酸雨成因及降尘重金属在模拟酸雨条件下的溶出研究

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酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。以往侧重从人为排放的酸性污染物来研究酸雨问题,在一定程度上忽视了自然因素的影响。从酸雨定义的发展,可以发现自然因素对降水的酸度也有重要的影响,这就需要有单个大气粒子的资料,因此需要大力开发研究单个粒子的方法。本文从致酸和反酸的单个粒子出发,探讨了一种通过单个粒子的化学转化行为分析酸雨形成过程的方法,并对致酸物质(以SO2和NOx为研究对象)和反酸物质(以CaCO3为研究对象)在液相中的化学行为进行了一定的量化研究;为研究酸雨的影响和危害,本文选取济南地区的大气降尘作为研究对象,在模拟酸雨条件下,从形态分类的角度,研究了大气降尘中的重金属的溶出规律,以揭示大气降尘中重金属在模拟酸雨条件下的污染特征,预测酸性降水的潜在危害性,为研究酸性降水的危害提供科学的依据。通过对SO2气体和NOx气体的致酸特性研究发现,二者的致酸规律基本一致,均有较强的致酸能力,两种气体溶于水的浓度达到10mg/L均能使得水的酸性明显增强,使pH值降至3-4之间。SO2气体溶于水的浓度为65mg/L左右时,可使水溶液的pH值降为3以下,而NOx气体溶于水的浓度为40mg/L时,即可将水溶液的pH值降至3以下,可见,NOx气体具有更强的致酸能力;二者均是在溶入纯水中的量较少的范围内,即可使水的pH值明显变小,随着溶入量的增加,纯水pH值的下降趋于平缓。此外,二者的致酸能力均在有氧化剂存在的条件下,可以得到明显的加强。通过反酸物质CaCO3和CaO的反酸特性研究发现,二者在酸性溶液中均有较好反酸效果,相比而言,CaCO3的反酸效果实验较好的揭示了溶入的Ca2+浓度与溶液的pH值之间的量化关系,结果显示,在溶液pH值接近中性时,反应即趋于缓慢,pH值趋于稳定。通过对大气降尘中重金属污染特征研究发现,大气降尘颗粒粒径不同,重金属元素各形态所占比例存在一定差异。降尘中元素Zn和Mn主要以醋酸可提取态、可还原态和残渣态存在;元素Cr主要以可氧化态和残渣态存在;元素Pb几乎以残渣态存在,有少量的可还原态存在;元素Fe主要以可还原态和残渣态存在;元素Cu和Ni各形态均占有一定量的比例。总体上看,在降尘中Pb和Cr污染相对最轻,元素Cu、Zn、Ni、Mn和Fe在工业区和生活区均有着不同程度的污染。混合模拟酸雨对大气降尘中重金属的溶出研究发现,在模拟不同pH值的酸雨溶液中,酸性越强,重金属溶出率越高。元素Cu、Ni、Cr和Mn在小粒径下较易溶出;元素Zn在两粒径下溶出率相差较小。两粒径下的颗粒物中,元素Pb和Cr溶出率均随pH值降低而增高比较显著,重金属Cu、Zn和Fe在所测pH值范围内溶出率变化均较小。不同硫氮比的模拟酸雨溶液对重金属元素的溶出也有一定的差别,整体上看,金属元素的溶出会随着模拟酸雨溶液中含氮比例的增加而有所增大,说明,随着含氮比例的升高,模拟酸雨的酸性将有所加强,对重金属的溶出能力也相应提高。
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