论文: 酸雨的形成、危害及其防治措施(3)

2020-04-03 12:46

质房屋和塔台被锈蚀得成层剥落,有的不得不进行更新。为了减缓腐蚀,每年要刷2-3次油漆。

在欧洲,镶有中世纪古老彩色玻璃的教堂等建筑超过10万栋。这些彩色玻璃弥足珍贵,在第二次世界大战中曾卸下来疏散开,多数安然无恙。可是却和其他古建筑一样,不能躲过酸雨的侵袭。

其次带有酸性的细小粉尘(干沉降)进入室内,在空气相对湿度较大时,开始侵蚀图书馆中的古老藏书。纸张氧化成茶色,纸质变差以至毁损。大英图书馆20-30年代的藏书的皮封面也遭到硫酸侵害,好像浮着红锈似地正在变色。壁画情况也是如此。所幸80年代中后期开始,欧洲治理大气污染加速,所有各种腐蚀和损害的速度又明显缓和下来了。油画腐蚀现象的恐怖症也在收藏家中间扩大开来。

三、酸雨的现状

本世纪以来,全世界的酸雨污染范围日益扩大。原只发生在北美和欧洲工业发达国家的酸雨,逐渐向一些发展中国家扩展,如印度、东南亚、中国等。同时酸雨的酸度也在逐渐增加。据欧洲大气化学监测网近20年连续监测的结果表明,欧洲雨水的酸度增加了10%,瑞典、丹麦、波兰、德国、加拿大等国的酸雨pH多为4.3左右,美国已有15个州的酸雨pH在4.8以下。

(一)我国酸雨的现状

我国是个燃煤大国,煤炭占能源消费总量的75%。1980年全国煤炭消耗量还不过6亿吨,但随着经济建设的发展,到1995年已达12.8亿吨,15年间增加了一倍还多。随着耗煤量的增加,二氧化硫的排放量也不断增长。80年代,我国酸雨主要还只发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的川、黔和两广地区,酸雨面积170万平方公里。到90年代中期,酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东的广大地区,酸雨面积扩大了100多万平方公里。以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区现已成为全国酸雨污染最严重的地区,其中心区年降水pH值低于4.0,酸雨频率高达90%,基本上到了逢雨必酸的程度。以南京、上海、杭州、福州、青岛和厦门为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨区。华北、东北的局部地区也出现酸性降

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水。在中国的大气污染中,酸雨和飞尘是最主要的污染。十多年来,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。

(二)我国酸雨的分布

我国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西,以及沿海的福建、广东等省。在华北,很少观测到酸雨沉降,其原因可能是北方的降水量少、气湿度低、土壤酸度低。然而值得注意的是北方如侯马、京津、丹东、图们等地区现在也出现了酸性降水。

酸雨在我国几乎呈燎原之势,覆盖面积已占国土面积30%以上。因酸雨造成的年总损失为130亿元。其实,北方城市二氧化硫的排放量并不比南方少,只是因为北方土壤呈碱性,大气中尘沙又多,雨滴在经过大气层时得到了中和。每当降雨时间较长,碱性尘沙被冲刷到地面上以后,雨水也会呈酸性。我国南方酸雨以冬春季节出现频率较高,夏秋季节相对较低。这是因为冬春季常有准静止锋天气,低空锋面是一个稳定层结,锋面以下积聚的大气污染物常不能向上扩散,浓度逐渐增大;而夏秋季节多雷雨台风,空气上下对流十分旺盛,大气污染物易于扩散稀释,因而雨水酸度降低。我国酸雨中的主要成分是硫酸。雨水中硫酸和硝酸的比值很大,是美国和德国的6~7倍。

(三)世界酸雨的分布

世界上最早接受大气污染洗礼的是英国。因为英国很早就砍伐了森林,燃料依靠煤炭。大城市和工业区中煤烟和二氧化硫的危害,早在17世纪就出现了。1661年作家约翰·伊布森在《驱逐烟气》中描写道:“地狱般似的阴森森的烟气,像西西里岛的火山和巴尔干神殿(火与冶炼之神)似地笼罩着伦敦”。工业革命以后,煤炭的消费量猛增,到了18世纪后半叶危害逐渐严重,1772年博物学家吉尔巴特·怀特在新版《驱逐烟气》序言中写道“伦敦周围庭院中的水果树不结果子,连树叶也纷纷凋零。生长发育中的孩子大约一半活不到2岁就天折了”。

1881年,挪威科学家布罗加在《污雪》报告书中指出挪威污雪的原因就是来源

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于英国的大气污染。30年以后,即1911年挪威南部河中鱼类开始大量死亡,到20世纪80年代,挪威总面积达13000平方公里的1700个湖中实际上已经没有鱼了,通过研究发现,体弱未死的鱼血中钠异常地少,这恰恰是酸雨中毒的典型症状。与挪威相邻瑞典的变化发生得要晚些。约1940一1950年,瑞典南部农村开始发生了许多异常变化。即使不施肥,庄稼也能长得很好;在河里或湖里钓鱼,都有可能钓到大鱼。原来这是因为污染大气中硝酸盐含量在较少情况下,对农作物是一种“氮肥”。“氮肥”也使河湖中水生植物(鱼的食料)增殖,以及酸雨入湖毒死的小鱼小虾成了大鱼的美食的缘故。果然,不久后鱼类就销声匿迹了,科学家在论文中指出这也是酸雨影响的结果。科学家还在论文中警告说,酸雨对今后水质、土壤、森林、建筑物所产生的危害,对人类而言,也许是一场“化学战”,不幸真被他们言中了。

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。伦敦和英国历史上最严重的空气污染事件,发生在1952年12月4-9日。这次烟雾事件共死亡了4000多人,因而被称为“杀人烟雾”。9日烟雾散开后,酸雨酸雾开始横行,雨水的pH值低到1.4~1.9,比柠檬汁还酸。事后,民众对伦敦烟气主要来源的发电厂等发起抗议运动。于是1956年开始英国实施了“大气净化法”。其实这个法的主要目标只是控制眼睛看得见的煤烟。为了平息居民的抗议,工厂造了很高的烟囱,利用高空大风把污染物送到遥远的地方。这样,当地的污染确实减轻了,但是却造成了污染物远距离输送,嫁祸他人,造成了英国下风方向北欧的污染,工厂所产生的废气在大气中化合成硫酸和硝酸。这些化合物在云中积聚,由这些云所形成的雨往往降落在离污染源的下风方向,而且雨水中这类酸的含量很高。在那里降下酸雨,后来引起国际争端。树木通过根和叶吸收酸雨。酸雨使树根变形,并阻止树枝和幼芽发育,松树和其他常绿树丧失了针叶。最后,许多树木都死了。德国和斯堪的纳维亚诸国均为西南风盛行的地区,它们的森林、河流和湖泊都受到酸雨的严重损害。

四、 酸雨的防治措施

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(一)酸雨的减少

酸雨是我们当今面临的、更为显着的空气质量问题之一。酸性物质以及导致形成酸性物质的化合物,是在燃烧矿物燃料来发电和提供运输时生成的。这些物质主要是从硫氧化物和氮氧化物衍生而成的酸。这些化合物也有一些天然来源,例如雷电、火山、生物物料燃烧和微生物活动,但除了罕见的火山爆发外,这些天然来源同来自汽车、电厂和冶炼厂的排放气相比,是相当小量的。

用以减少酸雨的各种战略对策,可能每年需要几十亿美元的投资。由于耗资如此巨大,所以,至关重要的是要很好地了解涉及污染物迁移、化学转化和归宿的大气过程。

酸沉降包括两部分,即“湿”降水(如雨和雪的形式)和干沉降(气溶胶或气态酸性化合物的形式沉降到诸如土壤颗粒、植物叶片等表面上)。以被沉降而告终的物质,往往以一种极其不同的化学形式进入大气。例如,煤中的硫被氧化成二氧化硫,这是它从烟囱排出的气态形式。随着它在大气中运动,便慢慢被氧化,并与水反应生成硫酸——这是它可能被沉降在下风向数百英里处的形式。

氮氧化物的生成、反应以及最终从大气中脱除所经历的路线也是非常复杂的。当氮气和氧气在发电厂、在民用炉灶和汽车发动机中的高温下加热时,生成一氧化氮(NO),再与氧化剂反应生成二氧化氮(NO2),最终生成硝酸(HNO3)。全球氮氧化物衡算——它们来自何方及它们去往何方的定量估计值仍然相当不确定。

可以容易地看到,在我们彻底了解各种不同化学形式的氮、硫和碳的生物地球化学循环以及这些化学物种的全球来源与归宿之前,将难以满怀信心地选择空气污染控制战略。大气化学和环境化学是实现一个更清洁、更有益健康的环境的核心。发展空气中痕量化学物种的可靠测定方法、重要大气反应的动力学、和发现可用以减少污染物排放的、新的、更有效的化学工艺,这些就是未来10年中必须受到国家承诺的目标。

(二)酸雨的防治措施

酸雨是二十世纪人类所面临的三大公害之一(酸雨、室温效应、臭氧层空洞),

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其形成与大气中的酸性物质增多有关,世界各国在遭受多年的酸雨危害之后,终于都认识到,大气无国界,防治酸雨是一个国际性的环境问题,不能依靠一个国家单独解决,必须共同采取对策,减少硫氧化物和氮氧化物的排放量。经过多次协商,1979年11月在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上,通过了《控制长距离越境空气污染公约》,并于1983年生效。《公约》规定,到1993年底,缔约国必须把二氧化硫排放量削减为1980年排放量的70%。欧洲和北美(包括美国和加拿大)等32个国家都在公约上签了字。为了实现许诺,多数国家都已经采取了积极的对策,制订了减少致酸物排放量的法规。例如,美国的《酸雨法》规定,密西西比河以东地区,二氧化硫排放量要由1983年的2000万吨/年,经过10年减少到1000万吨/年;加拿大二氧化硫排放量由1983年的470万吨/年,到1994年减少到230万吨/年等等。由于酸雨为二次污染物且具有跨区污染的特性,以致影响层面相当广,故局部空气污染的改善,空气品质标准的达成,对于酸雨的防制助益不大,必须削减SO2、NOx的总量方能遏止酸雨的危害。目前主要措施有:

1.订定严格管制标准,以迫使污染源采取排烟脱硫及排烟脱硝之设备。 2.引进最佳可行控制技术,以减少硫氧化物及氮氧化物之排放。

3.改善汽、机车引擎及防污设备,并加严排放标准,以减少氮氧化物之排放。 4.优先使用低硫燃料,如含硫较低的低硫煤和天然气等。

5.改进燃煤技术,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如,液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石,与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣排出。

6.对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法,可以除去烟气中85%一90%的二氧化硫气体。不过,脱硫效果虽好但十分费钱。例如,在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用,要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。

7.在火电、钢铁、电解铝、水泥等大气污染重点行业实施排污许可证制度 ,明确重点企业主要污染物允许排污问题和消减量,强制安装在线监测装置严格监督

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