《化学与环境酸雨》PPT课件.ppt

酸 雨,Acid rain,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,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？,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。,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。,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。,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,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。,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。,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15亿亩，年经济损失约37亿元；森林受害面积1281万公顷，年木材损失6亿元，森林生态效益损失约54亿元。,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。,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。,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。,酸雨形成,硫酸雨和硝酸雨的来源,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。,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。,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。,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。,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。,某硫酸厂年产10万吨硫酸, 通过废气向大气排放SO2 3750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,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。,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。,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。,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。,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。,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。,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 。,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,酸雨与农业,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,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%,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。,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。,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。,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。,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。,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。,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9.06.5之间的中性范围时，对鱼类无害 在pH值5.06.5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,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,健康,酸化,CaSO31/2 H2O+2H+,CaSO42H2O,反应机理,2H+ + CaCO3,酸雨与建筑,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