酸雨的成因及防治

酸雨的成因及防治【内容摘要】从人类面临的环境问题出发，阐述了酸雨的形成。指出酸雨是十大环境问题之一，酸雨对生态系统、人体健康、建筑材料等具有很大危害，从土壤性质、氨气、大气颗粒物和天气形式等自然因素方面探讨了酸雨现状的形成原因。最后结合当前酸雨的状况及特点，提出了可行的防治酸雨的具体措施。【关键词】酸雨形成危害防治措施【前言】当前人类面临十大环境问题：水危机、土地荒漠化、臭氧层遭破坏、温室效应、酸雨肆虐、水土流失、森林锐减、物种灭绝、有毒化学品污染、二氧化硫污染，其中酸雨肆虐是跨越国界的全球性灾害。随着我国现代工业的发展、人口剧增和城市化的趋势，化石燃料能源—煤、石油等的消耗量日益增加，燃烧过程中排放的硫的氧化物和氮的氧化物越来越多，导致这些气态化合物在大气中反应生成硫酸和硝酸，这些酸性物质随雨等从大气层降落形成“空中死神”—酸雨。现如今已经成为人们谈论环境污染的重要话题之一，其危害越来越受到人们的重视。我国酸雨还呈蔓延之势，酸雨区面积已占土地面积的30%，已成为继欧洲、北美之后世界第三大重酸雨区，酸雨控制和二氧化硫造成的污染控制，已成为我国污染防治工作的一项重要内容。1酸雨的形成酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸[1]。1.1天然排放源﹙1﹚海洋：海洋雾沫，它们会夹带一些硫酸到空中。﹙2﹚生物：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，继而转化为二氧化硫。﹙3﹚火山爆发：喷出可观量的二氧化硫气体。﹙4﹚雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然硫氧化物排放源,因为树木也含有微量硫。﹙5﹚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N2+O2（放电）＝2NO；2NO+O2＝2NO2，生成一氧化氮，继而在对流层中被氧化为二氧化氮。氮氧化物即为一氧化氮和二氧化氮之和，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一氧化氮，二氧化氮和氮气等气体。这些气体经溶于水，就会产生亚硝酸，硝酸，从而形成酸雨。1.2人工排放源﹙1﹚硫酸型酸雨。煤、石油和天然气等化石燃料燃烧，无论是煤，或石油，或天然气都是在地下埋藏多少亿年，由古代的动植物化石转化而来，故称作化石燃料。科学家粗略估计，煤中含有硫，燃烧过程中生成大量二氧化硫，其反应方程式：S→H2SO4S+O2（点燃）＝SO2SO2+H2O＝H2SO3（亚硫酸）2H2SO3+O2＝2H2SO4（硫酸）总的化学反应方程式：S+O2（点燃）＝SO22SO2+2H2O+O2＝2H2SO4金属冶炼某些有色金属的矿石是硫化物、铜、铅、锌便是如此，将铜、铅、锌硫化物矿石还原为金属过程中将逸出大量二氧化硫气体，部分回收为硫酸，部分进入大气。﹙2﹚硝酸型酸雨。此外煤燃烧过程中的高温使空气中的氮气：和氧气化合为一氧化氮，继而转化为二氧化氮，造成酸雨工业过程，NO→HNO3（硝酸）2NO+O2＝2NO23NO2+H2O＝2HNO3+NO总的化学反应方程式：4NO++2H2O+3O2＝4HNO3NO2→HNO3总的化学反应方程式：4NO2+2H2O+O2＝4HNO3如化工生产，特别是硫酸生产和硝酸生产可分别产生可观量二氧化硫和二氧化氮，由于二氧化氮带有淡棕的黄色，因此，工厂尾气所排出的带有二氧化氮的废气一条“黄龙”，在空中飘荡，控制和消除“黄龙”被称作“灭黄龙工程像”[2]。石油炼制等，也能产生一定量的二氧化硫和二氧化氮。它们集中在某些工业城市中，也比较容易得到控制。酸雨的工业排放源，交通运输，如汽车尾气。在发动机内，活塞频繁打出火花，像天空中闪电，氮气变成二氧化氮。不同的车型，尾气中氮氧化物的浓度有多有少，机械性能较差的或使用寿命已较长的发动机尾气中的氮氧化物浓度要高。近年来，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。工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，经过“云内成雨过程”，即水汽凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上，发生液相氧化反应，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又经过“云下冲刷过程”，即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨﹙3﹚此外还有其他酸性气体溶于水导致酸雨，例如氟化氢、氟气、氯气等其他酸性气体。2.酸雨的危害。2.1对陆生生态系统的危害酸雨可使土壤的物理化学性质发生变化，加速土壤矿物如Si、Mg的风化、释放，使植物营养元素特别是K、Na、Ca、Mg等产生淋失，降低土壤的阳离子交换量和盐基饱和度，导致植物营养不良。受酸雨的影响，土壤中微生物总量明显减少，其中细菌数量减少最显著，放线菌数量略有下降，而真菌数量则明显增加(主要是喜酸性的青霉、木霉)。特别是固氮菌、芽孢杆菌等参与土壤氮素转化和循环的微生物减少，使硝化作用和固氮作用强度降，其中固氮作用强度降低80%，氨化作用强度减弱30%～50%，从而使土壤中氮元素的转化与平衡遭到一定的破坏。2.2酸雨对人体的危害酸雨对人类健康会产生直接或间接的影响。首先，酸雨中含有多种致病致癌因素，能破坏人体皮肤、粘膜和肺部组织，诱发哮喘等多种呼吸道疾病和癌症，降低儿童的免疫能力。其次，酸雨还会对人体健康产生间接影响。在酸沉降作用下，土壤和饮用水水源被污染；其中一些有毒的重金属会在鱼类机体中沉积，人类因食用而受害。据统计，欧洲一些国家每年因酸雨导致老人和儿童死亡的病例达千余人[3]。2.3酸雨对建筑材料的危害酸雨地区的混凝土桥梁、大坝和道路以及高压线钢架、电视塔等土木建筑基础设施都是直接暴露在大气中，遭受酸雨腐蚀的。酸雨与这些基础设施的构筑材料发生化学的或电化学的反应，造成诸如金属的锈蚀、水泥、混凝土的剥蚀疏松、矿物岩石表面的粉化侵蚀以及塑料、涂料侵蚀等。沙浆混凝土墙面经酸雨侵蚀后，出现“白霜”；经分析此种白霜就是石膏(硫酸钙)。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2.4对水生生物的危害一旦酸雨降落至水中，它会给水生生物造成巨大的损害。首先，酸雨降落至水中，会使水体酸化。当湖水的ph值低于5.0时，大多数鱼类不能生存。一次湖泊酸化会引起鱼类死亡。相对于忍耐湖水酸化能力而言，虾类比鱼更差，在已酸化的湖泊中，虾类比鱼类提前灭亡。草本植物时一些鱼虾类生活的基础。湖水酸化，水生生物将减少，例如，某湖泊酸化后，绿藻从原来的26种降到5种，金藻从22种降到5种，蓝藻从22种减至10种。俗话说大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃污泥，其实污泥中含有大量水生生物，鱼虾离开了水草和水生生物，好比鸟兽离开森林。因此，从生物食物链角度来看，湖泊酸化，也将使鱼虾难以生存。美国到1979年因水体酸化导致的渔业损失每年达2.5亿美元。到20世纪以来，加拿大的30万个湖泊中已有近5万个湖水酸化使生物完全灭绝。3酸雨的防治措施1.减少SO2的排放：煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40％一60％的无机硫。2.优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等、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。3.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。4.为实现酸雨和二氧化硫污染控制目标，要加快国产脱硫技术的研究、开发、推广、应用，加快有关示范工程的建设，要加快对国外成熟的先进治理技术、设备的引进和消化吸收工作，尽快实现国产化。在项目和资金的安排上，重点向“两控区”倾斜5.调整能源结构，发展代替能源。开发可以代替燃煤的清洁能源，如核电、水电、太阳能、风能、地热能等，将会对减少排放二氧化硫做出很大的贡献。6.各国应该根据自己的国家显示情况制定相应的法律法规。一方面,这代表政府对酸雨控制的重视,要付诸于行动；另一方面,这也表达了控制酸雨的战略:不能胡子眉毛一把抓,要抓住重点,抓住关键,加大投入,解决问题。各个国家的情况不同，每个地区的经济，气候不同，其受酸雨的影响也是不同的。（1）既根据地区环境容量，限制区域SO2的总排放量。开展区域SO2排放量控制研究，找出酸沉降控制优化方案。（2）酸雨控制区是指为避免或减少酸雨的发生，国家有关部门批准划定的，对能够形成酸雨的污染物排放加以严格控制的一定区域。它要根据某一地区的气象、地形、土壤等自然条件，在已经产生和可能产生酸雨的地区划定。划定酸雨控制区，应当由环境保护行政主管部门会同有关部门提出方案。按照各个国家相应的对环境的规定，在酸雨控制区内排放二氧化硫的火电厂和其它大中型企业，属于新建项目不能用低硫煤的，必须建设配套脱硫、除尘装置，或者采取其它控制二氧化硫排放、除尘的措施。属于已建企业不用低硫煤的应当采取控制二氧化硫排放、除尘的措施[4]。