中学综合学科资源库——酸雨
【阅读材料】
酸雨是pH值小于5.6的降水,5.6这个数值来源于蒸馏水跟大气中的CO2达溶解平衡时的酸度。
酸雨里含有多种无机酸和有机酸。绝大部分酸是硫酸和硝酸,通常以硫酸为主。我国从酸雨取样分析来看,硝酸的含量只有硫酸的1/10,这跟我国的燃料里含硫量较高有关。
煤的含硫量约为0.5~5%,石油则为0.5~3%,其中绝大部分为可燃性硫化物,硫在燃料中以无机硫化物或有机硫化物的形式存在。无机硫绝大部分以硫化物矿物的形式存在,燃烧时主要生成SO2,如:
4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2
有机硫包括硫醇、硫醚等,在燃烧过程中先形成H2S,如硫醇的燃烧:
CH3CH2CH2CH2SH→H2S+2H2+2C+C2H4
生成的H2S再被氧化为SO2:
2H2S+3O2→2H2O+SO2
燃料中的硫酸盐类硫化物不参与燃烧反应,燃烧后多留存于灰烬中,称为非可燃性硫化物。
酸雨中的硫酸和硝酸主要来自人为排放的二氧化硫和氮的氧化物。煤、石油燃烧和通常金属冶炼中释放到大气里的SO2,通过气相或液相反应而生成硫酸。
气相反应:2SO2+O22SO3 SO3+H2O==H2SO4
液相反应:SO2+H2O==H2SO3 2H2SO3+O2==2H2SO4
催化剂大多是尘埃中的金属(铁、锰等化合物)。还有由矿物燃料不完全燃烧产生的烟炱,是碳黑和挥发性有机物的复合颗粒物。表面积较大,表面能很大,能大量吸附SO2,对SO2氧化具有催化作用,据报道用光电子能谱研究发现烟炱表面有硫酸根存在,山本等人报道过活性碳表面 SO2氧化速率可高达每一小时30%,不过这类干表面上的氧化过程,需要很高的温度,所以只能发生在烟道气中。
SO2的天然源主要来自火山、有机物分解和陆地、海洋中的微生物厌氧活动,将硫酸盐还原产生H2S进入大气,H2S又被原子态氮、氧气和臭氧所氧化。
H2S+3O=SO2+H2O
2H2S+3O2=2SO2+2H2O
H2S+O3=SO2+H2O
在气相中这些反应很缓慢,但在空气中的颗粒物质表面,这一反应能很快进行,由于H2S,O2,O3均能部分溶于水,故在云雾雨滴中这些反应速度很快。
NO排放到大气后,大部分变成NO2,被水吸收成硝酸和亚硝酸。
2NO+O2==2NO2 2NO2+H2O==HNO3+HNO2
酸雨的危害很大,对酸雨的防治有许多措施,从减少SO2排放量出发,常采用烟气脱硫技术,用石灰浆或石灰石在烟气吸收塔内脱硫。但是主要排硫烟气如燃煤电厂和冶金烟气多以大气量低浓度(含SO2 0.1~0.8%)形式排放,故回收净化相当困难,已成为环境化学工程中一个具战略意义的课题。
我国的主要能源是煤,以烟尘和二氧化硫为主的煤烟型污染是我国大气污染的主要特征。尤其是北方冬季取暖期长,大气污染更为严重。煤炭燃烧排出的二氧化硫在空气中被氧化,进而与水蒸气结合生成硫酸酸雾,硫酸酸雾强烈刺激呼吸道,是严重危害健康的物质。同时,煤燃烧时还排放出大量的飘尘粒子,特别是那些直径在10 um以下的微粒,严重危害人体健康。当空气中的二氧化硫浓度达到0.3~1ppm时,大多数人就会感觉出来,达到3ppm时,就有了特殊的刺激气味,达到8ppm时,人就感到难受。二氧化硫能使人产生支气管收缩而痉挛,引起和加重呼吸系统和心血管的疾病。在空气中,二氧化硫常为飘尘粒子所吸附,并将其催化氧化,再与水蒸气接触形成硫酸酸雾,空气中硫酸酸雾达0.8ppm时人就受不了。值得重视的是二氧化硫和硫酸与飘尘具有协同作用,这是因为飘尘催化二氧化硫为硫酸并吸附于飘尘上可达到肺深部所致。1952年发生的“伦敦雾事件”,处于逆温的泰晤士河流域浓雾覆盖,连续四天,风尘不动,黑云压城,使近地空气中污染物浓度不断增加,烟尘浓度达到平时的10倍,二氧化硫浓度达平时的6倍,4天内使4 000余人死亡。1930年比利时“马斯河谷事件”,1948年美国“多诺拉烟雾事件”,均是二氧化硫扮演主角,二氧化硫与粉尘联合作用,使数千人患病甚至死亡。
此外,植物有庞大的叶面积同空气接触并进行活跃的气体交换,故二氧化硫会对植物造成严重影响浓度低于0.3ppm时即开始对植物产生影响,低浓度长时间(几天或几周)的作用由于抑制叶绿素的生长,使叶子慢性损伤而变黄,高浓度短时间可造成急性叶损伤。固在未经处理的硫酸厂或有色金属冶炼厂周围的原野上,往往常年一片桔黄色,长期污染可使植物无法生长。所以,二氧化硫对植物能造成严重影响。
还有,二氧化硫气体,可以穿窗入室,或渗入建筑物的其他部位,使金属制品或饰物变暗,使织物变脆破裂,使纸张变黄发脆。
大气中SO2的平均停留时间约为3~6.5天,它主要是通过降水清除或氧化成硫酸盐微粒后再沉降或被雨水除去,此外,土壤的微生物降解,化学反应,植被和水体的表面吸收等都是大气SO2的去除途径。
上一部分谈到过SO2的危害,现在谈谈酸雨的危害。
1.使河流、湖泊等地表水酸化,污染饮用水源,危害渔业生产(pH值小于4.8时鱼类就消失)。
2.使土壤酸化,并使土壤中铝离子增多,致使植物受害而生长不良,并能从土壤胶体中置换出其他盐基性高于,并使之遭受淋浴损失而加速土壤的酸化,损害农物和林木生长,特别对于我国南方酸性土壤地带有更大危害性。
酸雨使土壤中Ca、Mg、K等养分被淋浴,使土质日趋酸化,贫瘠化。土壤微生物固氮细菌一般生存在碱性、中性或微酸性的土壤中,过量酸雨的降落,造成土壤微生物生态系统的混乱,影响生物固氮。
3.腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹(建筑材料中含CaCO3)腐蚀油漆、皮革、金属、纺织品。
重庆嘉陵江大桥,其腐蚀速度为每年0.16mm,用于钢结构的维护费每年达20万元以上。
4.影响人类健康,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0.8mg/l硫酸雾时,就会使人难受而致病。
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对人体健康可能产生危害。
在一般情况下,金属Al牢固地包裹在土壤中,不被水溶解。但酸雨使土壤中金属Al活化,以离子形式或其他易溶物形式流入江河湖海,对淡水鱼产生危害,人食用后也有危害。在酸化的地下水中Al、Cu、Zn和Cd的浓度常常比中性地下水高l~2个数量级,饮用水管道为酸性地下水腐蚀,将进一步使 Pb、Cu、Zn、Cd等溶入水中,在人体积聚有害重金属。
5.影响地球气候
酸雨增强了地下水和地表水对石灰岩的溶蚀,间接地使大气中的二氧化碳浓度增大,据我国学者孙立广等估计,我国南方高硫撤料煤所形成的酸雨使石灰岩地区每年将间接释放出(6.48~6.73)× 1010molCO2,从全球范围来看,受酸雨影响的石灰岩溶蚀量是温室气体CO2的一个不容忽视的来源。
那么为了防治酸雨我们能采取那些对策呢?
我们知道矿物燃料燃烧排放出来的硫氧化物、氢氧化物以及它们的盐类,是形成酸雨的主要原因,因此,减少硫氧化物和氢氧化物的排放量。是防止酸沉降的主要途径。
一.制定严格的大气环境质量标准,限制固定污染源和汽车污染源的排放量,加强排放控制地。
二.调整能源结构,增加无污染或少污染的能源比例,发展太阳能、核能、水能、风能、地热能等不产生酸雨污染的能源。
三.积极开发利用煤炭的新技术,推广煤炭的净化技术、转化技术,改进燃煤技术,改进污染物控制技术,采取烟气脱硫、脱氮技术等重大措施。
四.加强大气污染的监测和科学研究,及时掌握大气中的硫氧化物和氮氧化物的排放和迁移状况,了解酸雨的时空变化情况和发展趋势,以便及时采取对策。
五.调整工业布局,改造污染严重的企业,改进生产技术,提高能源利用率,减少污染排放量。
【练习】
1.①.在SO2污染严重的工厂附近,要使空气得到净化,应多种植一些
A 法国梧桐 B 山毛榉 C 柠檬、圆柏 D 柳杉、洋槐
②.由于酸雨形成,使生态平衡遭到破坏的原因是
A 自然因素 B 废气污染 C 植被破坏 D 废水污染
【参考答案】
①.D
因为柳杉和洋槐等植物能够吸收较多的SO2。
②.B
酸雨是由于燃烧煤炭时释放到大气中的SO2和正常雨水结合形成硫酸而形成的。
2.①.如遇较大的酸雨,农业生产上可采用 的方法,减少农作物的损害。
②.在二氧化硫污染较严重的地区,可种植 植物,以吸收二氧化硫,减少污染。
【参考答案】
①.浇水
酸的浓度较大,若被植物吸收,由于植物的渗透作用而枯萎。又因为腐蚀了植物的细胞壁,植物不能进行光合作用,甚至腐烂死亡。所以遇到较大的酸雨,反而在雨后浇水。目的是洗涤植物表面,降低植物表面及土壤中H+的浓度。
②.洋槐、圆柏、柠檬等
这些植物本身具有吸收二氧化硫,减弱二氧化硫对空气污染的功能。
3.空气中SO2的含量过高,会引起人体呼吸障碍,请问SO2主要影响呼吸的哪一个过程?
【参考答案】
影响外呼吸
呼吸的全过程包括外呼吸、气体在血液中的运输、内呼吸三个过程。外呼吸又包括肺的通气和肺泡内的气体交换。肺的通气是指外界气体经呼吸道进入肺泡的过程。二氧化硫能使人体支气管收缩而痉孪,使呼吸道通气不畅,影响气体进入肺泡,从而影响整个呼吸过程。
4.煤中含有硫,如果在煤中加入适量的氧化钙,则在煤的燃烧过程中可以减少逸入空气中的SO2,解释原因并完成反应方程式。用碳酸钙代替氧化钙,能否达到上述类似效果?为什么?
【参考答案】
S+O2==SO2 SO2+CaO==CaSO3 2CaSO3+O2==2CaSO4
因CaCO3分解生成CaO,故能起到上述类似效果。
5.石灰石的脱硫效率是85%~90%,石灰浆法脱硫比石灰石法快而完全,效率可达95%(指S的吸收率,上同),为什么?
【参考答案】
因为CaCO3是石灰石的主要成分,块状,反应接触面积小,且要先生成CaO,石灰浆为Ca(OH)2悬浊液,呈碱性,吸收SO2更完全,且在溶液中反应,接触面积大,更完全。
6.某空气污染监测仪是根据二氧化硫与溴水的定量反应来测定空气中的二氧化硫含量的。SO2+Br2+2H2O==2HBr+H2SO4 上述反应的溴来自一个装有酸性(H2SO4)的溶液的电解槽阳极上的氧化反应。电解槽的阳极室与阴极室是隔开的。当测定某地区空气SO2含量时,空气(已除尘)以1.5×10-4m3/min的流速进入电解槽的阳极室,电流计显示电子通过的速率是8.56×10-11mol/s,此条件下能保持溴浓度恒定并恰好与SO2完全反应(空气中不含能与溴反应的其他杂质)。
写出上述材料中监测过程中发生的主要的化学反应方程式及该地区空气中SO2的含量(g/m3空气)
【参考答案】
2KBr+2H2O2KOH+Br2+H2↑
SO2+Br2+2H2O==H2SO4+2HBr
mSO2=1.1×10-3g/m3空气
要求熟练掌握用惰性电极电解酸、碱、盐溶液的电极反应。
掌握溶液中阴阳离子在直流电源的作用下的放电顺序。
阴离子放电顺序为:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-。
阳离子放电顺序为:K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+……Fe2+……H+<Cu+<Fe3+<Ag+。
正好和金属顺序表相反,金属的还原性越强,则对应的阳离子的氧化性越弱,只要注意有可变化合价的Fe2+、Fe3+的氧化性即可。
电极方程式为:阳极:2Br--2e=Br2;阴极:2H++2e=H2↑
H+浓度的减少,促进了水的电离(实际上电解含氧酸、强碱水溶液、含氧酸的强碱盐溶液相当于电解水),使[OH-]浓度大于[H+]浓度,溶液显碱性。
二氧化硫主要表现出还原性,而卤素单质具有比较强的氧化性,二氧化硫被氧化。能配平氧化还原方程式,判断氧化-还原反应中电子转移的方向和数目。掌握物质的量-摩尔、摩尔质量,并根据以上知识进行计算。
在氧化还原反应中,SO2和Br2的物质的量相等。根据电流计显示电子通过的速率,可以计算出每分钟电解所产生的Br2单质的物质的量,从而计算出每m3空气中所含二氧化硫的质量。
7.结合作所学的各科知识,说说酸雨的危害。
【参考答案】
酸雨的危害主要有以下几个方面:一是土壤酸化;二是河流、湖泊等地表水酸化,污染饮用水水源,危害渔业生产;三是腐蚀建筑物、金属材料、文物等;四是影响人体健康,含酸性物质的空气能使人的呼吸道疾病加重。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。
【综合练习】
一.某热电厂地处多雨地带,所使用的燃料煤中含少量硫,燃烧的气体未经处理就排往空中,又有部分发电用水未经冷却即排入河中。其下游几十公里的河水中鱼类几乎绝迹,试解释出现这种现象的原因。
【参考答案】
煤燃烧后,硫转化为SO2气体,SO2与水作用形成“酸雨”,使河水酸度增大而不适合鱼类生存;温度高时水中溶解氧气少,也不适合鱼类的生存。
二.现每隔一定时间测定某处雨水样品的pH值(见下表),
测定时间(h) 0 1 2 4 8
雨水的pH值 4.73 4.62 4.56 4.55 4.55
试说明在测定时间里,雨水样品pH值变小的原因。
【参考答案】
雨水水样pH随时间推移而下降,原因有两点:一是随时间的延长水分蒸发增多,[H+]变大;二是其中中强酸H2SO3被氧化为强酸H2SO4的原故。
三.读“酸雨形成与危害图”(如左图)及“燃气脱硫工艺图”(如右下图),回答以下问题:
1.酸雨产生的原因是 ,带来的后果是 。
2.写出酸雨形成过程的化学反应方程式。
3.根据“燃气脱硫工艺图”,写出其化学反应方程式。
4.英国是西欧最大的二氧化硫排放国,但其废气却因 而吹到斯堪的纳维亚半岛。这说明保护环境需要 。
【参考答案】
1.工业和交通燃烧石油和煤,排放出的二氧化硫遇到空气中的水蒸汽变成酸雾,酸雾随雨雪飘落形成酸雨使土壤、河湖酸化,破坏农作物和森林,影响鱼类的生长繁殖,腐蚀建筑物等
2.2SO2+2H2O+O2=2H2SO4
3.2SO2+2CaCO3+O2==2CaSO4+2CO2↑
4.西风 全球各国共同协作
四.根据国家环保局的统一规定,目前进行常规大气监测的项目是:二氧化硫、氮氧化合物、悬浮颗粒物等三种大气污染物。
1.简述由城市环保局和气象局公布的城市空气质量预报对有关部门和普通市民有什么指导意义?
2.二氧化硫是污染大气的主要有害物质之一。
①“酸雨”的形成主要是由于
A 森林遭到乱砍滥伐,破坏了生态平衡
B 工业上大量燃烧含硫燃料
C 汽车排出大量的尾气
D 大气中二氧化碳含量增多
②在下列情况中可能引起大气污染的是
①煤的燃烧 ②工业废气任意排放 ③燃放鞭炮 ④飞机、汽车尾气的排放
A 只有①② B 只有②④ C 只有①②③ D ①②③④
③二氧化硫是工业制硫酸中的必要物质,我国目前多用燃烧黄铁矿(FeS2)的方法来制取二氧化硫,这个反应常在 炉内进行,其化学反应方程式是
④工业制硫酸的废气中含有二氧化硫。废气排入大气之前必须经过回收、净化处理。通常将废气通入过量的氨水中,然后在所得的溶液中加入硫酸得到较纯净的二氧化硫,写出其化学反应方程式。
3.一氧化氮也是常见的大气污染物质,它可以和人体血液内的血红蛋白结合,其亲和力比一氧化碳与血红蛋白的亲和力大数百倍。
①由此回答一氧化氮是如何影响人体的呼吸过程的。
②目前治理一氧化氮污染的方法之一,是在400℃左右、有催化剂存在的情况下,用氨把一氧化氮还原为氮气和水,写出其化学反应方程式。
4.静电除尘是治理悬浮颗粒污染的方法之一,其依据的物理原理是让带电的物质微粒在 的作用下,奔向并吸附到 上。右图为静电除尘器的示意图,除尘器由金属A和悬在管中的金属丝B组成,A接 ,B接在 。A、B之间有很强的电场,而且距B越近电场越强。B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子。正离子跑到B上得到电子又变成 ,电子在奔向A的过程中,遇到烟气中的悬浮颗粒,使悬浮颗粒带 ,吸附到A上,排出的气体就较为清洁了。
【参考答案】
1.有利于政府和市民培养环境保护意识,为政府有关部门决策提供科学的依据,为市民正常的日常活动提供科学的信息和指导。
2.①B
②D
③沸腾 反应式略
④SO2+2NH3·H2O==(NH4)2SO3+H2O
(NH4)2SO3+H2SO4==(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
3.①NO与血红蛋白结合后,极大地影响了血红蛋白与氧气的结合
②反应式略
4.电场力 电极 高压电源正极 高压电源负极 空气分子 负电
本题讨论的是空气质量为中心的环境保护问题。综合了生物、化学、物理、生产、生活、政治和经济方面的知识。知识覆盖面宽,以现实生活的热点问题和实际问题立意,充分体现了知识上的多样性、社会问题的复杂性、解决矛盾的综合性。
五.煤中含有硫元素,煤在燃烧中能产生会引起酸雨的气体A。据北京市西城科技馆课外活动小组监测,冬季平房区的空气中气体A的浓度明显升高。
1.气体A的名称是
2.北京市为降低气体A的排放量,采取了许多有力措施。措施之一是推广低硫煤,即通过向煤中加石灰的方法,减少气体A的产生,此法称为“钙基固硫”。这种煤燃烧后,大部分硫元素最终存在形式为
A CaS B CaSO3 C CaSO4 D SO3
3.若煤中硫含量(质量分数)为 0.32%,处理1000kg这种煤,应至少加入90%的生石灰 kg。
4.在英国进行的一个研究结果表明;高烟囱可以有效地降低地表面的气体A的浓度。在20世纪60~70年代的10年中,由火力发电厂排放出的气体A增加了35%,但由于建造高烟囱,地表面气体A浓度降低了30%。从全球环境保护的角度分析这种方法是否可取,所下结论的理由是
5.在空气污染监测中,常用Br2与气体A的定量反应来测定空气中A的含量。写出水溶液中,Br2与气体A反应的化学方程式
6.上述反应中的Br2是由一个装有酸性溴化钾溶液的电解槽提供,该电解槽的阳极室和阴极室是分开的,Br2应在 极室中产生。当将空气以1.2×10-4m3/min的流速通入电解槽产生Br2的极室中,此时电流计显示为7.5×10-6A时,此极室中Br2浓度保持不变。该空气中A的含量是 mg/m3。
【参考答案】
1.二氧化硫
2.C
3.6.22
4.加高烟囱只是使他表面的SO2浓度降低,没有SO2的实际排放量,排到高空的SO2可被氧化为SO3,从而形成酸雨,危害环境,危害人类。所以题述方法不可取。
5.略
6.阳 1.25mg/m3
六.据报道,1952年2月,某城市雾大无风,家庭和工厂排出的烟雾经久不散,每立方米大气中SO2的含量高达3.8mg,烟尘达4.5mg,居民健康普遍受到危害,4天之内死亡人数约4000。回答:
1.流经该城市的主要河道也因此而受到污染,引起鱼类死亡,这与此种类型大气污染形成 有关。
2.这种大气污染对人体 系统的危害最大。
3.大气中的SO2将直接危害陆生高等植物的 组织。
4.为了防止这种污染,硫酸厂可用氨水来吸收SO2,其反应方程式为
5.目前一种比较有效的方法:是用直升飞机喷撒白垩粉以降解其污染,其化学方程式是
6.要防止类似悲剧的出现,应采取的根本措施是
7.据调查,绿化区空气里细菌只有闹市区的1/7以下,其原因之一是有些植物能
而具有较强的杀菌能力。
【参考答案】
1.酸雨
2.呼吸
3.叶
4.2NH3·H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O
5.2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2
6.严格控制污染源
7.分泌抗生素
七.阅读材料回答问题:
材料:十几年来,由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多,酸雨的问题越来越突出。现在中国已是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。
1.试写出酸雨形成的化学方程式。
2.在工矿区周围由于尘埃物质较多往往会形成酸雾,酸雾的危害要比酸雨大的多,从生物学的角度加以解释。
3.欧洲和北美的酸雨危害要比我国严重得多,试从历史的角度加以说明。
4.十几年来,我国的酸雨危害为什么越来越突出呢?
5.结合下列模式,用辩证唯物主义原理分析人类与环境的关系:
工业生产规模扩大→二氧化硫等废气增多→酸雨危害严重
【参考答案】
1.略
2.酸雨的危害物主要是硫酸,它主要是使土壤、河湖酸化,危害森林、草原,腐蚀建筑物等。而酸雾的危害除了二氧化硫、硫酸刺激人的呼吸道粘膜外,最主要的是一氧化氮随呼吸进入人体后与细胞血红蛋白直接化合,使人中毒,甚至死亡。
3.欧洲和北美工业化起步早,比我国多经历了第一次、第二次工业技术革命,工业生产规模也比我国大的多,在追求经济效益的同时,忽视了对环境的治理,因此酸雨危害比我国要严重。
4.改革开放之后,我国以经济建设为中心,工业发展迅猛,由于现代工业起步较晚及追求经济效益的片面性,再加上治污经验不足等原因,环境污染严重;西方国家利用科技优势,在投资的同时,也把污染转移到我国。
5.①任何事物都是相互联系的:工业生产规模的扩大,废气等污染物的任意排放,会造成酸雨危害严重,破坏环境,最终也将影响人类的生存和发展。因此,我们应坚持联系的观点看待问题,正确处理人类与环境的关系。
②人类与环境的关系是对立统一的,这种对立统一关系是在发展中产生的,人类的发展需从环境中获取更多的物质和能量,并改变环境供应能力;环境则在人类发展活动的作用下,不断改变其供应能力。两者是协调的,就是人类与环境的良性发展;否则就是恶性发展。该模式反映的就是人类与环境的恶性发展,这种环境问题随着人类的发展是可以解决的。
八.材料一:酸雨是英国化学家R·A·Smith 1872年最先提出的,一般是指pH值小于5.6的雨、雪、雾等大气降水,是大气污染的表现,酸雨被称做“空中死神”。
据某市区1998年环境状况公报载,市区酸雨频率为41.3%,比上年上升了5.5个百分点。降水pH值年平均为4.87,降水酸性污染较严重,表现为煤烟型污染的特征。
材料二:(1)某地一场较大范围的酸雨,植物叶面遭腐蚀,产生大量斑点和坏死,导致西瓜大面积绝产,损失惨重。
(2)酸雨使植物阳离子从叶面析出。使钙、镁、铁等离子迅速从土壤中损失,土壤营养状况降低。还使光合作用受抑制,影响植物生长。
(3)铝对生物来说是有害元素,土壤中以氧化铝存在,pH=5.6时几乎不溶解,当pH值为4.6时,铝的溶解度增加100倍,并转化成硫酸铝,造成树木死亡。四川某林场,华山松死亡率达96%,就是酸雨使土壤中硫酸铝浓度增高,危及了华山松。
请依据材料回答:
1.酸雨的形成是工业生产过程中大量矿物燃料使用,使空气中 气体较多,与降水结合产生,请写出酸雨形成的化学反应方程式
2.酸雨对高等植物的影响,表现在哪几方面?
3.大气污染,一方面影响动、植物生长,另一方面对人类 系统危害最大,影响呼吸过程的 ,常见疾病有 。
4.请根据所学的生物、化学知识,对某市的酸雨防治提出合理化建议(至少三条)。
【参考答案】
1.SO2 氮氧化物 略
2.①影响植物光合作用
②影响植物的矿质代谢
③有害元素毒害,导致植物死亡
3.呼吸 外呼吸 咳嗽、哮喘、肺水肿
4.①控制污染源
②寻找洁净能源
③改革工艺流程
④大力开展绿化,适当栽种柳杉
⑤使用无铅汽油,逐步淘汰燃油助力车
⑥微生物脱硫
⑦加强环境管理
(只要答出其中三点即可)
【补充阅读】
酸雨的危害
当前,人类面临十大环境问题:水危机、土地荒漠化、臭氧层遭破坏、温室效应、酸雨肆虐、森林锐减、水土流失、物种灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染。其中,酸雨肆虐是跨越国界的全球性的灾害。
酸雨是指pH值小于5.6的雨水、冻雨、雪、雹、露等大气降水。大量的环境监测资料表明,由于大气层中的酸性物质增加,地球大部分地区上空的云水正在变酸,如不加控制,酸雨区的面积将继续扩大,给人类带来的危害也将与日俱增。现已确认,大气中的二氧化硫和二气化氮是形成酸雨的主要物质。美国测定的酸雨成分中,硫酸占60%,硝酸占32%,盐酸占6%,其余是碳酸和少量有机酸。大气中的二氧化硫和二氧化氮主要来源于煤和石油的燃烧,它们在空气中氧化剂的作用下形成溶解于雨水的种酸。据统计,全球每年排放进大气的二氧化硫约1亿吨,二氧化氮的5000万吨,所以,酸雨主要是人类生产活动和生活造成的。
目前,全球已形成三大酸雨区。我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区,面积达200多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。我国酸雨区面积扩大之快、降水酸化率之高,在世界上是罕见的。世界上另两个酸雨区是以德、法、英等国为中心,波及大半个欧洲的北欧酸雨区和包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。这两个酸雨区的总面积大约1000多万平方公里,降水的pH值小于0.5,有的甚至小于0.4。
酸雨给地球生态环境和人类社会经济都带来严重的影响和破坏。研究表明,酸雨对土壤、水体、森林、建筑、名胜古迹等人文景观均带来严重危害,不仅造成重大经济损失,更危及人类生存和发展。酸雨使土壤酸化,肥力降低,有毒物质更毒害作物根系,杀死根毛,导致发育不良或死亡。酸雨还杀死水中的浮游生物,减少鱼类食物来源,破坏水生生态系统;酸雨污染河流、湖泊和地下水,直接或间接危害人体健康;酸雨对森林的危害更不容忽视,酸雨淋洗植物表面,直接伤害或通过土壤间接伤害植物。促使森林衰亡。酸雨对金属、石料、水泥、木材等建筑材料均有很强的腐蚀作用,因而对电线、铁轨、桥梁、房屋等均会造成严重损害。在酸雨区,酸雨造成的破坏彼彼皆是,触目惊心,如在瑞典的9万多个湖泊中,已有2万多个遭到酸雨危害,4千多个成为无鱼湖。美国和加拿大许多湖泊成为死水,鱼类、浮游生物、甚至水草和藻类均一扫而光。北美酸雨区已发现大片森林死于酸雨。德、法、瑞典、丹麦等国已有700多万公顷森林正在衰亡,我国四川、广西等省有10多万公顷森林也正在衰亡。世界上许多古建筑和石雕世术品遭酸雨腐蚀而严重损坏,如我国的乐山大佛、加拿大的议会大厦等。最近发现,北京芦沟桥的石狮和附近的石碑,五塔寺的金刚宝塔等均遭酸雨浸 蚀而严重损坏。
酸雨是由大气污染造成的,而大气污染是跨越国界的全球性问题,所以,酸雨是涉及世界各国的灾害,需要世界各国齐心协力,共同治理。
酸雨的形成、危害与控制
现代文明给人类带来进步,人类成了自然的主人;但享福过了头,自然又反过来惩罚人类,人类遇到了许多前所未见的麻烦。酸雨,人称“空中死神”,是目前人类遇到的全球性区域灾难之一。
目前,全球有三大块酸雨地区:西欧,北美和东南亚。我国长江以南也存在连片的酸雨区域。在酸雨区域内,湖泊酸化,渔业减产,森林衰退,土壤贫脊,粮菜减产,建筑物腐蚀,文物面目皆非。近年来我国政府已开始对酸雨问题进行总体控制,提出消减方案,预计在未来几十年内,酸雨在我国将成为历史。
第一节 酸雨的形成
一.酸雨的发现
近代工业革命,从蒸气机开始,锅炉烧煤,产生蒸汽,推动机器;而后火力电厂星罗齐布,燃煤数量日益猛增。遗憾地是,煤含杂质硫,约百分之一,在燃烧中将排放酸性气体SO2;燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化,氧气与氮气化合,也排放酸性气体NOx。它们在高空中为雨雪冲刷,溶解,雨成为了酸雨;这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市雨水成份,发现它呈酸性,且农村雨水中含碳酸铵,酸性不大;郊区雨水含硫酸铵,略呈酸性;市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨:化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词。
二.什么是酸雨
简单地说,酸雨就是酸性的雨。什么是酸 纯水是中性的,没有味道;柠檬水,橙汁有酸味,醋的酸味较大,它们都是弱酸;小苏打水有略涩的碱性,而苛性钠水就涩涩的,碱味较大,它们是碱。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关;而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关;然后建立了一个指标:氢离子浓度对数的负值,叫pH值。于是,纯水的pH值为7;酸性越大,pH值越低;碱性越大,pH值越高。未被污染的雨雪是中性的,pH值近于7;当它为大气中二氧化碳饱和时,略呈酸性,pH值为5.65。被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨;pH值小于5.65的雪叫酸雪;在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。
三.空中的酸碱物质与酸雨
现代工业、农业和交通排放更大量,种类更多的污染物(包括酸碱性物质),且与尘埃一起升到高空,通过扩散、迁移、转化而后重力沉降到地面,或经雨雪冲刷到达地面。酸性物质可破坏植被,酸化土壤,酸化水域,造成水生和陆地生态失衡,加速岩石风化和金属腐蚀。
自然活动和人类活动向大气排放若干物质形成酸雨;其中有的物质是中性的,如风吹浪沫漂向空中的海盐,NaCl,KCl等;有的物质是酸性的,如SOx和NOx及酸性尘埃(火山灰)等;有的是碱性的,如NH3及来自风扫沙漠和碱性土壤扬起的颗粒;有的本身并无酸碱性,但在酸碱物质的的迁移转化中可起催化作用,如CO和臭氧;降水的pH值是它们在雨水冲刷过程中相互作用和彼此中和的结果。自然活动和人类活动的排放规律完全不同:在较长时间内,如一个世纪以至几个世纪,前者的排放量大致不变;而后者,在某些经济正在腾飞地区几十年甚至十年内就有明显增加。因此,应该分开认识,使问题变得清晰化并便于提出针性的污染控制方案。
四.酸性物质SOx的天然排放
酸性物质SOx有四类天然排放源:海洋雾沫,它们会夹带一些硫酸到空中;土壤中某些机体,如动物死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物,继而转化为SOx;火山爆发,也将喷出可观量的SOx气体;雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然SOx排放源,因为树木也含有微量硫。
五.酸性物质NOx的天然排放源
酸性物质NOx排放有两大类天然源:闪电,高空雨云闪电,有很强的能量,能使空气中的氮气和氧气部分化合,生成NO,继而在对流层中被氧化为NO2,NOx即为NO和NO2之和;土壤硝酸盐分解,既使是未施过肥的土壤也含有微量的硝酸盐,在土壤细菌的帮助下可分解出NO,NO2和N2O等气体。
六.化石燃料与酸雨
酸性物质SOx,NOx排放人工源之一,是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧,无论是煤,或石油,或天然气都是在地下埋藏多少亿年,由古代的动植物化石转化而来,故称做化石燃料。科学家粗略估计,1990年我国化石燃料约消耗近700百万吨;仅占世界消耗总量的12%,人均相比并不惊人;但是我国近几十年来,化石燃料消耗的增加速度,实在太快,1950年至1990年的四十年间,增加了30倍。不能不引起足够重视。
七.工业过程与酸雨
酸性物质SOx,NOx排放人工源之二是工业过程,如金属冶炼:某些有色金属的矿石是硫化物,铜,铅,锌便是如此,将铜,铅,锌硫化物矿石还原为金属过程中将逸出大量SOx气体,部分回收为硫酸,部分进入大气。再如化工生产,特别是硫酸生产和硝酸生产可分别跑冒滴漏可观量SOx和NOx,由于NO2带有淡棕的黄色,因此,工厂尾气所排出的带有NOx的废气象一条“黄龙”,在空中飘荡,控制和消除“黄龙”被称做“灭黄龙工程”。再如石油炼制等,也能产生一定量的SOx和NOx。它们集中在某些工业城市中,也比较容易得到控制。
八.交通运输与酸雨
酸性物质SOx、NOx排放人工源之三是交通运输,如汽车尾气。在发动机内,活塞频繁打出火花,象天空中闪电,N2变成NOx。不同的车型,尾气中NOx的浓度有多有少,机械性能较差的或使用寿命已较长的发动机尾气中的NOx浓度要高。汽车停在十字路口,不息火等待通过时,要比正常行车尾气中的NOx浓度要高。近年来,我国各种汽车数量猛增,它的尾气对酸雨的贡献正在逐年上升,不能掉以轻心。人们常说车祸猛于虎,因为车祸看得见摸得着,血肉模糊,容易引起震动;污染是无形的,影响短时间看不出来,容易被人忽视。
九.黑雨
1994年重庆及其郊区下了数场黑雨,色如墨汁,且有强酸性。人们发生了恐慌,纷纷询问地区环保部门,欲知其详。经化学分析,黑色物是煤屑,原来在锅炉内化石燃料未能燃烧充分,析出一些细的碳粒,也通过烟囱排向高空。酸性物主要是硫酸根,来自煤中燃烧的杂质硫。结论是:黑雨就是强酸性雨;也可以说是酸雨发展到某种极端情况。
十.黑雪
无独有偶,1991年我国喜马拉雅山区,下了数场“黑雪”。它来自于中东战争,伊拉克军队从科威特撤退时,放了一把大火,主要油气井火光冲天,喷出浓浓的黑烟,夹杂令人窒息SOx和NOx气味,直向高空,随风漂向东方,遇到喜马拉雅高山,难以跨越,随雪落下,成为有酸性的黑雪。人迹罕至的世界屋脊也未能逃出“空中死神”的灾难。
十一.酸雾
其实,酸雾不止高空有,大气污染严重的城市的临近地面也有。重庆是我国有名的雾都,每年大雾日数居各大中城市之冠;蒙胧而飘渺的雾是重庆久富盛名的景观之一。重庆又是严重酸雨污染的城市,雾也免不了酸化。80年代,全市酸雾pH平均值为4.39;市区最低值达到2.98,是典型的酸雾。雾滴是尺度微细的飘浮空中的水滴,极易吸附和吸收各种酸性气体和颗粒物,因此,雾滴所含污染物的浓度特别大,其总离子浓度最高值竟达到9.7克/升,占雾滴重量的近1%,较同期雨水含量高出十余倍。经医务工作者潜心研究,认明此种酸雾对儿童的呼吸系统十分有害。由于污染物浓度大,含水少,厚度大,能见度越来越低劣。其次生效应,诸如车祸等,更加不容忽视。
十二.我国目前酸雨的主要责任者——燃煤中的杂质硫
与石油和天然气相比,在我国煤的消耗量要多得多。一般估计煤的消耗量占化石燃料总消耗量的90%左右。而煤的燃烧排放SOx的数量,除了决定于煤的消耗数量,尚决定于煤的含硫量。我国幅员辽阔,煤矿分布十分分散。我国南方产煤含硫量比北方要高,特别是西南地区,产含硫量高煤的中小煤窑如满天星斗,其煤的含硫量要比东北和华北地区产的高叁肆倍,当地居民称之为“臭煤”,因为家庭炊饭的炉子烧用此煤,能发出令人窒息的恶臭气味,它就SOx。一般情况是当地消耗当地产的煤,以减少运输过程的损失和增加成本,这也加速了我国长江以南酸雨区域的形成。此外,我国产石油和天然气含硫量一般比煤要低得多。而且它们的年消耗量为煤的消耗量的十分之一左右,因此,燃煤中的杂质硫将是我国目前酸雨的主要负责者。
十三.我国SOx和NOx排放逐年增加
50年代以来,随着经济发展,中国大陆SOx和NOx排放逐年增加,90年代为建国初期的10倍以上;近年来,我国经济发展出现腾飞,国民生产总值保持约8%的增长速度,能源消耗速度也在同步增长,故而中国大陆SOx和NOx的排放近年年增加20%左右。若不从排放源加以限制,我国酸雨状况恶化的现实将得不到有效控制。
第二节酸雨的危害
一.酸雨与水生生物
干湿酸沉降可直接降入湖水内;也可降入河内再流入湖内;也可落到植被上,雨水冲刷形成径流,注入河湖;也可渗入土壤,进入地下水,流入湖内;最终导致湖泊酸化。有人估计,在中国南方酸雨地区有近一半湖泊,受到不同程度的酸化污染。当然,不同湖泊酸化的敏感性还有所不同,它取决于影响降水的气象条件,湖泊水文,流域特征和湖区土壤和基岩状况。
天然水体中含有碳酸氢根离子;有的水质发浑,含有某些有机碱;因此它们有中和酸的能力。碱度就是酸中和能力。碳酸氢盐水体中的碱性主要来自于含钙和镁的矿物质的风化。因此水体碱度为碳酸氢根离子浓度,加上两倍的碳酸根离子的浓度(因为每个碳酸根离子可中和两个氢离子),再加上氢氧根离子浓度,即:碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]。
当酸性物质进入碳酸氢盐水体,首先中和氢氧根离子,然后中和碳酸根离子形成碳酸根离子,最后中和碳酸氢根离子形成碳酸,再增加氢离子,水体将明显酸性提高。因此,水体碱度大,酸中和能力大,其对酸性的缓冲能力大,可容纳更多额外增加的酸。据碱度定义,湖泊完全失去碱性叫酸化。当某水体接受氢离子量超过其本身中和离子量(通常是碳酸氢盐),便发生了酸化。
湖水pH值在9.0~6.5之间的中性范围时,对鱼类无害;在5.0~6.5之间的弱酸性时,鱼卵难已孵化,鱼苗数量减少;当湖水pH值低于5.0时,大多数鱼类不能生存。因此,湖泊酸化会引起鱼类死亡。相对于忍耐湖水酸化的能力而言,虾类比鱼类更差,在已酸化的湖泊中,虾类要比鱼类提前灭绝。
酸雨是青蛙和鸟类的天敌,鸟穿过酸雾,酸对角膜有刺激性,而鸟和青蛙对酸又十分敏感,即患红眼病。
二.酸雨与农业
酸雨可导致土壤酸化。我国南方土壤本来多呈酸性,再经酸雨冲刷,加速了酸化过程;我国北方土壤呈碱性,对酸雨有较强缓冲能力,一时半时酸化不了。土壤中含有大量铝的氢氧化物,土壤酸化后,可加速土壤中含铝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,会中毒,甚至死亡。酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失;改变土壤结构,导致土壤贫脊化,影响植物正常发育;酸雨还能诱发植物病虫害,使作物减产。
酸雨可使土壤微生物种群变化,细菌个体生长变小,生长繁殖速度降低,如分解有机质及其蛋白质的主要微生物类群牙孢杆菌,极毛杆菌和有关真菌数量降低,影响营养元素的良性循环,造成农业减产。特别是酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量,使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降,对农作物大为不利。
酸雨造成蔬菜叶面黄斑,生长不良,抗病能力下降,产量下降。如我国某电厂附近酸雨区域受害菜地11.3%。不同品种的蔬菜对酸雨的敏感程度不同,当pH=3.5的高酸性环境里,对酸敏感蔬菜蕃茄,芹菜,豇豆和黄瓜产量可下降20%;而有中等敏感性的生菜,四季豆和辣椒产量下降10~20%;最后,抗酸性较强的青椒,甘兰,小白菜,菠菜和胡罗卜产量下降低于10%。
三.酸雨与森林
比较不同年代树木年轮,可知产生酸雨前后对林木生长的影响。在我国南方森林地区,50年前树木生长较为粗壮,近年来状况不佳。酸雨可造成叶面损伤和坏死,早落叶,林木生长不良,以致单株死亡。土壤肥力降低,产量下降,造成大面积森林衰退。
我国重酸雨地区四川盆地受酸雨危害的森林面积达28万公顷,占林地总面积的三分之一,死亡面积1.5万公顷,占林地面积6%。同样受酸雨侵袭的贵州省,受危害的森林面积达14万公顷,为四川盆地的二分之一。
四.酸雨与建筑
酸雨能使非金属建筑材料(混凝土、砂浆和灰砂砖)表面硬化水泥溶解,出现空洞和裂缝,导致强度降低,从而建筑物损坏。
科学家曾收集许多被酸雨毁害的石灰石和大理石建筑材料,分析发现该样品的碳酸盐的颗粒中总是嵌入硫酸钙晶体,硫从哪里来 认定与酸雨有关。
沙浆混凝土墙面经酸雨侵蚀后,出现“白霜”;经分析此种白霜就是石膏(硫酸钙)。
重庆市1956年建成的重庆体育馆水泥栏杆,由于酸雨腐蚀,石子外露,深达1厘米之多,按时间估计,平均每年浸蚀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。除了影响材料强度之外,尚影响市容观瞻。
五.酸雨与文物
酸雨能使文物面目皆非。碑林文字模糊;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,面目皆非,修补后,古迹不“古”。碑林、石刻大都由石灰岩雕成,遇到酸雨立即起化学反应,酸碱中和,即被腐蚀。
南方某地属于酸雨区,有一块五百年历史的大理石碑,50年前字迹尚清晰,现在已一片模糊,这说明此事与近40至50年间的酸雨现象有关。
上海市嘉定城中明代万历年间古建金沙塔,在酸雨产生的“水滴石穿”的腐蚀作用下,表面层日益灰暗,更显颓废。
酸雨尚可使油漆泛白,褪色。给古建筑和仿古建筑带来许多麻烦,缩短粉刷装修的时间周期。受酸雨淋的酚醛磁漆及醇醛磁漆,大约两个月开始变色,失去光泽,部分涂膜脱落锈蚀。
六.酸雨与桥梁
酸雨能加速金属腐蚀,腐蚀速率:碳钢大于镀锌铁板,紫铜较低,出现空洞和裂缝,强度降低,桥梁损坏。金属涂上涂料会减缓腐蚀。
在酸雨现象严重的重庆城区,敞开暴露的碳钢腐蚀率大于一般大气暴露情况的4.7至16倍;腐蚀速度达到171.3微米/年。重庆市路灯金属器具使用寿命较其它酸雨较轻城市要低一倍。
七.酸雨与人体健康
人体耐酸能力高于耐碱能力,如经常用弱碱性洗衣粉洗衣服,不带手套,手就会变得粗糙,皮革工人,经常接触碱液,也有类似情况;但皮肤角质层遇酸就好一些。可是,眼角膜和呼吸道粘膜对酸类却十分敏感,酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用,导致红眼病和支气管炎,咳嗽不止,尚可诱发肺病,这是酸雨对人体健康的直接影响。另一方面,农田土壤酸化,使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属,如汞、镉、铅等,再溶出,继而为粮食,蔬菜吸收和富集,人类摄取后,中毒,得病。这是酸雨对人体健康的间接影响。
第三节 酸雨的控制
一.如何控制酸雨不再生成
酸雨控制是个十分紧迫的事情,应该在近期得到控制,近年得到改善。因此需要两步走:先从实际情况出发,对目前的酸性物质排放加以消减,以求短期见效果;同时考虑根本改革,即能源结构的变更,从根本上解决问题,后者在短时间内难以奏效。
目前着手控制酸雨的措施包括:限制高硫煤的开采与使用;重点治理火电厂二氧化硫污染;防治化工,冶金,有色金属冶炼和建材等行业生产过程中二氧化硫污染。
酸雨控制的根本途径是减少酸性物质向大气的排放,目前的有效手段是使用干净能源,发展水力发电和核电站,使用固硫的型煤,使用锅炉固硫、脱硫、除尘新技术,发展内燃机代用燃料,安装机动车尾气催化净化器,培植耐酸雨农作物和树种等。
二.仅控制和消减酸雨地区的酸性物质排放能控制酸雨吗
酸雨是在高空雨云中形成的,并可长距离传输。因此,不能仅控制酸雨区的酸性物质排放,应该周边地区一起控制。科学家曾估计过,我国大部分省份,它排放的SO2,有一半以干湿沉降方式沉降在本省范围;有20~30%沉降到周围省份;其它则沉降到较远的省份。大城市则更为突出,它们排放的SO2,仅有20%左右沉降在本市内,80%则被传输到其它地方去了。可见,不但要控制和消减酸雨地区的酸性物质排放,还要控制和消减其周边地区酸性物质排放,特别是要控制和消减大城市的酸性物质排放,才能完全解决我国的酸雨问题。
三.增加烟囱高度能控制酸雨吗
前一阶段许多大城市,修建许多近200米高的高烟囱,来代替70~80米高的中型烟囱。一下子,污染物被带向千米高空,继而扩散,离开市区。这一招数显然对控制酸雨无用且有害。在千米高空,高烟囱排出的致酸前兆体很容易与云水混合,使其酸化,继而经大气传输,使酸雨区域扩大,由城市扩至农村。
四.发展沼气
我国广大农村习惯用秸秆,薪材取暖和炊饭,利用量约为2.6亿吨标准煤,占农村能源消费的70%左右。但利用效率不高,且能排放少量SOx和NOx酸性气体。可发展沼气池,生产沼气取暖和炊饭,沼气池渣尚可肥田,且减少酸性气体排放。目前我国农村已建成各种沼气池超过500万座,产生沼气相当于70万吨标准煤,将来秸秆将主要用于还田和生产沼气。
五.使用低硫煤
火力发电和工业锅炉是排放酸性物质到大气中,形成酸雨的主要罪魁祸首。通过使用低硫优质煤,使用天然气和燃料油代替煤,可在一定程度上减少酸性物质的排放。此外应用型煤、湿法脱硫除尘、炉内喷钙固硫、电厂锅炉排烟脱硫和流化床除尘脱硫等新环保技术可有效减少酸性物质向大气排放。
六.使煤前,先将煤洗洗
烧煤前,先用水将煤洗洗,不是图干净,是为了脱硫。用专用洗煤设备,洗煤,可将煤中10-40%的可溶性硫酸盐除去,如果洗煤前煤的含硫量是1.5%,那麽洗后可接近1.0%,这是脱硫的一种简单而有效的方法。在洗煤设备里,将煤粉浸入水中,煤粉比重轻,处于悬浮状态,而大部分硫化物即沉淀下来。含硫污泥的处理又成了新的难题。
七.火电厂改造
1995年底,我国火力发电装机容量为1.60亿千瓦,二氧化硫排放量占全国总排放量的35%;2000年,火力发电装机容量又增加了三分之一左右,二氧化硫排放量已接近全国总排放量之半。凡事抓大头。首先从布局上加以优化,应在双控区的城市市区内,不再新建燃煤火电厂;同时对已有火力发电厂完善脱硫设备。以山东省为例,该省电力工业排放的二氧化硫,占全省总量的58.88%,但电力工业所排放的二氧化硫之去除率仅为4.47%,差距实在太大。即使这4.47%,也主要是烟尘吸附或含有硫化物,通过除尘设备降尘,附带脱的硫,真正意义的脱硫设备尚未安装和运行。
火力发电和工业锅炉是排放酸性物质到大气中,形成酸雨的主要罪魁祸首。通过使用低硫优质煤,使用天然气和燃料油代替煤,可在一定程度上减少酸性物质的排放。此外应用型煤、湿法脱硫除尘、炉内喷钙固硫、电厂锅炉排烟脱硫和流化床除尘脱硫等新环保技术可有效减少酸性物质向大气排放。绘图56
八.治理化工,冶金,有色,建材工业二氧化硫污染
化工,冶金,有色金属冶炼和建材工业生产过程中排放二氧化硫,约占二氧化硫总排放量20%左右。应对尾气进行治理;严重污染的旧工艺和旧设备应加改造和更换;应实行清洁生产,全过程控制。
九.烟囱内壁涂一层石灰乳
烟囱内壁涂一层石灰乳后,当烟道气通过时,所含微量的SO2将被吸收。大概烟气中90%以上的二氧化硫可被脱去。同时可回收石膏和亚硫酸钙。石膏将用于建筑材料,造纸部门。
石灰(CaO或Ca(OH)2)乳浆液与二氧化硫的化学反应是:Ca(OH) 2+H2SO3=CaSO3和Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4
十.用氨水吸收烟气中二氧化硫
有的工厂或附近厂区有化肥厂或合成氨车间,可引来氨水吸收烟气中的二氧化硫,即:2NH4OH+H2SO3=(NH4)2SO3和2NH4OH+H2SO4=(NH4)2SO4所得产物尚可加硫酸生成高浓度二氧化硫和硫酸铵,即:(NH4)2SO3+H2SO4=SO2+(NH4)2SO4硫酸氨是良好的化肥。
十一.用废碱液吸收烟气中二氧化硫
有的工厂或附近厂区有造纸厂,其碱性废液含有NaOH或NaCO3,十分难于处理,用它吸收烟气中二氧化硫,彼此中和,有双嬴之利,即:2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O
十二.用活性碳吸附烟气中二氧化硫
用活性碳吸附二氧化硫以脱除烟气中微量二氧化硫,其脱硫效率高,活性碳尚可再生,循环使用,在解吸后,回收石膏,高浓度二氧化硫和硫酸等付产品,但不适用于高硫煤烟气脱硫。
十三.城市集中供热
大城市中,应改变无组织取暖和分散的小煤球炉炊饭的混乱状况。发展城市煤气,天然气和液化石油气以代替燃煤;发展居住小区集中供热,代替分散供热。目前,我国特大城市,如北京,上海和天津已完成改造任务的60%以上。其结果是相当数量削减酸性物质向大气的排放。
十四.禁烧秸秆
我国农村习惯用秸秆作燃料,炊饭和取暖;袅袅炊烟,惹起归子乡思,见于历代诗词歌赋。但时至今日,它已成为污染的象征,应该取缔了。我国农业产生的秸秆量相当惊人,1公斤稻米,产生1.5公斤稻草;1公斤小麦,产生1.5公斤麦秸;1公斤玉米,产生4公斤玉米秸秆。其实秸秆含有N,P,S,C元素,可以再利用,烧了实在可惜。例如,烧一亩玉米秸秆相当于损失13公斤碳铵和15公斤磷肥。可以机械粉碎后还田;秸秆青贮,氨化后发展无粮饲料;经生物菌腐化秸秆后,沤制有机肥。如此,既减少了污染,又利用了秸秆中的营养元素,何乐而不为呢?!
成都市近几年来五月份农家烧麦杆,污染环境。成片烟雾迷漫,造成22个航班无法降落双流机场,8个航班肥机延迟起飞,关闭机场长达4小时。5月18日,近万名球迷正在体育场兴致勃勃观看精采球赛,突然,烟雾从天而降,观众看不见场内赛况,电视台中断了球赛转播。环保局其时测定的大气SO2水平为0.200毫克/立方米,高出成都初夏大气SO2平均水平几倍之多。可以证明,焚烧秸秆也是产生SO2的污染源。
十五.汽车尾气净化
①用甲醇代替汽油
我国汽车数量越来越多,汽车尾气污染问题日益严重。目前已从80~90年代的煤烟型大气污染特征转向煤烟-汽车尾气混合型大气污染特征。可应用甲醇、液化气等干净的代用燃料代替汽油,将明显降低NOx的排放。甲醇分子含有氧,比不含氧的汽油,易于燃烧完全,从而较少排放NOx。
②用燃气代替汽油
近几年,大街上时髦燃气大巴士,这实在是好事。与汽油相比,燃烧产物中氮氧化物减少39%;二氧化硫减少90%;一氧化碳减少97%。无疑,对控制酸雨是有利的,而且是目前能够实现了的。
③汽车尾气净化
汽车安装尾气净化器,实施尾气催化净化,将NOx转化为中性的、无污染的氮气,排向大气。城市应呼吁着力发展公共交通,适度限制私人汽车发展等。发展有高效内燃机的新型汽车,适时报废尾气排放未达标的车型。
④电动公共汽车
日前,美国通用汽车公司生产的新型电动汽车业已面市,并在加利福尼亚和亚利桑那州投入使用。据称,此举可使全美国污染最严重的洛杉矶市在净化空气的斗争中反败为胜。该电动公共汽车使用高效燃料电池,白天用,晚上充电;或部分电池使用,部分电池充电;新型电池体积趋向小型化,重量趋向轻型化。当然,这样矛盾被转化到电厂,他们算了一个总账,净化一个大型电厂烟囱尾气的投资比净化百万辆汽车的尾气的投资要上算得多,也容易得多。发展中国家可以一步到位,不必先全面发展尾气净化器,后再发展电动公共汽车。有报导,南美国家哥斯达黎加首都也已投入使用。我国大城市,诸如上海,可否率先使用呢?!
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