環(huán)境化學課件

酸性降水：通過降水將大氣中的酸性物質(zhì)遷移到地面的過程，是一種酸沉降過程。

酸沉降(aciddeposition)：酸性物質(zhì)遷移到地表的過程，通過干、濕沉降兩種途徑實現(xiàn)。干沉降(drydeposition)：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(wetdeposition)：通過降水落到地面（酸雨acidrain）。七、酸性降水1、酸雨的研究概況50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(guān)北美酸雨的論文《穿越國界的大氣污染：大氣和降水中的硫?qū)Νh(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、酸雨的研究概況50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(guān)北美酸雨的論文《穿越國界的大氣污染：大氣和降水中的硫?qū)Νh(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。

中國的酸雨情況80年代：主要發(fā)生在西南地區(qū)。90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(zhì)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(jié)合的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素；損害農(nóng)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(chǎn)，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、腐蝕建筑物、金屬結(jié)構(gòu)、油漆、工廠設(shè)備和名勝showplace古跡ahistoricspot(site)等。危害人類健康、造成經(jīng)濟損失：對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害，不僅是經(jīng)濟問題，還直接威脅13億人口的吃飯問題。3、酸雨的形成

雨除過程(rainout)和雨刷過程(rainwash)

云滴和雨滴的形成：在自由大氣里，0.l－l0

m的凝結(jié)核造成水蒸氣的凝結(jié)，通過碰并和聚結(jié)過程進一步生長。雨除過程（云內(nèi)清除）：在云的內(nèi)部發(fā)生化學反應(yīng)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(zhì)帶至地表，以及在雨滴內(nèi)部發(fā)生化學反應(yīng)的過程。

酸雨的成分

含有多種無機酸和有機酸，H2SO4和HNO390%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(zhuǎn)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)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(yīng)轉(zhuǎn)化為SO42–和NO3–。4、酸雨的化學組成（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(guān)鍵離子組分：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。地點Σ(Ca2++NH4++K+)Σ(SO42-+NO3-)非酸雨(1981，北京和天津城區(qū)數(shù)據(jù)平均值)419.6335.2酸雨(1980，重慶元局和貴陽噴水池數(shù)據(jù)平均值)209.6329.5非酸雨(瑞典)8.743.32酸雨(瑞典)4.393.26降水中離子濃度比較

SO42-、Ca2+、NH4+5、影響酸雨形成的因素

大氣中的氨

：氨是大氣中唯一的常見氣態(tài)堿；具有水溶性，能產(chǎn)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(nóng)田施用的氮肥的揮發(fā)。顆粒物的酸度及其緩沖能力：兩方面作用：一是催化金屬促使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(zhuǎn)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。二氧化硫硫酸硝酸硫酸鹽硝酸鹽水溶性粒子空氣酸化物排放源污染物排出酸化干性沉降影響濕性沉降影響區(qū)域土壤/植被人體健康建筑物設(shè)施地表水排放輸送轉(zhuǎn)化沉降云下過程云內(nèi)過程蒸發(fā)水的蒸發(fā)降水云水（水溶液）云沙漠風輸送Ca2+pH>8中和pH東亞大陸西北風酸雨減少黃沙上升氣流凝結(jié)來自沙漠的沙塵對酸雨分布的影響機理示意如圖SO2H2SvolcanoesindustrySO2CS2SO42-OCEAN1.3x1021gSt=107yearsdepositionrunoffSO42-planktonCOSDMSmicrobesventsFeS2upliftATMOSPHERE2.8x1012gSt=1weekSEDIMENTS7x1021gSt=108yearsTHEGLOBALSULFURCYCLE八、大氣顆粒物氣溶膠aerosol體系:大氣是由各種固體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（Particulatematter）。

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carrier或反應(yīng)床reactionbed。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(jié)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(chǎn)生的硅酸鹽顆粒，煤粉燃燒產(chǎn)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，水平視程在1~2km之內(nèi)，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(zhì)（如煤炭）燃燒時產(chǎn)生的固體碳粒、水、焦油tar狀物質(zhì)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(zhì)顆粒物的粒度分布：顆粒物粒子粒徑（顆粒物的直徑）的大小?？諝鈩恿W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。式中Dg――幾何直徑；

ρp――忽略了浮力效應(yīng)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。

大氣顆粒物按粒徑大小分類：飄塵（Airborneparticle）：長期飄泊在大氣中顆粒直徑小于10

m的懸浮物稱為飄塵，。降塵（Dustfall）：大于l0

m的微粒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(zhì)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(zhì)量評價中的一個通用的重要污染指標?？晌肓Ｗ樱阂子谕ㄟ^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：粒度：0.005~0.05

m。主要來源：燃燒過程所產(chǎn)生的一次顆粒物，或者由蒸汽凝結(jié)和光化學反應(yīng)使氣體經(jīng)過成核作用而形成的顆粒。去除過程：易于相互碰撞凝結(jié)成大粒子而轉(zhuǎn)入積聚模；或者在大氣湍流擴散過程中很快被其他物質(zhì)或地面吸收而去除。積聚accumulatingorgathering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(jié)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)

?；瘜W組分的區(qū)別：細顆粒（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(zhuǎn)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(zhì)：成核nucle