酸沉降(2008年3月,王振山)

1、1酸 沉 降2008年4月，王振山23、：指大氣中的酸性物質(zhì)：指大氣中的酸性物質(zhì)通過降水（即天然降水，或稱大氣降水，通過降水（即天然降水，或稱大氣降水， 包括雨、雪、霧、霜、雹、露或其他形式包括雨、雪、霧、霜、雹、露或其他形式的大氣降水）而降落到地面的過程。的大氣降水）而降落到地面的過程。456、作用機制、作用機制78 9“酸雨酸雨”一詞是英國化學(xué)家羅伯特一詞是英國化學(xué)家羅伯特安格斯安格斯史密斯史密斯（RAngus Smith）于）于1872年首先提出的，年首先提出的，在其空氣和雨：化學(xué)氣象學(xué)的開端一書中首先使用了“酸雨”這一術(shù)語，指出降水的化學(xué)性質(zhì)受燃煤和有機物分解等因素的影響，同時也指出酸

2、雨對植物和材料是有害的。Potter(1930)最早采用最早采用pH來表示雨水的酸度來表示雨水的酸度。l 20世紀(jì)世紀(jì)50年代，英國的年代，英國的R. A. Smith最早觀察到最早觀察到酸雨現(xiàn)象。酸雨現(xiàn)象。1982年年6月召開了月召開了“國際環(huán)境酸化會議國際環(huán)境酸化會議”，標(biāo)志著，標(biāo)志著酸雨已成為全球性的環(huán)境問題。酸雨已成為全球性的環(huán)境問題。1011H2CO3 CO2+H2O2322103.8)COc(H)c(COK12)COc(H)c(HCO)c(HK323a1降水的降水的pHCO2 (g) +H2OH2CO32CO32Hp)COc(HK)c(HCO)c(CO)c(HK323a2132CO

3、H32PK)COc(H在在大大氣氣中中的的分分壓壓是是2COCOP2)c(HPKK)c(H)COc(HK)c(HCO2COa1H32a13)(HcPKKK)c(H)c(HCOK)c(CO2COa2a1H3a223214)(HcpKK2K)c(HPKK)c(HK)c(H2CO2a1aHCO1aHW220PKK2K)c(H)PKK(K)(Hc22COa2a1HCOa1Hw315近年來通過對降水的多年觀近年來通過對降水的多年觀測，對測，對pH=5.6作為酸性降水的界限以及作為酸性降水的界限以及判別人為污染的界限，亦即降水污染與判別人為污染的界限，亦即降水污染與否的判別標(biāo)準(zhǔn)問題，提出異議。：否的判別標(biāo)

4、準(zhǔn)問題，提出異議。：實際上，影響降水實際上，影響降水pH值的值的因素很多，因素很多，。161718大氣降水pH的背景值及酸雨判別標(biāo)準(zhǔn)的爭論19降水pH的背景值 20而且具體到一個地區(qū)降水是否酸性降水，還與該地區(qū)的地理形式有關(guān)。例如我國的麗江降水pH背景值為5.0，印度洋上的阿姆斯特丹降水平均pH為4.92等等。21。22。23 、影響酸沉降形成的因素、影響酸沉降形成的因素酸沉降的形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和物理現(xiàn)象。酸沉降的形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和物理現(xiàn)象。 、酸性污染物（主要指、酸性污染物（主要指SOx和和NOx） 硫氧化物硫氧化物SOx(SO2和和SO3)和氮氧化物和氮氧化物NOx(NO、

5、NO2)的來源，的來源，此外也有天然排放因素。，此外也有天然排放因素。24 25 2627282930大氣中的大氣中的NH3與與H2SO4氣溶膠形成氣溶膠形成中性的中性的(NH4)2SO4或或NH4HSO4，它降它降低了雨水的酸度，從而抑制了酸雨的低了雨水的酸度，從而抑制了酸雨的形成。形成。3132大氣顆粒物具有：如果氣象條件和地形有利于污染物的擴散，則如果氣象條件和地形有利于污染物的擴散，則大氣中的污染物濃度降低，酸雨就減弱，反之大氣中的污染物濃度降低，酸雨就減弱，反之則加重。則加重。33341. 重慶的耗重慶的耗煤量只相當(dāng)煤量只相當(dāng)于北京的于北京的1/3，每年的每年的SO2排放量卻為排放量

6、卻為北京的北京的2倍。倍。2. 重慶和貴重慶和貴陽的多山地陽的多山地形；形；3. 顆粒物緩顆粒物緩沖能力；沖能力；貴陽貴陽北京北京成都成都重慶重慶北京、成都、重慶、貴陽城區(qū)總顆粒物緩沖曲線北京、成都、重慶、貴陽城區(qū)總顆粒物緩沖曲線消耗消耗H+(mol/L )加入加入H+ (mol/L )864200 2 4 6 8 1035、主要成分、主要成分絕大部分是硫酸和硝酸，多數(shù)情況下以硫酸為主絕大部分是硫酸和硝酸，多數(shù)情況下以硫酸為主。在國外，酸。在國外，酸雨類型中，雨類型中，主要是汽，主要是汽車排放引起的。車排放引起的。除此以外，不少地方的降水中發(fā)現(xiàn)有除此以外，不少地方的降水中發(fā)現(xiàn)有機酸。機酸。、酸

7、性降水中的酸、酸性降水中的酸（含有多種無機酸和有機酸）（含有多種無機酸和有機酸）36 、次要成分、次要成分 少量的少量的HCl和弱酸的貢獻次之。弱酸和弱酸的貢獻次之。弱酸中除中除H2CO3外，還有有機酸，如甲酸外，還有有機酸，如甲酸(HCOOH)、乙酸、乙酸(CH3COOH) 、乳酸、乳酸、檸檬酸等，曾經(jīng)檢測出檸檬酸等，曾經(jīng)檢測出C1C30酸。酸。還包括醛類(甲醛、乙醛等)、烯烴、芳烴和烷烴。373839 影響降水酸性的主要物質(zhì)是影響降水酸性的主要物質(zhì)是H2SO4、 HNO3，還有一些有機酸。人類活動排入大氣中的，還有一些有機酸。人類活動排入大氣中的SO2和和NOx，一部分通過干沉降直接回到地

8、面，一部分通過干沉降直接回到地面， 按反應(yīng)體系按反應(yīng)體系SO2和和NOx的氧化可分為的氧化可分為:； 按反應(yīng)機理可分為按反應(yīng)機理可分為:、和和。 40 、 、（） ， SO3+H2OH2SO4、液相：、液相：SO2+H2OH2SO3， （）41 、4243 O3可溶于大氣中的水可溶于大氣中的水 + SO2H2O2H+SO42-+O2， +SO32-SO42-+O2，+HSO3-HSO4-+O2 還有還有HSO3- + H2O2HSO4- + H2O 44 SO2+h(=240400nm)SO2 基態(tài)基態(tài) 紫外線紫外線 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) 240400nm的光不能使其離解，只能生成激發(fā)的光不能使其離解

9、，只能生成激發(fā)態(tài)，態(tài)，SO2+hSO2*， SO2*+O2SO4SO3+O，SO2+OSO3，或SO4+SO22SO3，SO3+H2OH2SO4，45SO2+OSO3，H2SO3+OH2SO4， SO2 +HO HOSO2 HOSO2 + O2 SO3+HO2 、SO2與與SO3+H2OH2SO446反應(yīng)中生成的 ，通過反應(yīng)使得又再生，上述氧化過程又循環(huán)進行，其決定步驟為SO2和HO的反應(yīng)。22NOHONOHO47、與其他自由基的反應(yīng)、與其他自由基的反應(yīng)SO2+CH3O2SO3+CH3O，（CH3O+O2HCHO+HO2）48 SO2+SO3+O2 、49、O3NO2同時存在時同時存在時SO2

10、的氧化的氧化：白天夜晚：白天夜晚，大城市和工業(yè)區(qū)農(nóng)村。，大城市和工業(yè)區(qū)農(nóng)村。 SO2+NO2 SO3+NO SO2+NO3 SO3+NO2 SO2+N2O5 SO3+N2O4 O3NO2同時存在同時存在 對對 SO2的氧化的氧化 O3+NO2NO3+O2 NO3+NO2N2O5 50 、生成、生成 白天：白天：NO+OHHNO2； 夜晚夜晚：NO+NO2+H2O2HNO2。， NOx形成形成HNO3的途徑的途徑51HONO+h（400nm）NO+OH HNO2最終轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K轉(zhuǎn)變?yōu)镠NO3：HNO2+H2O+NO2 ，52 、NO2白天：，夜晚：RH+NO3R+HNO3（RH與與NO3的反應(yīng)，是

11、城市夜間的反應(yīng)，是城市夜間HNO3的主要來源，但其反應(yīng)速率的主要來源，但其反應(yīng)速率慢，不能跟慢，不能跟NO2與與OH的反應(yīng)相的反應(yīng)相比。）比。）53 2323ONONOO5223ONM)(NONO54NO2+OHHNO3 ，同時也對酸雨和酸霧的形成起重要作用。，55SO2、NOx、565758 596061我國的酸雨主要是硫酸型的我國的酸雨主要是硫酸型的62、降水的酸度是酸堿平衡的結(jié)果、降水的酸度是酸堿平衡的結(jié)果 降水的酸度是衡量降水酸化程度的一種指標(biāo)，降水的酸度是衡量降水酸化程度的一種指標(biāo)，它是降水中各種酸性和堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用它是降水中各種酸性和堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用(平衡平衡)的最終結(jié)果

12、。所以，的最終結(jié)果。所以，。我國降水的測定結(jié)果是一般。我國降水的測定結(jié)果是一般含有以下離子：含有以下離子：63646566、使湖泊酸化，變成死湖、使湖泊酸化，變成死湖當(dāng)水體的當(dāng)水體的pH4.55時，湖泊中魚類大量中毒死時，湖泊中魚類大量中毒死亡的原因是鋁中毒。隨著亡的原因是鋁中毒。隨著pH下降，流域土壤和下降，流域土壤和水底污泥中的水底污泥中的Al3+、Pb2+、Ni2+溶入水中。當(dāng)溶入水中。當(dāng)pH5時時Al3+水解以水解以，難以輸，難以輸O2到血液中，引起代謝紊亂而亡。當(dāng)?shù)窖褐?，引起代謝紊亂而亡。當(dāng)pH4.5時，魚類、昆蟲、水草、蘆葦以及其他時，魚類、昆蟲、水草、蘆葦以及其他的浮游動植物將

13、減少以至絕跡。唯有耐酸的苔的浮游動植物將減少以至絕跡。唯有耐酸的苔蘚茂盛。蘚茂盛。67 酸雨使湖泊、河流酸化并溶解土壤和水體底泥中的重金屬進入水中，毒害魚類，造成魚類死亡。68、對土壤的影響、對土壤的影響（土壤：（土壤：pH6.06.5屬正常值）屬正常值）。6970717273747576 酸雨能加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風(fēng)化過程，使文物面目皆非，碑林文字模糊。77 78酸雨的危害實例錄酸雨的危害實例錄: :79四、我國的酸雨現(xiàn)狀和控制酸雨對策四、我國的酸雨現(xiàn)狀和控制酸雨對策 、我國酸沉降的來源、我國酸沉降的來源 、能源結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu) 目前我國大氣中目前我國大氣中8790%的的SO2、60%

14、的粉的粉塵、城市上空塵、城市上空4067%的的NOx，均來自燃煤。，均來自燃煤。目前我國的能目前我國的能源消費占世界的源消費占世界的89%，但，但SO2的排放占世的排放占世界的界的15.1%。因此，。因此，煤煙型污染是我國大氣煤煙型污染是我國大氣污染的一大特征。污染的一大特征。80818283洗選煤又稱選煤，是利用煤和雜質(zhì)（矸石）的洗選煤又稱選煤，是利用煤和雜質(zhì)（矸石）的物理、化學(xué)性質(zhì)的差異，通過物理、化學(xué)或微物理、化學(xué)性質(zhì)的差異，通過物理、化學(xué)或微生物分選的方法，使煤和雜質(zhì)有效分離，并加生物分選的方法，使煤和雜質(zhì)有效分離，并加工成質(zhì)量均勻、用途不同的煤炭產(chǎn)品。物理選工成質(zhì)量均勻、用途不同的煤

15、炭產(chǎn)品。物理選煤主要有重力選煤，物理化學(xué)選煤主要是浮游煤主要有重力選煤，物理化學(xué)選煤主要是浮游選煤（簡稱浮選）選煤（簡稱浮選）原煤經(jīng)一道洗煤工藝，原煤經(jīng)一道洗煤工藝，SO2排放量可減少排放量可減少3050%，灰分可去除約，灰分可去除約20%；經(jīng)兩道洗煤工藝，；經(jīng)兩道洗煤工藝，SO2可減少可減少90%目目前我國原煤入洗率約前我國原煤入洗率約30%，絕大部分未經(jīng)洗選，絕大部分未經(jīng)洗選而直接燃燒。發(fā)達國家的原煤入選率達而直接燃燒。發(fā)達國家的原煤入選率達90%。84、我國酸沉降的現(xiàn)狀、我國酸沉降的現(xiàn)狀我國對酸雨的測試和研究始于我國對酸雨的測試和研究始于1974年，年，1981年年起在全國開展酸雨普查。

16、起在全國開展酸雨普查。、類型：、類型：，。、程度和區(qū)域、程度和區(qū)域目前我國酸雨和目前我國酸雨和SO2的污染，已經(jīng)成為我國第一的污染，已經(jīng)成為我國第一位的大氣環(huán)境問題位的大氣環(huán)境問題。20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，年代以來，我國我國已成為繼歐、美之后的世界已成為繼歐、美之后的世界第三大重酸雨區(qū)第三大重酸雨區(qū)，危害面積占我國國土面積的危害面積占我國國土面積的40%左右，近左右，近1/3國國土酸雨嚴(yán)重。土酸雨嚴(yán)重。85我國其它酸雨區(qū)我國其它酸雨區(qū)：1、珠江三角洲及其北部、珠江三角洲及其北部2、杭州灣杭州灣我國是全球三大酸雨區(qū)之一我國是全球三大酸雨區(qū)之一8687 88 1992-1993年中國年平均降水年

17、中國年平均降水pH值的分布值的分布pHpH值值pHpH值值西西南南杭州灣杭州灣珠江三珠江三角洲及角洲及其北部其北部硫酸型硫酸型89我國酸雨 H2SO4/HNO3 10/1，而發(fā)達國家為 (12)/1。902004年全國降水酸度分布年全國降水酸度分布 91、季節(jié)：冬季的降水比夏季的pH更低。l 、控制酸雨對策、控制酸雨對策l 、政策性措施、政策性措施l l1998年年1月月12日國務(wù)院正式批復(fù)了我國日國務(wù)院正式批復(fù)了我國酸雨控制區(qū)酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)(簡稱簡稱“兩控區(qū)兩控區(qū)”)的劃分方的劃分方案。重點治理案。重點治理“兩控區(qū)兩控區(qū)”內(nèi)的酸雨和二氧化硫污染內(nèi)的酸雨和二

18、氧化硫污染，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“九五九五”計劃和計劃和2010年遠景目標(biāo)的一項重要內(nèi)容。兩控區(qū)總面積約年遠景目標(biāo)的一項重要內(nèi)容。兩控區(qū)總面積約109萬平方公里，其中酸雨控制區(qū)約萬平方公里，其中酸雨控制區(qū)約80萬平方公里，萬平方公里，SO2污染控制區(qū)約污染控制區(qū)約29萬平方公里?？刂颇繕?biāo)分為萬平方公里?？刂颇繕?biāo)分為2000年目標(biāo)和年目標(biāo)和2010年目標(biāo)。有效的管理制度和經(jīng)濟年目標(biāo)。有效的管理制度和經(jīng)濟政策的立法。政策的立法。92、一般性措施、一般性措施采用燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫技術(shù)93 、煙道氣脫硫。煙道氣脫硫。攔截在煙道之中：攔截在煙道之中：這種方法這種

19、方法是使用固態(tài)或液態(tài)化學(xué)物質(zhì)，從排放廢氣的煙是使用固態(tài)或液態(tài)化學(xué)物質(zhì)，從排放廢氣的煙道中吸收道中吸收SO2和氮氧化物，常用來吸收二氧化硫和氮氧化物，常用來吸收二氧化硫和氮氧化物的吸附劑有石灰、活性炭、氧化錳和氮氧化物的吸附劑有石灰、活性炭、氧化錳、氨水及氧化鎂等。石灰脫硫脫氮：、氨水及氧化鎂等。石灰脫硫脫氮：S+O2SO2，CaO+SO2=CaSO3，2CaSO3+O2=2CaSO4 點燃 94、從煙氣中除去二氧化硫B、堿法：以、堿法：以NaOH或或Na2CO3溶液作為吸收劑，溶液作為吸收劑，吸收率吸收率90% 2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O，Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO

20、295C C、濕式石灰石、濕式石灰石/ /石灰石膏法原理石灰石膏法原理96 脫硫過程：脫硫過程： SO2+2H2OH2SO3， H2SO3+CaCO3CaSO3+H2O+CO2, CaSO3+2H2O +1/2O2CaSO42H2O ；或?qū)懽鳎海换驅(qū)懽鳎?CaCO3+SO21/2H2OCaSO3 1/2H2O CO2 Ca(OH)2 +SO2CaSO31/2H2O 1/2H2O CaSO31/2H2O +SO2+ 1/2H2O Ca(HSO3 氧化過程：氧化過程： 2CaSO31/2H2OO23H2O2CaSO4 2H2O Ca(HSO3)2 + O22H2O CaSO42H2O+H2SO49

21、7 該法具有脫硫反應(yīng)速度快該法具有脫硫反應(yīng)速度快，脫硫效率高，脫硫效率高(95%)等優(yōu)點等優(yōu)點，但存在投資和運行維護費用，但存在投資和運行維護費用都很高，脫硫產(chǎn)物較難處理，易造成二次污都很高，脫硫產(chǎn)物較難處理，易造成二次污染，系統(tǒng)復(fù)雜，啟停不便等問題染，系統(tǒng)復(fù)雜，啟停不便等問題 將脫硫過程和氧化過程的反應(yīng)合并起來，將脫硫過程和氧化過程的反應(yīng)合并起來，寫作：寫作：CaCO3(s)+2H2O+1/2O2+SO2 CaSO42H2O(s)+CO2(g) Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2O， 2CaSO3+O22CaSO4、控制汽車尾氣排放。9899具有諷刺意味的是，造成酸雨的原因之一，恰恰是人類為了減少環(huán)境污染所作的努力。起初，人們?yōu)榱税压I(yè)區(qū)的煙霧減少到最低限度而開始修筑高煙囪，有的竟高達360米。這些煙囪雖然減少了煙霧對當(dāng)?shù)乜諝獾奈廴?，但煙霧卻被強風(fēng)送到了數(shù)千千米以外的地方，這些高煙囪就像化學(xué)武器一樣作用于整個北半球。 100 101小結(jié)：酸雨的形成以以 SO2、NOx造成降水