天堂來的眼淚——酸雨

1、天堂來的眼淚酸雨一、酸雨概念二、形成來源三、分布區(qū)域四、酸雨危害五、防護(hù)治理一、酸雨概念1、酸雨的發(fā)現(xiàn) 近代工業(yè)革命，從蒸汽機(jī)開始，鍋爐燒煤，產(chǎn)生蒸汽，推動機(jī)器；而后火力電廠星羅棋布，燃煤數(shù)量日益猛增。1872年，英國科學(xué)家史密斯分析了倫敦市雨水成份，發(fā)現(xiàn)它呈酸性，且農(nóng)村雨水中含碳酸銨，酸性不大；郊區(qū)雨水含硫酸銨，略呈酸性；市區(qū)雨水含硫酸或酸性的硫酸鹽，呈酸性。于是史密斯首先在他的著作空氣和降雨：化學(xué)氣候?qū)W的開端中提出“酸雨”這一專有名詞。 下酸雨的情景2、什么是酸雨？ 廣義上的酸雨（acid rain）是指PH值小于5.6的雨雪或其他形式的降水。我們都知道，蒸餾水是中性的，沒有味道。檸檬汁，

2、橙汁有酸味；醋的酸味較大，但它們都是弱酸。小蘇打水有略澀的堿味；而苛性鈉水就澀澀的，堿味較大；苛性鈉（氫氧化鈉）是堿；小蘇打（碳酸氫鈉）雖顯堿性但屬于鹽類。 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)酸味大小與水溶液中氫離子濃度有關(guān)；而堿味與水溶液中羥基離子濃度有關(guān)；然后建立了一個指標(biāo)：氫離子濃度對數(shù)的負(fù)值，叫pH。酸性越大，pH越低；堿性越大，pH越高。純水（蒸餾水）的pH為7；未被污染的雨雪是中性的，pH近于7；當(dāng)大氣中二氧化碳飽和時，略呈酸性（水和二氧化碳結(jié)合為碳酸），pH為5.65。pH小于5.65的雨叫酸雨；pH小于5.65的雪叫酸雪；在高空高山(如峨眉山)上彌漫的霧，pH小于5.65時叫酸霧。檢驗(yàn)水的酸堿度一般可

3、以用幾個工具：石蕊試劑（酚酞試液）pH試紙（精確率高，能檢驗(yàn)pH）pH計(jì)（能測出更精確的pH）。 酸雨正式的名稱是為酸性沉降，它可分為“濕沉降”與“干沉降”兩大類，前者指的是所有氣狀污染物或粒狀污染物，隨著雨、雪、霧或雹等降水型態(tài)而落到地面者，后者則是指在不下雨的日子，從空中降下來的落塵所帶的酸性物質(zhì)而言。由于酸雨給地球生態(tài)環(huán)境和人類社會經(jīng)濟(jì)帶來了嚴(yán)重的影響和破壞，所以酸雨又被稱為“空中死神”或“空中惡魔”。3、酸雨類型 酸雨中的陰離子主要是硝酸根和硫酸根離子，根據(jù)兩者在酸雨樣品中的濃度可以判定降水的主要影響因素是二氧化硫還是氮氧化物。二氧化硫主要是來自于礦物燃料（如煤）的燃燒，氮氧化物主要是

4、來自于汽車尾氣等污染源。相關(guān)的文獻(xiàn)中，通過硫酸根和硝酸根離子的濃度比值將酸雨的類型分為三類，如下： （1）硫酸型或燃煤型：硫酸根/硝酸根3 （2）混合型：0.5硫酸根/硝酸根=3 （3）硝酸型或燃油型：硫酸根/硝酸根=0.5。 二、形成來源 酸雨是工業(yè)高度發(fā)展而出現(xiàn)的副產(chǎn)物，人口劇增和城市化的發(fā)展，煤、石油、天然氣等化石燃料的消耗量日益加，這些化石燃料燃燒過程中產(chǎn)生的硫氧化物或氮氧化物，在大氣中經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成硫酸或硝酸氣溶膠，或?yàn)樵啤⒂?、雪、霧捕捉吸收，降到地面成為酸雨。我國的酸雨主要是因大量燃燒含硫量高的煤而形成的，多為硫酸雨，少為硝酸雨，此外，各種機(jī)動車排放的尾氣也是形成酸雨的重

5、要原因。近年來，我國一些地區(qū)已經(jīng)成為酸雨多發(fā)區(qū)，酸雨污染的范圍和程度已經(jīng)引起人們的密切關(guān)注。酸雨形成機(jī)制圖酸雨排放源1、天然排放源 （1）海洋：海洋霧沫，它們會夾帶一些硫酸到空中 （2）生物：土壤中某些機(jī)體，如動物死尸和植物敗葉在細(xì)菌作用下可分解某些硫化物，繼而轉(zhuǎn)化為二氧化硫 （3）火山爆發(fā)：噴出可觀量的二氧化硫氣體 （4）森林火災(zāi)：雷電和干熱引起的森林火災(zāi)也是一種天然硫氧化物排放源,因?yàn)闃淠疽埠形⒘苛颉?（5）閃電：高空雨云閃電，有很強(qiáng)的能量，能使空氣中的氮?dú)夂脱鯕獠糠只仙梢谎趸?繼而在對流層中被氧化為二氧化氮 N2+O2=放電=2NO 2NO+O2=2NO2 氮氧化物即為一氧化氮和

6、二氧化氮之和，與空氣中的水蒸氣反映生 成硝酸。 （6）細(xì)菌分解： 既使是未施過肥的土壤也含有微量的硝酸鹽，土壤硝酸鹽在土壤細(xì)菌的幫助下可分解出一氧化氮，二氧化氮和氮?dú)獾葰怏w。 2、人工排放源 煤、石油和天然氣等化石燃料燃燒,無論是煤，或石油,或天然氣都是在地下埋藏多少億年，由古代的動植物化石轉(zhuǎn)化而來,故稱做化石燃料?？茖W(xué)家粗略估計(jì)，1990年我國化石燃料約消耗近700百萬噸;僅占世界消耗總量的12%,人均相比并不驚人;但是我國近幾十年來，化石燃料消耗的增加速度,實(shí)在太快，1950年至1990年的四十年間,增加了30倍。不能不引起足夠重視。煤中含有硫，燃燒過程中生成大量二氧化硫，此外煤燃燒過程中

7、的高溫使空氣中的氮?dú)夂脱鯕饣蠟橐谎趸?，繼而轉(zhuǎn)化為二氧化氮，造成酸雨。 交通運(yùn)輸,如汽車尾氣。在發(fā)動機(jī)內(nèi)，活塞頻繁打出火花,象天空中閃電，氮?dú)庾兂啥趸?。不同的車?尾氣中氮氧化物的濃度有多有少，機(jī)械性能較差的或使用壽命已較長的發(fā)動機(jī)尾氣中的氮氧化物濃度要高。汽車停在十字路口,不熄火等待通過時，要比正常行車尾氣中的氮氧化物濃度要高。近年來,我國各種汽車數(shù)量猛增，它的尾氣對酸雨的貢獻(xiàn)正在逐年上升,不能掉以輕心。 三、分布狀況1、酸雨率 一年之內(nèi)可降若干次雨， 有的是酸雨， 有的不是酸雨，因此一般稱某地區(qū)的酸雨率為該地區(qū)酸雨次數(shù)除以降雨的總次數(shù)。其最低值為0%； 最高值為100%。如果有降雪，

8、 當(dāng)以降雨視之。有時，一個降雨過程可能持續(xù)幾天， 所以酸雨率應(yīng)以一個降水全過程為單位， 即酸雨率為一年出現(xiàn)酸雨的降水過程次數(shù)除以全年降水過程的總次數(shù)。 除了年均降水pH之外， 酸雨率是判別某地區(qū)是否為酸雨區(qū)的又一重要指標(biāo)。 2、酸雨區(qū) 某地收集到酸雨樣品， 還不能算是酸雨區(qū)， 因?yàn)橐荒昕捎袛?shù)十場雨， 某場雨可能是酸雨，某場雨可能不是酸雨， 所以要看年均值。目前我國定義酸雨區(qū)的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)尚在討論之中， 但一般認(rèn)為： 年均降水pH高于5.65， 酸雨率是0-20%，為非酸雨區(qū)；pH在5.30-5.60之間， 酸雨率是10-40% ， 為輕酸雨區(qū)； pH在5.00-5.30之間， 酸雨率是30-60%

9、，為中度酸雨區(qū)；pH在4.70-5.00之間，酸雨率是50-80%，為較重酸雨區(qū)；pH小于4.70， 酸雨率是70-100%，為重酸雨區(qū)。這就是所謂的五級標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)，北京、拉薩、西寧、蘭州和烏魯木齊等市也收集到幾場酸雨，但年均pH和酸雨率都在非酸雨區(qū)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，故為非酸雨區(qū)。 我國酸雨主要是硫酸型，我國四大酸雨區(qū)分別為： 1.西南酸雨區(qū)：是僅次于華中酸雨區(qū)的降水污染嚴(yán)重區(qū)域。以四的宜賓、南充、貴州的遵義和重慶市為中心； 2.華中酸雨區(qū)：目前它已成為全國酸雨污染范圍最大，中心強(qiáng)度最高的酸雨污染區(qū)。其中以長沙、懷化、贛州、南昌為代表的湖南和江西省是華中酸雨區(qū)酸雨污染最嚴(yán)重的區(qū)域，其中心區(qū)年降酸雨頻率高

10、達(dá)90，幾乎到了逢雨必酸的程度； 3.華東沿海酸雨區(qū)：分布范圍較廣，覆蓋江蘇省南部、浙江全省、福建沿海地區(qū)和上海，高酸雨頻率(80)和高酸度降水(pH4.5)的城市比例僅次于華中酸雨區(qū)。 4.華南酸雨區(qū)：主要分 布在以珠江三角洲為中心的廣東東南部和廣西東部；酸雨區(qū)分布圖 目前，我國酸雨正呈蔓延之勢，研究表明，我國pH 5.6的降水面積約占全國國土總面積(960萬km )的40，pH葉莖。酸雨對陸生生態(tài)系統(tǒng)的危害 酸雨下得多，蔬菜起洞洞 酸雨對人類健康會產(chǎn)生直接或間接的影響。首先，酸雨中含有多種致病致癌因素，能破壞人體皮膚、粘膜和肺部組織，誘發(fā)哮喘等多種呼吸道疾病和癌癥，降低兒童的免疫能力。其次

11、，酸雨還會對人體健康產(chǎn)生間接影響。在酸沉降作用下，土壤和飲用水水源被污染；其中一些有毒的重金屬會在魚類機(jī)體中沉積，人類因食用而受害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲一些國家每年因酸雨導(dǎo)致老人和兒童死亡的病例達(dá)千余人。酸雨對人體健康的危害 酸雨地區(qū)的混凝土橋梁、大壩和道路以及高壓線鋼架、電視塔等土木建筑基礎(chǔ)設(shè)施都是直接暴露在大氣中，遭受酸雨腐蝕的。酸雨與這些基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)筑材料發(fā)生化學(xué)的或電化學(xué)的反應(yīng)，造成諸如金屬的銹蝕、水泥混凝土的剝蝕疏松、礦物巖石表面的粉化侵蝕以及塑料、涂料侵蝕等。酸雨對建筑物和材料的危害 絕大多數(shù)材料都是暴露在大氣環(huán)境中的，大氣腐蝕是一種材料(這種材料可以是一種金屬的、石灰石的、玻璃的、聚合物

12、或有涂層的材料)與周圍的大氣環(huán)境相互作用的結(jié)果。降雨作為影響大氣腐蝕的重要影響因子，不僅在降雨過程中對材料具有沖刷作用，其在材料表面的沉積物也會對材料造成腐蝕。尤其近年來，隨著大氣環(huán)境的惡化，全球許多地區(qū)出現(xiàn)了酸性降雨。酸雨不僅破壞生態(tài)環(huán)境，而且能夠大大加速材料的大氣腐蝕速度，因此研究雨水酸化情況下材料的腐蝕和酸性降水對生物體的危害顯得尤為重要。酸雨對非金屬建筑材料的破壞酸雨對非金屬建筑材料的破壞 酸雨對非金屬建筑材料的破壞 酸雨能使非金屬建筑材料(混凝土、砂漿和灰砂磚)表面硬化水泥溶解，發(fā)生材料表面變質(zhì)、失去光澤、材質(zhì)松散，出現(xiàn)空洞和裂縫，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，最終引起構(gòu)件破壞，這就是混凝土酸蝕作用

13、。更嚴(yán)重的使混凝土大量剝落，鋼筋裸露與銹蝕。 最近在建筑物中出現(xiàn)的“酸雨冰溜溜”，又是酸雨危害的一件新事物?；炷烈蛩嵊甓芙猓缓笤谙碌芜^程中水分蒸發(fā)而硫酸鈣等固體成分留了下來，形成類似石灰?guī)r溶洞中的石鐘乳。而下滴到地面上的硫酸鈣留下來則形成“石筍”。之所以叫“冰溜溜”，是因?yàn)檫@種石鐘乳很像冬季中從屋檐上流下來的冷水，在流動過程中逐漸結(jié)冰,形成下垂的“冰溜溜”。日本許多城市立交橋下和建筑物中都有這種酸雨冰溜溜。酸雨對金屬類建筑材料的破壞酸雨對金屬類建筑材料的破壞 研究表明，暴露在室外的鋼結(jié)構(gòu)建筑物，受酸霧的影響，腐蝕速率為0.20.4 mma，若直接受酸雨澆淋其腐蝕速率將1 mma，明顯高于

14、無污染地區(qū)。如重慶市嘉陵江大橋腐蝕速度為0.16 mma，遠(yuǎn)超過瑞典的斯德哥爾摩大橋(腐蝕速度0.03 mma)，嘉陵江大橋每年防銹維護(hù)費(fèi)用是南京長江大橋的1.4倍，但其鋼梁長度僅是南京長江大橋的四分之一。南京的室外古青銅天文儀器近年來的腐蝕速度上升為0.4 mm100a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無污染大氣時的0.1 mm100a的腐蝕速度。在重慶、四川、貴州等地，電 視鐵塔、路燈電桿、汽車鐵殼、輸電鐵架等受酸雨的損失費(fèi)用明顯高于其他地區(qū)。對于碳鋼、Al、Zn、cu等4種材料來說，酸雨環(huán)境下的腐蝕速率明顯高于非酸雨地區(qū)。對不同牌號的金屬而言，酸雨地區(qū)相比其它非酸雨地區(qū)，其腐蝕破壞的嚴(yán)重程度也是不一樣的，酸雨區(qū)

15、Al的破壞性較非酸雨區(qū)高l320倍，Cu高出34倍，黑色金屬高出23倍。酸雨地區(qū)保護(hù)性涂酸雨地區(qū)保護(hù)性涂( (鍍鍍) )層的腐蝕層的腐蝕 汽車、摩托車、自行車、火車、電器以及許多的機(jī)械設(shè)備、電力和通信設(shè)備、基礎(chǔ)工程建設(shè)設(shè)施和廠房建筑等，無不通過涂覆金屬、非金屬或有機(jī)涂層進(jìn)行保護(hù)，一方面是提供漂亮外觀，更主要是防止金屬的腐蝕生銹。 在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，酸雨對這些保護(hù)層，特別是金屬性保護(hù)層的破壞是非?？斓摹１热?，在非酸雨環(huán)境下耐蝕性一般的電鍍CuNiCr產(chǎn)品件，保護(hù)壽命可維持2年以上，而采用厚Ni層微孔鍍Cr層的耐蝕體系或雙Ni微孔Cr體系可保持510年。蕭以德等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在江津地區(qū)酸雨環(huán)境下，即使采用耐

16、蝕的雙Ni微孔Cr體系，僅使用1年就出現(xiàn)較嚴(yán)重銹蝕。就油漆類的防腐涂裝而言，酸雨對漆膜的光澤顏色、粉化的破壞也較快，對普通油漆而言，使用12年，即出現(xiàn)明顯失光和變色，3年后出現(xiàn)明顯粉化缺陷。馬鳴圖等研究了重慶市公共汽車的腐蝕情況。重慶市公共汽車因環(huán)境腐蝕造成的每年涂裝、2年換頂、4年進(jìn)行面板和車頂更換、車身骨架維護(hù)的損失費(fèi)總計(jì)達(dá)6147萬元，平均每年1536.8萬元，損失十分驚人。酸雨對文物古跡的破壞 國子監(jiān)遭殃 中國北京國子監(jiān)街孔廟內(nèi)的“進(jìn)士題名碑林”(共198塊)距今已有700年歷史，上面共鎊刻了元、明、清三代51624名中第進(jìn)士的姓名、籍貫和名次，是研究中國古代科舉考試制度的珍貴實(shí)物資料

17、，已被列為國家級文物重點(diǎn)保護(hù)單位。近年來，許多石碑表面因大氣污染和酸雨出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕剝落現(xiàn)象，具有珍貴歷史價值的石碑已變得面目皆非。據(jù)管理人員介紹，這些石碑主要是最近3年中損壞得比較厲害，所以第198塊進(jìn)士題名碑距今雖只有不到百年的時間，但它的毀損程度也絲毫不亞于其他石碑。實(shí)際上，北京其他石質(zhì)文物，例如，大鐘寺的鐘刻、故宮漢白玉欄桿和石刻，以及盧溝橋的石獅等，也都不同程度存在著腐蝕或剝落現(xiàn)象。 洞穿珍貴彩色玻璃 在歐洲，鑲有中世紀(jì)古老彩色玻璃的教堂等建筑超過10萬棟。這些彩色玻璃彌足珍貴，在第二次世界大戰(zhàn)中曾卸下來疏散開，多數(shù)安然無恙?？墒菂s和其他古建筑一樣，不能躲過酸雨的侵襲。這些彩色玻璃逐

18、漸失去神秘的光澤，變褐，有的甚至完全褪色。仔細(xì)觀察玻璃表面，有無數(shù)細(xì)小的洞。酸雨在小洞中繼續(xù)和鉀、鈉、鈣發(fā)生反應(yīng)(鈣是中世紀(jì)生產(chǎn)的玻璃中才有的)。例如和鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成石膏。酸雨從內(nèi)部損害了玻璃。樂山大佛遭酸雨腐蝕 令人震驚的是，南極也觀測到了酸雨，而且是比較強(qiáng)的酸雨。例如，中國南極長城站1998年4月曾先后8次觀測到酸雨，其中最低pH值只有4.45。長城站的鐵質(zhì)房屋和塔臺被銹蝕得成層剝落，有的不得不進(jìn)行更新。為了減緩腐蝕，每年要刷2-3次油漆。 酸雨襲擊南極五、防治治理 目前世界上減少二氧化硫排放量的主要措施有：（1）原煤脫硫技術(shù)，可以除去燃煤中大約40%一60%的無機(jī)硫。（2）優(yōu)先使用

19、低硫燃料，如含硫較低的低硫煤和天然氣等。（3）改進(jìn)燃煤技術(shù)，減少燃煤過程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液態(tài)化燃煤技術(shù)是受到各國歡迎的新技術(shù)之一。它主要是利用加進(jìn)石灰石和白云石，與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣隨灰渣排出。（4）對煤燃燒后形成的煙氣在排放到大氣中之前進(jìn)行煙氣脫硫。目前主要用石灰法，可以除去煙氣中85%一90%的二氧化硫氣體。不過，脫硫效果雖好但十分費(fèi)錢。例如，在火力發(fā)電廠安裝煙氣脫硫裝置的費(fèi)用，要達(dá)電廠總投資的25%之多。這也是治理酸雨的主要困難之一。（5）開發(fā)新能源，如太陽能，風(fēng)能，核能，可燃冰等，但是目前技術(shù)不夠成熟，如果使用會造成新污染，且消耗費(fèi)用十分高.酸雨防治的具體

20、對策酸雨防治的具體對策 控制酸化的根本途徑是減少或消除酸沉降的污染源，控制酸雨污染最根本的途徑是控制二氧化硫和氮氧化合物的排放。由于我國的酸沉降是硫酸型的，因此硫沉降量的控制在我國酸沉降控制中占主導(dǎo)地位。我國政府主要圍繞對二氧化硫的控制來進(jìn)行酸雨的防治。通常二氧化硫的排放控制可在燃料燃燒前、燃燒中和燃燒后進(jìn)行。 燃燒前的控制 我國現(xiàn)在的主要能源是煤，并且短時期不會改變這種能源結(jié)構(gòu)。在工業(yè)化國家應(yīng)用較廣泛的技術(shù)包括使用低硫燃料、煤炭加工技術(shù)(包括煤炭脫硫、脫灰、型煤技術(shù)等)及煤的氣化。 燃燒過程控制 潔凈煤技術(shù)是對燃燒設(shè)施進(jìn)行改造或加入添加劑與目標(biāo)污染物發(fā)生反應(yīng)。中國潔凈煤技術(shù)主要由以下幾部分組

21、成：煤炭加工技術(shù)(包括煤炭脫硫、脫灰、型煤技術(shù)等)、煤的高效燃燒技術(shù)(包括改進(jìn)燃燒器結(jié)構(gòu)及燃煤方法等方面)、煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)(包括煤炭氣化、液化及燃料電池等)，其中煤的高效燃燒技術(shù)是核心。據(jù)預(yù)測，我國二氧化硫的排放量在采用潔凈煤技術(shù)后可從1995年的23.7 Mt減少到2050年的9.8 Mt，即此技術(shù)的削減貢獻(xiàn)率為60。 目前我國潔凈煤技術(shù)的研究和實(shí)際應(yīng)用還處于初級階段，有很多工作要做，比如型煤技術(shù)，我國存在兩大問題，一是型煤固硫技術(shù)落后，所能達(dá)到的固硫率平均只有50左右，遠(yuǎn)低于美國和日本85的水平，說明我國在這方面還有很大潛力，當(dāng)前應(yīng)大力開展固硫劑的篩選研究，提高固硫率。二是型煤化還未普及，使用散煤還很普遍，應(yīng)加大型煤化推廣力度。隨著科技的發(fā)展，潔凈煤技術(shù)的發(fā)展也越來越快，我國重慶就采用過從日本引進(jìn)的生物煤球固硫技術(shù)并取得了較好的效果。 燃燒后的處理 控制和削減燃煤二氧化硫排放量是酸雨綜合防治中最普遍采用的污染控制方法，目前主要是對燃燒過程中排放的煙氣進(jìn)行脫硫處理，以減少燃料燃燒后的二氧化硫的排放。國外成功經(jīng)驗(yàn)證明煙