酸雨的成因、危害及控制策略

引言

多重因素导致酸雨，酸雨污染问题呈现出显著的区域性特点。我国实施双控区政策几年来，情况有了一定改善。从监测结果来看，酸雨出现频率与二氧化硫的监测值无显著因果关系。只有随着监测能力的增强和监测手段的改进，不断扩大区域间合作交流，才能实现在酸雨污染问题分析、研究、控制能力上的突破。

酸雨的成因

硫化物、氮氧化物的来源

大气中的硫和氮的氧化物存在自然和人为两个来源，二氧化硫的自然来源包括微生物活动和火山活动，含盐的海水飞沫也增加大气中的硫，自然排放大约占大气中全部二氧化硫的50%。由于自然循环过程，自然排放的硫基本上是平衡的。人为排放的硫大部分来自贮存在煤炭、石油、天然气等化石燃料中的硫，在燃烧时以二氧化硫形态释放出来，其他一部分来自金属冶炼和硫酸生产过程。

随着化石燃料消费量的不断增长，全球人为排放的二氧化硫不断增加，其排放源主要分布在北半球，产生了全部人为排放的二氧化硫的90%。天然和人为来源排放了几乎同样多的氮氧化物。天然来源主要包括闪电、林火、火山活动和土壤中的微生物过程，广泛分布在全球，对某一地区的浓度不发生什么影响。人为排放的氮氧化物主要集中在北半球人口密集的地区。机动车排放和电站燃烧化石燃料差不多占氮氧化物人为排放量的75%。

非单一因素导致酸雨

有人认为：SO2排放量越大，地面SO2浓度就越大，就会形成酸雨，成为酸雨区。其实，并非如此，而是多重因素导致酸雨。实际上，酸雨的形成系在高空，是各种酸碱物质相互作用中和的结果;如果酸碱物质同时排放量大，可能在高空雨云中，或在降雨的洗脱过程中，彼此中和，并不形成酸雨。

酸雨污染问题呈现出显著的区域性特点。高空中酸性物质也可经大气输送，在空气动力的推动下飘浮到数百以至数千公里以外，变为当地的酸雨。例如，舟山群岛和南海诸岛居民不多，经济不发达，但仍处于酸雨区域之中，其酸性物质就是从我国东南沿海省份吹过来的。再例如，我国甘肃省东南部武都地区，经济也欠发达，也处于酸雨区域之内，当地大气中酸性物质系由四川盆地吹过来的。陕南汉中盆地和商洛地区也存在类似情况，有幸的是，高高的秦岭挡住了南来的酸雾，形成了陕南酸雨地区与非酸雨地区的天然屏障。1998年上半年，中国南极长城站八次测得南极酸性降水，其中一次pH值为5.46，当刮偏南风或偏东风时，南极大陆因为没有人为排放，大气是新鲜的，所以测得降水的都接近于中性；当刮西北风时，来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛，遇到降水，形成酸雨。

酸雨的危害

损害生物和自然生态系统

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以下时，鱼的繁殖和发育会受到严重影响；土壤和底泥中的金属可以被溶解到水中，毒害鱼类；同时水体酸化还可能改变水生生态系统。

酸雨还抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗土壤中钙、镁、钾等营养因素，使土壤贫瘠化。酸雨损害植物的新生叶芽，从而影响其生长发育，导致森林生态系统的退化。

从欧美各国的情况来看，欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力弱，酸雨危害的范围还是比较大的，如欧洲30%的林区因酸雨影响而退化。在北欧，由于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重，特别是一些湖泊受害最为严重，湖泊酸化导致鱼类灭绝。另据报道，从1980年前后，欧洲以德国为中心，森林受害面积迅速扩大，树木出现早枯和生长衰退现象。加拿大和美国的许多湖泊和河流也遭受着酸化危害。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成75%的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿大43%的土地（主要在东部）对酸雨高度敏感，有14000个湖泊是酸性的。

腐蚀建筑材料及金属结构

酸雨腐蚀建筑材料、金属结构、油漆等。特别是许多以大理石和石灰石为材料的历史建筑物和艺术品，耐酸性差，容易受酸雨腐蚀和变色，如我国的乐山大佛、加拿大的议会大厦都不同程度地受到酸雨的侵蚀。

对人体健康的影响

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。

酸雨控制战略

国际间的合作与战略

欧洲和北美国家经受多年的酸雨危害之后，认识到酸雨是一个国际性环境问题，单独靠一个国家解决不了问题，只有各国共同采取行动，减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”，1983年，欧洲各国及北美的美国、加拿大等32个国家在公约上签字，公约生效。1985年，联合国欧洲经济委员会的21个国家签署了赫尔辛基议定书，规定到1993年底，各国需要将硫氧化物排放量削减到1980年排放量的70%，即比1980年水平削减30%。议定书于1987年生效。目前，日、美等国试图建立东亚空气污染监测网，开展联合监测，逐步在东亚建立区域性酸雨控制体系。

从各国情况来看，控制酸性污染物排放和酸雨污染的主要途径有：（1）对原煤进行洗选加工，减少煤炭中的硫含量；（2）优先开发和使用各种低硫燃料，如低硫煤和天然气；（3）改进燃烧技术，减少燃烧过程中二氧化硫和氮氧化物的产生量；（4）采用烟气脱硫装置，脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物；（5）改进汽车发动机技术，安装尾气净化装置，减少氮氧化物的排放。

为了综合控制燃煤污染，国际社会提倡实施系列的包括煤炭加工、燃烧、转换和烟气净化各个方面技术在内的清洁煤技术，这是解决二氧化硫排放的最为有效的一个途径。美国能源部在20世纪80年代就把开发清洁能源和解决酸雨问题列为中心任务，从1986年开始实施了清洁煤计划，许多电站转向燃用西部的低硫煤。日本、西欧国家则比较普遍地采用了烟气脱硫技术。

控制酸雨污染是大气污染防治法律和政策的一个主要领域，它主要包括两方面的措施：一是直接管制措施，其手段有建立空气质量、燃料质量和排放标准，实行排放许可证制度；二是经济刺激措施，其手段有排污税费、产品税（包括燃料税）、排放交易和一些经济补助等。西方国家传统上比较多的采用了直接管制手段，但从90初年代以来，很注重经济刺激手段的应用。西欧国家较多应用了污染税（如燃料税和硫税）。美国1990年修订了清洁空气法，建立了一套二氧化硫排放交易制度。据估计，由于实施了交易制度，只需要酸雨控制计划原来估算费用的一半，就可以实现到2010年将全国电站二氧化硫排放量在1980年基础上削减50%的目标。

目前，欧洲、北美、日本等在削减二氧化硫排放方面取得了很大进展，但控制氮氧化物排放的成效尚不明显。

我国的酸雨控制的战略及现状

（1）控制战略。我国是个法制国家，污染控制不能只靠舆论，必须有法可依。1995年8月，全国人大常委会通过了新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》，其中明确规定要在全国划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区，以求在双控区内强化对酸雨和二氧化硫的污染控制。一方面，这代表政府对酸雨控制的重视，要付诸于行动；另一方面，这也表达了控制酸雨的战略:抓住重点，抓住关键，加大投入，解决问题。

我国实施双控区政策几年来，情况有了一定改善。1999年底，列入双控区的175个城市中已有98座城市实现了二氧化硫浓度达标，在未来十年内，情况会有明显改变。大城市中，应改变无组织取暖和分散的小煤球炉炊饭的混乱状况。发展城市煤气，天然气和液化石油气以代替燃煤；发展居住小区集中供热，代替分散供热。目前，我国特大城市，如北京，上海和天津已完成改造任务的60%以上。其结果是相当数量削减酸性物质向大气的排放。

（2）现状。中国环境科学研究院、清华大学等单位的研究结果表明，由二氧化硫等导致的酸雨污染每年给我国造成损失超过1100亿元，整个大气污染所造成的损失每年约占我国GDP的2%至5%。专家指出，这一估算没有考虑大气污染对水体以及对材料、建筑物腐蚀的影响，因而所得的结果仍是偏低的。全国开展监测的338个城市中，63.5%的城市超过国家空气环境质量二级标准，处于中度或严重污染状态。燃煤产生的二氧化硫、氮氧化物在一定条件下形成酸雨。继北欧、北美之后，我国青藏高原以东、长江干流以南已经成为世界第三大酸雨区，61.8%的南方城市出现酸雨，酸雨面积占国土面积的30%，区域性酸雨污染严重。二氧化硫污染和酸沉降污染已经对我国的自然资源、生态系统、材料、能见度和公众健康构成了威胁，造成了巨大的经济损失，严重影响了国民经济的发展和人民群众的正常生活。目前，燃煤电厂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，我国燃煤电厂二氧化硫排放量占全国排放总量的34.6%，达到666万吨。按照目前的排放控制水平，预计到2005年，火电排放的二氧化硫将达到1186万吨。控制燃煤电厂大气污染物排放，已成为改善我国空气质量和控制酸雨污染的关键。

图1 2006-2010年降水pH值年变化

表1 2006-2010年安庆市降水监测结果

表2 2006～2010年降水pH年均值趋势判断

图2 二氧化硫排放量与酸雨相关性分析

以笔者所在城市安徽省安庆市为例，城市人口约40万，建成区面积约30平方公里，安庆市环境监测中心站处于国家监控网络的终端，主要利用离子色谱与酸度计进行常规降水分析，常年酸雨发生率较低，一方面对酸性降水的现实危害与间接危害缺乏基本的调查，另一方面城市居民并未感受到酸雨的直接危害，因此对于酸雨问题技术投入、资金投入十分有限，缺乏控制酸雨的长效机制，以下列举2006-2010年的监测结果，以寻找规律。

2006年-2010年全市降水pH年均值范围为5.10～6.39，其中2006年-2009年降水均在酸雨临界值（pH=5.6）之下，全市受酸雨轻度污染。2010年降水pH年均值最高，pH=6.39；2007年平均值最低，pH=5.10。年酸雨频率2010年最低，为1.3%；2009年最高，为33.6%。酸雨量占总雨量的百分比2010年最低，为1.0%；2009年最高为38.4%。监测结果详见表1。

2006年-2010年降水pH年均值呈波动状态（见图1）。

采用Spearman秩相关系数法进行变化趋势分析，分析结果见表2。降水pH年均值表现为不显著的上升趋势。

安庆市降水中硫酸根离子浓度最高，其次是硝酸根离子，表现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，增长率为17.11，而2007-2009年呈逐年下降趋势，2009年比2007年下降了42.66%；虽然“十一五”期间二氧化硫年平均浓度值整体呈上升趋势，但在2008年以后有一定的下降趋势。与2005年相比，2010年降水pH值上升了0.90。以2005年-2010年二氧化硫排放总量与酸雨pH值进行相关性分析，发现二者之间存在弱的负相关性，见图2，说明二氧化硫排放量的减少是酸雨频率降低的重要原因,但由于监测覆盖区域所限，我站目前尚无能力深入分析，只能进行基础性的记录和描述。只有随着监测能力的增强和监测手段的改进，不断扩大区域间合作交流，才能实现在酸雨污染问题分析、研究、控制能力上的突破。