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第20章 环境的污染与保护

人类一直以为地球上的陆、空是无穷尽的,所以从不担心把千万吨废气送到天空去的危害,又把数以亿吨计的垃圾倒进海洋。大家都认为世界这么大,这一点废物算什么?我们错了,其实,地球虽大(半径6300多千米),但生物只能在海拔8千米到海底11千米的范围内生活,而占了95%的生物都只能生存在中间约3千米的范围内。人类无视生态效益的短视行为几近于自杀。

环境污染按环境要素可分为:空气污染、水体污染和土壤污染。

1.“垃圾”效应——大气污染

(1)空气污染

大气是由一定比例的氮、氧、二氧化碳、水蒸气和固体杂质微粒组成的混和物。就干洁空气而言,按体积计算,在标准状态下,氮气占78.08%,氧气占20.94%,氩气占0.93%,二氧化碳占0.03%,而其他气体的体积则是微乎其微的。各种自然变化往往会引起大气成分的变化。例如,火山爆发时有大量的粉尘和二氧化碳等气体喷射到大气中,造成火山喷发地区烟雾弥漫,毒气熏人;雷电等自然原因引起的森林大面积火灾,也会增加二氧化碳和烟粒的含量等。一般来说,这种自然变化是局部的,短时间的。随着现代工业和交通运输的发展,向大气中陆续排放的物质数量越来越多,种类越来越复杂,大气成分也在发生着急剧的变化。当大气正常成分之外的物质达到对人类健康、动植物生长以及气象气候产生危害的时候,我们就说大气受了污染。

(2)大气污染的危害

生物生活在大气的包围中,并时刻呼吸着空气。可想而知,如果大气被污染,对生物造成的危害有多大。

首先,对人体健康的危害。人需要呼吸空气以维持生命,一个成年人每天呼吸大约2万多次,吸入空气达15~20立方米,因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响。大气污染物对人体的危害是多方面的,主要表现是呼吸道疾病与生理机能障碍,以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。

比如,1952年12月5日至8日,英国伦敦发生的煤烟雾事件死亡4000人。人们把这个灾难的烟雾称为“杀人的烟雾”。据分析,这是因为那几天伦敦无风有雾,工厂烟囱和居民取暖排出的废气烟尘弥漫在伦敦市区经久不散,烟尘最高浓度达4.46毫克/立方米,二氧化硫的日平均浓度竟达到3.83毫升/立方米。二氧化硫经过某种化学反应,生成硫酸液沫附着在烟尘上或凝聚在雾滴上,随呼吸进入器官,使人发病或加速慢性病患者的死亡。

由上例可知,大气中污染物的浓度很高时,会造成急性污染中毒,或使病状恶化,甚至在几天内夺去几千人的生命。即便大气中污染物浓度不高,如果人体长年累月呼吸这种污染了的空气,也会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病。

其次是大气污染对植物的危害。大气污染物,尤其是二氧化硫、氟化物等对植物的危害是十分严重的。当污染物浓度很高时,会使植物叶表面产生伤斑,或者直接使叶枯萎脱落。当污染物浓度不高时,会对植物产生慢性危害,使植物叶片褪绿。或者表面上看不见什么危害症状,但植物的生理机能已受到影响,造成植物产量下降,品质变坏。

再次,大气污染对天气和气候的影响。大气污染物对天气和气候的影响十分显著,概括起来有以下几方面:

①减少到达地面的太阳辐射量。从工厂、发电站、汽车、家庭取暖设备向大气中排放的大量烟尘微粒,使空气变得非常浑浊,遮挡了阳光,到达地面的太阳辐射量减少。据观测统计,在大工业城市烟雾不散的日子里,太阳光直接照射到地面的量比没有烟雾的日子减少近40%。大气污染严重的城市,天天如此,就会导致人和动植物因缺乏阳光而生长发育不良。

②增加大气降水量。从大工业城市排出来的微粒,其中有很多具有水气凝结的作用。因此,当大气中有其他一些降水条件与之配合的时候,就会出现降水天气。在大工业城市的下风地区,降水量更多。

③下酸雨。有时候,从天空落下的雨水中含有硫酸。这种酸雨是大气中的污染物二氧化硫经过氧化形成硫酸,随自然界的降水形成的。硫酸雨能使大片森林和农作物毁坏,能使纸品、纺织品、皮革制品等腐蚀破碎,能使金属的防锈涂料变质而降低保护作用,对建筑物也有腐蚀、污染的危害。

④增高大气温度。在大工业城市上空,由于有大量废热排放到空中,因此,近地面空气的温度比四周郊区要高一些。这种现象在气象学中称做“热岛效应”。

⑤对全球气候的影响。近年来,人们逐渐注意到大气污染对全球气候变化的影响。经过研究,人们认为在有可能引起气候变化的各种大气污染物质中,二氧化碳具有重大的作用。从地球上无数烟囱和其他种种废气管道排放到大气中的大量二氧化碳,约有50%留在大气里。二氧化碳能吸收来自地面的长波辐射,使近地面层空气温度升高,这叫做“温室效应”。经粗统计,如果大气中二氧化碳含量增加25%,近地面气温可以升高0.5~2℃。如果增加100%,近地面温度可以升高1.5~6℃。有的专家认为,大气中的二氧化碳含量照现在的速度增加下去,若干年后,南北极的冰也会融化,导致全球的气候异常。

(3)主要污染源

大气污染源就是大气污染物的来源,主要有以下三个:

①工业:工业是大气污染的一个重要来源。工业排放到大气中的污染物,种类繁多,性质复杂,有烟尘、硫的氧化物、氮的氧化物、有机化合物、卤化物、碳化合物等。其中有的是烟尘,有的是气体。

②生活炉灶与采暖锅炉:城市中大量民用生活炉灶和采暖锅炉需要消耗大量煤炭,煤炭在燃烧过程中要释放大量的灰尘、二氧化硫、一氧化碳等有害物质污染大气。特别是在冬季采暖时,污染地区往往烟雾弥漫,且非常呛人,甚至使人咳嗽,这也是一种不容忽视的污染源。

③交通运输:汽车、火车、飞机、轮船是当代的主要运输工具,它们燃烧煤或石油产生的废气也是重要的污染物。特别是城市中的汽车,量大而集中,排放的污染物能直接侵袭人的呼吸器官,对城市的空气污染很严重,成为大城市空气的主要污染源之一。汽车排放的废气主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳氢化合物等,前三种物质危害性更大。

(4)大气污染的防治

大气污染的防治措施很多,但最根本的一条是减少污染源。一般采用以下几种措施:

①工业合理布局:这是解决大气污染的重要措施。工厂不宜过分集中,以减少一个地区内污染物的排放量。另外,还应把有原料供应关系的化工厂放在一起,通过对废气的综合利用,减少废气排放量。

②区域采暖和集中供热:分散于千家万户的炉灶和市内密如树林的矮烟囱,是煤烟粉尘污染的主要污染源。采取区域采暖和集中供热的方法,即用设立在郊外的几个大的、具有高效率除尘设备的热电厂代替千家万户的炉灶,是消除煤烟的一项重要措施。

③减少交通废气的污染:减少汽车废气污染,关键在于改进发动机的燃烧设计和提高汽油的燃烧质量,使油得到充分的燃烧,从而减少有害废气。

④改变燃料构成:实行自煤向燃气的转换,同时加紧研究和开发其他新的能源,如太阳能、氢燃料、地热等。这样,可以大大减轻烟尘的污染。

⑤绿化造林:茂密的林丛能降低风速,使空气中携带的大粒灰尘下降。树叶表面粗糙不平,有的有绒毛,有的能分泌黏液和油脂,因此能吸附大量飘尘。蒙尘的叶子经雨水冲洗后,能继续吸附飘尘。如此往复拦阻和吸附尘埃,能使空气得到净化。

2.世界头号杀手——水污染

(1)水污染的定义

水污染是指由有害化学物质造成水的使用价值降低或丧失,污染环境。污水中的酸、碱、氧化剂,以及铜、镉、汞、砷等化合物,苯、酚、二氯乙烷、乙二醇等有机毒物,会毒死水生生物,影响饮用水源、风景区景观。污水中的有机物被微生物分解时,消耗水中的溶解氧,影响鱼类等水生生物的生存,水中溶解氧耗尽后,有机物进行厌氧分解,产生硫化氢、硫醇等难闻气体,使水质进一步恶化。还会因石油漂浮水面,影响水生生物的生命,引起火灾。

人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中,使水受到污染。目前,全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海,污染了5.5万亿立方米的淡水,这相当于全球径流总量的14%以上。

1984年颁布的《中华人民共和国水污染防治法》中,为“水污染”下了明确的定义,即水体因某种物质的介入,而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变,从而影响水的有效利用,危害人体健康或者破坏生态环境,产生水质恶化的现象。

(2)水污染的分类及危害

废水按不同角度有不同的分类方法。根据来源的不同,分为生活废水和工业废水两大类;据污染物的化学类别又可分无机废水与有机废水;也有按工业部门或产生废水的生产工艺分类的,如焦化废水、冶金废水、制药废水、食品废水等。

污染物主要有:①未经处理而排放的工业废水;②未经处理而排放的生活污水;③大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水;④堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾;⑤大量水土流失;⑥矿山污水。

日趋加剧的水污染,已对人类的生存安全构成重大威胁,成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据世界权威机构调查,在发展中国家,各类疾病有8%是因为饮用了不卫生的水而传播的,每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡,因此,水污染被称作“世界头号杀手”。

(3)保护水资源

目前,人们已意识到不能以破坏生态环境来发展经济,这样的代价实在太大。我国已提出社会经济可持续发展和保护人民的身体健康的战略,对整治水域污染采取了一系列强有力的措施。我们决不能再走先污染后治理的老路,为了拥有洁净的水环境,保护水资源,当从现在做起。

我国水环境的前景令人担忧。

我国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家,水资源总量居世界第6位,人均占有量只有2500立方米,约为世界人均水量的1/4,在世界排第110位,已被联合国列为13个贫水国家之一。

多年来,我国水资源质量不断下降,水环境持续恶化,由于污染所导致的缺水和事故不断发生,不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收,而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失,严重地威胁了社会的可持续发展,威胁了人类的生存。我国七大水系以污染程度大小进行排序,其结果为:辽河、海河、淮河、黄河、松花江、长江,其中,辽河、海河、淮河污染最重。综合考虑我国地表水资源质量现状,符合《地面水环境质量标准》的Ⅰ、Ⅱ类标准只占32.2%(河段统计),符合Ⅲ类标准的占28.9%,属于Ⅳ、Ⅴ类标准的占38.9%,如果将Ⅲ类标准也作为污染统计,则我国河流长度有67.8%被污染,约占监测河流长度的2/3,可见我国地表水资源污染非常严重。

我国地表水资源污染严重,地下水资源污染也不容乐观。我国北方五省区和海河流域地下水资源,无论是农村(包括牧区)还是城市,浅层水或深层水均遭到不同程度的污染,局部地区(主要是城市周围、排污河两侧及污水灌区)和部分城市的地下水污染比较严重,污染呈上升趋势。

具体而言,根据北方五省区(新疆、甘肃、青海、宁夏、内蒙古)对1995眼地下水监测井点的水质资料,按照《地下水质量标准》进行评价,结果表明,在69个城市中,Ⅰ类水质的城市不存在,Ⅱ类水质的城市只有10个,只占14.5%,Ⅲ类水质城市有22个,占31.9%,Ⅳ、Ⅵ类水质的城市有37个,占评价城市总数的53.6%,即1/2以上城市的地下水污染严重。至于海河流域,地下水污染更是令人触目惊心,对2015眼地下水监测井点的水质监测资料表明,符合Ⅰ~Ⅲ类水质标准仅有443眼,占评价总数的22.0%,符合Ⅳ和Ⅵ类水质标准有880眼和629眼,分别占评价总井数的43.7%和34.3%,即有78%的地下水遭到污染。如果用饮用水卫生标准进行评价,在评价的总井数中,仅有328眼井水质符合生活标准,只占评价总数的31.2%,另外2/3以上到监测的井水质不符合生活饮用卫生标准。

为了推动对水资源进行综合性统筹规划和管理,加强水资源保护,解决日益严峻的缺水问题,开展广泛的宣传教育以提高公众对开发和保护水资源的认识,1993年1月18日,第47届联合国大会确定自1993年起,将每年的3月22日定为世界水日。

面对严峻的缺水、水污染问题,我们应积极行动起来,珍惜每一滴水,采取节水技术、防治水污染、植树造林等多种措施,合理利用和保护水资源。

3.破坏性利用土壤污染

(1)土壤污染概述

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层,其厚度一般在2米左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力,并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等要素。近年来,由于人口急剧增长,工业迅猛发展,固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒,有害废水不断向土壤中渗透,大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落到土壤中,导致了土壤污染。凡是妨碍土壤正常功能,降低作物产量和质量,还通过粮食、蔬菜、水果等间接影响人体健康的物质,都叫做土壤污染物。

(2)污染物进入土壤的途径

那么,这些污染物又是怎么进入到土壤中的呢?

污染物进入土壤的途径主要有以下几种:①污水灌溉。用未经处理或未达到排放标准的工业污水灌溉农田,是污染物进入土壤的主要途径,其后果是在灌溉渠两侧形成污染带。属封闭式局限性污染。②酸雨和降尘。工业排放的二氧化硫、一氧化氮等有害气体在大气中发生反应而形成酸雨,以自然降水形式进入土壤,引起土壤酸化。冶金工业烟囱排放的金属氧化物粉尘,则在重力作用下以降尘形式进入土壤,形成以排污工厂为中心、半径为2~3千米范围的点状污染。③汽车排气。汽油中添加的防爆剂四乙基铅随废气排出污染土壤,行车频率高的公路两侧常形成明显的铅污染带。④向土壤倾倒固体废弃物。堆积场所土壤直接受到污染,自然条件下的二次扩散会形成更大范围的污染。⑤过量施用农药、化肥。属农业区的污染。

(3)污染物在土壤中的去向

进入土壤的污染物,其类型和性质都有所不同,因此,去向也不同,主要有固定、挥发、降解、流散和淋溶等。重金属离子,主要是能使土壤无机和有机胶体发生稳定吸附的离子,包括与氧化物专性吸附和与胡敏素紧密结合的离子,以及土壤溶液化学平衡中产生的难溶性金属氢氧化物、碳酸盐和硫化物等,将大部分被固定在土壤中,难以排除,虽然一些化学反应能缓和其毒害作用,但仍是对土壤环境的潜在威胁。化学农药的归宿,主要是通过气态挥发、化学降解、光化学降解和生物降解而最终从土壤中消失。其挥发作用的强弱,主要取决于自身的溶解度和蒸汽压,以及土壤的温度、湿度和结构状况。例如,大部分除草剂均能发生光化学降解,一部分农药(有机磷等)能在土壤中产生化学降解。目前使用的农药多为有机化合物,故也可产生生物降解。即土壤微生物在以农药中的碳素作能源的同时,就已破坏了农药的化学结构,导致脱烃、脱卤、水解和芳环烃基化等化学反应的发生而使农药降解。土壤中的重金属和农药都可随地面径流或土壤侵蚀而部分流失,引起污染物的扩散;作物收获物中的重金属和农药残留物也会向外环境转移,即通过食物链进入家畜和人体等。施入土壤中过剩的氮肥,在土壤的氧化还原反应中分别形成氮的化合物。前两者易于淋溶而污染地下水,后两者易于挥发而造成氮素损失并污染大气。

(4)土壤污染的防治

既然土壤污染有这么大的危害,那我们有什么方法来防治么?

在不断地探索中,人们针对土壤污染的防治总结了以下几点:

①科学地进行污水灌溉

工业废水种类繁多,成分复杂。有些工厂排出的废水可能是无害的,但与其他工厂排出的废水混合后,就变成有毒的废水。因此在利用废水灌溉农田之前,应按照《农田灌溉水质标准》规定的标准进行净化处理,这样既利用了污水,又避免了对土壤的污染。

②合理使用农药

重视开发高效低毒低残留农药,合理使用农药,不仅可以减少对土壤的污染,还能经济有效地消灭病、虫、草害,发挥农药的积极效能。在生产中,不仅要控制化学农药的用量、使用范围、喷施次数和喷施时间,提高喷洒技术,还要改进农药剂型,严格限制剧毒、高残留农药的使用,重视低毒、低残留农药的开发与生产。

③合理施用化肥,增施有机肥

根据土壤的特性、气候状况和农作物生长发育特点,配方施肥,严格控制有毒化肥的使用范围和用量。

增施有机肥,提高土壤有机质含量,可增强土壤胶体对重金属和农药的吸附能力。如褐腐酸能吸收和溶解三氯杂苯除草剂及某些农药,腐殖质能促进镉的沉淀等。同时,增加有机肥还可以改善土壤微生物的流动条件,加速生物降解过程。

④施用化学改良剂,采取生物改良措施

在受重金属轻度污染的土壤中施用抑制剂,可将重金属转化成为难溶的化合物,减少农作物的吸收。常用的抑制剂有石灰、碱性磷酸盐、碳酸盐和硫化物等。例如,在受镉污染的酸性、微酸性土壤中施用石灰或碱性炉灰等,可以使活性镉转化为碳酸盐或氢氧化物等难溶物,改良效果显著。

因为重金属大部分为亲硫元素,所以在水田中施用绿肥、稻草等,在旱地上施用适量的硫化钠、石硫合剂等有利于重金属生成难溶的硫化物。

对于砷污染土壤,可施加硫酸铁和氯化镁等减少砷的危害。另外,可以种植抗性作物或对某些重金属元素有富集能力的低等植物,用于小面积受污染土壤的净化。如玉米抗镉能力强,马铃薯、甜菜等抗镍能力强等。

总之,按照“预防为主”的环保方针,防治土壤污染的首要任务是控制和消除土壤污染源,对已污染的土壤,要采取一切有效措施,清除土壤中的污染物,控制土壤污染物的迁移转化,改善农村生态环境,提高农作物的产量和品质,为广大人民群众提供优质、安全的农产品。