酸雨成因及防治措施

《化工环境工程概论》课程论文论文题目：酸雨的成因及防治学院：石油化工专业：能源化学工程班级：1302班学生姓名：杨勇林学号：13101401331摘要：随着工业的不断发展，大量烧煤的烟囱排放出的二氧化硫酸性气体或汽车排放出来的氮氧化物烟气上升到天上形成了酸雨。从人类面临的环境问题出发，阐述了酸雨的形成。酸雨对生态系统、人体健康、建筑材料等具有很大危害，从土壤性质、氨气、大气颗粒物和天气形式等自然因素方面探讨了酸雨现状的形成原因。最后结合当前酸雨的状况及特点，提出了可行的防治防治酸雨的具体措施。关键词：酸雨；成因；危害；防治措施1引言酸雨是指pH值小于5.6的大气降水。其酸性成分主要是硫酸，也有硝酸和盐酸等。酸雨不但污染土壤环境，使土壤酸化和贫瘠化，还会影响水体、森林，破坏其生态循环[1]。此外，酸雨还能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产。因此，酸雨控制已成为中国污染防治工作的一项重要内容。2我国酸雨现状研究2.1酸雨的定义[2]在正常情况下,由于大气中含有一定的二氧化碳,降雨时二氧化碳溶解在水中,形成酸性很弱的碳酸,因此正常的雨水呈微酸性,pH值约为5.6-5.7。在1982年6月的国际环境会议上,国际上第一次统一将pH值小于5.6的降水(包括雨、雪、霜、雾、雹、霰等)正式定为酸雨。酸雨中的酸绝大部分是硫酸(可占65%~70%)和硝酸(可占25%~30%)。2.2我国酸雨现状及分布状况[3]中国酸雨的分布有明显的区域性，其特征总的趋势是以长江为界，长江以北降水pH值偏高，多呈中性或碱性，长江以南呈酸性。截止到2011年一季度对中国329个地级城市雨水质量监测表明酸雨主要分布在长江以南、青藏高原以东地区，主要包括上海、浙江、福建、江西、湖南、贵州、重庆的大部分地区，广东中部地区、四川东南部、湖北西部的少数地区。全国酸雨与去年同期相比，全国酸雨（降水pH均值＜5.6)城市比例略有降低，降低了4.4%；较重酸雨（降水pH均值＜5.0）城市比例有所降低，降低了6.1%；重酸雨（降水pH均值＜4.5)城市比例基本持平；全国酸雨面积与上年持平，酸雨分布区域无明显变化。与2005年同期相比，全国降水中SO42-2和NO3-离子浓度有所升高，NH4+和Ca2+离子浓度基本持平[4]。中国酸雨还呈现以城市为核心的多中心分布。城市降水段度强，郊区弱，远离城市的广大农村则接近正常，pH值在5.6左右。此外酸雨的区域分布还存在功能区差异，主要表现为工业强于非工业区。2.3我国酸雨的化学组成及特点[5]一般情况下大气降水中阴离子为SO42-、NO3-、Cl-、HCO3-，阳离子为NH4+、Ca2+、Na+、K+、Mg2+、H+。研究表明对我国降水酸度影响最大的阳离子是NH4+和Ca2+，阴离子是SO42-和NO3-。文献引用A=［SO42-］/［NO3-］作为划分酸雨类型的特征参量，将酸雨分为3档:当A≤0.5时，为硝酸型或燃油型;当0.5≤A≤3.0为混合型;当A≥3.0为硫酸型或燃煤型.“两控区”政策的实施使得SO2的排放得到了一定的控制，但是随着我国汽车保有量的显著增加，另一重要的致酸物质NOX的排放量却在持续增长，并慢慢导致我国酸雨污染类型发生转变，由原来的硫酸型逐步转变为硫酸、硝酸混合型。位于沿海发达地区的厦门、珠海降水中硝酸根与硫酸根浓度大体相当，酸雨已是硫硝混合型酸雨，而内陆的绝大多数城市硫酸根浓度远大于硝酸根浓度，仍然是硫酸型酸雨。3酸雨的成因分析3.1酸雨的形成过程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。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”,即水气凝结在硫酸根、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。酸雨的形成过程,可用以下两种类型的化学反应来表示[6]:硫酸型酸雨：S→H2SO4S+O2(点燃)=SO23SO2+H2O=H2SO3(亚硫酸)2H2SO3+O2=2H2SO4(硫酸)总的化学反应方程式:S+O2(点燃)=SO22SO2+2H2O+O2=2H2SO4硝酸型酸雨：氮的氧化物溶于水形成酸:a.NO→HNO3(硝酸)2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO总的化学反应方程式:4NO+2H2O+3O2=4HNO3b.NO2→HNO3总的化学反应方程式:4NO2+2H2O+O2=4HNO3(注:元素后的数字为脚标,化学式前的数为化学计量数。)我国的酸雨是典型的硫酸型酸雨。4酸雨的危害酸雨的影响主要表现在对生态系统（如农作物、土壤、水体、森林等）的危害，以及对各种建筑材料的腐蚀，严重的甚至危及一个城市的生态平衡。它的危害主要体现在以下几个方面。4.1酸雨对农业的危害植物对酸雨反应最敏感的器官是叶片,叶片受损后光合作用降低,抗病虫害能力减弱,林木生长缓慢或死亡,农作物减产。酸雨可导致土壤酸化。中国南方土壤本来多呈酸性，在经酸雨冲刷，加速了酸化过程;中国北方土壤呈碱性，对酸雨有较强缓冲能力，其承受能力较南方稍强。土壤中含有大量铝氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的人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导致中毒或死亡。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4瘠化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产[7]。由于不同的农作物和同种作物的不同品种之间，受二氧化硫伤害的敏感性不同，故不同PH值酸雨对农作物产量的影响不同，PH值越低，对其产量的影响越大。在同一酸度下，不同农作物伤害完全不同，可分为敏感性农作物，中等敏感性农作物和抗性农作物三类。如，敏感农作物有大麦，棉花，大豆，菠菜，胡萝卜和辣椒等；中等抗性农作物为小麦，菜花，花生，黄瓜，油菜和番茄等；抗性农作物为水稻，玉米和马铃薯等[8]。4.2破坏水环境当pH值降至5.0以下,鱼卵多不能正常孵化,即使孵化,骨骼也常是畸形的;加之河底淤泥中的有毒金属遇酸溶解,更加速了水生生物的死[9]。研究表明，当水体pH为6.0时，最不耐酸的甲壳动物（螯虾和蛤类）首先消失；pH为5.0时，作为湖泊食物链基础的浮游生物—微生物群体受损衰退，从而使某些鱼群丧失增长能力，鱼的种类减少，尤其是一些有较高价值的鱼种，因不耐酸，消亡很快。相对于忍耐湖水酸化能力而言，虾类比鱼类更差，在已酸化的湖泊中，虾类比鱼类提前灭绝。草本食物是一些鱼虾类生活的基础。湖水酸化，水生生物种群减少，例如某湖酸化后，绿藻从26种减至5种，金澡从22种减至5种；蓝藻从22种减至10种[10]。4.3酸雨对建筑物及文物的危害酸雨能与金属、石料、混凝土等材料发生化学反应或者发生电化学反应，致使表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致其强度降低，进而加快楼房、桥梁、历史文物、珍贵艺术品、雕像的腐蚀损坏。同时也加速了建筑物表面的各种保护涂层的退化，使桥梁和钢结构的建筑物损坏，同时还发生酸雨的淋洗使很多历史文物景点面目全非，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，修补后，古迹不“古”。重庆市1956年建成的重庆市体育馆水泥栏杆，由于酸雨腐蚀，石子外露，深达1厘米之多，按时间估计，平均每年侵蚀0.4毫米，十分惊人。这种水泥栏柱石子外露现象，在路旁电线杆上也每每发生。4.4使土壤酸化影响和破坏土壤微生物的数量和群落结构,抑制了土壤中有机物的分解和氮的5固定,使土壤贫瘠化,导致生长在这里的植物逐步退化。中国南方土壤本来多呈酸性，在经酸雨冲刷，加速了酸化过程;中国北方土壤呈碱性，对酸雨有较强缓冲能力，其承受能力较南方稍强。4.5危及人体健康酸雨中含有的甲醛、丙烯酸等对人的眼睛有强烈的刺激作用。硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比SO2要高10倍,其微粒可侵入人体的深部组织,引起肺水肿和肺硬化等疾病而导致死亡。当空气中含0.18mg/L硫酸雾时,就会使人难受而致病。或者是人们饮用酸化的地面水和由土壤渗入金属含量较高的地下水,食用酸化湖泊和河流的鱼类等,一些重金属元素通过食物链逐渐积累进入人体,最终对人体造成危害。5酸雨的防治对策5.1中国防治酸雨的政策物排放浓度的过量空气系数；2008年1月14日，国家环保总局在其官方网站上，正式公布了和国家发改委共同制定的《国家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”规划》。在这一下发至各省市自治区政府、国家电网及五大发电集团的文件中，明确要求对二氧化硫排放实行总量控制，控制氮氧化物排放增长，有效控制酸雨污染，并要求在2010年全国二氧化硫排放总量比2005年减少10%，控制在2294.4万吨以内，其中，火电行业二氧化硫排放量要控制在1000万吨以内，即相当于单位发电量二氧化硫排放要比2005年降低50%。5.2加强对二氧化硫排放的控制[11]南方的酸雨还和北方二氧化硫的大量排放有关，仅控制酸雨地区的酸性物质排放而忽略北方二氧化硫的排放还是不能有效地控制酸雨。二氧化硫年平均浓度的二级标准是0.06mg/m3，在此浓度之下人群在环境中长期暴露将不受危害；二氧化硫日平均浓度三级标准是0.25mg/m3，在此浓度之下人群在环境中短期暴露不受急性健康损害。环境空气中二氧化硫的主要危害是引起人体呼吸系统疾病，导致死亡率增加。二氧化硫污染主要来自燃煤，集中在城市，应以城市，特别是大城市为控制单元。目前，全国有62.3％的城市二氧化硫年均浓度超过国家二级标准，达不到保护居民和生态环境不受危害的基本要求。而日均浓度超过国家三级标准，达不到保护居民和生态环境不受急性危害的最低要求。依此标准，我国二氧化硫污染控制区面积为29万km2，占6国土面积3％。主要包括北京市区、天津市、河北、山西、内蒙、辽宁、吉林、江苏、、陕西、甘肃、宁夏、新疆等省区的部分城市。5.3改善交通环境，控制汽车尾气制订各类汽车的废气排放标准，加强对汽车尾气的控制。在形成酸雨的主要成分SO2和NOX中，交通车辆的排气占很大比重，尤其是机动车辆的排气中含NOX浓度特别高。随着中国国民经济发展和人民生活水平的提高，各类汽车的数量将会迅速增加，所以控制各种车辆的排放对改善大气质量，减少NOX排放量相当重要。其主要措施有：限制汽车行驶速度，尽快实施机动车定期淘汰制度；城市要着力发展公共交通，适当限制私人汽车数量，保证交通畅顺，才能减少汽车尾气的污染;大力推广使用无铅汽油，改进汽车发动机技术，安装尾气净化器及节能装置;呼吁使用“绿色汽车”，即用天然气、氢气、酒精、甲醇、电等清洁燃料作为汽车动力的汽车，可大大降低NOX的排放量。5.4加强植树栽花，扩大绿化面积植物具有调节气候，保持水土，吸收有毒气体等作用。植物体有巨大的吸附表面和庞大的地下根系，对有毒物质有较强的吸收能力。据统计：10000m2的柳杉每年可吸收720kg的SO2；一株树的叶片吸收SO2的能力是它所占土地吸收SO2能力的9倍。因此，根据城市环境规划，选择种植一些较强吸收SO2和粉尘的如石榴、菊花、桑树、银杉等花草树木，可以净化空气，美化城市环境，这也是防止酸雨的有效途径。6结论环境污染愈来愈严重，使环境监测与治理技术承担着更为重要的责任，酸雨对环境和人类的影响，是多方面的，涉及到很多领域。目前，酸雨污染的形成、影响及控制是一个复杂长期的过程，在努力控制酸雨的同时，还应设置酸雨指示标志，如酸雨墙、变色伞等，及时提醒人们避免酸雨危害，让大气污染和酸雨问题得到广泛认识，提高人们的酸雨污染意识，我们共同对抗酸雨。参考文献7[1]宗英飞，张国林，苏常新等2008年辽宁省酸雨时空分布特点分析[J].安徽农业科学，2009（16）:7536~7537.[2]吴丹,王式功,尚可政.中国酸雨研究综述[J].干旱气象,2006,24(2):70-75.[3]刘萍，夏菲，潘家永，陈益平，彭花明，陈少华中国酸雨概况及防治对策探讨[J