酸雨的危害分析及防治對(duì)策

張永鋒

（中國(guó)工程物理研究院，四川 綿陽(yáng) 621900）

1 引言

酸雨是指pH值低于5.6的大氣降水，是空氣中SO2等酸性氣體與空氣中的水相結(jié)合，降落到地面造成危害，它包括酸性雨、雪、冰雹、露水、霜等多種形式［1］。酸雨對(duì)人們健康、土壤、江河湖泊、農(nóng)作物、森林、建筑物、文化和自然遺產(chǎn)危害極大，使自然環(huán)境、生態(tài)平衡遭到嚴(yán)重破壞。因此，人們稱(chēng)它是一顆毀滅人類(lèi)和環(huán)境的定時(shí)炸彈，現(xiàn)已成為嚴(yán)重威脅世界環(huán)境的十大問(wèn)題之一。近20年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源和原材料消耗不斷增長(zhǎng)，SO2和NOX等酸性氣體造成的大氣污染也不斷加劇，使我國(guó)的酸雨污染正呈蔓延之勢(shì)。酸雨區(qū)面積己占國(guó)土面積的30%以上，已成為繼歐洲、北美之后世界第3大重酸雨區(qū)。為了實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，保護(hù)人類(lèi)的生態(tài)環(huán)境，對(duì)我國(guó)的酸雨問(wèn)題進(jìn)行深入系統(tǒng)地探討，尋找可靠的防治對(duì)策，是我們每個(gè)人的共同責(zé)任。

酸雨形成機(jī)理包括SO2和NOX與強(qiáng)氧化劑碰撞后的均一氣相、液相、顆粒物表面氧化反應(yīng)，其氧化反應(yīng)機(jī)理表明，酸雨的形成機(jī)理很復(fù)雜，其形成可表述為，它包括所排放的氣態(tài)（SO2、NOX等）或顆粒污染物在云內(nèi)成雨清除過(guò)程，即這些污染物隨大氣的長(zhǎng)距離傳輸、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化過(guò)程以及云下沖刷清除過(guò)程。氣態(tài)SO2、NOX在大氣中經(jīng)過(guò)均一氣相氧化、液相氧化和光化學(xué)氧化成不易揮發(fā)的H2SO4和HNO3，并溶于云滴或雨滴成為降水成分。它們的轉(zhuǎn)化速率受氣溫、輻射、相對(duì)濕度及大氣成分等因素的影響。如粉塵中含有許多可使酸中和的金屬，如K、Na、Ca、Mg等。大氣顆粒物中的Fe、Cu、V等是成酸反應(yīng)的催化劑，可促使酸雨的形成。

2 酸雨現(xiàn)狀分析

2.1 酸雨的地域分布

我國(guó)酸雨的研究工作始于20世紀(jì)70年代末期，1979年在北京、上海、南京、重慶和貴陽(yáng)等城市開(kāi)展了局部研究，發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)不同程度上存在著酸雨污染，以西南地區(qū)最為嚴(yán)重。1982～1984年在國(guó)家環(huán)保局領(lǐng)導(dǎo)下開(kāi)展了酸雨調(diào)查，為了弄清中國(guó)降水酸度及其化學(xué)組成的時(shí)控分布情況，1985～1986年在全國(guó)范圍內(nèi)布設(shè)了189個(gè)監(jiān)測(cè)站，523個(gè)降水采集點(diǎn)，對(duì)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明：降水年平均pH值小于5.6的地區(qū)主要分布在秦嶺－淮河以南，而秦嶺－淮河以北僅有個(gè)別地區(qū)。降水年平均pH值小于5.6的地區(qū)主要在西南、華南以及東南沿海一帶［3］。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，酸雨出現(xiàn)的區(qū)域較80年代發(fā)生了比較明顯的變化，酸雨區(qū)面積擴(kuò)大了100×104km2。但年平均pH值小于5.6的地區(qū)還主要分布在秦嶺－淮河以南、青藏高原以東的廣大地區(qū)及四川盆地；華中、華南、西南及華東地區(qū)存在酸雨污染嚴(yán)重的中心區(qū)域；北方地區(qū)只有局部地區(qū)出現(xiàn)過(guò)酸雨。80年代以來(lái)重慶、貴陽(yáng)為代表的西南地區(qū)是中國(guó)酸雨污染最嚴(yán)重的地區(qū)；90年代以來(lái)，以長(zhǎng)沙、株洲、贛州、南昌等城市為中心的華中酸雨區(qū)污染水平超過(guò)西南酸雨區(qū)，成為全國(guó)酸雨污染最嚴(yán)重的地區(qū)，中心區(qū)年平均降水pH值低于4.0，酸雨頻率最高達(dá)90%以上，已經(jīng)達(dá)到逢雨必酸的程度；西南酸雨區(qū)雖然有所緩和，但仍維持較嚴(yán)重的水平；華南酸雨區(qū)主要分布在珠江三角洲及廣西東部地區(qū)，總體格局變化不大；華東酸雨區(qū)，包括長(zhǎng)江中下游地區(qū)及南至廈門(mén)的沿海地區(qū)，小尺度上的污染格局有所波動(dòng)，但總體來(lái)說(shuō)，較華中、西南酸雨區(qū)弱；而北方地區(qū)年均pH值低于5.6的城市主要分布在青島、圖們、太原和石家莊等城市中心的區(qū)域［4］。

2.2 酸雨的特點(diǎn)

（1）降水酸度有明顯的地域性。我國(guó)酸雨年平均pH值低于5.6的地區(qū)主要分布在秦嶺－淮河以南，年平均pH值低于5.0的地區(qū)有四川、重慶、貴州、湖南、廣西及江浙的蘇杭一帶。1997年全國(guó)酸雨調(diào)查結(jié)果表明，全國(guó)降水平均pH值在3.7～7.8之間。降水平均pH值低于5.6的城市有44個(gè)，其中，75%的南方城市降水年均pH值低于5.6，其中低于4.5的城市有長(zhǎng)沙、景德鎮(zhèn)、遵義、杭州和宜賓。北方降水年均pH值低于5.6的城市有圖們、青島和太原。

（2）我國(guó)酸雨屬硫酸型。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤為主，能源消耗中有3／4是煤炭，而且高硫煤所占比例較大，且84%用于直接燃燒。另外，我國(guó)煤利用技術(shù)水平低下，燃燒前煤炭洗選加工工藝落后，硫分，灰分去除率低，使高硫顆粒煤粉直接人爐造成污染；燃燒后排放煙氣的脫硫效率低，開(kāi)發(fā)的脫硫技術(shù)尚未成熟，這樣就造成了我國(guó)每年會(huì)向大氣中排人大量的SO2，1986年我國(guó)SO2排放量為1 800萬(wàn)t，而2002年達(dá)到1 926.6萬(wàn)t［5］。根據(jù)酸雨檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析表明，在我國(guó)硫酸和硝酸占酸雨總酸量的90%，且硝酸含量不及硫酸的1／10，所以我國(guó)酸雨主要是大氣中SO2造成的，又稱(chēng)煤煙型酸雨［6］，即硫酸型酸雨。20世紀(jì)是汽車(chē)的時(shí)代，近幾年，隨著城市汽車(chē)的增加，從各大城市的空氣質(zhì)量周報(bào)報(bào)道，NOX的污染呈上升趨勢(shì)，且汽車(chē)排放污染物占城區(qū)主要污染物的30%～40%，硝酸型酸雨有增加的趨勢(shì)。

（3）我國(guó)酸雨頻率和強(qiáng)度均是南方大于北方。我國(guó)南方地區(qū)由于濕潤(rùn)多雨、植被良好、大氣顆粒物濃度低。而北方地區(qū)干燥少雨、土壤裸露、大氣顆粒物濃度大，且其顆粒物中約有40%～65%來(lái)自土壤，大氣顆粒物中含有的主要堿性陽(yáng)離子是Ca2＋、Mg2＋和NH4＋。這些堿性離子被風(fēng)吹揚(yáng)到空中，對(duì)雨水中的酸起中和作用。其結(jié)果是酸雨頻率和強(qiáng)度均是南方大于北方。

2.3 酸雨的危害

隨著酸雨范圍的擴(kuò)大和酸度的增加，酸雨的危害越來(lái)越大，它對(duì)環(huán)境的影響是多方面的，涉及到生活、生態(tài)的許多領(lǐng)域。它以不同方式危害著水生生態(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)、建筑材料和居民健康，破壞生態(tài)系統(tǒng)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。因此，我國(guó)應(yīng)積極開(kāi)展控制和治理酸雨污染的研究工作，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況在政策上、技術(shù)上全方位地開(kāi)展酸雨防治工作，爭(zhēng)取在較短的時(shí)間內(nèi)控制和消除酸雨危害，保護(hù)環(huán)境，造福人類(lèi)。

3 酸雨的防治對(duì)策

3.1 從政策上控制和削減SO2、NOX的排放量

（1）嚴(yán)格實(shí)行《酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案》，要求各地方政府和有關(guān)部門(mén)必須制定相應(yīng)的酸雨和SO2污染綜合防治規(guī)劃以及分階段總量控制計(jì)劃，并將其納入當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)總體規(guī)劃來(lái)組織實(shí)施，按照“誰(shuí)污染、誰(shuí)治理”的原則，落實(shí)防治項(xiàng)目和治理資金。

（2）建立控制酸雨的監(jiān)督管理體系，逐步完善國(guó)家酸雨監(jiān)測(cè)網(wǎng)。國(guó)務(wù)院已發(fā)布的國(guó)函［1996］24號(hào)文件已要求在兩控區(qū)征收二氧化硫排污費(fèi)。各地要認(rèn)真執(zhí)行國(guó)務(wù)院的文件，抓緊抓好二氧化硫排污收費(fèi)的征收、管理和使用工作，使用于重點(diǎn)排污單位治理二氧化硫的資金比例不少于90%，進(jìn)一步促進(jìn)兩控區(qū)的污染防治工作［9］。

（3）降低化石燃料尤其是燃煤的含硫量，限制高硫煤的開(kāi)采與使用，嚴(yán)令禁止含硫量大于3%的煤礦的開(kāi)采，改造含硫量大于1.5%的煤礦，城市禁止使用含硫率高于1%的燃煤，大力發(fā)展以干選工藝為主的動(dòng)力煤洗加工，減少煤炭中的硫含量。

（4）建立和健全控制酸雨的法律、法規(guī)和與之配套的政策和法規(guī)體系，強(qiáng)化環(huán)保執(zhí)法，嚴(yán)格執(zhí)行SO2排放許可證制度，推行酸雨和SO2污染綜合防治體系，實(shí)行總量控制，促進(jìn)節(jié)約能源。

（5）從農(nóng)村到城市，應(yīng)控制生活SO2排放，改變用煤做飯燒水的狀況，大力發(fā)展炊事能源煤氣化和電氣化，農(nóng)村大量推廣使用沼氣能，減少因燒煤引起的大氣污染。

白鴿玲等[14]采用表面活性劑促助法，以PEG-20000作為包覆劑，制備出MoS2納米球，并以Span-80為分散劑，制得1% MoS2納米球和市售超細(xì)二硫化鉬微米粉末復(fù)合潤(rùn)滑油，并對(duì)其滾動(dòng)摩擦性能進(jìn)行了研究。

（6）控制汽車(chē)尾氣排放，改進(jìn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，安裝尾氣凈化裝置，推廣使用清潔燃料，控制汽車(chē)尾氣中的NO2排放。關(guān)停高硫煤礦，小火電機(jī)組、小水泥廠、小玻璃廠、小鋼鐵廠及其它污染嚴(yán)重的企業(yè)。防治化工、冶金、有色、建材等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放的SO2污染。實(shí)行集中供熱，把分散的小鍋爐集中起來(lái)改為大型鍋爐，提高熱效率，減少污染。

（7）嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度，對(duì)于新建項(xiàng)目必須嚴(yán)格執(zhí)行“三同時(shí)”，按照“先評(píng)價(jià)、后建設(shè)”、“技術(shù)起點(diǎn)要高”的要求，充分評(píng)價(jià)建設(shè)項(xiàng)目對(duì)大氣環(huán)境的影響并滿足大氣質(zhì)量的要求，確?？刂芐O2污染的投資。

3.2 使用低硫煤、改進(jìn)燃燒裝置

減少SO2污染最簡(jiǎn)單的方法是改用含硫低的燃料。煤中含硫量一般在0.2%～5.5%之間，當(dāng)燃煤的含硫量大于1.5%時(shí)，就應(yīng)加一道洗煤工序，以降低硫含量。據(jù)有關(guān)資料介紹，原煤經(jīng)過(guò)洗選之后，SO2排放量可減少30%～50%，灰分去除約20%。另外，改燒固硫型煤、低硫油，或以煤氣、天然氣代替原煤，也是減少硫排放的有效途徑。

改進(jìn)燃燒方式也可以達(dá)到控制SO2和NOX排放的目的。使用低NOX的燃燒器來(lái)改進(jìn)鍋爐，可以減少氮氧化物排放。流化床燃燒技術(shù)近來(lái)已得到應(yīng)用，新型的流化床鍋爐有極高的燃燒效率，幾乎達(dá)到99%，而且能去除80%～95%的SO2和NOX，還能去除相當(dāng)數(shù)量的重金屬。

3.3 重視并推廣煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫是指對(duì)燃燒過(guò)程中排放的煙氣進(jìn)行脫硫，國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)證明煙氣脫硫是控制酸雨和二氧化硫污染的最主要技術(shù)手段，也是唯一可大規(guī)模商業(yè)化推廣應(yīng)用的脫硫方式。按煙氣脫硫的工藝特點(diǎn)，可將煙氣脫硫分為：濕法、干法和半干法3類(lèi)。濕法煙氣脫硫即采用液體吸收劑洗滌煙氣、吸收煙氣中所含的SO2。該法的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作技術(shù)易掌握，脫硫效率高（90%以上），但流程復(fù)雜、投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、脫硫后煙氣溫度低，不利于煙氣擴(kuò)散。當(dāng)今最常見(jiàn)的濕法煙氣脫硫技術(shù)為石灰石一石膏法。干法煙氣脫硫的工藝特點(diǎn)是用粉狀或粒狀吸收劑來(lái)吸收SO2，反應(yīng)在無(wú)液相介入的完全干燥條件下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物亦呈粒子狀，因而不會(huì)有腐蝕、結(jié)露、結(jié)垢等系列問(wèn)題，且煙氣不需要加熱，也不需要排廢水。

3.4 型煤固硫

型煤是經(jīng)過(guò)成型處理后的煤制品，分為民用和工業(yè)用兩類(lèi)。民用型煤主要是煤球和蜂窩煤，工業(yè)型煤主要鍋爐、窯爐、蒸汽機(jī)床等采用的各種成型煤制品，它將成為解決我國(guó)中小型鍋爐及各種工業(yè)窯爐煙塵、SO2污染的首選技術(shù)。所謂型煤固硫，就是在型煤加工時(shí)加入固硫劑（如CaO），煤在燃燒時(shí)不排出SO2，從而實(shí)現(xiàn)燃煤固硫。目前，型煤固硫技術(shù)在我國(guó)還比較落后，應(yīng)大力開(kāi)展固硫劑的篩選研究，提高固硫率。

3.5 發(fā)展替代能源

開(kāi)發(fā)可以替代燃煤的清潔能源，如核電、水電、天然氣、沼氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，將?huì)對(duì)減少排放SO2做出很大貢獻(xiàn)。但目前的技術(shù)水平還不能保證從太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿全@得大規(guī)模穩(wěn)定的工業(yè)電力。因此，替代能源的主要開(kāi)發(fā)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是水電和核電。據(jù)估計(jì)，我國(guó)水能資源理論蘊(yùn)藏量為7億kW，可開(kāi)發(fā)量為4億kW，開(kāi)發(fā)成功后，每年可節(jié)約大量的煤炭，減排大量的SO2。

3.6 種植樹(shù)木花草

植物具有美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、阻留粉塵.吸收有毒氣體的功能，可以在大面積、大范圍內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地凈化大氣。因此植樹(shù)造林、種花種草，建立一定面積的綠化帶是防治大氣污染的有效措施。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)酸雨污染嚴(yán)重，并且具有酸性降水頻度高、酸度大、覆蓋面積廣的特點(diǎn)。由于各地土壤性質(zhì)、地理環(huán)境以及氣象條件的差異，我國(guó)酸雨有明顯的區(qū)域分布，其分布規(guī)律是南方多于北方，而且從北到南還有逐漸加重的趨勢(shì)。由于以煤為主的能源結(jié)構(gòu)以及煤的應(yīng)用技術(shù)和煙氣脫硫技術(shù)的落后，我國(guó)酸雨主要由SO2造成，屬硫酸型酸雨，抑制大氣中SO2污染是防治酸雨的根本措施。防治酸雨要以調(diào)整能源結(jié)構(gòu)為戰(zhàn)略，開(kāi)發(fā)非礦物燃料為途徑，大力開(kāi)展節(jié)能為手段，以減少SO2和NOX的排放量。隨著科技的發(fā)展，潔凈煤技術(shù)以及煙氣脫硫技術(shù)都將得到快速的發(fā)展，因此酸雨治理在技術(shù)上將不再會(huì)有太大的制約，經(jīng)濟(jì)因素將會(huì)是制約我國(guó)酸雨治理的主要障礙，這就要求在政策、法律、行政等各個(gè)方面加大力度，保證酸雨防治措施的正常執(zhí)行。防治酸雨是我們每個(gè)公民的神圣職責(zé)，人人都應(yīng)該愛(ài)護(hù)環(huán)境，珍惜資源，保護(hù)好我們的地球家園。

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