環(huán)境化學課件酸性降水

1、酸性降水：通過降水將大氣中的酸性物質遷移到地面的過程，是一種酸沉降過程。 酸沉降 (acid deposition)：酸性物質遷移到地表的過程，通過干、濕沉降兩種途徑實現(xiàn)。干沉降 (dry deposition)：隨氣流的對流和擴散作用，被土壤、水體和植被等吸附去除。濕沉降 (wet deposition)：通過降水落到地面（酸雨acid rain）。,七、酸性降水 Acid precipitation,1、酸雨的研究概況5

2、0年代：英國R.A.Smith最早觀察到酸性降雨。1972年：發(fā)表了第一篇有關北美酸雨的論文《穿越國界的大氣污染：大氣和降水中的硫對環(huán)境的影響》。1982年：召開了“國際環(huán)境酸化會議”，標志酸雨污染成為世界重要的環(huán)境問題之一。 80年代：除北美、歐洲以外，東北亞（日本、韓國和中國的酸雨區(qū)）成為世界第三大酸雨區(qū)。 本世紀：世界酸雨污染范圍日益擴大，幾乎整個歐洲地區(qū)都在降酸雨。,1、酸雨acid rain的研究概況50年代：英國R

3、.A.Smith最早觀察到酸性降雨。1972年：發(fā)表了第一篇有關北美酸雨的論文《穿越國界的大氣污染：大氣和降水中的硫對環(huán)境的影響》。1982年：召開了“國際環(huán)境酸化會議”，標志酸雨污染成為世界重要的環(huán)境問題之一。 80年代：除北美、歐洲以外，東北亞（日本、韓國和中國的酸雨區(qū)）成為世界第三大酸雨區(qū)。 本世紀：世界酸雨污染范圍日益擴大，幾乎整個歐洲地區(qū)都在降酸雨。,中國的酸雨acid rain情況80年代：主要發(fā)生在西南地區(qū)。9

4、0年代中期：發(fā)展到長江以南、青藏高原altiplano以及四川盆地basin等地區(qū)，年均降水pH<5.6的區(qū)域占全國面積的40%左右 。主要致酸物質是硫酸鹽，降水中SO42-的含量普遍都很高。,我國年降水量和主要酸雨區(qū),2、降水的酸度acidity天然降雨：pH值為6－7左右（偏酸性）　　　　 CO2（g，25℃）＋H2O?H＋＋HCO3天然降水的微弱酸性：溶解土壤的養(yǎng)分，供生物吸收，有利于人類環(huán)境。,酸

5、雨的危害harm 使土壤貧瘠化leanness：抑制土壤中有機物的分解和氮的固定，淋洗eluviate與土壤粒子結合的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素；損害農作物和林木生長：使土壤變酸，傷害植物的新生芽葉，干擾光合作用photosynthesis，影響其發(fā)育生長；污染飲用水源：使河流、湖泊等地表水酸化，使流域土壤和水體底泥中的金屬(例如鋁)可被溶解進入水中；危害漁業(yè)生產，毒害魚類： pH值小于4.8時魚類消失；腐蝕建筑材料：腐蝕建筑材料、

6、腐蝕建筑物、金屬結構、油漆、工廠設備和名勝showplace古跡a historic spot(site)等。危害人類健康、造成經濟損失：對于農業(yè)生產的危害，不僅是經濟問題，還直接威脅13億人口的吃飯問題。,3、酸雨的形成Formation 雨除過程(rain out)和雨刷過程(rain wash) 云滴和雨滴的形成：在自由大氣里，0.l－l0?m的凝結核造成水蒸氣的凝結，通過碰并和聚結過程進一步生長。雨除過程（云內清除）：在

7、云的內部發(fā)生化學反應的過程。雨刷過程（云下清除）：在雨滴下降過程中將空氣中的氣體和顆粒物質帶至地表，以及在雨滴內部發(fā)生化學反應的過程。,酸雨的成分Components 含有多種無機酸和有機酸， H2SO4和HNO3 90%以上。國外酸雨: H2SO4比HNO3多一倍以上。我國: H2SO4含量高，主要是硫酸型酸雨。,硫酸和硝酸轉化過程：(1) SO2和NOx在氣相中氧化成H2SO4和HNO3以顆?；驓怏w的形式進入液相；(2

8、) SO2和NOx溶入液相后，在液相中被氧化成SO42–和NO3– ；(3)SO2和NOx在氣液界面發(fā)生化學反應轉化為SO42–和NO3– 。,4、酸雨的化學組成Chemical composition（離子成分） 降水中的主要離子：陽離子——H+、Ca2+、NH4+、Na+、K+、Mg2+陰離子——SO42-、NO3-、Cl-、HCO3-陰、陽離子基本平衡：,pH降低，形成酸雨,[H+]增高,含量增加,,,,,酸雨中的關鍵

9、離子組分Ion composition：陰離子總量中， SO42-占絕對優(yōu)勢；陽離子總量中，H+、Ca2+、NH4+占80%以上。,降水中離子濃度比較,SO42-、Ca2+、NH4+,5、影響酸雨形成的因素 Factors of acid rain formation大氣中的氨 Ammonia ：氨是大氣中唯一的常見氣態(tài)堿；具有水溶性，能產生中和作用而降低酸度。大氣中氨主要來自有機物的分解和農田施用的氮肥的揮發(fā)。,

10、顆粒物的酸度及其緩沖能力Buffering capacity：兩方面作用：一是催化catalyse金屬促使SO2氧化成酸，二是對酸起中和作用。 顆粒物主要來源于燃煤和風沙揚塵。酸性污染物的排放（當?shù)氐奈廴境潭群椭卫砬闆r，是否脫硫處理等）及其轉化條件（當?shù)氐臏貪穸鹊龋┖吞鞖庑蝿荩庀髼l件和地形）的影響。,THE GLOBAL SULFUR CYCLE,八、大氣顆粒物 Particles,氣溶膠aerosol體系: 大氣是由各種固體

11、或液體微粒均勻地分散在空氣中形成的一個龐大的分散disperse體系。 分散體系：溶液、膠體colloid和粗分散系統(tǒng)。氣溶膠，固溶膠sol和液溶膠。大氣環(huán)境是一個氣溶膠系統(tǒng)，習慣上稱為顆粒物（Particulate matter）。,大氣顆粒物是大氣的一個組分。大氣顆粒物參與大氣降水過程。在清潔大氣中，大氣顆粒物很少而且無毒；在污染大氣中，大氣顆粒物也屬于一種污染，并且其中大部分有毒。大氣顆粒物是大氣中一些污染物的載體ca

12、rrier或反應床reaction bed。,1、大氣顆粒物的分類（按照物態(tài)state及形成機制mechanism分類）粉塵（微塵、Dust）：固體；風吹揚塵，風沙。 煙（煙氣，F(xiàn)ume）：固體；熔融金屬、凝結的金屬氧化物、汽車排氣、煙草燃煙、硫酸鹽?；遥ˋsh）：固體；煤、木材燃燒產生的硅酸鹽顆粒，煤粉燃燒產生的飛灰。霧（Fog）：液體；水蒸氣冷凝生成的顆粒小水滴或冰晶，水平視程小于1km。,靄（Mist）：液體；稱為輕霧，水

13、平視程在1~2km之內，大氣呈灰色。 霾（Haze）：固體；水平視程小于2km，使大氣混濁呈淺藍色或微黃色。煙塵（熏煙，Smoke）：固體與液體；含碳物質（如煤炭）燃燒時產生的固體碳粒、水、焦油tar狀物質及不完全燃燒的灰分所形成的混合物，如果煤煙中失去了液態(tài)顆粒，即成為煙塵。煙霧（Smog）：固體；泛指各種妨礙視程(能見度低于2km)的大氣污染現(xiàn)象。,2、顆粒物的粒度分布和表面性質顆粒物的粒度分布：顆粒物粒子粒徑（顆粒物的直徑

14、）的大小。 空氣動力學直徑（Dp）：與所研究的粒子具有相同終端降落速度的、密度為1的球體直徑?！∈街小?Dg――幾何直徑；　　　　ρp――忽略了浮力效應的粒密度；　　　　ρ0――參考密度（ρ0＝1g/cm3）；　　　　 K――形狀系數(shù)，當粒子為球狀時，K＝1.0。,1）對于球狀粒子，ρp對Dp是有影響的。2）當ρp較大時，Dp比Dg大，二者之間存在差值因子。3）由于大多數(shù)大氣粒子滿足ρp≤10，因此差值因子必定小于3

15、。,大氣顆粒物按粒徑大小分類：飄塵（Airborne particle）：長期飄泊在大氣中顆粒直徑小于10?m的懸浮物稱為飄塵，大于l0?m的微粒。降塵（Dust fall）：由于自身的重力作用而很快沉降下來的這部分微粒稱為降塵?？倯腋☆w粒物（TSP）：用標準大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集的顆粒物的總質量，稱為總懸浮顆粒物。粒徑多在100μm以下，尤以10μm以下的為多。是大氣質量評價中的一個通用的重要污染指標。可吸入粒子：易于

16、通過呼吸過程respiration而進入呼吸道aspiratory的粒子。,大氣顆粒物的三個模態(tài) ：愛根Aitken核模、積聚模和粗粒子模。核模型Nuclear model：粒度Granularity：0.005~0.05?m。主要來源：燃燒過程所產生的一次顆粒物，或者由蒸汽凝結和光化學反應使氣體經過成核作用而形成的顆粒。去除過程：易于相互碰撞凝結成大粒子而轉入積聚模；或者在大氣湍流擴散過程中很快被其他物質或地面吸收而去除。

17、,積聚accumulating or gathering模型：粒徑：0.05~2?m。主要來源：由核模型顆粒凝聚或通過蒸汽凝結氣而長大形成。去除：它們在大氣中不易由擴散或碰撞而去除。粗粒模：粒徑：大于2?m 。主要來源：由機械粉碎過程形成的揚塵、液滴蒸發(fā)、海鹽濺沫、火山爆發(fā)和風沙等形成，也稱為粗粒子。去除：主要靠干沉降和濕沉降過程而去除。愛根核模和積聚模這兩種顆粒物合稱為細粒子(小于2?m) 。,化學組分的區(qū)別：細顆粒

18、（核模和積聚模）主要為SO42-、NH4+、NO3-、Pb和碳；粗顆粒為Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al等。細粒子與粗粒子之間一般不會相互轉化。,城市大氣中顆粒物的分布多數(shù)屬雙模型，即積聚模和粗粒模。,大氣顆粒物的表面性質：成核nucleation作用、粘合conglutinate和吸著adsorption。 成核作用是指過飽和蒸汽在顆粒物表面上凝結形成液滴的現(xiàn)象。粘合（或凝聚）是小顆粒形成較大的凝聚體并最終達到很快沉降粒徑的過