酸雨的形成机制·原理及防治的措施

JournalofAgriculturalCatastrophology 2012。Vol2。No5：20-22酸雨的形成机制危害及治理措施田海军 ，一，宋存义1内蒙古科技大学包头师范学院资源与环境学院，内蒙古包头 014030； 2北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083摘要 通过确定酸雨的涵义，在分析工业化时期酸雨形成机制的基础上，介绍不同地区酸雨的控制目标。指出酸雨对人类的生产和生活产生严重危害，提出不断完善环境法规建设，加强环保执法力度；调整能源结构，优化能 源质量；加快二氧化硫治理技术研 究，加 速设备的国产化进程等治理酸雨的措施。关键词 酸雨；形成机制；危害；治理措施中图分类号 X157文献标识码 A文章编号 20953305(2012)0502003Acid Rain Formation Mec-hanism ，Hazards and Co-ntrolMeasures蚴珏啪 etal(FacultyofResourceand Environment，Baotou TeachersCol-lege，InnerMongoliaUniversity ofScience and Technology，Baotou， InnerMongolia014030)Abstract Through defining acid rainand analyzing formation mechanism ofacid rain in the industrialization period，acidrain controlobjectivesin differentregionswere introducedSevere hazardsof acid rain on production and life of目前我国酸雨呈蔓延之势正在不 断扩大，酸雨区面积已占国土面积的 30，已成为继欧洲、北美之后的世界 第三大重酸雨 ”。酸雨是跨越国界的 全球性灾害，素有“空中死神”之称，已 被列为目前人类面临的主要环境问题(酸雨肆虐、水危机、土地荒漠化、臭氧 层遭破坏、温室效应、水土流失、森林 锐减、物种灭绝和有毒化学品污染 )之 中 。我国经济正快速发展，特别是电力和钢铁工业的迅速发展，致使二氧化硫排放量增大，造成了日趋严重的大气 污染。因此，控制二氧化硫排放量以及 酸雨的形成，已成为我国环境污染治 理工作的中心内容3。为此，笔者总结 介绍酸雨的形成机制、危害，并提 出相 应的治理措施。1 酸雨的涵义、形成机制及控制指标11 涵义1872年，英国化学家史密斯在空 气和降雨：化学气候学的开端一书中首 次提出“酸雨”这一术语。“酸雨”通常 指在自然气候条件下，包括雨、雪、霜、雾 和露等各种 pH56的降水 。12 形成机制随着工业的发展，特别是钢铁和 电力的快速发展，导致 自然降落的酸雨中含有多种无机酸和有机酸，其中 无机酸中的硫酸和硝酸占很大比例。 该时期酸雨的形成是一种复杂的大气 物理和化学过程。工业生产、民用生活 燃烧煤炭排放出来的一氧化硫和二氧 化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，经过“成云聚雨”，即水 气吸附在硫酸根、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；在降水过程中，不断合并吸 附其他含酸雨滴和含酸气体，形成体 积较大的雨滴，最后降落在地面上，形 成了酸雨。酸雨的形成过程，可用以下 2种类型的化学反应来表示网。121硫酸型酸雨的形成过程S+O(点燃 )=SOS02+H2O=H2SO3(亚硫酸 )2H2SO 02=2H2SO4(硫酸 )总的化学反应方程式：S+O(点燃 )=SO2S02+2H20+02=2H2SO4122硝酸型酸雨的形成过程氮的氧化物溶于水形成酸： (1)NOHNO3(硝酸 )2NO+O2=2NO23NO，+H，O=2HNO +NO总的化学反应方程式：4NO+2H20+302=4HNO3people were pointed out，and acid raintreatment measures were proposed as：enhancing construction ofenvironmentallaws，devoting more eforts in implementing environment protection laws，adjusting energy structure，optimizingqualityofenergy，accelerating researches on SO：controltechnology and localization oftreatmentfacilitiesKey wordsAcid rain； Form ationmechanism ；Hazard；Treatm entmeasures作者简介 田海军(1968一)，男，山东济南人，副教授，在读博士，从事环境监测和环境区划管理研究，E-mail：thj8816126COI。收稿日期 201205122O(2)N0 HNO3总的化学反应方程式：4NO2+2H20+02=4HNO3由此可见，酸雨中关键性离子组 分是 S042一和 NH4+。S042一作为酸指标，主 要来源于煤炭燃烧排放的二氧化硫。 从酸雨分布地区的差异和形成原因来看，目前二氧化硫主要是人为造成。有研究表明，我国的酸雨是典型的硫酸型酸雨。13 控制指标131降水酸度控制指标 降水 pH是种降水酸度的度量方法。人们通常认为，雨水的“天然”pH为 56，并将该 值作为判断降水是否受到人为污染的 标示值6。研究表明，酸雨对农作物和森林生态的影响存在阈值。从长江以南的酸雨和酸雨与二氧化硫复合污染 对不同敏感性树种在生长期的伤害阈 值的模拟结果可看出，即使是敏感性 树种，在酸雨与二氧化硫复合污染的 条件下，其伤害阈值仍为雨水 pH45，二氧化硫浓度为 214mgm。由此 可见，从酸雨对树木伤害的角度分析，将长江以南地区雨水 pH等于或小于5O看作是酸性降水也是适合的。而长江以北地区，由于植物和土壤多呈碱 性，因此，对酸雨更为敏感，酸雨的标 准 pH应定为 55。因此，从我国酸雨对农作物的影响来看，以长江为界，长江以南将酸雨定为 pH小于 5O，长江以北 地区将酸雨定为 pH小于 55较合适。132硫和氮沉降量控制指标 硫和氮的沉降量是重要的酸沉降指标 ，这与人类活动密切相关，控制二氧化硫和二氧化氮排放量就是降低硫和氮干沉 降量和湿沉降量。由于我国的酸沉降属于硫酸型，因此，我国酸沉降控制主要是控制硫沉降量。我国地域广阔，各地气候、生态及土壤存在明显差异，不 可能规定一个统一的硫沉降量控制指 标。为此，引入了临界负荷值概念。所 谓临界负荷值，指的是生态系统所能 忍受的最大酸性物质沉降量，若实际 酸性物质沉降量超过该值，生态系统将逐渐酸化，改变生态系统的整体特性，使生态系统受到损害，破坏原来的 生态系统。2 酸雨的危害 21 对林业和农业发展的危害酸雨(雾 )对林业和农业发展的危害，主要表现在对树木和农作物的破坏方面8-9。酸雨(雾 )损害阔叶、针叶植 物的表面，降低植株抵抗灾害 (如干旱、疾病、虫害和寒冷 )的能力，抑制其 生长和再生长。土壤长期受到酸雨的侵蚀会失去有价值的养分。弱酸性降水可溶解地面土壤中的矿物质，如硫 和氮等：酸度过高，会抑制土壤中有机 物的分解和氮的固定，淋洗与土壤粒子结合的钙、镁和钾等营养元素，而土壤中 Ca什、Mgz+盐基离子比K+、Na+对酸 雨更为敏感10-11，使土壤趋于贫瘠化。同时，铝的浓度增加，使林木和农作物的养分输送混乱、生长迟缓或完全停止， 继而破坏整个森林和农田生态系统，阻碍林业和农业的正常发展。22 对生物生存环境的危害生物生存环境主要包括水生环境 和陆生环境。酸雨的沉降可造成水质 酸化，水质酸化造成鱼类和其他水生 物群落的生存环境发生改变，改变营 养物等物质的循环。特别在生物发育 过程中，大量有毒有害物质参与了生 物循环。酸雨的沉降还使得重金属溶于水体中，并进入食物链，导致物种数量的减少和生产力下降。酸雨对陆地生态系统的危害，主 要体现在对土壤和植物的危害。对土壤的危害包括抑制有机物的分解和氮 的固定，淋浇土壤中钙、镁和钾等营养元素，造成土壤贫瘠化 z；酸雨还直接 损害植物新生的芽叶，影响其生长发育，导致生态环境的退化。23 对设备、设施及建筑材料的危害 酸雨可腐蚀建筑材料、金属表面 和油漆表面等，特别是以大理石和石 灰石等岩石为材料的历史建筑物和艺 术品。由于岩石中的成分极易与酸雨中的硫酸和硝酸发生反应，并且长期 暴露在自然环境中，受酸雨的淋洗频率较高，易受到酸雨的腐蚀和变色。酸 雨长期侵润建筑，会腐蚀建筑物的结构，造成建筑物的坍塌。24 对人体健康的的危害 酸雨主要通过食物和呼吸等方式农业灾害研究 2012。2(05)：2022危害人体健康。首先，汞、铅等重金属 经过食物链进入人体，在人体内滞留积累，诱发癌症和老年痴呆症等：其 次，干性酸沉降通过呼吸侵入人肺部， 诱发肺水肿或直接导致死亡。特别是长期生活在含酸沉降物的环境中，诱使人体产生过多的氧化酶，导致动脉硬化、心肌梗塞等疾病的发生概率增大。3 酸雨的治理措施31 不断完善环境法规建设 ，加强环保执法力度1990年 12月，国务院环境保护委员会第 19次会议上通过了关于控 制酸雨发展的意见的决议：1996年，全国人大批准的 国民经济和社会发 展九五计划和 2010远景目标纲要以及 国务院关于环境保护的若干问题的决定，都明确提出了酸雨控制区和二氧化硫污染控制区 (简称“二控区”)应对酸雨和二氧化硫污染进行重点治 理。因此，各级环保部门应加强环保宣 传，严格按照环境保护的法律和法规进行执法，充分发挥法律的作用。酸雨控制区二氧化硫排放负荷按 行业统计主要集中在电力、冶金和化 工建材等行业，其中，电力行业的二氧 化硫排放负荷最大。因此，应加快制订 电力行业的二氧化硫排放总量控制计 划，在“二控区”与大中城市禁止新建 火电厂；化工 、冶金等行业应着重生产的全过程监控，对工艺落后的小企业坚决关、停、并、转，执法必严，违法必究。 32 调整能源结构，优化能源质量我国