书城科普读物青少年身边的环保丛书:人类、自然与城市
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第18章 大气污染与治理

大气污染的因素

空气是无色、无臭、无味的混合气体,主要由氧、氮、氩组成(占99.96%),二氧化碳、臭氧、水蒸气、氖、氦等含量很少。一般情况下,它们在空气中的组成是保持相对恒定的,正常情况下空气是清洁的。然而由于人类的生产和生活活动,向大气中排出了许多物质,引起空气成分改变,对人类和其他生物产生不良影响。二氧化硫、飘尘、氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳、二氧化碳等是排放到大气中的主要污染物。

一切含硫燃料在燃烧过程中都产生二氧化硫。二氧化硫为刺激性气体,易溶于水,几乎全部被上呼吸道吸收,对眼和上呼吸道黏膜有强烈刺激作用。在潮湿的空气中能与水分子结合形成亚硫酸、硫酸,使其刺激作用增强。二氧化硫在空气中的本底值(未受污染的大气组分含量)是0.0002克/吨,当空气中二氧化硫浓度达0.3~1克/吨时,多数人就会感觉出来;达到3克/吨时,就有特殊的刺激气味;达到8克/吨时就会感到难受;20克/吨时可引起眼结膜炎、急性支气管炎;极高浓度时可致声门水肿、肺水肿和呼吸道麻痹。二氧化硫通过气孔进入植物叶子,破坏叶子内部组织,造成叶子变黄、卷叶,以致植物倒伏。二氧化硫排放进入大气后还可形成酸雨。酸雨使水质酸化,导致水生态系统变化,浮游生物死亡,鱼类繁殖受到影响。酸雨危害森林,破坏土壤,使农作物产量降低。酸雨还腐蚀石刻、建筑。

一氧化氮是一种无色无臭的气体,它在常温下很容易跟空气中的氧化合生成棕色、有刺激气味的二氧化氮。二氧化氮在空气中的本底值大约是0.001克/吨。二氧化氮有毒,空气中含量为0.1克/吨时,即可嗅到它的臭味;含量在150克/吨以上对人的呼吸器官就有强烈刺激作用,引起肺水肿,严重者可致肺疽,有生命危险。二氧化氮遇水便形成硝酸。酸雨就是水和硫酸、硝酸的混合物。

人为排放氧化物的重要原因是燃料在燃烧过程中助燃空气里的氮和氧在高温条件下作用生成一氧化氮,一氧化氮再氧化即成二氧化氮。例如汽油机和柴油机中油料燃烧后,汽缸里排出的气体中一氧化氮浓度可达4000克/吨;汽车加速时尾气中一氧化氮浓度可达6000克/吨;火力发电厂废气中的一氧化氮含量也可达到1000克/吨以上。而且燃烧温度越高,一氧化氮生成量越大。

从工厂烟囱排出来的高浓度氮氧化物是棕色气体,人们称之为黄龙。二氧化氮不但本身有毒,它在紫外线作用下还会产生臭氧。

工厂烟囱

一氧化碳是一种对血液神经有害的毒物,主要来自煤和石油的燃烧。一氧化碳进入体内,经肺泡进入血循环,主要与血红蛋白结合,导致肌体组织缺氧。实验表明,浓度大约为100克/吨的一氧化碳会使人产生晕眩、头痛或其他中毒症状。燃烧不完全时会产生大量一氧化碳。供氧不足的燃烧称作贫氧燃烧,产物即以一氧化碳为主。二氧化碳本身是没有毒性的,人体呼吸吐出的就是二氧化碳。但二氧化碳浓度的不断增加,对全球的气候却会产生不容忽视的影响。二氧化碳气体有一个特性,就是能够吸收红外光。

太阳辐射到地球上的可见光除少部分通过植物的光合作用将能量转换并贮存以外,大部分被云层、飘尘和地面反射回空间。反射是以红外光的形式进行的,但空气中二氧化碳气体却阻拦变成红外光的热能反射离开地表,于是地表附近的二氧化碳气体就起到了类似温室玻璃的作用,阳光可以射到温室里来,热量却散发不出去。这种“温室效应”能使地表低层大气温度升高,地表变暖。据调查,19世纪大气中二氧化碳浓度是290克/吨,现已达320克/吨以上。1885~1940年间,地球表面平均温度确实上升了0.6℃。有人认为,如果大气中二氧化碳继续增加,则50~100年内地球上的气温将升高好几度,赤道附近的干旱地区将大幅度扩大。而寒带和极地的冰川大量融化,几百年后海平面将升高5~10米,世界气候将发生灾难性的变化。

大气污染的危害

我国大气污染属煤烟型污染,以粉尘和酸雨危害最大,污染程度在加重。由于大气受到污染,一些地区开始形成酸雨区。我国的酸雨区主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。华中地区酸雨污染最重,其中心区域酸雨年均pH值低于4.0,酸雨频率在80%以上。西南地区以南充、宜宾、重庆和遵义等城市为中心的酸雨区,近年来有所缓减,但仅次于华中地区,其中心地区年均pH值低于5.0,酸雨频率高于80%。华东沿海地区的酸雨主要分布在长江下游地区以南至厦门的沿海地区,该区域酸雨污染强度较华中、西南地区弱,但区域分布范围较广,覆盖苏南、皖南、浙江大部及福建沿海地区。华南地区的酸雨主要分布于珠江三角洲及广西的东部地区,重污染城市降水年均pH值在4.5~5.0之间,中心区域酸雨频率在60%~90%。广西地区的酸雨污染较普遍,除南部滨海地区,大部分地区酸雨频率在30%以上,酸雨区沿湘桂走廊向东西扩展,东与珠江三角洲相连。

大气污染的治理

人类活动导致全球大气层的主要变化及环境问题可以归结为3个方面:1.大气中温室气体增加导致气候变化;2.大气臭氧层破坏;3.酸雨和污染物的越界输送。为了保护全球大气环境,改善本国的环境质量,一些国家在治理大气污染方面制定了新的计划。1996年,英国政府宣布实施为期10年的“全国空气质量战略”计划,以使下个世纪英国的空气变得清新。据统计,英国约20%的车辆造成了80%的汽车废气污染。为此,英国政府将授予地方政府权力以监督污染严重的汽车,地方政府将有权拦截这些汽车并起诉车主,地方政府还将有权封锁空气污染严重地区的交通,对进入市中心的车辆实施检证制等。汽车排放的废气是目前英国空气污染的罪魁祸首,治理汽车废气污染已势在必行。英国环境部说,空气污染每年使3000多英国人丧生,仅用于治疗因空气污染而引起的疾病的医疗费用每年就达23亿英镑。

我国已加入联合国《气候变化框架公约》和修正后的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,并已在制定履行这些国际公约和议定书的国家行动方案。我国已颁布了《中华人民共和国大气污染防治法》,防止大气污染和保护大气层是一项长期任务。

我国的资源特点和经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期存在,控制煤烟型大气污染将是我国大气污染控制的主要任务。其次,是注意和控制机动车辆的尾气排放。目前,在大气污染控制和酸雨防治方面存在的主要问题有:

几乎所有城市都存在烟尘污染问题,冬季的北方城市尤为严重。全国二氧化硫排放量逐年增长,并形成南方大面积酸雨区,已对森林、土壤、农作物和建筑造成危害。先进实用的控制技术仍十分缺乏,脱硫技术目前仅限于试验及示范工程,尚未大规模实际应用。中小型工业锅炉和炉窑的烟尘治理技术尚需新的突破,适合我国国情的致酸物质实用控制技术也十分缺乏,工业化起点低,生产规模小,污染物排放量大。如大电厂中小型发电机组的发电煤耗高出发达国家约30%;大量中小型水泥厂的水泥排尘量在3.5千克/吨的水平。

工业企业技术改造相当困难,过去20年全面进行技术改造的企业只占20%左右,而真正达到先进生产技术和现代管理水平的更少。历史欠账多,资金缺口大。对我国老的工业企业污染进行治理,费用至少需要2000亿元左右,筹集这样一笔资金是困难的,对于这类企业的污染治理必须走技术改造、清洁生产或产业结构和布局调整的道路。已经颁布的排放标准实施不力,主要是缺乏资金,缺乏测试设备,管理手段也不配套。适于我国大气污染控制的宏观调控政策运行机制尚未形成;现有政策制度尚未形成完善的体系,缺乏协调,限制了政策、制度在大气污染控制管理中的作用,缺乏有效的能源价格机制和环境经济政策。