酸雨的危害与防治
摘要：被大气中存在的酸性气体污污染，ph值小于5.65的降水叫酸雨。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。而许多国家也把控制酸雨列为重大科研项目，采取各项措施积极行动。
关键词：酸雨 形成 危害 防治
正文：
随着现代社会的发展，工业也在不断发展，所带来的环境污染也日趋严重，其中酸雨的问题尤为突出严重，笔者通过查阅资料对酸雨的形成、危害及防治浅谈几点思考，形成此文。
近代工业革命，从蒸汽机开始，锅炉烧煤，产生蒸汽，推动机器；而后火力电厂星罗棋布，燃煤数量日益猛增。遗憾地是，煤含杂质硫，约百分之一，在燃烧中将排放酸性气体 SO₂；燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化，氧气与氮气化合，也排放酸性气体NOx。它们在高空中为雨雪冲刷，溶解，雨成为了酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦敦市雨水成份，发现它呈酸性，且农村雨水中含碳酸铵，酸性不大；郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性；市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐，呈酸性。于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨：化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词。 酸雨的正式名称是酸性沉降，它可分为”湿沉降”与”干沉降”两大类，前者是指所有气状污染物或颗粒污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水形态而落到地面者，后者指在不下雨的日子，从天空降下来的落尘所带的酸性物质。
狭义酸雨英文名为acid rain，是指pH值小于5.65的酸性降水。雨水被大气中存在的酸性气体污染，pH小于5.65的酸性降水叫酸雨。酸雨主要是人为的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，多为硫酸雨，少硝酸雨，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。于是，纯水（蒸馏水）的pH为7；酸性越大，pH越低；碱性越大，pH越高。（pH一般为0-14之间)未被污染的雨雪是中性的，pH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为5.65。pH小于5.65的雨叫酸雨；pH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试纸（精确率高，能检验pH）\pH计（能测出更精确的pH值）。
酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。主要分为天然排放和认为排放。
1． 天然排放：
①海洋：海洋雾沫，它们会夹带一些硫酸到空中；
②生物：土壤中某些机体， 如动物死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物，继而转化为二氧化硫；
③火山爆发：喷出可观量的二氧化硫气体；
④森林火灾：雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然硫氧化物排放源，因为树木也含有微量硫；
⑤闪电：高空雨云闪电，有很强的能量，能使空气中的氮气和氧气部分化合生成一氧化氮，继而在对流层中被氧化为二氧化氮：
N₂+O₂==放电==2NO 2NO+O₂======2NO₂
氮氧化物即为一氧化氮和二氧化氮之和，与空气中的水蒸气反映生成硝酸。 ⑥细菌分解： 既使是未施过肥的土壤也含有微量的硝酸盐，土壤硝酸盐在土壤细菌的帮助下可分解出一氧化氮，二氧化氮和氮气等气体。
煤、石油和天然气等化石燃料燃烧，无论是煤，或石油，或天然气都是在地下埋藏多少亿年，由古代的动植物化石转化而来，故称做化石燃料。科学家粗略估计，1990年我国化石燃料约消耗近700百万吨;仅占世界消耗总量的12%，人均相比并不惊人;但是我国近几十年来，化石燃料消耗的增加速度，实在太快，1950年至1990年的四十年间，增加了30倍。不能不引起足够重视。
煤中含有硫，燃烧过程中生成大量二氧化硫，此外煤燃烧过程中的高温使空气中的氮气和氧气化合为一氧化氮，继而转化为二氧化氮，造成酸雨。
工业过程，如金属冶炼:某些有色金属的矿石是硫化物、铜、铅、锌便是如此，将铜、铅、锌硫化物矿石还原为金属过程中将逸出大量二氧化硫气体，部分回收为硫酸，部分进入大气。再如化工生产，特别是硫酸生产和硝酸生产可分别产生可观量二氧化硫和二氧化氮，由于二氧化氮带有淡棕的黄色，因此，工厂尾气所排出的带有二氧化氮的废气象一条“黄龙”，在空中飘荡，控制和消除“黄龙”被称做“灭黄龙工程”。再如石油炼制等，也能产生一定量的二氧化硫和二氧化氮。它们集中在某些工业城市中，也比较容易得到控制。
交通运输，如汽车尾气。在发动机内，活塞频繁打出火花，象天空中闪电，氮气变成二氧化氮。不同的车型，尾气中氮氧化物的浓度有多有少，机械性能较差的或使用寿命已较长的发动机尾气中的氮氧化物浓度要高。汽车停在十字路口，不息火等待通过时，要比正常行车尾气中的氮氧化物浓度要高。近年来，我国各种汽车数量猛增，它的尾气对酸雨的贡献正在逐年上升，不能掉以轻心。
工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，经过“云内成雨过程”，即水汽凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上，发生液相氧化反应，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又经“云下冲刷过程”，即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨。由于我国多燃煤，所以的酸雨是硫酸型酸雨。而多燃石油的国家下硝酸雨。
资料来源：联合国环境署(UNEP)
酸雨形成的化学反应过程：
① 酸雨多成于化石燃料的燃烧：
含有硫的煤燃烧生成二氧化硫：S+O₂（点燃）→SO₂
二氧化硫和水作用生成亚硫酸：SO₂+H₂O→H₂SO₃（亚硫酸）
亚硫酸在空气中可氧化成硫酸：2H₂SO₃+O₂→2H₂SO₄（硫酸）
② 氮的氧化物溶于水形成酸：雷雨闪电时，大气中常有少量的二氧化氮产生 闪电时氮气与氧气化合生成一氧化氮：N₂＋O₂（闪电或高温）=2NO
一氧化氮结构上不稳定，空气中氧化成二氧化氮：2NO+O₂＝2NO₂
二氧化氮和水作用生成硝酸：3NO₂+H₂O=2HNO₃（硝酸）+NO
③ 酸雨与大理石反应：CaCO₃+H₂SO₃＝CaSO₃+H₂O+CO₂↑
CaSO₃+SO₂+H₂O=Ca(HSO₃)₂
④此外还有其他酸性气体溶于水导致酸雨，例如氟化氢，氟气，氯气等其他酸性气体
酸雨危害极大，在国外被称为“空中死神”，其潜在的危害主要表明在以下几个方面：
一、城市大气污染严重程度的改变了季节变化和昼夜变化的规律，大体可分为煤炭型和石油型两类。煤炭型是燃煤引起，因此污染强度以对流最强的夏季和白天为最轻，而以逆温最强、对流最弱的冬季和夜间为最重。伦敦烟雾事件就属于这种类型。石油型是石油和石油化学产品和汽车尾气所产生，由于氮氧化物和碳氢化物等生成光化学烟雾时需要较高气温和强烈阳光，因此污染强度变化规律和煤炭型刚刚相反，即以夏季午后发生频率最高，冬季和夜间少或不发生。洛杉矶光化学烟雾就属于这个类型。
二、对水生系统的危害，会丧失鱼类和其它生物群落，改变营养物和有毒物的循环，使有毒金属溶解到水中，并进入食物链，使物种减少和生产力下降。据报道，“千湖之国”瑞典因酸雨，从七十年代初到八十年代中，有1．8万个湖泊酸化。国内报道重庆南山等地水体酸化，PH值小于4．7，鱼类不能生存，农户多次养鱼，均无收获。
三、对陆地生态系统的危害，重点表现在土壤和植物。对土壤的影响包括抑制有机物的分解和氮的固定，淋洗钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。对植物，酸雨损害新生的叶芽，影响其生长发育，导致森林生态系统的退化。据报道，欧洲每年有6500万公顷森林受害，在意大利有9000公顷森林因酸雨而死亡。我国重庆南山1800公顷松林因酸雨已死亡过半。我国南方土壤本来多呈酸性，再经酸雨冲刷，加速了酸化过程；我国北方土壤呈碱性，对酸雨有较强缓冲能力，一时半时酸化不了。土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结构，导致土壤贫脊化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。
四、对人体的影响。一是通过食物链使汞、铅等重金属进入人体，诱发癌症和老年痴呆；二是酸雾侵入肺部，诱发肺水肿或导致死亡；三是长期生活在含酸沉降物的环境中，诱使产生过多氧化脂，导致动脉硬化、心梗等疾病概率增加。此外，城市云量增多的结果，使城区日照时数和太阳辐射量均有减少。城市中烟尘粒子增多的结果，使大气透明度变差，所以有人称城市为“烟霾岛”或“混浊岛”。烟尘大量削弱太阳光中的紫外线部分(在太阳高度较低时甚至可减少30％一50％)，这对城市居民的身体健康也是不利的。
五、对建筑物、机械和市政设施的腐蚀。据报道，仅美国因酸雨对建筑物和材料的腐蚀每年达20亿美元。据估算，我国仅川黔和两广四省，1988年因酸雨造成森林死亡，农作物减产，金属受腐蚀的经济损失总计在140亿元。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，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而建筑物损坏。建筑材料变脏， 变黑， 影响城市市容质量和城市景观， 被人们称之为“黑壳”效应。
目前，世界上已形成了三大酸雨区，一是以德、法、英等国家为中心，涉及大半个欧洲的北欧酸雨区。二是50年代后期形成的包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。这两个酸雨区的总面积已达1000多万平方千米，降水的pH小于5.0，有的甚至小于4.0。我国在70年代中期开始形成的覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等
省市部分地区，面积为200万平方千米的酸雨区是世界第三大酸雨区。我国酸雨区面积虽小，但发展扩大之快，降水酸化速率之高，在世界上是罕见的。由于大气污染是不分国界的，所以酸雨是全球性的灾害。
而我国酸雨主要是硫酸，三大酸雨区分别为：
1、西南酸雨区：是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域。
2、华中酸雨区：目前它已成为全国酸雨污染范围最大，中心强度最高的酸雨污染区。
3、华东沿海酸雨区：它的污染强度低于华中、西南酸雨区。
酸雨防治危害极大，世界各国都积极采取措施进行防治，方法主要有以下几种：
1.开发新能源，如氢能，太阳能，水能，潮汐能，地热能等
2.使用燃煤脱硫技术，减少二氧化硫排放：
①原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40％一60％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％一90％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。
3.工业生产排放气体处理后再排放
4.少开车，多乘坐公共交通工具出行
5.使用天然气等较清洁能源，少用煤
总而言之， 酸雨的危害已引起世界各国的普遍关注。联合国多次召开国际会议讨论酸雨问题。酸雨的防治是一件功在当代、利在千秋的事，许多国家把控制酸雨列为重大科研项目。全世界已有40多个国家通过有关污染限制汽车排污。1993年在印度召开的"无害环境生物技术应用国际合作会议"上，专家们提出了利用生物技术预防、阻止和逆转环境恶化，增强自然资源的持续发展和应用，保持环境完整性和生态平衡的措施。专家们认为：利用生物技术治理环境具有巨大的潜力。煤是当前最重要的能源之一，但煤中含有硫，燃烧时放出SO2等有害气体。煤中的硫有无机硫和有机硫两种。无机硫大部分以矿物质的形式存在，其中主要的是黄铁矿（FeS2）。生物学家利用微生物脱硫，将2价铁变成3价铁，把单体硫变成硫酸，取得了很好效果。例如，日本中央电力研究所从土壤中分离出一种硫杆菌，它是一种铁氧化细菌，能有效地去除煤中的无机硫。美国煤气研究所筛选出一种新的微生物菌株，它能从煤中分离有机硫而不降低煤的质量。捷克筛选出的一种酸热硫化杆菌，可脱除黄铁矿中75%的硫。据1991年统计，捷克利用生物技术已平均脱去煤中无机硫的78.5%，有机硫的23.4%，目前，科学家已发现能脱去黄铁矿中硫的微生物还有氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌等。日本财团法人电力中央研究所最近开发出的利用微生物胶硫的新技术，可除去70%的无机硫，还可减少60%的粉尘。这种技术原理简单，设备价廉，特别适合无力购买昂贵脱硫设备的发展中国家使用。生物技术脱硫符合“源头治理”和“清洁生产”的原则，因而是一种极有发展前途的治理方法，越来越受到世界各国的重视。
参考文献：《综合理科论文--酸雨》