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环境污染及防治


铜臭 / 2022-07-15

   环境污染(environmental pllution)是指人类活动使环境要素或其状态发生变化,环境质量恶化,扰乱和破坏了生态系统的稳定性及人类的正常生活条件的现象。简言之,环境因受人类活动影响而改变了原有性质或状态的现象称为环境污染。例如大气变污浊、水质变差、废弃物堆积、噪声、振动、恶臭等对环境的破坏都属环境污染。环境污染可分为大气污染、水污染、固体废弃物污染、噪声污染、土壤污染和电磁波污染等。由于环境污染,导致日照减弱,气候异常,山野荒芜,土壤沙化、盐碱化,草原退化,水土流失,自然灾害频繁,生物物种灭绝等。环境污染的实质是由于人类活动中将大量的污染物排人环境,从而影响其自净能力,降低了生态系统的功能。20世纪,世界上公认的十大环境事件对人类的生产、生活造成了极大 的影响,它们是:马斯河谷烟雾事件(比利时),洛杉矶光化学烟雾事件(美国), 多诺拉烟 雾事件(美国),伦敦烟雾事件(英国), 四日市哮嘴病事件(日本), 水俣病事件(日本), 富山痛痛病事件(日本),爱知米糠油事件(日本), 博帕尔毒气事件(印度),切尔诺贝利核污染事件(前苏联)。

  环境污染问题已成为世界各国的主要政治问题和社会问题。这些问题都是由于人们的活动违反自然规律所致。预料随着生产力的发展,人类大规模地深人地改造环境,也必将引起更复杂的新的环境问题。解决环境问题的根本途径是调节人类社会活动与环境的关系。
  环境污染的防治主要是解决从污染产生、发展直至消除的全过程中存在的有关问题和采取防治的种种措施,其最终目的是保护和改善人类生存的生态环境。污染防治对策包括单个污染源或污染物的防治,也包括区域污染的综合防治。根据治理对象的不同,它又可分为大气污染及其防治、水体污染及其防治、土壤污染及其防治、固体废物处理与处置、噪声和振动控制、恶臭防治等;按照不同的防治方法,又可分为物理的、化学的和生物的防治方法。
7.1.1大气污染及防治
  7.1.1.1大气污染问题
  最近三四十年,人们注意到地球上出现了一些影响生 态平衡和人类生存的重大环境问题。其中极为突出并带有全球性潜在威胁的四大问题是:光化学烟雾、臭氧层破坏、温室效应、酸雨。
  A 光化学烟雾
  排入大气中的碳氢化合物和氮氧化合物(NOₓ) 等称为一次污染物。在太阳光紫外线照射 下,次污染物可能再发生化学反应, 行生出各种二次污染物。这种由一次污染物和二次污染物的混合物(气体和颗粒物)所形成的烟雾污染现象,称为光化学烟雾。这种烟雾主要是由汽车排放的尾气和工业废气中的氮氧化物和碳氢化合物,在一定的气象条件下形成的。例如:
  其中反应式(7-2) 是NO₂吸收太阳光中紫外线的能量,产生NO和氧自由基。这种在光的作用下进行的化学反应,称为光反应或光化学反应。由于该反应是形成烟雾的关键,所以这 种污染称为光化学烟雾。反应式(7-2) 生成的氧自由基和O₂反应生成的臭氧O₃,是一种强氧化剂,能将烃类氧化成醛、酮等类物质,这些醛、酮对人和动物的眼睛有极强的刺激作用。 烃类中一些挥发性小的氧化物会凝结成气溶胶液滴而降低能见度。光化学烟雾对动植物、建筑物和化工产品(如橡胶、塑料、油漆、染料和合成纺织材料等)危害很大。对人体主要是刺激眼睛、气管及肺等器官,引起眼红、流泪、头痛、气喘咳嗽等症状,重则危害生命。
  B 臭氧层的破坏
  平流层上部的臭氧层,能吸收太阳紫外线辐射(λ为220 ~330nm),起着隔离紫外线作用,并将能量贮存在上层大气,起着调节气候的作用。
  臭氧层的形成是O₂吸收光子分解为氧自由基,氧自由基进一步与O₂分子反应生成O₃。 当O₃浓度在大气中达到平衡并处于最大值时,就形成了一定厚度的臭氧层。 近10年来,测量 结果表明臭氧层已开始变薄。1985 年发现了南极上方有个面积与美国大陆大小相似的臭氧层空洞。1989年又发现了北极上空正在形成另一个臭氧层空洞。臭氧层对于地球上的生命极其重要。它保护地球表面免受过量的紫外线照射。紫外线对生物具有破坏性,会严重阻碍各种农作物和树林的正常生长;强烈的紫外线也会阻碍各种鱼、虾和其他水生生物的正常生存,甚至造成某些生物灭绝;对人的皮肤、眼睛乃至免疫系统都会造成伤害。过多的紫外线促使皮肤癌的发病率大大增加。
  臭氧层的破坏主要是缘于人类活动产生的大量NOₓ和氟氯烃化合物(主要是氟利昂CF₂Cl₂)。超音速飞机在臭氧层高度上飞行,宇航飞行器不断发射,都可排出大量NOₓ进入臭氧层。NO作为催化剂,使O₃分解:
  由于氦氨烃(CFCS) 化合物性质较稳定,能长时间滞留在大气中而不发生变化,但当它逐渐到达臭氧层时,受紫外光照射便进行分解,生成氯原子,从而破坏臭氧层。CI原子也作为催化剂,催化O₃分解:
  这就是臭氧层变薄和出现空洞的主要原因。
  C 温室效应
  大气能够让太阳光短波辐射透过并到达地表,同时又能吸收太阳光的长波和阻挡地表向外发射的长波辐射,仅让很少的一部分热辐射散失到宇宙空间。由于大气吸收的热辐射多于散失的,最终导致地球气温升高,这种现象称为温室效应。根据研究,大气中吸收长波辐射的分 子,大部分是多原子分子,如CO₂、 H₂O、CH₄、N₂O和氟氯烃等,所以这些气体又称为温室气体。洁净的大气有恒定的化学组成,所以能保持相对稳定的气温。但是由于人口数量激增、人类活动频繁、化石燃料的燃烧剧增,加之绿色面积急剧减少,致使主要的温室气体CO₂在大 气中的含量不断增加。据估计,CO₂浓度年增长率为0.5%,CH₄和N₂O的年增长率分别为0.9%和0.25%,原本大气中没有的氟氯烃浓度,年增长率高达4.0%,而且它吸收长波辐射的能力是CO₂分子的几千万倍。这些温室气体浓度的增加,导致地表气温上升,造成温室效应加剧。温室效应导致全球气候变暖,对气候、生态平衡及人类健康等多方面造成严重影响。
  D 酸雨
  酸雨是指pH值低于5.6的降雨。正常的雨水pH值约为6,这是由于大气中CO₂溶于雨水后造成的。酸雨的形成是一个复杂的大气化学和物理过程。主要是由于人们燃烧含硫的煤炭、冶炼金属硫化矿、燃烧油料等产生的废气中含有的SO₂、NOₓ排入大气中造成的。它们在大气中被氧化并吸收水分形成硫酸和硝酸,随雨水一起降落到地面。
  大气中的SO₂,主要是氧化成SO₃。这种氧化过程有两种不同的途径,一种是催化氧化,另一种是光化学氧化。
  在干净的空气中,SO₂氧化成SO₃,是缓慢的均相反应。但是如果处于火电厂、冶金炉附 近的烟尘中,氧化速率要快10~100倍,因为大气中的烟尘经常含有FeCl₃、MgCl₂、Fe₂(SO₄)₃、MgSO₄等,这些物质都是SO₂氧化成SO₃的催化剂。
  空气中的SO₂受太阳辐照时被缓慢地氧化成SO₃,若有H₂O迅速地转变成H₂SO₄。
  NO在空气中氧化成NO₂溶于水生成硝酸和亚硝酸。

  20世纪70年代,当北美和欧洲已经出现了世界两大酸雨区时,中国那时还不知酸雨为何物,可如今酸雨已侵袭了中国大部分领土。广东、广西、四川盆地和贵州大部分地区形成了我国华南、西南酸雨区,成为世界三大酸雨区之一。仅华南、西南酸雨区,据统计,每年因酸雨造成的林木死亡,农业、渔业减产,金属、建筑物的腐蚀等带来的经济损失就达140亿元。因此,酸雨已被公认为全球性的重大环境问题之-。
  7.1.1.2大气污染防治
  粉尘、硫化物、氮化物、氧化物、卤化物及有机化合物等气体是造成大气污染的主要污染。大气环境质量的好坏,与这些污染物在空气中的含量有关。大气污染大部分源于燃料的燃 境, 方面源于燃料的品种,另一方面是燃烧条件所造成的。大气污染源主要有三种:
  (1)城市居民生活过程中排出的煤烟:
  (2)各类工矿企业排放出的烟气:
  (3)各类交通工具排放出的尾气。
  因此,为了防止大气污染,既要改变能源的结构与成分,又要改善燃烧条件,尽可能减少污染气体的排放。首先,可以调整产业结构,可发展第三产业和高科技产业,另外,必须搞好城市规划,调整工业布局,将有污染的工业布局在最小风频的上风地带或与盛行风垂直的郊外。再者,应该改革工艺,开展综合利用。比如由于烟道气中的SO₂呈酸性,选用碱性溶液来吸收。例如用碱(Na₂S)溶液吸收SO₂。要从烟气中脱除NOₓ可利用其氧化性,采用催化还原法除去。我国研究成功的氨还原法,以CuO-CrO为催化剂,在较寬的操作温度范围,可使NOₓ的转化率达9%以上,使尾气中的NOₓ降低到符合排放标准,其主要反应为

  最后必须指出:植物不仅可调节大气中O₂与CO₂的正常含量,还对粉尘、SO₂、 光化学烟雾等都有不同程度的吸收能力。此外,森林对调节气温,保持水土、防止噪声等都有重要作用。所以,植树造林对大气环境的保护极为有效。
 

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