1、湖泊酸化第八組第1頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四案例導入案例分析知識鏈接總結評價目錄第2頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四案例導入 20世紀70年代開始，美國東北部及加拿大東南部地區的湖泊開始變質，水質酸化，PH一度低到1.4，污染程度較弱的湖泊PH值仍有3.5，依然帶有極強的酸性。這樣的情況使得動植物紛紛不堪忍受，大面積湖泊停止了呼吸，可謂一潭死水，實屬慘不忍睹。 此地區的工業高速發達，代價自然就是“高度發達”的二氧化硫排放量，年平均2500多萬噸。這樣的污染程度由雨水帶到陸地，可不能認為是在補給人類缺水的事實。相反的，約3.6萬平方公里的

2、大面積酸雨區出現了，大約55%（9400平方公里）的湖泊被污染而酸化變質。可這次并不是由于空氣的停留而導致，相反這些污染氣體在北美的上空飄一會兒繼而跑到加拿大的上空飄一會兒，然后循環往復，最終導致最強的酸雨降在弗吉尼亞洲。另外，據紐約州的阿迪龍達克山區數據記載，1930年那里只有4的湖泊無魚，1975年就有50的湖泊無魚，其中200個都已成為是死湖，可見酸雨的破壞性。 北美遭到了破壞，加拿大的情況也不好過，其受酸雨影響的水域達5.2萬平方公里，5000多個湖泊明顯酸化。多倫多1979年平均PH值為3.5，安大略省薩德伯里周圍1500多個湖泊池塘中也總是漂浮死魚，湖濱樹木已然枯萎。第3頁，共38

3、頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四 作為20世界以來震驚世界的十大環境事件之首，北美死湖事件向我們展示了酸雨的巨大危害。第4頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四案例分析 酸雨造成湖泊酸化，水質酸化會抑制微生物的活活動，影響水生生態系統中有機物的分解，由于碎屑大量沉積，影響水生生物的營養與能量循環，從而使湖泊動物群落受影響，至使耐酸的種類增加，而不耐酸的種類則減少。酸性湖或河水會降低水質中含鈣量，損壞魚的脊椎和骨胳。 當湖水或河水的pH值小于5.5時，大部分魚類很難生存，當pH值小于4.5時，各種魚類、兩棲動物和大部分昆蟲消失，水草死亡。水生動物絕跡。第5頁，

4、共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四第6頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四湖泊酸化的形成 天然水體中含有碳酸氫根離子; 有的水質發渾, 含有某些有機堿; 因此它們有中和酸的能力。堿度就是酸中和能力。碳酸氫鹽水體中的堿性主要來自于含鈣和鎂的礦物質的風化。因此水體堿度為碳酸氫根離子濃度, 加上兩倍的碳酸根離子的濃度(因為每個碳酸根離子可中和兩個氫離子) , 再加上氫氧根離子濃度, 即:堿度 = HCO + 2CO3 + OH - H。 當酸性物質進入碳酸氫鹽水體, 首先中和氫氧根離子, 然后中和碳酸根離子形成碳酸根離子, 最后中和碳酸氫根離子形成碳酸,再增

5、加氫離子, 水體將明顯酸性提高。因此, 水體堿度大, 酸中和能力大, 其對酸性的緩沖能力大, 可容納更多額外增加的酸。據堿度定義, 湖泊完全失去堿性叫酸化。當某水體接受氫離子量超過其本身中和離子量 (通常是碳酸氫鹽) , 便發生了酸化。 第7頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四湖水酸化成因 湖水的酸化主要是由于酸雨的降落而致，其他的原因之中，一個主要的環境因素是由于其對動植物生命的威脅，這種威脅正向向全球范圍內不斷擴散，同時，還會造成自然界恢復期的延長。 針對溶解有機碳所扮演的角色進行了闡述，其主要來自有機體，也是使湖水酸化的一個成因 。第8頁，共38頁，2022年，5月

6、20日，13點22分，星期四第9頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四酸湖的影響 湖水pH值在9.06.5之間的中性范圍時，對魚類無害；在5.06.5之間的弱酸性時，魚卵難以孵化，魚苗數量減少；當湖水pH值低于5.0時，大多數魚類不能生存。因此，湖泊酸化會引起魚類死亡。相對于忍耐湖水酸化的能力而言，蝦類比魚類更差，在已酸化的湖泊中，蝦類要比魚類提前滅絕。草本食物是一些魚、蝦類生活的基礎。湖水酸化，水生生物種群將減少，例如某湖酸化后，綠藻從26種減至5種；金藻由22種減至5種；蘭藻由22種減至10種。俗語說，大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃滋泥，其實滋泥中就含有大量水生生物；魚

7、蝦離開了水草和水生生物，好比鳥獸離開了森林。因此，從生態食物鏈角度來看，湖泊酸化，也將使魚蝦難以生存。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四第11頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四防治對策 （1） 投入石灰石等堿性物質以中和酸性物質，從而改善了水生生物生存的條件，幼魚數量明顯增加。目前，這種方法尚未發現弊病，但是對生態的負面影響可能多少年后才能顯示出來。 第12頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四（2）脫硫的化學方法 煤經破碎后與硫酸鐵水溶液混合，在反應器中加熱至100130度，硫酸鐵與黃鐵礦反應轉化為硫酸亞鐵和單體硫。同

8、時通入氧氣，使硫酸亞鐵再生為硫酸鐵，在工藝系統中循環使用。煤通過過濾器和溶液分離，硫成為副產品。煤中的硫分在氣化時大部分成為硫化氫，進入煤氣，再用液體吸收或固體吸附等方法脫除。第13頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四知識鏈接一、天然水的基本特性 1、天然水中的主要離子組成：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3、NO3、Cl、SO42-為天然水中常見的八大離子，占天然水中離子總量的95%99%。陰離子堿度HCO3-、CO32-、OH-酸根SO42-、Cl-、NO3-陰離子硬度Ca2+、Mg2+酸H+堿金屬Na+、K+第14頁，共38頁，2022年，5月20日，13點

9、22分，星期四水中的金屬離子：水中可溶性金屬離子可以多種形式存在。例如：三價鐵離子就可以Fe（OH）2+、Fe（OH）24+和Fe3+等形式存在。水中的微量元素：包括Zn、Cu、Pb、Ni、Cr等，稀有金屬Li、Cs等，鹵素Br、I、F以及放射性元素。 第15頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四 2、天然水中溶解的氣體： 溶解在水中的氣體對于水中生物的生存非常重要。例如：魚類需要水中溶解的氧氣而放出CO2，水中污染物的生物降解過程中大量消耗水體中的溶解氧，會導致魚類無法生存。藻類的光合作用則吸收溶解的CO2而放出氧氣，但這個過程僅限于白天。在夜晚，由于藻類的新陳代謝過程又

10、使氧氣損失，藻類死后殘體的降解又會消耗氧氣。第16頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四3、水的特性透光性高比熱性、高汽化熱高密度高介質常數水是一種極好的溶劑冰輕于水水的依數性第17頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四4、天然水體的性質：（1）、天然水的循環：地球上各種形態的水在太陽輻射和地心引力作用下，不斷地運動循環、往復交替。第18頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四（2）、水量平衡 蒸發、降水和徑流是水循環過程中的三個重要環節，并決定著全球的水量平衡。第19頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四降水的PH

11、值和K值差異明顯第20頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四5、天然水的環境效應 （1）、水是生命起源的要素 沒有水就沒有生命。 （2）、水在人體代謝中的生理功能 水維持人體正常生理活動的重要營養物質之一。 （3）、水是自然環境的要素之一 為保護環境，維持生態平衡，必須保持江河湖泊一定的數量，以滿足魚類和誰水生生物的生長，是不可缺少的環境要素。第21頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四 酸雨的成因是一種復雜的大氣化學和大氣物理的現象。酸雨中含有多種無機酸和有機酸，絕大部分是硫酸和硝酸，還有少量灰塵。 第22頁，共38頁，2022年，5月20日，13點2

12、2分，星期四二、二氧化硫的基本特性 二氧化硫（化學式：SO2）是最常見的硫氧化物。無色氣體，有強烈刺激性氣味。大氣主要污染物之一。火山爆發時會噴出該氣體，在許多工業過程中也會產生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃燒時會生成二氧化硫。當二氧化硫溶于水中，會形成亞硫酸（酸雨的主要成分）。若把SO2進一步氧化，通常在催化劑如二氧化氮的存在下，便會生成硫酸。這就是對使用這些燃料作為能源的環境效果的擔心的原因之一。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四物理性質無色，常溫下為無色有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易液化，易溶于水（約為1:40）密度2.551g/

13、L，（氣體，20攝氏度下） 熔點：-72.4（200.75K） 第24頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四化學性質二氧化硫可以在硫磺燃燒的條件下生成 S（s） +O2(g) =點燃= SO2(g) 硫化氫可以燃燒生成二氧化硫 2H2S(g) + 3O2(g) 2H2O(g) + 2SO2(g) 加熱硫鐵礦，閃鋅礦，硫化汞，可以生成二氧化硫 4FeS2(s) + 11O2(g) 2Fe2O3(s) + 8SO2(g) 2ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) HgS(s) + O2(g) Hg(g) + SO2(g) 第25頁，共38頁，2022

14、年，5月20日，13點22分，星期四其他性質 SO2+H2O=H2SO3 2SO2+O2 2SO3（加熱，可逆） SO2+2NaOH Na2SO3+H2O(SO2少量） SO2+NaOH NaHSO3（SO2過量） Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3 SO2可以使品紅溶液褪色，加熱后顏色還原，因為SO2的漂白原理是SO2與被漂白物反應生成無色的不穩定的化合物，加熱時，該化合物分解，恢復原來顏色。 第26頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四基本結構 SO2是一個彎曲的分子，其對稱點群為C2v。硫原子的氧化態為+4，形式電荷為0，被5個電子對包圍著，因此可以描述為超

15、價分子。從分子軌道理論的觀點來看，可以認為這些價電子大部分都參與形成S-O鍵。 第27頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四 SO2中的S-O鍵長（143.1 pm）要比一氧化硫中的S-O鍵長（148.1 pm）短，而O3中的O-O鍵長（127.8 pm）則比氧氣中的O-O鍵長（120.7 pm）長。SO2的平均鍵能（548 kJ mol）要大于SO的平均鍵能（524 kJ mol），而O3的平均鍵能（297 kJ mol）則小于O2的平均鍵能（490 kJ mol）。這些證據使化學家得出結論：二氧化硫中的S-O鍵的鍵級至少為2，與臭氧中的O-O鍵不同，臭氧中的O-O鍵的鍵

16、級為1.5。 第28頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四SO2的應用 用于生產硫以及作為殺蟲劑、殺菌劑、漂白劑和還原劑 。 二氧化硫對食品有漂白和防腐作用，使用二氧化硫能夠達到使產品外觀光亮、潔白的效果，是食品加工中常用的漂白劑和防腐劑，但必須嚴格按照國家有關范圍和標準使用，否則，會影響人體健康。國內工商部門和質量監督部門曾多次查出部分地方的個體商販或有些食品生產企業，為了追求其產品具有良好的外觀色澤，或延長食品包裝期限，或為掩蓋劣質食品，在食品中違規使用或超量使用二氧化硫類添加劑 。第29頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四SO2 對人體的危害 1

17、、 SO2 被人體吸入呼吸道后，因易溶于水，故大部分被阻滯在上呼吸道。在濕潤的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸，一部分進而氧化為硫酸，使刺激作用增強。有色金屬冶煉過程中不但產生SO2 氣體，還會產生大量的粉塵。第30頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四 2、 SO2 和粉塵的聯合作用，對產業工人的身體健康造成了重大的損害。因為SO2 隨飄塵氣溶膠微粒進入人體肺部深層，毒性將增加34 倍，導致肺泡壁纖維增生。如果增生范圍波及廣泛，形成肺纖維性變，發展下去可使肺纖維斷裂形成肺氣腫。據某冶煉廠統計，300 名接觸SO2 的職工，有30 %的人患有不同程度的支氣管疾病。 第31頁，共

18、38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四 另外二氧化硫是衡量大氣是否遭到污染的重要標志，是空氣污染的重要因素，尤其是導致酸雨污染的“罪魁禍首”。二氧化硫主要由燃煤及燃料油等含硫物質燃燒產生，其次是來自自然界，如火山爆發、森林起火等產生。 第32頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四第33頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四第34頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四SO2的防治1、盡量采用不含硫的能源，如核能、氫能、太陽能、風力、水力、地熱等。2、對含硫燃料煤和石油等進行脫硫處理。3、對工業生產中產生的SO2回收利用。4、禁止向大氣中排放超過標準的有害氣體和煙塵。5、植樹造林、調節氣候、凈化環境、維持生態平衡。第35頁，共38頁，2022年，5月20日，13點22分，星期四總結評價 1、水體酸化是一個全球性的環境問題，它