酸雨的危害及其防治
摘要：酸雨是一种全球性的环境问题，它对生态系统、人类健康、材料等都具有很大危害。近几年我国酸雨面积和危害程度呈现继续扩大的趋势。本文结合我国典型的硫酸型酸雨特征，提出了可行的防治酸雨的具体对策。
关键词：酸雨；危害；防治对策
随着现代工业的发展、人口剧增和城市化的趋势，化石燃料能源——煤和石油等的消耗量日益增加，燃烧过程中排放的硫的氧化物和氮的氧化物越来越多，导致这些气态化合物在大气中反应生成硫酸和，这些酸性物质随雨雪等从大气层降落，形成“空中死神”——酸雨。酸雨对陆地生态系统和材料的危害及影响己成为举世瞩目的重大环境问题。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值在5.6～6.0之间。因此，一般地将pH值<5.6的降水称为酸雨。
绝大多数材料都是暴露在大气环境中的，大气腐蚀是一种材料(这种材料可以是一种金属的、石灰石的、玻璃的、聚合物或有涂层的材料)与周围的大气环境相互作用的结果。降雨作为影响大气腐蚀的重要影响因子，不仅在降雨过程中对材料具有冲刷作用，其在材料表面的沉积物也会对材料造成腐蚀。尤其近年来，随着大气环境的恶化，全球许多地区出现了酸性降雨。酸雨不仅破坏生态环境，而且能够大大加速材料的大气腐蚀速度，因此研究雨水酸化情况下材料的腐蚀和酸性降水对生物体的危害显得尤为重要。
1 我国的酸雨状况
随着亚洲经济的高速发展，以我国长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区为中心的亚洲地区已经成为继欧洲、北美之后世界第三大酸雨区。
1974年我国在北京开始对酸雨进行监测，1979年后各省区陆续开展了这方面的监测工作。1979年初在贵州省的松桃县和湖南省的长沙市、凤凰县等地首先发现酸雨，此后又相继在重庆、上海、南京、常州等地监测到酸雨。尤其在1982年夏季，重庆市连降酸雨，降水pH值大都在4.0以下，导致了大面积农作物受害及建筑物的严重腐蚀。为了掌握酸雨分布，国家环保部门于1982年建立了1个观测站、523个降水采样点的酸雨监测网。观测记录发现我国北方部分地区也开始出现酸性降水，如北京、天津、河北的秦皇岛和承德、山西的侯马、辽宁的大连、丹东、锦州、阜新、铁岭、葫芦岛、吉林的图们、陕西的渭南和商洛、甘肃的金昌降水年均pH值<5.6我国的酸雨区一般划分为华中、西南、华东和华南4个地区。华中酸雨区污染最为严重，其中以长沙、怀化、赣州、南昌为代表的湖南和江西省是华中酸雨区酸雨污染最严重的区域，其中心区年降酸雨频率高达90％，几乎到了逢雨必酸的程度；华南酸雨区主要分布在以珠江三角洲为中心的广东东南部和广西东部；西南酸雨区以四的宜宾、南充、贵州的遵义和重庆市为中心；华东酸雨区则分布范围较广，覆盖江苏省南部、浙江全省、福建沿海地区和上海，高酸雨频率(≥80％)和高酸度降水(pH≤4.5)的城市比例仅次于华中酸雨区。
目前，我国酸雨正呈蔓延之势，研究表明，我国pH <5.6的降水面积约占全国国土总面积(960万km )的40％，pH<5.6降水等值线也从长江以南地区大幅度地向西向北移动，越过了长江和黄河。酸雨监测结果表明，20世纪90年代全国降水酸度总体上保持稳定状态，2000年以后降水酸度呈现出总体升高的趋势,到2005年，降水中的硫酸根和根的平均浓度分别升高12％ 和40％。重酸雨区的面积由2002年占国土面积的4.9％增加到2005年的6.1％ 。
随着我国汽车保有量的显著增加，致酸物质的排放量却在持续增长，并慢慢导致我国酸雨污染类型发生转变，由原来的硫酸型逐步转变为硫酸、混合型。位于沿海发达地区的厦门、珠海降水中根与硫酸根浓度大体相当，酸雨已是硫硝混合型酸雨，而内陆的绝大多数城市硫酸根浓度远大于根浓度，仍然是硫酸型酸雨。
2 酸雨的危害
2．1 对水生生态系统的影响
酸雨可造成江、河、湖、泊等水体的酸化，致使生态系统的结构与功能发生紊乱。水体的pH值降到5.0以下时鱼的繁殖和发育会受到严重影响。水体酸化还会导致水生物的组成结构发生变化，耐酸的藻类、真菌增多，有根植物、细菌和浮游动物减少，有机物的分解率则会降低。流域土壤和水体底泥中的金属(例如铝)可被溶解进入水体中而毒害鱼类。例如，挪威南部5000个湖泊中有近2000个鱼虾绝迹。加拿大的安大略省已有4000多个湖泊变成酸性，鳟鱼和鲈鱼已不能生存。
2．2 对陆生生态系统的影响
酸雨可使土壤的物理化学性质发生变化，加速土壤矿物如Si、Mg的风化、释放，使植物营养元素特别是K、Na、ca、Mg等产生淋失，降低土壤的阳离子交换量和盐基饱和度，导致植物营养不良。酸雨还可以使土壤中的有毒有害元素活化，特别是富铝化土壤，在酸雨作用下会释放出大量的活性铝，造成植物铝中毒。同时酸性淋洗可导致土壤有机质含量轻微下降。受酸雨的影响，土壤中微生物总量明显减少，其中细菌数量减少最显著，放线菌数量略有下降，而真菌数量
则明显增加(主要是喜酸性的青霉、木霉)。特别是固氮菌、芽孢杆菌等参与土壤氮素转化和循环的微生物减少，使硝化作用和固氮作用强度下降，其中固氮作用强度降低80％，氨化作用强度减弱30％ ～50％ ，从而使土壤中氮元素的转化与平衡遭到一定的破坏。
酸雨除了通过进入土壤改变土壤性质，间接影响植物生长外还直接作用于植物，破坏植物形态结构、损伤植物细胞膜、抑制植物代谢功能。酸雨可以阻碍植物叶绿体的光合作用，影响种子的发芽率。酸雨对森林产生的危害最大，其对树木的伤害首先反映在叶片上，树木不同器官的受害程度为根>叶>茎。我国根据“七五”和“八五”的部分研究成果估算，仅酸雨污染较为严重的江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州等11个省(自治区)，因酸沉降引起的森林木材蓄积量减少所造成的直接经济损失每年就高达44亿元人民币，木材经济损失与森林生态效益经济损失比例为l：8。通过贵州、四川的马尾松和杉木的调查资料表明，降水pH值<4.5的林区，树林叶子普遍受害，导致林木的胸径、树高降低、林业生长量下降，林木生长过早衰退。我国的西南地区、四川盆地受酸雨危害的森林面积最大，约为27.56万km ，占林地面积的31.9％。四川盆地由于酸雨造成了森林生长量下降，木材的经济损失每年达1.4亿元，贵州的木材经济损失为0.5亿元。
2．3 酸雨对人体健康的影响和危害
酸雨对人类健康会产生直接或间接的影响。首先，酸雨中含有多种致病致癌因素，能破坏人体皮肤、粘膜和肺部组织，诱发哮喘等多种呼吸道疾病和癌症，降低儿童的免疫能力。其次，酸雨还会对人体健康产生间接影响。在酸沉降作用下，土壤和饮用水水源被污染；其中一些有毒的重金属会在鱼类机体中沉积，人类因食用而受害。据统计，欧洲一些国家每年因酸雨导致老人和儿童死亡的病例达千余人。
2．4 酸雨对建构筑物和材料的危害
酸雨地区的混凝土桥梁、大坝和道路以及高压线钢架、电视塔等土木建筑基础设施都是直接暴露在大气中，遭受酸雨腐蚀的。酸雨与这些基础设施的构筑材料发生化学的或电化学的反应，造成诸如金属的锈蚀、水泥混凝土的剥蚀疏松、矿物岩石表面的粉化侵蚀以及塑料、涂料侵蚀等。
2．4．1 酸雨对非金属建筑材料的破坏
酸雨能使非金属建筑材料(混凝土、砂浆和灰砂砖)表面硬化水泥溶解，发生材料表面变质、失去光泽、材质松散，出现空洞和裂缝，导致强度降低，最终引起构件破坏，这就是混凝土酸蚀作用。更严重的使混凝土大量剥落，钢筋裸露与锈蚀。
最近在建筑物中出现的“酸雨冰溜溜”，又是酸雨危害的一件新事物。混凝土因酸雨而溶解，然后在下滴过程中水分蒸发而硫酸钙等固体成分留了下来，形成类似石灰岩溶洞中的石钟乳。而下滴到地面上的硫酸钙留下来则形成“石笋”。之所以叫“冰溜溜”，是因为这种石钟乳很像冬季中从屋檐上流下来的冷水，在流动过程中逐渐结冰,形成下垂的“冰溜溜”。日本许多城市立交桥下和建筑物中都有这种酸雨冰溜溜。
2．4．2 酸雨对金属类建筑材料的破坏
研究表明，暴露在室外的钢结构建筑物，受酸雾的影响，腐蚀速率为0.2～0.4 mm／a，若直接受酸雨浇淋其腐蚀速率将>1 mm／a，明显高于无污染地区。如重庆市嘉陵江大桥腐蚀速度为0.16 mm／a，远超过瑞典的斯德哥尔摩大桥(腐蚀速度0.03 mm／a)，嘉陵江大桥每年防锈维护费用是南京长江大桥的1.4倍，但其钢梁长度仅是南京长江大桥的四分之一。南京的室外古青
铜天文仪器近年来的腐蚀速度上升为0.4 mm／100a，远远超过无污染大气时的0.1 mm／100a的腐蚀速度。在重庆、四川、贵州等地，电视铁塔、路灯电杆、汽车铁壳、输电铁架等受酸雨的损失费用明显高于其他地区。对于碳钢、Al、Zn、cu等4种材料来说，酸雨环境下的腐蚀速率明显高于非酸雨地区。对不同牌号的金属而言，酸雨地区相比其它非酸雨地区，其腐蚀破坏的严重程度也是不一样的，酸雨区Al的破坏性较非酸雨区高l3～20倍，Cu高出3～4倍，黑色金属高出2～3倍。
2．4．3 酸雨地区保护性涂(镀)层的腐蚀
汽车、摩托车、自行车、火车、电器以及许多的机械设备、电力和通信设备、基础工程建设设施和厂房建筑等，无不通过涂覆金属、非金属或有机涂层进行保护，一方面是提供漂亮外观，更主要是防止金属的腐蚀生锈。
在调查中发现，酸雨对这些保护层，特别是金属性保护层的破坏是非常快的。比如，在非酸雨环境下耐蚀性一般的电镀Cu／Ni／Cr产品件，保护寿命可维持2年以上，而采用厚Ni层／微孔镀Cr层的耐蚀体系或双Ni／微孔Cr体系可保持5～10年。萧以德等试验发现在江津地区酸雨环境下，即使采用耐蚀的双Ni／微孔Cr体系，仅使用1年就出现较严重锈蚀。就油漆类的防腐涂装而言，酸雨对漆膜的光泽颜色、粉化的破坏也较快，对普通油漆而言，使用1～2年，即出现明显失光和变色，3年后出现明显粉化缺陷。马鸣图等研究了重庆市公共汽车的腐蚀情况。重庆市公共汽车因环境腐蚀造成的每年涂装、2年换顶、4年进行面板和车顶更换、车身骨架维护的损失费总计达6147万元，平均每年1536.8万元，损失十分惊人。
3 酸雨的防治
3．1 酸雨防治的和国际协作
酸雨问题是一个全球性问题，1979年33个国家签订了远距离跨界大气污染公约(LRTAP)，这一公约为签约国建立了一个框架，使他们在框架内认识到跨界污染所引发的问题，并且接受了采取适当措施的责任。然而LRTAP一直没有采取实质性的措施来减少酸雨污染。直到1982年，德国生物学家Ulrich发现了一种新的称为“Waldsterben”的森林衰退现象，并推定是由酸雨引起的之后，酸雨才不再仅仅是斯堪的纳维亚存在的问题，而是潜在的整个欧洲的问题。1985年各国在LRTAP协定下签订了两份议定书：削减硫排放议定书(第一份硫议定书)和1988年在索非亚签订的稳定NOX排放议定书。各国逐渐开始致力于削减各种酸性污染物的排放，采取了一系列的措施削减来自畜牧业的氨排放等。
针对大气污染问题，美国早在1970年就制定了一部联邦法律——清洁大气法案(CAA)，用以控制来自面源、固定源和移动源的大气污染排放物。1990年美国国会启动了酸雨计划(ARP)，专门负责实施CAAA的第Ⅳ条款 川。1985年，加拿大建立了酸雨控制计划，要求将SO2的排放量在1980年的水平上降低40％。1991年，美国和加拿大签署了加拿大——美国大气质量协议(AQA)，正式开始了对酸雨问题的合作。1998年l0月，加拿大联邦、省及地方能源与环境签署了加拿大跨越2000酸雨策略(The Canada-Wide AcidRain Strmegy for Post-2000)。该策略的主要长期目标是“满足加拿大酸沉降的环境临界值”，直到对水生和陆地生态系统不再构成危害。
进人20世纪90年代，欧美各国由于多年来签署的各项协议的实施，SO2排放量得以削减，酸雨和酸沉降的威胁趋于缓和，而亚洲各国由于经济的快速发展，污染物排放量急剧增加，酸雨污染越来越严重。为了有效解决亚洲地区所出现的环境问题，从1992年开始，在亚洲地区启动了
“亚洲酸雨及其减排”项目。
在20世纪80年代，我国环保部门和林业部门报道了重庆马尾松和川东地区华山松林大面积衰亡的现象，以及城市建材、文物古迹等受酸雨腐蚀破坏的事例。我国对酸雨问题十分关注。1982年5月，环保办下达了“西南地区酸雨污染问题的研究”课题；1984年中国科学院下达了重点课题“西南地区酸雨成因、危害和防治对策研究”；1986年起国家正式将“酸雨来源、影响和控制对策”的研究，列为“七五”国家环保攻关课题，并分为西南地区和两广地区两大片。1991年，中国环境科学学会在焦作市召开了“中国酸雨发展趋势及控制对策学术讨论会”，交流己有的科研成果，总结经验，提出建议，促进了“七五”酸雨科研成果的推广。1998年1月，批准了“两控区”划分方案，并提出了相应的配套。1998年2月，国家环保总局召开了“两控区”工作会议，会上发布了《“两控区”酸雨和SO2污染综合防治行动方案》和《“两控区”酸雨和SO污染综合防治规划编制大纲》。2001年，国家环保总局组织编写了《“两控区”酸雨和SO2污染防治“十五”计划》，提出了“十五”期间“两控区”SO2总量控制目标、酸雨和空气质量目标，同时提出了降低煤炭含硫量、控制火电厂SO2排放等一系列酸雨和SO2综合防治措施以及相应的管理制度和经济，明确提出在“两控区”试行SO2排污交易制度。随着《国家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”规划》的实施，我国酸雨和SO2污染综合防治工作已经进入了实质性阶段，已经基本成型,“十一五”期间“两控区”治理酸雨和SO2污染的力度将进一步加大。
3．2 酸雨防治的具体对策
控制酸化的根本途径是减少或消除酸沉降的污染源，控制酸雨污染最根本的途径是控制二氧化硫和氮氧化合物的排放。由于我国的酸沉降是硫酸型的，因此硫沉降量的控制在我国酸沉降控
制中占主导地位。我国主要围绕对二氧化硫的控制来进行酸雨的防治。通常二氧化硫的排放控制可在燃料燃烧前、燃烧中和燃烧后进行。
3．2．1 燃烧前的控制
我国现在的主要能源是煤，并且短时期不会改变这种能源结构。在工业化国家应用较广泛的技术包括使用低硫燃料、煤炭加工技术(包括煤炭脱硫、脱灰、型煤技术等)及煤的气化。
3．2．2 燃烧过程控制
洁净煤技术是对燃烧设施进行改造或加入添加剂与目标污染物发生反应。中国洁净煤技术主要由以下几部分组成：煤炭加工技术(包括煤炭脱硫、脱灰、型煤技术等)、煤的高效燃烧技术(包括改进燃烧器结构及燃煤方法等方面)、煤炭转化技术(包括煤炭气化、液化及燃料电池等)，其中煤的高效燃烧技术是核心。据预测，我国二氧化硫的排放量在采用洁净煤技术后可从1995年的23.7 Mt减少到2050年的9.8 Mt，即此技术的削减贡献率为60％。
目前我国洁净煤技术的研究和实际应用还处于初级阶段，有很多工作要做，比如型煤技术，我国存在两大问题，一是型煤固硫技术落后，所能达到的固硫率平均只有50％左右，远低于美国和日本85％的水平，说明我国在这方面还有很大潜力，当前应大力开展固硫剂的筛选研究，提高固硫率。二是型煤化还未普及，使用散煤还很普遍，应加大型煤化推广力度。随着科技的发展，洁净煤技术的发展也越来越快，我国重庆就采用过从日本引进的生物煤球固硫技术并取得了较好的效果。
3．2．3 燃烧后的处理
控制和削减燃煤二氧化硫排放量是酸雨综合防治中最普遍采用的污染控制方法，目前主要是对燃烧过程中排放的烟气进行脱硫处理，以减少燃料燃烧后的二氧化硫的排放。国外成功经验证明烟气脱硫是控制酸雨和二氧化硫污染的最主要技术手段，也是唯一可大规模商业化推广应用的脱硫方式。按烟气脱硫的工艺特点，可将烟气脱硫分为湿法、干法和半干法三类。
除了上述围绕二氧化硫来控制酸雨之外，还应积极发展高效节能技术。如能源梯级利用(包括热电联产、热电冷联产、热电煤气联产等)，高效发电、输电、蓄电技术(包括超临界机组发电、联合循环发电、燃料电池、高效输电系统、电能储存技术等)，终端能源节约技术(包括电动机调速技术、高效加热技术、余热利用技术、热泵技术、保温技术、锅炉及工业窑炉自动控制技术等)。在条件允许的情况下，尽可能使用洁净能源，如大力发展城市燃气(天然气、液化石油气)，积极开发水能(水电)、核能、风能(风力发电)、太阳能、生物能、地热能、海洋能等洁净能源。
4 总结
我国酸雨污染严重，并且具有酸性降水频度高、酸度大、覆盖面积广的特点。从大量的实地调查结果显示，酸雨已经对生态系统、建构筑物、材料产生了严重影响，酸雨已经成为不容忽视的灾害之一，应给予足够的重视。
中国对酸雨虽然己经进行了近2O年的研究，但是研究的资金投入、研究规模和研究的深度都是远远不足的。国内对酸雨研究投入的资金，不足欧洲的1％，监测点的总数、密度和监测的项目都要比欧美少得多。因此有必要加大酸雨的研究和投资，为酸雨的防治打好基础。
我国酸雨综合治理应该是一个以防为主、防治结合、综合治理的过程。防与治之问是一个辩
证的关系，防是治的保证，治是防的手段，因此我们应该以此为总纲，结合我国实际情况在上、技术上全方位地展开酸雨防治工作。
