸雨研究中自然是不能忽视的。4.天气形势的影响 如果气象条件和地形有利于污染物的扩散，则大气中污染物浓度降低，酸雨就减弱，反之则加重（如逆温现象）。治理措施世界上酸雨最严重的欧洲和北美许多国家在遭受多年的酸雨危害之后，终于都认识到，大气无国界，防治酸雨是一个国际性的环境问题，不能依靠一个国家单独解决，必须共同采取对策，减少硫氧化物和氮氧化物的排放量。经过多次协商，1979年11月在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上，通过了控制长距离越境空气污染公约，并于1983年生效。公约规定，到1993年底，缔约国必须把二氧化硫排放量削减为1980年排放量的70%。欧洲和北美(包括美国和加拿大)等32个国家都在公约上签了字。为了实现许诺，多数国家都已经采取了积极的对策，制订了减少致酸物排放量的法规。例如，美国的酸雨法规定，密西西比河以东地区，二氧化硫排放量要由1983年的2000万吨/年，经过10年减少到1000万吨/年；加拿大二氧化硫排放量由1983年的470万吨/年，到1994年减少到230万吨/年，等等。目前世界上减少二、氧化硫排放量的主要措施有： 1.原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40%一60%的无机硫。 2.优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。 3.改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。 4.对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中85%一90%的二氧化硫气体。不过，脱硫效果虽好但十分费钱。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。 5.开发新能源，如太阳能，风能，核能，可燃冰等，但是目前技术不够成熟，如果使用会造成新污染，且消耗费用十分高.20世纪60年代间，瑞典土壤学家奥登首先对湖沼学、农学和大气化学的有关记录进行了综合性研究，发现酸性降水是欧洲的一种大范围现象，降水和地面水的酸度正在不断升高，含硫和含氮的污染物在欧洲可以迁移上千公里。1972年瑞典政府向联合国人类环境会议提出一份报告：穿越国界的大气污染：大气和降水中的磕对环境的影响。从此更多的国家关注酸雨这一问题，研究的规模也在不断扩大。1975年5月，在美国俄亥俄州立大学举行了第一次国际酸性降水和森林生态系统讨论会。1982年6月在瑞典斯德哥尔摩召开了国际环境酸化会议，酸雨已成为当前全球性环境污染的主要问题之一。酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸，以硫酸为主。硫酸和硝酸是由人为排放的二氧化硫和氮氧化物转化而成的，可以是当地排放的，也可以是从远处迁移来的。煤和石油燃烧以及金属冶炼等工业活动会释放二氧化硫到空气中，通过气相或液相氧化反应生成硫酸。同时高温燃烧会使空气中的氮气和氧气生成一氧化氮，其在大气中与氧继续作用，大部分转化成为二氧化氮，遇水或水蒸气就会生成硝酸和亚硝酸。由于人类活动和自然过程，还有许多气态或固体物质进入大气，对酸雨的形成也产生影响。大气颗粒物中的铁、铜、镁等是成酸反应的催化剂。大气光化学反应生成的臭氧和过氧化氢等又是使二氧化硫氧化的氧化剂；飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙、天然和人为来源的氨，以及其他碱性物质又会与酸反应，而使酸中和。降水的酸度实际上就是降水中的主要阴阳离子的干衡。当大气中二氧化硫和一氧化氮的浓度较高时，降水中就会表现为酸性；如果降水中代表碱性物质的几个主要阳高子浓度也较高时，降水就不会有很高的酸度，甚至可能呈现碱性。在碱性土壤地区，或大气中颗粒物浓度高时，往往出现这种情况。相反，即使大气中二氧化硫和一氧化氮浓度不高，而碱性物质相对更少时，则降水仍然会有较高的酸度。工业区的高大烟囱可把二氧化硫扩散到很远的地方，因而很多山区和荒野地带也降酸雨。硫和氮是植物生长不可或缺的营养元素，弱酸性降水可溶解地壳中的矿物质，供动、植物吸收。但如果酸度过高，例如pH值降到5以下，就可能使生态系统遭受损害。在土壤盐基饱和度低的地区或土层薄的岩石地区，酸性雨水降落地面后得不到中和，就会使土壤、湖泊、河流酸化。当湖水或河水的pH值降到5以下时，流域内的土壤和水体底泥中的金属(例如铝)就会被溶解进入水中，毒害鱼类，使其繁殖和发育受到严重影响。水体酸化还会导致水生生物的组成结构发生变化，耐酸的藻类、真菌增多，而有根植物、细菌和无脊椎动物减少，有机物的分解率降低。因此，酸化的湖泊、河流中鱼类减少。瑞典和挪威南部以及美国东北部许多湖泊都已成为无鱼的死湖。例如美国东部阿迪朗达克山区，海拔700米以上的湖泊，目前半数以上湖水pH值在5以下，90%已无鱼。而在1929年-1937年间，只有4%的湖泊的pH值在5以下，或者是无鱼的。现在瑞典18,000多个大中型湖泊已经酸化，其中约4,000个酸化严重，水生生物受到很大伤害。 酸雨还会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。生物防治世界观察研究不久前发表的1994年全球趋势报告1994年生命特征中说：总的来看，地球的情况并不太好，在所有衡量地球健康状况的指标中，我们仅成功地扭转了一项指标的恶化使臭氧层出现空洞的氟里昂的减少。碳排放量没有减少，大气污染日益严重。据统计，人类每年向大气层排放SO21.15吨，NO2约5012万吨。全世界城市人口中有一半左右生活在SO2超标的大气环境中，有10亿人生活在颗粒物超标的环境中。大气污染已成为隐蔽的杀手。而SO2则是罪魁祸首。最近，欧洲的26个国家和加拿大，在联合国欧洲经济委员会提出的一份新协议上签了字，休证把本国SO2的排放量减少87%，美国也承诺到了2010年将SO2的排放量减少80%。欧洲国家和加拿大称赞这项新协议是防治大气污染的一个里程碑。SO2不仅污染空气、危害人类健康，而且是形成酸雨的主要物质。大气中的SO2和NO2，在空气在氧化剂的作用下溶解于雨水中。当雨水、冻雨、雪和雹等大气降水的pH小于5.6时，即是酸雨。