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第14章 大气污染(3)

此外,1995年10月,瑞典皇家科学院宣布,把当年诺贝尔化学奖授予P克鲁岑、M莫利纳和S罗兰三人,以表彰他们"在大气化学特别是在涉及臭氧的形成和分解方面取得的研究成果"。"三位科学家通过阐述对臭氧层厚度产生影响的化学机理,为我们寻找办法解决可能引起灾难性后果的全球环境问题做出了贡献"。这是首次在环境科学研究方面获得的诺贝尔奖,这说明了全世界对臭氧层破坏问题的重视,也说明了科学界在研究这一问题上的重大进展。

酸雨

概况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。所谓酸雨是指酸性的大气降水,它包括酸性雨、雪、雾、露等沉降,通常把pH值低于56的降水叫酸雨。实际上,大气环境酸化现象存在着两类互有密切联系的酸性物质大气沉降,即湿沉降和干沉降。前者即通常所说的酸雨,后者包括酸性气体、颗粒物及有关物质沉降,它们统称为酸沉降。近十几年来,酸沉降在世界许多地区频繁出现。早在1852年,在英国的一家科学杂志上,首次发表了曼彻斯特附近地区降雨中有硫酸的报道,而酸雨这个词则是1872年史密斯首次提出的。史密斯是英国化学家,是农业化学的创始人利比格的学生,他整理了对英格兰、苏格兰和爱尔兰等地降雨的调查报告,写出了《大气与降水——化学气候学的开端》一书,提出了酸雨的概念,所以有关酸雨的研究已有100多年历史,但是从科学的角度看来,酸雨仍然是一个虽已确认但还搞得不太清楚的问题。

在欧洲和北美,酸雨成了主要的环境问题。在亚洲和拉丁美洲的部分地区,酸雨也成为人们关注的环境问题。我国是继欧洲、北美洲之后的世界第三大重酸雨区。20世纪80年代,我国的酸雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的川贵两广地区,酸雨区面积为170万平方千米。到90年代中期,酸雨灾害已发展到长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区,酸雨面积扩大了100多万平方千米。以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区现已成为全国酸雨污染最严重的地区,其中心区年降酸雨频率(酸雨次数占总降雨次数的比例)高于90%,几乎到了"逢雨必酸"的程度。以南京、上海、杭州、福州、青岛和厦门为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨区。华北、东北的局部地区也出现酸性降水。酸雨在我国已呈燎原之势,覆盖面积已占国土面积的30%以上。

酸雨形成的原因酸雨的形成是一个极为复杂的大气物理和大气化学过程。降水在形成和降落过程中,会吸收大气中的各种物质,如果酸性物质多于碱性物质,就会形成酸雨。雨水的酸化主要是污染大气的SO2和NOx(主要指NO和NO2),两者在雨水中分别转化成H2SO4和HNO3,平均来讲,有80%~100%是硫酸和硝酸成分,而其中又以硫酸为主。酸雨的形成过程大致分为云内成雨过程和云下冲刷过程。前一过程包括水蒸气冷凝在含有SO-4、NO-3等的粒子上,在结核上或云滴吸收SO2、NOx以及气溶胶粒子在形成雨滴的过程中结合在一起。云下冲刷过程是将云下低层大气中各种酸性微粒、气体,通过吸附、冲刷然后降落到地面。一般认为酸雨是工业和民用燃煤或燃油排放的二氧化硫和氮氧化物转化为硫酸和硝酸而成的。我国酸雨大都是硫酸型的,硝酸含量不足总酸量的10%,但随着城市汽车的增加,酸雨中硝酸的成分有增加的趋势。

酸雨的危害酸雨落到地面与普通雨雪无多大区别,但是它对自然环境和人类健康的危害极大,主要表现在以下几个方面。

对人体健康的影响大气酸性污染物对人体健康的危害主要是通过酸雾来实现的。雾是一种低空降水形式,酸雾对人体的毒害比SO2气体可增大几倍。雾水的酸度比同一地区雨水酸度可高出10~100倍。这是因为雾是由悬浮在近地面的液态气溶胶组成的胶体系统,离污染源较近,能吸附、聚集较高浓度的酸性污染物;雾与雨相比水分含量少,稀释程度低,故酸化程度高。酸雾不仅刺激眼睛、皮肤,而且可以直接进入呼吸道,侵入肺部,引起肺水肿,甚至导致死亡。

造成地表水体酸化,危害水生生物生长,破坏渔业生产淡水湖泊酸度的增加已经成为欧洲和北美影响水生态系统的主要环境因素,瑞典已有21万个湖泊和6万米长的河流酸化;美国也发现在密歇根半岛上有10%的湖泊已经酸化,湖水pH值降到50以下,成为无色的酸湖。

破坏森林,危害农业酸雨腐蚀损害植物,影响光合作用,使陆地生态平衡遭到破坏,致使树木生长缓慢或造成农作物枯死、农业减产,对森林的破坏。

腐蚀金属,破坏铁路、桥梁等建筑酸雨可以使铁路、桥梁等建筑物的金属表面受到腐蚀,降低使用寿命。可以腐蚀油漆、皮革和纺织品,造成巨大的经济损失。

加速名胜古迹的风化与破坏酸雨可以使主要为石灰石(C2CO3)成分的纪念碑、塑像等受到腐蚀和破坏。酸雨正在和其他污染物一起把古希腊建筑溶化掉;法国里昂教堂表面受侵蚀,雕像的脸部已无凹凸感;我国的许多名胜古迹、各种石刻壁雕也在遭受酸雨的侵害。

防止酸雨的国际对策欧洲和北美国家经受多年的酸雨危害之后,认识到酸雨是一个国际环境问题,单独靠一个国家解决不了问题,只有各国共同采取行动,减少二氧化硫和氮氧化物的排放量,才能控制酸雨污染及其危害。目前,日本、美国等国试图建立东亚空气污染监测网,开展联合监测,逐步在东亚建立区域性酸雨控制体系。

从各国情况来看,控制酸性污染物排放和酸雨污染的主要途径有:对原煤进行洗选加工,减少煤炭中的硫含量;优先开发和使用各种低硫燃料,如低硫煤和天然气;改进燃烧技术,减少燃烧过程中二氧化硫和氮氧化物的产生量;采用烟气脱硫装置,脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物;改进汽车发动机技术,安装尾气净化装置,减少氮氧化物的排放。为了综合控制燃煤污染,国际社会提倡实施系列的包括煤炭加工、燃烧、转换和烟气净化各个方面技术在内的清洁煤技术。这是解决二氧化硫排放的最为有效的一个途径。美国能源部在20世纪80年代就把开发清洁能源和解决酸雨问题列为中心任务,从1986年开始实施了清洁煤计划,许多电站转向燃用西部的低硫煤。日本、西欧国家则比较普遍地采用了烟气脱硫技术。

控制酸雨污染是大气污染防治法律和政策的一个主要领域,它主要包括两方面的措施:一是直接管制措施,其手段有建立空气质量、燃料质量和排放标准,实行排放许可证制度;二是经济刺激措施,其手段有排污税费、产品税(包括燃料税)、排放交易和一些经济补助等。西方国家传统上比较多地采用了直接管制手段,但从20世纪90年代初以来,很注重经济刺激手段的应用。西欧国家较多应用了污染税(如燃料税和硫税)。美国1990年修订了清洁空气法,建立了一套二氧化硫排放交易制度。据估计,由于实施了交易制度,只需要酸雨控制计划原来估算费用的一半,就可以实现到2010年将全国电站二氧化硫排放量在1980年基础上削减50%的目标。目前,欧洲、北美、日本等在削减二氧化硫排放方面取得了很大进展,但控制氮氧化物排放的成效尚不明显。

近年来,我国环境保护工作虽取得一些成绩,但环境污染依然十分严重。以空气污染为例,2004年全国116亿的城市人口生活在空气质量劣于三级的环境中,细颗粒物污染较重。目前,中国二氧化硫排量居世界第一,酸雨区面积扩大,燃煤火电成为罪魁祸首。中国排放二氧化硫的90%、氮氧化物的70%来自燃煤,而其中的50%左右来自火电厂。2004年火电行业二氧化硫排放总量高达1300多万吨,2005年排放量接近1600万吨。因此,控制燃煤污染物排放是我国大气污染控制的主要任务,火电厂更是大气污染控制的重中之重。2005年8月,在中国电力论坛上,作为规划部门的国家发展和改革委员会表示,希望能够在今后电力建设中扭转这一趋势,加大水电、核电和可再生能源的比重,国家发展和改革委员会在今后规划中将适当控制燃煤火电比重。

最新研究表明,每排放一吨二氧化硫可造成近2万元的经济损失,这不仅影响了电力的可持续发展,更影响了中国可持续发展战略的实施。国家发展和改革委员会认为,"十一五"期间是建设和体制改革的重要时期,也是火电厂二氧化硫控制的关键时刻。如果以目前的脱硫比例和进程,全国电力的二氧化硫排放总量将超过2000万吨,我国的大气环境将不堪重负。国家发展和改革委员会在分析近年来火电厂发展过快的原因时发现,近年来由于电力需求旺盛,各地纷纷上马了新的电厂,这些新的电厂中有相当一部分是未经审批擅自建厂的,这种违规电厂一度达到了125亿千瓦,比重很大。其中有相当部分是135万千瓦以下的燃煤小机组。而且,由于核电、水电建设周期长,在经过审批的电厂中也是以燃煤火电为主。由此预测,在今后五年还将有更多的燃煤火电机组投产,电源结构中以煤为燃料的火电的比重还将进一步上升,水电、核电及其他可再生能源的比重会相对降低。今年水电的比重将下降到226%,中国能源对煤电更加倚重。预计"十一五"期间,煤电开工14亿千瓦以上。对煤炭生产运输和大气排放也带来了很大压力。国家发展和改革委员会在今后规划中将适当控制燃煤火电比重,但有"很大压力"。有人甚至主张不要审批了,这行不通。其实在市场经济发达的资本主义国家,在电站建设的审批上比我国还要严格。目前各地为了加快电厂建设,在申报新的电厂中往往还是以燃煤的火电厂为主。如果满足各地的申报要求,电源结构还将进一步恶化。国家发展和改革委员会由此明确表示:"作为规划部门的国家发改委在今后电站中希望能够扭转这一趋势,加大水电、核电和可再生能源的投资比重。"中国有着丰富的水能资源,截至去年底,以三峡机组五号的建成为标志,全国水电装机已经突破了1亿千瓦,达到108亿千瓦。而且下一步有待开发的水资源还很丰富,到2010年水电装机有望达到165亿千瓦,届时将占整个发电装机的239%;2020年水电装机可望达到246亿千瓦,届时水电装机将达到259%。针对近年来出现的从反对大坝到反对水电建设的声音,国家发展和改革委员会警告说,夸大水电建设的负面影响,阻挠水电建设,甚至不承认水电是可再生的清洁能源,将给水电建设带来消极影响。

对人体健康的危害

大气被污染后,由于污染物的来源、性质、浓度和持续时间的不同,污染地区的气象条件、地理环境等因素的差别,甚至人的年龄、健康状况的不同,对人均会产生不同的危害。

大气中有害物质主要通过下述三个途径侵入人体造成危害:第一,通过人的直接呼吸而进入人体;第二,附着在食物或溶于水,随饮水、饮食而侵入人体;第三,通过接触或刺激皮肤而进入到人体,尤其是脂溶性物质更易从完整的皮肤渗入人体。大气污染对人体的影响,首先是感觉上受到影响,随后在生理上显示出可逆性反应,再进一步就出现急性危害的症状。大气污染对人的危害大致可分为急性中毒、慢性中毒、致癌三种。

急性中毒存在于大气中的污染浓度较低时,通常不会造成人体的急性中毒,但是在某些特殊条件下,如工厂在生产过程中出现特殊事故,大量有害气体逸出,外界气象条件突变等,便会引起居民人群的急性中毒,使原来患有呼吸道慢性病和心脏病的人病情恶化或死亡。历史上曾发生过数起大气污染急性中毒的环境公害事件,最典型的是1948年的美国多诺拉事件和1952年的英国伦敦烟雾事件等环境公害事件。

慢性中毒大气污染对人体健康慢性毒害作用的主要表现是污染物质在低浓度、长期连续作用于人体后所出现的一般患病率升高。目前,虽然直接说明大气污染与疾病之间的因果关系还很困难,但根据临床发病率的统计调查研究证明,慢性呼吸道疾病与大气污染有密切关系。根据研究,吸烟与肺癌关系密切;城市肺癌发病率高于乡村。我国城市居民肺癌发病率也很高,其中最高的是上海市。城市居民呼吸系统疾病也明显高于郊区。通过北京市交通民警与园林工人呼吸道疾病的比较,无论是肺结核,还是慢性鼻炎或咽炎,交通民警的发病率都显著高于园林工人。另外,据比较,城市地区支气管炎患者也要比没有受到污染的农村高一倍。如果大气受氟化物污染,可以使人鼻黏膜溃疡出血,肺部有增殖性病变,儿童形成斑釉,严重时导致骨质疏松,易发生骨折。

致癌作用随着工业、交通运输业的发展,大气中致癌物质的含量和种类日益增多,比较确定有致癌作用的物质有数十种。例如,某些多环芳烃(如3,4-苯并芘)、脂肪烃类、金属类(如砷、铵、镍等)。这种作用是长期影响的结果,是由于污染物长时间作用于肌体,损害体内遗传物质,引起突变,如果诱发成肿瘤就称致癌作用;如果是使生殖细胞发生突变,后代机体出现各种异常,又称致畸作用;如果引起生物体细胞遗传物质和遗传信息发生突然改变作用,又称致突变作用。例如,20世纪50年代以来各国城市肺癌发病率普遍增高,这主要是因为城市大气烟尘污染严重和汽车废气排放量急剧增加所致。

对植物的危害大气污染对植物的危害,随污染物的性质、浓度和接触时间,植物的品种和生长期,气象条件等的不同而异。气体状污染物通常都是经叶背的气孔进入植物体,然后逐渐扩散到海绵组织、栅栏组织,破坏叶绿素,使组织脱水坏死,或干扰酶的作用,阻碍各种代谢机能,抑制植物的生长。粒状污染物质能擦伤叶面,阻碍阳光,影响光合作用,影响植物的正常生长。

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