酸雨的成因、危害及控制策略

引言

多重因素導(dǎo)致酸雨，酸雨污染問題呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域性特點(diǎn)。我國(guó)實(shí)施雙控區(qū)政策幾年來，情況有了一定改善。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，酸雨出現(xiàn)頻率與二氧化硫的監(jiān)測(cè)值無顯著因果關(guān)系。只有隨著監(jiān)測(cè)能力的增強(qiáng)和監(jiān)測(cè)手段的改進(jìn)，不斷擴(kuò)大區(qū)域間合作交流，才能實(shí)現(xiàn)在酸雨污染問題分析、研究、控制能力上的突破。

酸雨的成因

硫化物、氮氧化物的來源

大氣中的硫和氮的氧化物存在自然和人為兩個(gè)來源，二氧化硫的自然來源包括微生物活動(dòng)和火山活動(dòng)，含鹽的海水飛沫也增加大氣中的硫，自然排放大約占大氣中全部二氧化硫的50%。由于自然循環(huán)過程，自然排放的硫基本上是平衡的。人為排放的硫大部分來自貯存在煤炭、石油、天然氣等化石燃料中的硫，在燃燒時(shí)以二氧化硫形態(tài)釋放出來，其他一部分來自金屬冶煉和硫酸生產(chǎn)過程。

隨著化石燃料消費(fèi)量的不斷增長(zhǎng)，全球人為排放的二氧化硫不斷增加，其排放源主要分布在北半球，產(chǎn)生了全部人為排放的二氧化硫的90%。天然和人為來源排放了幾乎同樣多的氮氧化物。天然來源主要包括閃電、林火、火山活動(dòng)和土壤中的微生物過程，廣泛分布在全球，對(duì)某一地區(qū)的濃度不發(fā)生什么影響。人為排放的氮氧化物主要集中在北半球人口密集的地區(qū)。機(jī)動(dòng)車排放和電站燃燒化石燃料差不多占氮氧化物人為排放量的75%。

非單一因素導(dǎo)致酸雨

有人認(rèn)為：SO2排放量越大，地面SO2濃度就越大，就會(huì)形成酸雨，成為酸雨區(qū)。其實(shí)，并非如此，而是多重因素導(dǎo)致酸雨。實(shí)際上，酸雨的形成系在高空，是各種酸堿物質(zhì)相互作用中和的結(jié)果;如果酸堿物質(zhì)同時(shí)排放量大，可能在高空雨云中，或在降雨的洗脫過程中，彼此中和，并不形成酸雨。

酸雨污染問題呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域性特點(diǎn)。高空中酸性物質(zhì)也可經(jīng)大氣輸送，在空氣動(dòng)力的推動(dòng)下飄浮到數(shù)百以至數(shù)千公里以外，變?yōu)楫?dāng)?shù)氐乃嵊?。例如，舟山群島和南海諸島居民不多，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，但仍處于酸雨區(qū)域之中，其酸性物質(zhì)就是從我國(guó)東南沿海省份吹過來的。再例如，我國(guó)甘肅省東南部武都地區(qū)，經(jīng)濟(jì)也欠發(fā)達(dá)，也處于酸雨區(qū)域之內(nèi)，當(dāng)?shù)卮髿庵兴嵝晕镔|(zhì)系由四川盆地吹過來的。陜南漢中盆地和商洛地區(qū)也存在類似情況，有幸的是，高高的秦嶺擋住了南來的酸霧，形成了陜南酸雨地區(qū)與非酸雨地區(qū)的天然屏障。1998年上半年，中國(guó)南極長(zhǎng)城站八次測(cè)得南極酸性降水，其中一次pH值為5.46，當(dāng)刮偏南風(fēng)或偏東風(fēng)時(shí)，南極大陸因?yàn)闆]有人為排放，大氣是新鮮的，所以測(cè)得降水的都接近于中性；當(dāng)刮西北風(fēng)時(shí)，來自南美洲和亞太地區(qū)的大氣污染物將吹到中國(guó)南極站所處的南極半島，遇到降水，形成酸雨。

酸雨的危害

損害生物和自然生態(tài)系統(tǒng)

酸雨降落到地面后得不到中和，可使土壤、湖泊、河流酸化。湖水或河水的PH值降到5以下時(shí)，魚的繁殖和發(fā)育會(huì)受到嚴(yán)重影響；土壤和底泥中的金屬可以被溶解到水中，毒害魚類；同時(shí)水體酸化還可能改變水生生態(tài)系統(tǒng)。

酸雨還抑制土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定，淋洗土壤中鈣、鎂、鉀等營(yíng)養(yǎng)因素，使土壤貧瘠化。酸雨損害植物的新生葉芽，從而影響其生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的退化。

從歐美各國(guó)的情況來看，歐洲地區(qū)土壤緩沖酸性物質(zhì)的能力弱，酸雨危害的范圍還是比較大的，如歐洲30%的林區(qū)因酸雨影響而退化。在北歐，由于土壤自然酸度高，水體和土壤酸化都特別嚴(yán)重，特別是一些湖泊受害最為嚴(yán)重，湖泊酸化導(dǎo)致魚類滅絕。另據(jù)報(bào)道，從1980年前后，歐洲以德國(guó)為中心，森林受害面積迅速擴(kuò)大，樹木出現(xiàn)早枯和生長(zhǎng)衰退現(xiàn)象。加拿大和美國(guó)的許多湖泊和河流也遭受著酸化危害。美國(guó)國(guó)家地表水調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，酸雨造成75%的湖泊和大約一半的河流酸化。加拿大政府估計(jì)，加拿大43%的土地（主要在東部）對(duì)酸雨高度敏感，有14000個(gè)湖泊是酸性的。

腐蝕建筑材料及金屬結(jié)構(gòu)

酸雨腐蝕建筑材料、金屬結(jié)構(gòu)、油漆等。特別是許多以大理石和石灰石為材料的歷史建筑物和藝術(shù)品，耐酸性差，容易受酸雨腐蝕和變色，如我國(guó)的樂山大佛、加拿大的議會(huì)大廈都不同程度地受到酸雨的侵蝕。

對(duì)人體健康的影響

一是通過食物鏈?zhǔn)构U等重金屬進(jìn)入人體，誘發(fā)癌癥和老年癡呆；二是酸霧侵入肺部，誘發(fā)肺水腫或?qū)е滤劳?；三是長(zhǎng)期生活在含酸沉降物的環(huán)境中，誘使產(chǎn)生過多氧化脂，導(dǎo)致動(dòng)脈硬化、心梗等疾病概率增加。

酸雨控制戰(zhàn)略

國(guó)際間的合作與戰(zhàn)略

歐洲和北美國(guó)家經(jīng)受多年的酸雨危害之后，認(rèn)識(shí)到酸雨是一個(gè)國(guó)際性環(huán)境問題，單獨(dú)靠一個(gè)國(guó)家解決不了問題，只有各國(guó)共同采取行動(dòng)，減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。1979年11月，在日內(nèi)瓦舉行的聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的環(huán)境部長(zhǎng)會(huì)議上，通過了“控制長(zhǎng)距離越境空氣污染公約”，1983年，歐洲各國(guó)及北美的美國(guó)、加拿大等32個(gè)國(guó)家在公約上簽字，公約生效。1985年，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的21個(gè)國(guó)家簽署了赫爾辛基議定書，規(guī)定到1993年底，各國(guó)需要將硫氧化物排放量削減到1980年排放量的70%，即比1980年水平削減30%。議定書于1987年生效。目前，日、美等國(guó)試圖建立東亞空氣污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)，開展聯(lián)合監(jiān)測(cè)，逐步在東亞建立區(qū)域性酸雨控制體系。

從各國(guó)情況來看，控制酸性污染物排放和酸雨污染的主要途徑有：（1）對(duì)原煤進(jìn)行洗選加工，減少煤炭中的硫含量；（2）優(yōu)先開發(fā)和使用各種低硫燃料，如低硫煤和天然氣；（3）改進(jìn)燃燒技術(shù)，減少燃燒過程中二氧化硫和氮氧化物的產(chǎn)生量；（4）采用煙氣脫硫裝置，脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物；（5）改進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，安裝尾氣凈化裝置，減少氮氧化物的排放。

為了綜合控制燃煤污染，國(guó)際社會(huì)提倡實(shí)施系列的包括煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換和煙氣凈化各個(gè)方面技術(shù)在內(nèi)的清潔煤技術(shù)，這是解決二氧化硫排放的最為有效的一個(gè)途徑。美國(guó)能源部在20世紀(jì)80年代就把開發(fā)清潔能源和解決酸雨問題列為中心任務(wù)，從1986年開始實(shí)施了清潔煤計(jì)劃，許多電站轉(zhuǎn)向燃用西部的低硫煤。日本、西歐國(guó)家則比較普遍地采用了煙氣脫硫技術(shù)。

控制酸雨污染是大氣污染防治法律和政策的一個(gè)主要領(lǐng)域，它主要包括兩方面的措施：一是直接管制措施，其手段有建立空氣質(zhì)量、燃料質(zhì)量和排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行排放許可證制度；二是經(jīng)濟(jì)刺激措施，其手段有排污稅費(fèi)、產(chǎn)品稅（包括燃料稅）、排放交易和一些經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助等。西方國(guó)家傳統(tǒng)上比較多的采用了直接管制手段，但從90初年代以來，很注重經(jīng)濟(jì)刺激手段的應(yīng)用。西歐國(guó)家較多應(yīng)用了污染稅（如燃料稅和硫稅）。美國(guó)1990年修訂了清潔空氣法，建立了一套二氧化硫排放交易制度。據(jù)估計(jì)，由于實(shí)施了交易制度，只需要酸雨控制計(jì)劃原來估算費(fèi)用的一半，就可以實(shí)現(xiàn)到2010年將全國(guó)電站二氧化硫排放量在1980年基礎(chǔ)上削減50%的目標(biāo)。

目前，歐洲、北美、日本等在削減二氧化硫排放方面取得了很大進(jìn)展，但控制氮氧化物排放的成效尚不明顯。

我國(guó)的酸雨控制的戰(zhàn)略及現(xiàn)狀

（1）控制戰(zhàn)略。我國(guó)是個(gè)法制國(guó)家，污染控制不能只靠輿論，必須有法可依。1995年8月，全國(guó)人大常委會(huì)通過了新修訂的《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，其中明確規(guī)定要在全國(guó)劃定酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)，以求在雙控區(qū)內(nèi)強(qiáng)化對(duì)酸雨和二氧化硫的污染控制。一方面，這代表政府對(duì)酸雨控制的重視，要付諸于行動(dòng)；另一方面，這也表達(dá)了控制酸雨的戰(zhàn)略:抓住重點(diǎn)，抓住關(guān)鍵，加大投入，解決問題。

我國(guó)實(shí)施雙控區(qū)政策幾年來，情況有了一定改善。1999年底，列入雙控區(qū)的175個(gè)城市中已有98座城市實(shí)現(xiàn)了二氧化硫濃度達(dá)標(biāo)，在未來十年內(nèi)，情況會(huì)有明顯改變。大城市中，應(yīng)改變無組織取暖和分散的小煤球爐炊飯的混亂狀況。發(fā)展城市煤氣，天然氣和液化石油氣以代替燃煤；發(fā)展居住小區(qū)集中供熱，代替分散供熱。目前，我國(guó)特大城市，如北京，上海和天津已完成改造任務(wù)的60%以上。其結(jié)果是相當(dāng)數(shù)量削減酸性物質(zhì)向大氣的排放。

（2）現(xiàn)狀。中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位的研究結(jié)果表明，由二氧化硫等導(dǎo)致的酸雨污染每年給我國(guó)造成損失超過1100億元，整個(gè)大氣污染所造成的損失每年約占我國(guó)GDP的2%至5%。專家指出，這一估算沒有考慮大氣污染對(duì)水體以及對(duì)材料、建筑物腐蝕的影響，因而所得的結(jié)果仍是偏低的。全國(guó)開展監(jiān)測(cè)的338個(gè)城市中，63.5%的城市超過國(guó)家空氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，處于中度或嚴(yán)重污染狀態(tài)。燃煤產(chǎn)生的二氧化硫、氮氧化物在一定條件下形成酸雨。繼北歐、北美之后，我國(guó)青藏高原以東、長(zhǎng)江干流以南已經(jīng)成為世界第三大酸雨區(qū)，61.8%的南方城市出現(xiàn)酸雨，酸雨面積占國(guó)土面積的30%，區(qū)域性酸雨污染嚴(yán)重。二氧化硫污染和酸沉降污染已經(jīng)對(duì)我國(guó)的自然資源、生態(tài)系統(tǒng)、材料、能見度和公眾健康構(gòu)成了威脅，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾的正常生活。目前，燃煤電廠以高架源形式排放的二氧化硫是形成酸雨的主要原因。2002年，我國(guó)燃煤電廠二氧化硫排放量占全國(guó)排放總量的34.6%，達(dá)到666萬噸。按照目前的排放控制水平，預(yù)計(jì)到2005年，火電排放的二氧化硫?qū)⑦_(dá)到1186萬噸?？刂迫济弘姀S大氣污染物排放，已成為改善我國(guó)空氣質(zhì)量和控制酸雨污染的關(guān)鍵。

圖1 2006-2010年降水pH值年變化

表1 2006-2010年安慶市降水監(jiān)測(cè)結(jié)果

表2 2006～2010年降水pH年均值趨勢(shì)判斷

圖2 二氧化硫排放量與酸雨相關(guān)性分析

以筆者所在城市安徽省安慶市為例，城市人口約40萬，建成區(qū)面積約30平方公里，安慶市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站處于國(guó)家監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的終端，主要利用離子色譜與酸度計(jì)進(jìn)行常規(guī)降水分析，常年酸雨發(fā)生率較低，一方面對(duì)酸性降水的現(xiàn)實(shí)危害與間接危害缺乏基本的調(diào)查，另一方面城市居民并未感受到酸雨的直接危害，因此對(duì)于酸雨問題技術(shù)投入、資金投入十分有限，缺乏控制酸雨的長(zhǎng)效機(jī)制，以下列舉2006-2010年的監(jiān)測(cè)結(jié)果，以尋找規(guī)律。

2006年-2010年全市降水pH年均值范圍為5.10～6.39，其中2006年-2009年降水均在酸雨臨界值（pH=5.6）之下，全市受酸雨輕度污染。2010年降水pH年均值最高，pH=6.39；2007年平均值最低，pH=5.10。年酸雨頻率2010年最低，為1.3%；2009年最高，為33.6%。酸雨量占總雨量的百分比2010年最低，為1.0%；2009年最高為38.4%。監(jiān)測(cè)結(jié)果詳見表1。

2006年-2010年降水pH年均值呈波動(dòng)狀態(tài)（見圖1）。

采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行變化趨勢(shì)分析，分析結(jié)果見表2。降水pH年均值表現(xiàn)為不顯著的上升趨勢(shì)。

安慶市降水中硫酸根離子濃度最高，其次是硝酸根離子，表現(xiàn)出硫酸型酸雨的特征。二氧化硫是形成酸雨的主要污染物。

2006年-2007年全市二氧化硫排放量有所增加，增長(zhǎng)率為17.11，而2007-2009年呈逐年下降趨勢(shì)，2009年比2007年下降了42.66%；雖然“十一五”期間二氧化硫年平均濃度值整體呈上升趨勢(shì)，但在2008年以后有一定的下降趨勢(shì)。與2005年相比，2010年降水pH值上升了0.90。以2005年-2010年二氧化硫排放總量與酸雨pH值進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)二者之間存在弱的負(fù)相關(guān)性，見圖2，說明二氧化硫排放量的減少是酸雨頻率降低的重要原因,但由于監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域所限，我站目前尚無能力深入分析，只能進(jìn)行基礎(chǔ)性的記錄和描述。只有隨著監(jiān)測(cè)能力的增強(qiáng)和監(jiān)測(cè)手段的改進(jìn)，不斷擴(kuò)大區(qū)域間合作交流，才能實(shí)現(xiàn)在酸雨污染問題分析、研究、控制能力上的突破。