酸雨正式的名称是为酸性沉降.是指pH值小于5.6的雨、雪、雾、 雹等大气降水。它可分为"湿沉降"与"干沉降"两大类,前者指的是所有气状污染物或粒状污染物,随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面,后者是指在不降雨的日子,从空中降下来的灰尘所带的一些酸性物质。
酸雨的危害:
1、酸雨可导致土壤酸化。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。
酸雨对森林的影响在很大程度上是通过对土壤的物理化学性质的恶化作用造成的。在酸雨的作用下,土壤中的营养元素钾、钠、钙、镁会释放出来,并随着雨水被淋溶掉。所以长期的酸雨会使土壤中大量的营养元素被淋失,造成土壤中营养元素的严重不足,从而使土壤变得贫瘠。
2、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。建筑材料变脏, 变黑, 影响城市市容质量和城市景观, 被人们称之为 “黑壳”效应。我国酸雨正呈蔓延之势,是继欧洲、北美之后世界第三大重酸雨区。
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。
防治酸雨的主要途径有:
1、减少酸性物质向大气的排放,。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。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。
2、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。
3、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。
4、汽车尾气净化。我国目前已从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。
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。
5、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。
6、大力植树,增加我国的森林覆盖率,在SO2污染严重的工厂附近,要使空气得到净化,多种植柳杉、洋槐。
7、加强国民素质教育,尤其是从娃娃抓起,让他们有爱护环境的意识。多组织志愿者深入厂矿农村进行宣传。
目前已积极进行下列各项策略,以大幅降低空气中SO2、NOX之排放量。
1. 推动低硫油政策,降低燃料油之含硫量以减少因燃烧排放之硫氧化物,自82年7月起已将燃料油品含硫量降至1.0%,预计85年7月於都会区含硫量降至0.5%, 88年更要降至0.05%以下。
2. 订定严格管制标准,以迫使污染源采行排烟脱硫及排烟脱硝之设备。
3. 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
4. 改善工业锅炉之燃烧技术及设备,以减少氮、硫氧化物之排放。
5. 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。
6. 与汽机车业者研商开发低污染之新车及替代燃料,如液化石油气车、电动机车。
温室效应的成因
温室效应是由于大气里温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的。
空气中含有二氧化碳,而且在过去很长一段时期中,含量基本上保持恒定。这是由于大气中的二氧化碳始终处于"边增长、边消耗" 的动态平衡状态。大气中的二氧化碳有80%来自人和动、植物的呼吸,20%来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有75%被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。还有5%的二氧化碳通过植物光合作用,转化为有机物质贮藏起来。这就是多年来二氧化碳占空气成分0.03%(体积分数)始终保持不变的原因。
但是近几十年来,由于人口急剧增加,工业迅猛发展,呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳,远远超过了过去的水平。而另一方面,由于对森林乱砍乱伐,大量农田建成城市和工厂,破坏了植被,减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小,降水量大大降低,减少了吸收溶解二氧化碳的条件,破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡,就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长,就使地球气温发生了改变。
二氧化碳可以防止地表热量辐射到太空中,具有调节地球气温的功能。如果没有二氧化碳,地球的年平均气温会比目前降低20 ℃。但是,二氧化碳含量过高,就会使地球仿佛捂在一口锅里,温度逐渐升高,就形成"温室效应"。
形成温室效应的气体,除二氧化碳外,还有其他气体。其中二氧化碳约占75%、氯氟代烷约占15%~20%,此外还有甲烷、一氧化氮等30多种。
温室效应就是由于大气中二氧化碳等气体含量增加,使全球气温升高的现象。如果二氧化碳含量比现在增加一倍,全球气温将升高3 ℃~5 ℃,两极地区可能升高10 ℃,气候将明显变暖。气温升高,将导致某些地区雨量增加,某些地区出现干旱,飓风力量增强,出现频率也将提高,自然灾害加剧。更令人担忧的是,由于气温升高,将使两极地区冰川融化,海平面升高,许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁,甚至被海水吞没。20世纪60年代末,非洲下撒哈拉牧区曾发生持续6年的干旱。由于缺少粮食和牧草,牲畜被宰杀,饥饿致死者超过150万人。这是"温室效应" 给人类带来灾害的典型事例。因此,必须有效地控制二氧化碳含量增加,控制人口增长,科学使用燃料,加强植树造林,绿化大地,防止温室效应给全球带来的巨大灾难。
学术界一直被公认的学说认为由于燃烧煤、石油、天然气等 产生的二氧化碳是导致全球变暖的罪魁祸首。然而经过几十年的观察研究,来自美国Goddar d空间研究所的詹姆斯·汉森博士提出新观点,认为温室气体主要不是二氧化碳,而是碳粒 粉尘等物质。
碳粒粉尘是一种固体颗粒状物质,主要是由于燃烧煤和柴油等高碳量的燃料时碳利用率太低 而造成的,它不仅浪费资源,更引起了环境的污染。众多的碳粒聚集在对流层中导致了云的堆积,而云的堆积便是温室效应的开始,因为40%至90%的地面热量来自由云层所产生的大气 逆辐射,云层越厚,热量越是不能向外扩散,地球也就越裹越热了。
汉森博士对于各种温室气体的含量变化都做了整理记录,发现在1950至1970年间,二氧化碳 的含量增长了近两倍,而从70年代到90年代后期,二氧化碳含量则有所减少。用目前流行的理论很难解释仍在恶化的全球变暖的现象。
汉森博士认为,除了碳粒粉尘以外,还有一些气体物质能导致温室效应,如对流层中的臭氧 (正常的臭氧应集中在平流层中)、甲烷,还有巨毒无比的氯氟烃。但这些污染源的治理就相对困难些了。可喜的是,近几十年来非二氧化碳的温室气体含量已经有了一定的下降,如若 甲烷和对流层中的臭氧含量也能逐年下降趋势,那么再过50年,地球表面平均温度的变化将近乎零。
碳粒粉尘并不是不可避免的东西,随着内燃机品质的不断提高,甚或不使用内燃机的交通工 具的问世,不能烧尽而剩余的碳粒是可以减少的。汉森博士的学说能够成立,则给地球带来了降温的新希望,但愿地球早日退烧。
但全球知名科学家的见解还不仅仅是这三点。
世界观察研究不久前发表的1994年全球趋势报告《1994年生命特征》中说:总的来看,地球的情况并不太好,在所有衡量地球健康状况的指标中,我们仅成功地扭转了一项指标的恶化─使臭氧层出现空洞的氟里昂的减少。碳排放量没有减少,大气污染日益严重。据统计,人类每年向大气层排放SO2约1亿吨,NO2约5000万吨。全世界城市人口中有一半左右生活在SO2超标的大气环境中,有10亿人生活在颗粒物超标的环境中。大气污染已成为隐蔽的杀手。而SO2则是罪魁祸首。最近,欧洲的26个国家和加拿大,在联合国欧洲经济委员会提出的一份新协议上签了字,休证把本国SO2的排放量减少87%,美国也承诺到了2010年将SO2的排放量减少80%。欧洲国家和加拿大称赞这项新协议是防治大气污染的一个里程碑。 SO2不仅污染空气、危害人类健康,而且是形成酸雨的主要物质。大气中的SO2和NO2,在空气在氧化剂的作用下溶解于雨水中。当雨水、冻雨、雪和雹等大气降水的pH小于5.6时,即是酸雨。据美国有关部门测定,酸雨中硫酸占60%,硝酸占33%,盐酸占6%,其余是碳酸和少量有机酸。
酸雨给地球生态环境和人类的社会经济带来严重的影响和破坏,酸雨使土壤酸化,降低土壤肥力,许多有毒物质被值物根系统吸收,毒害根系,杀死根毛,使植物不能从土壤中吸收水分和养分,抑制植物的生长发育。酸雨使河流、湖泊的水体酸化,抑制水生生物的生长和繁殖,甚至导致鱼苗窒息死亡;酸雨还杀死水中的浮游生物,减少鱼类食物来源,使水生生态系统紊乱;酸雨污染河流湖泊和地下水,直接或间接危害人体健康。酸雨通过对植物表面(叶、茎)的淋洗直接伤害或通过土壤的间接伤害,促使森林衰亡,酸雨还诱使病虫害暴发,造成森林大片死亡。欧洲每年排出2200万吨硫,毁灭了大片森林。我国四川、广西等省区已有10多万公顷森林濒临死亡。酸雨对金属、石料、木料、水泥等建筑材料有很经的腐蚀作用,世界已有许多古建筑和石雕艺术品遭酸雨腐蚀破坏,如加拿大的议会大厦、我国的乐山大佛等。酸雨还直接危害电线、铁轨、桥梁和房屋。
目前,世界上已形成了三大酸雨区,一是以德、法、英等国家为中心,涉及大半个欧洲的北欧酸雨区。二是50年代后期形成的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已达1000多万平方千米,降水的pH小于5.0,有的甚至小于4.0。我国在70年代中期开始形成的覆盖四川、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,面积为200万平方千米的酸雨区是世界第三大酸雨区。我国酸雨区面积虽小,但发展扩大之快,降水酸化速率之高,在世界上是罕见的。由于大气污染是不分国界的,所以酸雨是全球性的灾害。
酸雨的危害已引起世界各国的普遍关注。联合国多次召开国际会议讨论酸雨问题。许多国家把控制酸雨列为重大科研项目。全世界已有40多个国家通过有关污染限制汽车排污。1993年在印度召开的"无害环境生物技术应用国际合作会议"上,专家们提出了利用生物技术预防、阻止和逆转环境恶化,增强自然资源的持续发展和应用,保持环境完整性和生态平衡的措施。专家们认为:利用生物技术治理环境具有巨大的潜力。煤是当前最重要的能源之一,但煤中含有硫,燃烧时放出SO2等有害气体。煤中的硫有无机硫和有机硫两种。无机硫大部分以矿物质的形式存在,其中主要的是黄铁矿(FeS2)。生物学家利用微生物脱硫,将2价铁变成3价铁,把单体硫变成硫酸,取得了很好效果。例如,日本中央电力研究所从土壤中分离出一种硫杆菌,它是一种铁氧化细菌,能有效地去除煤中的无机硫。美国煤气研究所筛选出一种新的微生物菌株,它能从煤中分离有机硫而不降低煤的质量。捷克筛选出的一种酸热硫化杆菌,可脱除黄铁矿中75%的硫。据1991年统计,捷克利用生物技术已平均脱去煤中无机硫的78.5%,有机硫的23.4%,目前,科学家已发现能脱去黄铁矿中硫的微生物还有氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌等。日本财团法人电力中央研究所最近开发出的利用微生物胶硫的新技术,可除去70%的无机硫,还可减少60%的粉尘。这种技术原理简单,设备价廉,特别适合无力购买昂贵脱硫设备的发展中国家使用。生物技术脱硫符合“源头治理”和“清洁生产”的原则,因而是一种极有发展前途的治理方法,越来越受到世界各国的重视。
怎样减少酸雨?
酸雨是我们当今面临的、更为显著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。