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中国酸雨概况及防治对策探讨

时间:2012-03-04作者:来源:中国论文库
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  摘要:中国受酸雨影响的地区已占国土面积的30%,已成为继欧州和北美之后世界第三大酸雨区。中国的酸雨为典型的硫酸型,其空间分布主要呈现以南方酸雨比北方严重,城市酸雨比郊区严重的特点。

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  摘要:中国受酸雨影响的地区已占国土面积的30%,已成为继欧州和北美之后世界第三大酸雨区。中国的酸雨为典型的硫酸型,其空间分布主要呈现以南方酸雨比北方严重,城市酸雨比郊区严重的特点。酸雨令中国农林业、畜牧业、水产养殖业、建筑业等都遭受了巨大的损失,如不采取果断有效的控制措施,由此所造成的大气污染及环境酸化将进一步加剧。本文系统阐述了中国酸雨的成因特点、现状及其危害,并根据中国酸雨的实际情况,结合国家制定的控制目标,提出了具体的防治对策。

  关键词:酸雨;现状;危害;防治对策

  前言

  现代文明给人类带来进步,人类成了自然的主人,自然又反过来惩罚人类,人类遇到了许多前所未见的挑战:土地荒漠化、温室效应、酸雨肆虐、水土流失、森林锐减、物种灭绝,其中酸雨肆虐是跨越国界的全球性灾害,素有“空中死神”之称[1]。目前,全球共有三大块酸雨地区:西欧、北美和东南亚。上世纪80年代以来,随着经济的发展,中国酸雨污染呈加速上升趋势,已成为继欧洲和北美的世界第三大酸雨区的重要贡献者[2]。据有关统计,目前酸雨污染每年给中国造成的损失超过1 100亿元。整个大气污染所造成的损失大约占中国每年GDP的2%~3%。而且,许多损失是用金钱无法挽回的。中国长江以南存在连片的酸雨区域,在酸雨区域内,湖泊酸化,渔业减产,森林衰退,土壤贫瘠,粮菜减产,建筑物腐蚀,文物面目皆非。近年来中国政府已开始对酸雨问题进行总体控制,提出消减方案,预计在未来几十年内,酸雨在中国将成为历史。

  1酸雨概况

  1.1酸雨的定义

  酸雨是地球化学气候中人类影响的重要特征,又是一个国家和地区大气污染的重要标志之一。酸雨又称酸沉降,最早出现在19世纪的欧洲各国,迄今已发展成为世界各国的公害。“酸雨”一词最早是由英国化学家史密斯于1872年提出,他在《空气和降雨:化学气候的开端》一书中首次提出这一术语,并分析了*酸雨对植物和材料的危害[2]。此后,随着人口的剧增,工业的发展,酸雨问题日益严重。在没有大气污染物存在的情况下,降水酸度主要由大气中的二氧化碳所形成的碳酸组成,其pH值大约在5.6~6.0之间。因此,一般地将pH值小于5.6的降水称为酸雨,这里的降水包括雨、雪、霜、雾、露等各种降水[3]。形成酸雨的酸性物质有自然源和人为源。在自然界自然产生的酸性物质,在正常的酸雨过程中能稀释,使它们不会产生什么危害。人为源如燃煤发电,这些人类活动排放到大气中的含硫含氮的氧化物在运行过程中,经过复杂的大气化学和大气物理作用,形成硫酸盐和硝酸的水溶液,这就成了酸雨[4]。

  1.2酸雨的化学特征

  酸雨的形成很复杂,它是大气污染物与空气中水和氧之间反应的产物,是一种复杂的化学和物理反应过程。酸雨中不仅含有大量的H+,而且还含有高浓度的具有酸化作用的SO42-和NO3-等,同时也含有许多金属阳离子、微量元素及各种有机污染物[5]。

  中国的酸雨主要化学离子是SO

  2-4、Ca2+、NH4+、NO3-、Mg2+、K+和Na+,由于中国在能源方面的分布和使用的不均,中国南北方城市在酸雨成分方面也存在着明显的不同,北方降水中的氢离子浓度比较低,南方城市的降水中SO42-、Ca2+和NH4+的浓度普遍很高[6],作为酸指标的是SO42-和NO3-,其中SO24-浓度是NO3–离子浓度的5~10倍,远高于欧洲、北美和日本的比值[7]。因此中国酸雨是典型的硫酸型酸雨,这是因为中国的矿物燃料主要是煤,且煤中的含硫量较高,成为大气中硫的主要来源;作为碱指标的Ca2+和NH4+离子,既有人为来源,也有天然来源,一般主要是天然来源[8]。

  1.3中国酸雨的污染现状

  1.3.1中国酸雨的污染现状

  中国酸雨的分布有明显的区域性,其特征总的趋势是以长江为界,长江以北降水pH值偏高,多呈中性或碱性,长江以南呈酸性。截止到2011年一季度对中国329个地级城市雨水质量监测表明酸雨主要分布在长江以南、青藏高原以东地区,主要包括上海、浙江、福建、江西、湖南、贵州、重庆的大部分地区,广东中部地区、四川东南部、湖北西部的少数地区。全国酸雨与去年同期相比,全国酸雨(降水pH均值<5.6)城市比例略有降低,降低了4.4%;较重酸雨(降水pH均值<5.0)城市比例有所降低,降低了6.1%;重酸雨(降水pH均值<4.5)城市比例基本持平;全国酸雨面积与上年持平,酸雨分布区域无明显变化。与2005年同期相比,全国降水中SO42-和NO3-离子浓度有所升高,NH4+和Ca2+离子浓度基本持平[9]。

  中国酸雨还呈现以城市为核心的多中心分布。

  城市降水段度强,郊区弱,远离城市的广大农村则接近正常,pH值在5.6左右。此外酸雨的区域分布还存在功能区差异,主要表现为工业区强于非工业区[10]。

  1.3.2中国酸雨的季节性特征

  中国降水酸度和频率有明显的季节变化,总的趋势是冬春季pH值低,夏秋季pH值高。特别对于中国南方地区尤为明显[11]。

  1.3.3影响酸雨分布的因素

  降水酸度的时空分布与大气中的SO2和降水中SO42-浓度的时空分布存在一定的相关性。这就是说,某地SO2污染严重,降水中的SO42-浓度就高,降水的pH就低。大气中的NH3对酸雨形成是非常重要的。NH3是大气中唯一常见气态碱,由于它易溶于水,能与酸性气溶胶或与雨水中的酸起作用,从而降低雨水的酸度。酸雨还与大气中颗粒物的性质有关,颗粒物所含的金属可催化SO2氧化成硫酸[1]。碱性颗粒物可对酸起中和作用,但空气中的颗粒物一般来自于土壤,碱性土壤的氨挥发大于酸性土壤,因此南方多酸雨在一定程度上也是由于南北方土壤差异所造成的[12]。气候对酸雨的形成也有明显的作用,中国南方地区气候湿润,光照时间长,这种气候比较有利于光化学反应,从而很容易形成O3和H2O2,而H2O2又是形成酸雨最为主要的氧化剂[11]。

  1.4酸雨的形成机制

  酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,但主要前体物为SO2和NOX,其中SO2对全球酸沉降的贡献率为60%~70%[13]。随着中国经济的发展,工业生产突飞猛进,大量的企业必然需要充足的电力和便捷的交通运输作为保障,企业的燃煤量呈现增加的趋势,繁荣的交通运输车辆必然会排放大量的尾气。为适应企业对电力的需求,现在各地电厂越来越多,大量的煤炭被燃烧,排放的SO2和NOX的量也是日益增加。SO2是工业生产过程中以及化石燃料燃烧过程中排放的副产品。矿石冶炼、燃烧发电以及天然气加工是主要来源;NOX主要来源于机动车、住宅区和商用炉、工业和电力公用事业公司的锅炉和发电机及其它设备的燃料燃烧所致。两者在大气中经过均相氧化和非均相氧化转变为H2SO4和HNO3进入降水中而形成酸雨[14]。均相氧化也称化学氧化,是指SO2、NOX气体受热形成的氧化剂或光化学产生的自由基(如HO?、HO2?)所氧化,而多相氧化是指吸附在液态气溶胶中的SO2、NOX被溶液中的金属离子(如Fe3+、Mn2+)所催化氧化。但在液相中SO2和NOX也能由强氧化剂如H2O2和O3等氧化,同时在有水气存在的情况下,两者都能被大气中的颗粒物吸收,特别是被煤烟中的细小碳粒所吸附,从而发生界面氧化。当大气中的二氧化硫和氮氧化物的浓度高时,降水中表示酸的硫酸根离子和硝酸根离子的浓度亦较高。转贴于中国论文库 http://www.lwkoo.com

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