酸雨的成因

酸雨的成因

一、污染源

1、硫氧化物的来源。有自然和人为两个来源，自然排放大约占大气中全部二氧化硫的一半。天然排放源有四类：

（1）海洋雾沫,它们会夹带一些硫酸到空中；

（2）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；

（3）火山爆发,也将喷出可观量的SOx气体；

（4）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。 浙江省衢州市常山县某地地下蕴藏含高硫量的石煤, 开采价值不大, 但原因不明地在地下自燃数年, 通过洞穴和岩缝, 每年逸出大量SOx 。既是自燃, 也归属于天然排放源。

安徽省铜陵市铜山铜矿的矿石为富硫的硫化铜矿石, 其含硫量平均为20% , 最高为41.3% , 世间罕见。高硫矿石遇空气可自燃。即: 2 CuS + 3 O2 = 2 CuO + 2 SO2,,因此在开采过程中, 能自燃, 形成火灾, 并释放出大量热的SOx ,腐蚀性极大, 污染周边环境。

人为排放的硫大部分来自贮存在煤炭、石油、天然气等化石燃料中的硫，在燃烧时以二氧化硫形态释放出来，其他一部分来自金属冶炼和硫酸生产过程。随着化石燃料消费量的不断增长，全世界人为排放的二氧化硫在不断增加（见下图），其排放源主要分布在北半球，产生了全部人为排放的二氧化硫的90％。

图1 世界化石燃料燃烧排放的二氧化硫（1950－1993）

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。

2、氮氧化物的来源。有自然和人为两个来源。酸性物质NOx排放有三大类天然源：

（1）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； （2）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；

（3）林火、 火山活动也能产生氮氧化物。

人为排放的氮氧化物主要有三方面，一是电站燃烧化石燃料，二是工厂燃烧化石燃料，三是机动车的排放。

上述产生的氮氧化物占人为排放量的75％，而且集中在北半球人口密集的地区。交通运输排放的NOx污染源主要是尾气。在发动机内,活塞频繁打出火花， 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。

图2：世界化石燃料燃烧排放的氮氧化物（1950－1993）

欧美一些国家是世界上排放二氧化硫和氮氧化物最多的国家（见表1）。但近10多年来亚太地区经济的迅速增长和能源消费量的迅速增加，使这一地区的各个国家，特别是中国成为一个主要排放大国。

表 1：主要发达国家二氧化硫和氮氧化物排放情况（万吨）

美国 英国 德国 加拿大 法国 日本 意大利 二氧化硫 1980 2378 490 464 335 126 321 氮氧化物 1990 1993 2137 2100 273 303 200 149 148 204 235 290 194 152 1990 1993 1980 2106 2062 2147 375 319 563 390 333 303 120 122 88 168 240 196 165 162 159

西班牙 前苏联 波兰 338 1280 410 221 893 321 273 95 317 125 441 128 112 World Resources 1996－1997 二、形成过程

酸雨的形成大体上有以下四个过程：

（1） 水蒸汽冷凝在含有硫酸盐、硝酸盐等的凝结核上； （2） 形成云雾时.SO2、NOX 、CO2 等被水滴吸收；

（3） 气溶胶颗粒物质和水滴在云雾形成过程中互相碰撞、聚凝并与雨滴结合在一起； （4） 降水时空气中的一次污染物和二次污染物被冲洗进雨。

三、形成机理

四、化学反应过程

酸雨的形成是一种十分复杂的大气化学和大气物理过程。酸雨中含有硫酸和硝酸等酸性物质，其中又以硫酸为主。从污染源排放出来的SO2、NOx是酸雨形成的主要起始物，因

为大气中的SO2、NOx经氧化后溶于水形成H2SO4、HNO3 和HNO2，造成了雨水pH值降低，当pH值低于5.60时，便形成了酸雨。酸性污染物转入雨水中形成酸雨的过程为：

SO2+[O]→SO3 SO3+H2O→H2SO4 SO2+H2O→H2SO3 H2SO3+[O]→H2SO4 NO+[O]→NO2

2NO2+ H2O→HNO3+HNO2

式中：[O]——各种氧化剂，如O3、H2O2、HO2、O2等。

SO2主要是燃煤产生，NOx主要是机动车尾气排放，当然，自然因素如火山爆发、森林火灾以及微生物分解有机物的过程中产生的硫化物和氮氧化物也不容忽视。因此，酸雨的形成是人为和自然因素综合作用的结果。 五、相关知识

1、 大气中的氨对酸雨形成的影响

大气中的氨在酸雨形成中起着非常重要的作用。许多实验证明，降水pH值决定于H2SO4、HNO3与NH3、碱性尘粒的相互关系。NH3是大气中唯一的常见气态碱，主要来自有机物分解和农田施肥的挥发。NH3易溶于水，与雨水中的H2SO4、HNO3等酸性物质起中和作用，降低了雨水的酸度（即pH值升高）。另外，在大气中，NH3不仅与硫酸气溶胶形成中性的（NH4）2SO4或NH4HSO4，而且与SO2反应而使SO2含量减少，避免了H2SO4的生成，酸雨出现的机会也减少了。总的来说，大气中NH3浓度低且酸性污染物排放量大的地区，酸雨肯定比较严重；相反，大气中NH3含量大的地区，只会少数甚至不出现酸雨。 2、大气颗粒物对酸雨形成的作用 （1）催化作用

大气颗粒物所含的Mn、Fe、Cu、V等过渡金属离子是SO2转化成H2SO4的催化剂，当有上述金属离子存在时，SO2的氧化反应速率会增大，这种催化氧化过程比较复杂，但可以用一个总的反应式表示：

2?3?2?5?n、Fe、Cu、V

2SO2?2H2O?O2?M????????2H2SO4（2）缓冲作用

大气颗粒物的酸碱性对酸雨具有缓冲作用，国内许多研究工作表明，我国北方城市大气颗粒物浓度高，粒径大，多为碱性，对酸雨缓冲能力较强；而南方城市大气颗粒物浓度相对较低，粒径小，多为酸性，对酸雨缓冲能力较弱，这就是我国南方酸雨多而北方酸雨较少的重要原因之一。

3、气候条件对酸雨形成的影响

一般情况下，温度高、湿度大，酸雨容易形成，这是因为在高温高湿的条件下有利于SO2和NOx转化为H2SO4、HNO3。风速可以影响大气中污染物的浓度。当风速大时，大气层结不稳定，对流运动较强烈，污染物能够迅速扩散，使其浓度降低，酸雨就减弱；相反，风速小时，大气层结比较稳定，容易出现逆温现象，污染物难以扩散，积聚在低层大气中，浓度增高，导致酸雨污染加重。风向的影响则表现在大气污染源地的下风向容易出现酸雨，其上风向酸雨产生的机会大大减少。雷电不仅能使NOx浓度增大，而且能加快SO2和NOx的氧化速度，因此，雷电多发区正是酸雨几率较多的地区。

酸雨的危害

由于酸雨对河湖、植物、土壤等均有影响，破坏了自然生态，势必危及野生动物的生存，乃至整个生态系统的平衡。酸雨直接危害的首先是植物。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。1982年6月18日重庆因一场酸雨，市郊的1300公顷水稻叶片突然枯黄，好像火烤过一样，几天后局部枯死。其次，酸雨可破坏水土环境，引起经济损失，危及生态平衡。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亡。如在瑞典的9万个湖泊中，已有2万多个遭到酸雨危害，4000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。同样，酸雨也使土壤酸化，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固定，淋洗与土壤粒子结合的钙、镁、锌等营养元素，使土壤贫瘠化，导致生长在这里的植物逐步退化。正因为这些，酸雨被冠以“空中死神”、“空中恶魔”、“空中杀手”等令人诅咒的名字。

另外，酸雨对文物古迹、建筑物、工业设备和通讯电缆等的腐蚀也令人心痛。许多刚落成或装饰一新的建筑在几场酸雨之后变得暗淡无光，如具有2000多年历史的雅典古城的大理石建筑和雕塑已千疮百孔，层层剥落。重庆嘉陵江大桥，其腐蚀速度为每年0.16毫米，用于钢结构的维护费每年达20万元以上。也有人就北京的汉白玉石雕做过研究，认为近30年来其受侵蚀的厚度已超过1厘米，比在自然状态下快几十倍。

酸雨还可能危及人体健康。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。硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比SO2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。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。

酸雨的防治

减少酸雨主要是要减少烧煤排放的二氧化硫和汽车排放的氮氧化物。

可以采取的措施有以下方面：

工厂应采取的措施：

1) 采用烟气脱硫装置；

2) 提高煤碳燃烧的利用率。

社会和公民应采取的措施：

1) 用煤气或天然气代替烧煤；

2) 处处节约用电 (因为大部分的电厂是燃煤发的电)；

3) 支持公共交通 （减少车辆就可以减少汽车尾气排放〕;

4) 购买包装简单的商品（因为生产豪华包装要消耗不少电能，而对消费者来说包装并没有任何实用价值〕；

5) 支持废物回收再生 （废物再生可以大量节省电能和少烧煤炭

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