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第19章 大气污染物及防治(2)

世界气象组织及世界卫生组织所建议的计算紫外线指数标准方法为:度量直至400nm不同波长的太阳紫外线强度,将不同波长的太阳紫外线强度乘以"红斑作用光谱曲线"内对应的加权数值,以反映人类皮肤对紫外线的反应。将以上相乘的结果加起来,得出受红斑光谱加权后的总紫外线强度,单位是毫瓦/平方米。然后再将红斑光谱加权后的总紫外线强度乘以0.04以得出紫外线指数(每单位紫外线指数为25毫瓦/平方米)。例如,中午阳光最强的15min内平均紫外射线到达地面的辐射量为100毫瓦/平方米,则转换为紫外线指数为4。

紫外线指数可以帮助人们采取措施,适当预防紫外线辐射。当紫外线指数为0~2级时对人体无太大影响,外出时戴上太阳帽就行;当指数达3~4级时,外出除了戴上太阳帽,还要戴上太阳镜,并应涂上防晒霜,以避免皮肤受到太阳辐射的危害;当指数达到7~9级时,在上午10点到下午4点这段时间最好避免阳光直射;当指数大于等于10时,应尽量避免外出,因为此时的紫外线辐射极具伤害性。

臭氧空洞在大气中有一道可以吸收太阳光中紫外线的自然屏障,在离地面10~50km的大气层中含有稀薄的臭氧,总质量约30亿吨,其浓度相当于每十万个气体分子中只有一个臭氧分子,这就是臭氧层。臭氧只是大气的一种痕量成分,尽管它在大气中占有的比例很小,但臭氧却是地球生命的"保护伞",它可以吸收220~330nm的紫外线,所以在臭氧层中几乎所有的紫外线都被吸收,只有少量的紫外线透过臭氧层而抵达离地面较近的空间。220~330nm的紫外辐射对生物有杀伤力,所以臭氧层是地球上生物的保护层,有了它,地球上的生物才能生存。它可以吸收掉紫外线的99%,保护地球上的生物遭受过量紫外线辐射伤害,如果没有臭氧层的保护,整个地球上的生命就会灭亡。

然而,人类活动破坏了臭氧层,使大气中的臭氧总量明显减少,在南北两极上空下降幅度最大。在南极上空,约有2000多万平方千米的区域为臭氧稀薄区,其中14~19km上空的臭氧减少达50%以上,科学家们形象地将之称为"臭氧空洞"。臭氧水平的持续降低,将会使人类受到过量的太阳紫外辐射,导致皮肤癌等疾病的发病率显著增加。

蒙特利尔议定书自从1977年开始观察南极上空以来,每年都在9~11月发现有"臭氧空洞"。这个发现引起举世震惊。1987年9月,由联合国环境规划署(United Nations Environment Programme,简称UNEP)组织的"保护臭氧层公约关于含氯氟烃议定书全权代表大会"在加拿大蒙特利尔市召开。24个国家签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(以下简称《议定书》)。1990年6月,在伦敦召开的缔约方第2次会议通过了《议定书》修正案。由于修正案基本上反映了发展中国家的意愿,包括印度在内的许多发展中国家,都纷纷表示将加入修正后的《议定书》。1991年6月14日,中国政府代表团宣布了中国政府正式加入修正后《议定书》的决定。

《议定书》的主要内容包括:

(1)规定了受控物质的种类受控物质有两类共8种。第一类为5种CFCs,分别为:CFC-11(CFCl3),CFC-12(CF2Cl2),CFC-22(CHF2C1),CFC-113(C2F3C13),甲基氯仿CH3CCl3;第二类为3种哈龙,分别为:哈龙-1301CF3Br,哈龙-1211CF2ClBr,哈龙-2402C2F4Br2。

(2)规定了控制限额的基准《议定书》规定了生产量和消费量的起始控制限额基准,发达国家生产量与消费量的起始控制限额都以1986年的实际发生数为基准;发展中国家以1995~1997年实际发生的3年平均数或每年人均0.3kg,取其低者为基准。

(3)规定了控制时间发达国家的开始控制时间,对于第一类受控制物质(CFCs),其消费量自1989年7月1日起,生产量自1990年7月1日起,每年不得超过上述限额基准。1993年7月1日起,每年不得超过限额基准的80%。自1998年7月1日起,每年不得超过限额基准的50%。对于第二类受控物质(哈龙),其消费量和生产量自1992年1月1日起,每年不得超过限额基准。发展中国家的控制时间表比发达国家相应延迟10年。

(4)确定了评估机制《议定书》规定从1990年起,其后至少每4年,各缔约方应根据可以取得的科学、环境、技术和经济资料,对规定的控制措施进行一次评估。

酸雨酸雨是一种会蜇人的雨,它落到人的脸上,像虫咬一样"蜇"人。这种雨含有带刺激性的物质,并带有明显的酸性。根据这种雨的特点,人们给它取名为"酸雨"。

通常我们把pH值小于5.6的雨叫酸雨,酸雨中含有硫酸、亚硫酸和硝酸等酸性物质,其90%的酸度来源于硫酸和硝酸。我国能源以煤炭为主,而煤中硫含量较高,同时煤中还含有一定量的氮,硫或含硫物质(煤、油)在空气中燃烧时产生二氧化硫,含氮的燃料燃烧产生NOx,SO2和NOx是我国某些地区大气中的主要污染物,SO2和NOx的浓度是目前我国空气污染指数的两种主要监测物质。SO2和NOx本身以及它们的氧化物SO3和NO2溶于水,形成硫酸和硝酸,导致大面积的酸雨区。

酸雨的直接危害(1)危害人类健康酸雨中的SO2对呼吸道有刺激作用,轻者会引起咳嗽、声音嘶哑,重者可令人感到呼吸急促、胸痛等,若长期吸入SO2,可发生肺气肿和肺心病。调查发现,与清洁地区相比较,酸雨污染区儿童的血压有下降趋势,红细胞及血红蛋白偏低,而白细胞数则较高。

酸雨除了对人体的呼吸系统有危害外,对人体的免疫系统也有危害。实验室的研究证明,酸雨对呼吸道中起主要防御功能的肺巨噬细胞有破坏作用,其后果将会使呼吸道出现感染,肺肿瘤等发生机会大大增加。由于酸雨可使土壤中镉的含量增加,故在这些土壤上生长的农作物镉的含量相继也会增加,人类吃了这些粮食,会影响自身的健康。

有报道称,酸雨可导致结肠癌、肾病、眼疾和先天性缺陷患者大量增加。酸雨还可以导致老年性痴呆症的发生。

(2)破坏生态系统酸雨使河流湖泊变成酸性,这样的水质不适合鱼类等生物的生存条件。受酸雨的影响,许多湖泊的酸度增加,浮游生物的种类减少,这将影响水里生态系统中食物的供应。我国南方土壤本来多呈酸性,再经酸雨冲刷,加速了酸化过程;我国北方土壤呈碱性,对酸雨有较强缓冲能力。土壤酸化后,改变了土壤结构,令土壤板结,导致土壤贫瘠化,影响植物正常发育,使作物减产;酸雨还会损坏植物叶子表面的保护层,降低光合作用。酸雨在外观上对植物的作用表现为漂白的斑点、抑制生长、落叶和产量降低。酸雨使森林衰退,酸雨可造成森林叶面损伤和坏死。产生早落叶,林木生长不良,以致单株枯死等现象。酸雨的另外一个特点是可以漂移,能造成大范围公害。

(3)损害建筑酸雨对金属、石料、木料、水泥等建筑材料有很强的腐蚀作用。酸雨能使非金属建筑材料(混凝土、砂浆和灰砂砖)表面硬化的水泥溶解,出现裂缝和空洞,导致强度降低,从而腐蚀建筑和古迹。科学家曾收集许多被酸雨毁害的石灰石和大理石建筑材料,分析发现该样品的碳酸盐的颗粒中总是嵌入硫酸钙晶体。如砂浆混凝土墙面经酸雨长期侵蚀后,会出现"白霜",此"白霜"即硫酸钙。到现在为止,世界上已有许多古建筑和石雕艺术品遭到酸雨的腐蚀破坏。酸雨还直接危害电线、铁轨、桥梁和房屋等。

空气中二氧化硫的作用使希腊雅典城的阿克罗波利斯博物馆的大理石雕像和建筑物发生使人惊慌的剥蚀。由于一切妥善保护大理石的覆盖层均告失败,唯一已知的解决办法是把珍贵物品移入有空调的博物馆。

对酸雨的防治(1)减少二氧化硫的排放量。SO2的净化技术按煤使用的不同过程可分为燃烧前、燃烧中和烟气脱硫。煤燃前脱硫是指煤洗选技术、煤气化技术和水煤浆技术。目前一些发达国家煤炭洗选率高达90%以上。煤燃烧中脱硫技术是指煤燃烧中生成的SO2与加入的固硫剂(石灰浆或石灰粉)反应生成硫酸盐而进入到灰渣中。烟气脱硫指用石灰浆或石灰石在烟气吸收塔内脱硫。石灰石的脱硫效率是85%~90%,石灰浆法脱硫比石灰石法快而完全,效率可达95%。

(2)调整民用燃料结构,实现燃料气体化,最好能做到城市集中供热。开发无污染的能源也可减少二氧化硫的排放量。

(3)减少烟道气中氮氧化物的排放量,如用铂、铜等金属作催化剂,以氢气、氨或甲烷作还原剂,把氮氧化物还原成氮气。

(4)加强对汽车尾气的控制,如限制车速、改进发动机结构和添加防污装置。

气象部门对酸雨的监测资料显示,中国酸雨区总的来说呈东北至西南走向,酸雨区主体位于长江以南的广大地区,另外,北方也存在小范围的酸雨区。从全国范围来看,近15年,酸雨区总体上呈范围扩大、强度稍有减弱的趋势。北方酸雨区范围扩大明显,南方酸雨区范围基本保持不变。

另外,治理酸雨还可以用清洁能源来取代燃煤,除以上提到的太阳能、风能和核能外,使用生物质做燃料可以在一定程度上避免酸雨的危害。

生物质能在新能源中,生物质能源是未来最重要的能源形式之一。据专家预测,到2050年,利用农、林业剩余物,以及种植和利用能源作物等生物质能源,有可能提供世界60%的电力和40%的燃料。生物质能是我国仅次于煤的第二大能源,占全部能源消耗总量的20%,发展生物质能源对我国这样的农业大国意义更为重大。生物质能的原料主要是谷物、秸秆、劣质食用油、薯类、甘蔗等及新培育的各种能源植物。

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