化学与环境酸雨.ppt
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1、酸酸 雨雨Acid rain内内 容容一一.什么是酸雨?什么是酸雨?二二.酸雨的形成酸雨的形成三三.酸雨的危害酸雨的危害四四.减少酸雨的措施减少酸雨的措施w未被污染的雨雪被大气中二氧未被污染的雨雪被大气中二氧化碳饱和时,略呈酸性,化碳饱和时,略呈酸性,pHpH值值为为5.655.65。w被大气中存在的酸性气体污染被大气中存在的酸性气体污染,pH,pH值小于值小于5.655.65的雨叫的雨叫酸雨酸雨;pHpH值小于值小于5.655.65的雪叫的雪叫酸雪酸雪;在高;在高空或高山空或高山(如峨眉山如峨眉山)上弥漫的上弥漫的雾雾,pH,pH值小于值小于5.655.65时叫时叫酸雾酸雾。简单地说,酸雨就
2、是酸性的雨。简单地说,酸雨就是酸性的雨。一、什么是酸雨?一、什么是酸雨?什么是酸雨区什么是酸雨区?某地收集到酸雨样品某地收集到酸雨样品,还不能算是酸雨还不能算是酸雨区区,因为一年可有数十场雨因为一年可有数十场雨,某场雨可能是某场雨可能是酸雨酸雨,某场雨可能不是酸雨某场雨可能不是酸雨,所以要看年均所以要看年均值。因此对于酸雨区的定义不止取决与降值。因此对于酸雨区的定义不止取决与降雨的雨的pHpH值,还取决于值,还取决于酸雨率酸雨率。酸雨率酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除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以全年降水过程的总次数酸雨率酸雨率 除了除了年均降水年均降水pHpH值值
3、之外之外,酸雨率酸雨率是判别某是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标。地区是否为酸雨区的又一重要指标。酸雨区酸雨区w年均降水年均降水pH值高于值高于5.65,酸雨率是酸雨率是0-20%,为为非酸雨非酸雨区区;wpH值在值在之间之间,酸雨率是酸雨率是10-40%,为为轻酸雨区轻酸雨区;wpH值在值在之间之间,酸雨率是酸雨率是30-60%,为为中度酸雨区中度酸雨区;wpH值在值在之间之间,酸雨率是酸雨率是50-80%,为为较重酸雨区较重酸雨区;wpH值小于值小于4.70,酸雨率是酸雨率是70-100%,为为重酸雨区重酸雨区。世界三大酸雨区1、北美酸雨区、北美酸雨区 2、西欧酸雨区、西欧酸雨区 3、
4、中国西南酸雨区、中国西南酸雨区 我国三大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、西南酸雨区:是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域。重区域。2、华中酸雨区:目前它已成为全国酸雨污染范围最、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。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、华东沿海酸雨区:它的污染强度低于华中和西南酸雨区。酸雨区。覆盖四川、贵州、覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市江苏和青岛等省市部分地区,面积达部分地区,面积达200多万
5、平方公里。多万平方公里。制约酸雨地区制约酸雨地区分布的因素分布的因素 (1)南方地区工业,特别是有色金属冶炼工业发达。)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)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。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。)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)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。扩散,而北
6、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我国酸雨区已占国土面积40%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、酸雨的形成二、酸雨的形成 酸雨的形成是一种复杂的大气化学和酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理过程。大气物理过程。一般认为,酸雨是由于排放的一般认为,酸雨是由于排放的SO2等酸等酸性气体进入大气
7、后,造成局部地区中的性气体进入大气后,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,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。氧化作用生成硫酸,随雨水降下形成酸雨。主要污染物的形成主要污染物的形成.造成雨水酸化之污染物质有造成雨水酸化之污染物质有SO2、NOx、HCl、有机酸等。有机酸等。二氧化硫二氧化硫(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。氮氧化物氮氧化物(NOx)为高温燃烧下之产物,其来源有燃料之燃烧,
8、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。主要污染物的形成主要污染物的形成氯化氢氯化氢 (HClHCl)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。酸雨形成酸雨形成硫酸雨和硝酸雨的来源硫酸雨和硝酸雨的来源酸性物质酸性物质SO2的天然排放的天然排放酸性物质酸性物质SO2 有四类天有四类天然排放源:海洋雾沫然排放源:海洋雾沫,它们它们会夹带一些硫酸到空中;会夹带一些硫酸到空中
9、;土壤中某些机体,如动物土壤中某些机体,如动物死尸和植物败叶在细菌作死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物,用下可分解某些硫化物,继而转化为继而转化为SO2;火山爆发;火山爆发,也将喷出可观量的也将喷出可观量的SO2气体;气体;雷电和干热引起的森林火雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然灾也是一种天然SO2 排放排放源源,因为树木也含有微量硫。因为树木也含有微量硫。化石燃料与酸雨化石燃料与酸雨 酸性物质酸性物质SO2,NOx排放人工排放人工源之一,是煤、石油和天然气源之一,是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧,无论是煤,等化石燃料燃烧,无论是煤,或石油,或天然气都是在地下或石油,或天然气都是在地
10、下埋藏多少亿年,由古代的动植埋藏多少亿年,由古代的动植物化石转化而来物化石转化而来,故称做化石燃故称做化石燃料。化石燃料中的含硫、含氮料。化石燃料中的含硫、含氮化合物在燃烧过程释放出大量化合物在燃烧过程释放出大量的硫氧化物和氮氧化物,是酸的硫氧化物和氮氧化物,是酸雨的成因之一,尤其是煤的燃雨的成因之一,尤其是煤的燃烧。烧。我国目前酸雨的主要责任者我国目前酸雨的主要责任者 燃煤中的杂质硫燃煤中的杂质硫 与石油和天然气相比与石油和天然气相比,在我国煤的消耗量要多得多。在我国煤的消耗量要多得多。一般估一般估计煤的消耗量占化石燃料总消耗量的计煤的消耗量占化石燃料总消耗量的90%90%左右。左右。而煤的
11、燃烧排而煤的燃烧排放放SOxSOx的数量的数量,除了决定于煤的消耗数量除了决定于煤的消耗数量,尚决定于煤的含硫量。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方要高,特别是西南地区特别是西南地区,产含硫量高煤的中小煤窑如满天星斗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,当地居民称之为之为“臭煤臭煤”,”,因为家庭炊饭的炉子烧用此煤,能发出令人窒息因为家庭炊饭的炉子烧用此煤,能发出令人窒息的的恶臭气味恶臭气味,就是就是
12、SOSO2 2。一般情况是当地消耗当地产的煤。一般情况是当地消耗当地产的煤,以减少运以减少运输过程的损失和增加成本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这也加速了我国长江以南酸雨区域的形成。因此,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。燃煤中的杂质硫将是我国目前酸雨的主要负责者。工业过程工业过程与酸雨与酸雨 酸性物质酸性物质SOSO2 2,NO,NOx x排放人工源之二排放人工源之二是工业过程是工业过程,如:如:金属冶炼金属冶炼:某些有色金属的矿石是硫化:某些有色金属的矿石是硫化物物,铜铜,铅铅,锌便是如此锌便是如此,将铜将铜,铅铅,锌硫化锌硫化物矿石还原为金
13、属过程中将逸出大量物矿石还原为金属过程中将逸出大量SOSO2 2气体气体,部分回收为硫酸部分回收为硫酸,部分进入大气。部分进入大气。再如再如化工生产化工生产,特别是硫酸生产和硝酸,特别是硫酸生产和硝酸生产可分别跑冒滴漏可观量的生产可分别跑冒滴漏可观量的SOSO2 2和和NOx,NOx,由于由于NONO2 2带有淡棕的黄色,因此带有淡棕的黄色,因此,工厂尾工厂尾气所排出的带有气所排出的带有NOx NOx 的废气象一条的废气象一条“黄黄龙龙”,”,在空中飘荡。在空中飘荡。再如再如石油炼制石油炼制等等,也能产生一定量的也能产生一定量的SOSO2 2和和NOxNOx。它们集中在某些工业城市中,也。它们
14、集中在某些工业城市中,也比较容易得到控制。比较容易得到控制。土法炼硫土法炼硫,炼出了赤地千里炼出了赤地千里 80年代初期年代初期,云南某地区乡镇企业起步云南某地区乡镇企业起步,片面追片面追求利润求利润,实施实施 土法炼硫(即以高硫份块炭等为原料,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)通过简易烧结工艺,提练炭块中的硫成份),工艺工艺陈旧落后陈旧落后,硫的回收率仅达硫的回收率仅达 30%。其余的硫都燃烧。其余的硫都燃烧成为成为 SO2,弥漫于大气之中弥漫于大气之中,加之云南气候湿润,加之云南气候湿润,有人曾收集检测到每场降雨都是酸雨有人曾收集检测到每场降雨都是酸雨
15、,pH值可达到值可达到 3.2-3.8。其后果是生产区周围。其后果是生产区周围,树上看不到昆虫树上看不到昆虫,地下找不到蚂蚁地下找不到蚂蚁,天上望不到飞鸟天上望不到飞鸟,1500亩良田寸亩良田寸草不长草不长,一片荒凉的灾区景象。一片荒凉的灾区景象。1993年采取了一系年采取了一系列治理措施列治理措施,问题已得到缓解。问题已得到缓解。某硫酸厂年产某硫酸厂年产10万吨硫酸万吨硫酸,通过废气向通过废气向大气排放大气排放SO2 3750吨。厂区两平方公里范围吨。厂区两平方公里范围被严重污染被严重污染,形成局地酸雨。厂区降水形成局地酸雨。厂区降水pH值值的最低值达到的最低值达到3.63;平均平均pH值为
16、值为4.41;为重酸为重酸雨区。雨区。硫酸厂周围的酸雨区硫酸厂周围的酸雨区交通运输与酸雨交通运输与酸雨 酸性物质酸性物质SO2、NOx排放人工源之三是排放人工源之三是交通运输交通运输,如如汽车尾气。在发动机内汽车尾气。在发动机内,活塞频繁打出火花,象天空活塞频繁打出火花,象天空中闪电中闪电,N2变成变成NOx。不同的车型。不同的车型,尾气中尾气中NOx 的浓度的浓度有多有少,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机尾气中的NOx 浓度要高。汽车停在十字路口浓度要高。汽车停在十字路口,不息不息火等待通过时火等待通过时,要比正常行车尾气中的要比
17、正常行车尾气中的NOx浓度要高。浓度要高。近年来近年来,我国各种汽车数量猛增我国各种汽车数量猛增,它的尾气对酸雨的贡它的尾气对酸雨的贡献正在逐年上升献正在逐年上升,不能掉以轻心。不能掉以轻心。黑雨黑雨 1994年重庆及其郊区下了数年重庆及其郊区下了数场黑雨场黑雨,色如墨汁色如墨汁,且有强酸且有强酸性。人们发生了恐慌,纷纷性。人们发生了恐慌,纷纷询问地区环保部门,欲知其询问地区环保部门,欲知其详。经化学分析详。经化学分析,黑色物是煤黑色物是煤屑,原来在锅炉内化石燃料屑,原来在锅炉内化石燃料未能燃烧充分未能燃烧充分,析出一些细的析出一些细的碳粒,也通过烟囱排向高空。碳粒,也通过烟囱排向高空。酸性物
18、主要是硫酸根酸性物主要是硫酸根,来自煤来自煤中燃烧的杂质硫。结论是:中燃烧的杂质硫。结论是:黑雨就是强酸性雨;也可以黑雨就是强酸性雨;也可以说是酸雨发展到某种极端情说是酸雨发展到某种极端情况。况。黑雪黑雪 无独有偶无独有偶,1991年我国喜马拉雅山区年我国喜马拉雅山区,下了数下了数场场“黑雪黑雪”。它来自于中东战争。它来自于中东战争,伊拉克军队伊拉克军队从科威特撤退时从科威特撤退时,放了一把大火放了一把大火,主要油气井火主要油气井火光冲天光冲天,喷出浓浓的黑烟喷出浓浓的黑烟,夹杂令人窒息夹杂令人窒息SO2和和NOx气味气味,直向高空,随风漂向东方直向高空,随风漂向东方,遇到喜马遇到喜马拉雅高山
19、拉雅高山,难以跨越难以跨越,随雪落下随雪落下,成为有酸性的成为有酸性的黑雪。人迹罕至的世界屋脊也未能逃出黑雪。人迹罕至的世界屋脊也未能逃出“空中空中死神死神”的灾难。的灾难。酸酸 雾雾其实其实,酸雾不止高空有酸雾不止高空有,大气污染严重的城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市的临近地面也有。重庆是我国有名的雾都,蒙蒙胧而飘渺的雾是重庆久富盛名的景观之一。重庆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又是严重酸雨污染的城市,雾也免不了酸化。雾也免不了酸化。80年代年代,全市酸雾全市酸雾pH平均值为平均值为4.39;市区最低值达市区最低值达到到2.98,是
20、典型的酸雾。雾滴是尺度微细的飘浮空是典型的酸雾。雾滴是尺度微细的飘浮空中的水滴中的水滴,极易吸附和吸收各种酸性气体和颗粒极易吸附和吸收各种酸性气体和颗粒物物,因此因此,雾滴所含污染物的浓度特别大雾滴所含污染物的浓度特别大,其总离其总离子浓度最高值竟达到子浓度最高值竟达到9.7 克克/升升,占雾滴重量的近占雾滴重量的近 1%,较同期雨水含量高出十余倍。经医务工作者较同期雨水含量高出十余倍。经医务工作者潜心研究潜心研究,认明此种酸雾对儿童的呼吸系统十分认明此种酸雾对儿童的呼吸系统十分有害。有害。SO2 是如何变成硫酸的是如何变成硫酸的?1.气相光氧化反应。在纯净的空气中气相光氧化反应。在纯净的空气
21、中,SO2 难于光氧化。难于光氧化。但在污染的空气中但在污染的空气中,烃类与烃类与NOx 生成某些有反应能力的基团生成某些有反应能力的基团,如如OH,HO2,CH3O等等,后者在日光照射下后者在日光照射下,将氧化将氧化SO2 为为SO3,再溶于水成为硫酸。再溶于水成为硫酸。2.液相光氧化反应。日光下液相光氧化反应。日光下,大气中的烃类与大气中的烃类与NOx 气相气相光氧化生成臭氧和过氧化氢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它们在水滴内表现出很强的氧化能力化能力,SO2 在水滴内被液相氧化为硫酸。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固相氧
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