书城科普读物探索神秘的大自然:风雨雷电的奥秘
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第56章 酸雨

被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的酸性降水叫酸雨。酸雨主要是人为地向大气中排放大量酸性物质造成的。我国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形成的,此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。近年来,我国一些地区已经成为酸雨多发区,酸雨污染的范围和程度已经引起人们的密切关注。什么是酸?纯水是中性的,没有味道;柠檬水、橙汁有酸味,醋的酸味较大,它们都是弱酸;小苏打水有略涩的碱性,而苛性钠水就涩涩的,碱味较大,苛性钠是碱,小苏打虽显碱性但属于盐类。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关;而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关;然后建立了一个指标:氢离子浓度对数的负值,叫pH值。于是,纯水(蒸馏水)的pH值为7;酸性越大,pH值越低;碱性越大,pH值越高。(pH值一般为0~14之间)未被污染的雨雪是中性的,pH值近于7;当它为大气中二氧化碳饱和时,略呈酸性(水和二氧化碳结合为碳酸),pH值为5.65。pH值小于5.65的雨叫酸雨;pH值小于5.65的雪叫酸雪;在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。

检验水的酸碱度一般可以用几个工具:石蕊试剂/酚酞试液/pH值试纸(精确率高,能检验pH值)/pH值计(能测出更精确的pH值)。

酸雨的危害

酸雨危害是多方面的,包括对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。酸雨可使儿童免疫功能下降,慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加,同时可使老人眼部、呼吸道患病率增加。酸雨还可使农作物大幅度减产。特别是小麦,在酸雨影响下,可减产13%~34%。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害,导致蛋白质含量和产量下降。酸雨对森林和其他植物危害也较大,常使森林和其他植物叶子枯黄、病虫害加重,最终造成大面积死亡。

酸雨可对森林植物产生很大危害。根据国内对105种木本植物影响的模拟实验,当降水pH值小于3.0时,可对植物叶片造成直接的损害,使叶片失绿变黄并开始脱落。叶片与酸雨接触的时间越长,受到的损害越严重。野外调查表明,在降水pH值小于4.5的地区,马尾松林、华山松和冷杉林等出现大量黄叶并脱落,森林成片地衰亡。例如重庆奉节县的降水pH值小于4.3的地段,20年生马尾松林的年平均高生长量降低50%。

酸雨对森林的影响在很大程度上是通过对土壤的物理化学性质的恶化作用造成的。在酸雨的作用下,土壤中的营养元素钾、钠、钙、镁会释放出来,并随着雨水被淋溶掉。所以长期的酸雨会使土壤中大量的营养元素被淋失,造成土壤中营养元素的严重不足,从而使土壤变得贫瘠。此外,酸雨能使土壤中的铝从稳定态中释放出来,使活性铝的增加而有机络合态铝减少。土壤中活性铝的增加能严重地抑制林木的生长。

酸雨可抑制某些土壤微生物的繁殖,降低酶活性,土壤中的固氮菌、细菌和放线菌均会明显受到酸雨的抑制。酸雨还可使森林的病虫害明显增加。在四川,重酸雨区的马尾松林的病情指数为无酸雨区的2.5倍。

酸雨对中国森林的危害主要是在长江以南的省份。根据初步的调查统计,四川盆地受酸雨危害的森林面积最大,约为28万公顷,占有林地面积的32%。贵州受害森林面积约为14万公顷。根据某些研究结果,仅西南地区由于酸雨造成森林生产力下降,共损失木材630万立方米,直接经济损失达30亿元(按1988年市场价计算)。对南方11个省份的估计,酸雨造成的直接经济损失可达44亿元。

现在大多数专家认为,森林的生态价值远远超过它的经济价值。虽然对森林的生态价值的计算方法还有一些争议,计算出来的数字还不能得到社会的普遍承认,但森林的生态价值超过它的经济价值,这几乎是一致的。根据这些计算结果,森林的生态价值是它经济价值的2~8倍。如果按照这个比例来计算,酸雨对森林危害造成的经济损失是极其巨大的。

酸雨的防治

控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的排放。

世界上酸雨最严重的欧洲和北美许多国家在遭受多年的酸雨危害之后,终于都认识到,大气无国界,防治酸雨是一个国际性的环境问题,不能依靠一个国家单独解决,必须共同采取对策,减少硫氧化物和氮氧化物的排放量。经过多次协商,1979年11月在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上,通过了《控制长距离越境空气污染公约》,并于1983年生效。《公约》规定,到1993年底,缔约国必须把二氧化硫排放量削减为1980年排放量的70%。欧洲和北美(包括美国和加拿大)等32个国家都在公约上签了字。为了实现许诺,多数国家都已经采取了积极的对策,制订了减少致酸物排放量的法规。例如,美国的《酸雨法》规定,密西西比河以东地区,二氧化硫排放量要由1983年的2000万吨/年,经过10年减少到1000万吨/年;加拿大二氧化硫排放量由1983年的470万吨/年,到1994年减少到230万吨/年,等等。目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有:

(1)原煤脱硫技术,可以除去燃煤中大约40%~60%的无机硫。

(2)优先使用低硫燃料,如含硫较低的低硫煤和天然气等。

(3)改进燃煤技术,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如,液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石,与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣排出。

(4)对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法,可以除去烟气中85%~90%的二氧化硫气体。不过,脱硫效果虽好但十分费钱。例如,在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用,要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。

(5)开发新能源,如太阳能、风能、核能、可燃冰等,但是目前技术不够成熟,如果使用会造成新污染,且消耗费用十分高。知识点氧化脱硫技术氧化脱硫技术是用氧化剂将噻吩类硫化物氧化成亚砜和砜,再用溶剂抽提的方法将亚砜和砜从油品中脱除,氧化剂经过再生后循环使用。目前的低硫柴油都是通过加氢技术生产的,由于柴油中的二甲基二苯并噻吩结构稳定不易加氢脱硫,为了使油品中的硫含量降到10μg/g,需要更高的反应压力和更低的空速,这无疑增加了加氢技术的投资费用和生产成本。而氧化脱硫技术不仅可以满足对柴油馏分10μg/g的要求,还可以再分销网点设置简便可行的脱硫装置,是满足最终销售油品质量的较好途径。