臨汾市大氣降水水質(zhì)評(píng)價(jià)及酸雨的成因與防治對(duì)策研究

張瑞峰

（臨汾市水文水資源勘測(cè)站 山西臨汾 041000）

0 引言

酸雨為大氣降水的特殊形式。根據(jù)《酸雨觀測(cè)規(guī)范》（QB/T19117-2017），酸雨為降水pH 值小于5.6 的大氣降水。酸雨主要是工業(yè)和交通運(yùn)輸工具等產(chǎn)生的硫氧化物和氮氧化物釋放進(jìn)入大氣，并溶于云霧而形成硫酸和硝酸，然后隨氣流輸送，最終成為酸雨降落至地面。酸雨對(duì)人類(lèi)的危害很大，它可損害人的呼吸道、皮膚、眼睛，使植物枯死，使土壤、湖泊酸化，腐蝕金屬器具、文物、古跡、建筑物等。酸雨污染危害居民健康，腐蝕建筑材料，破壞生態(tài)系統(tǒng)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素之一[1-3]。分析了解大氣降水酸雨?duì)顩r、主要污染物及區(qū)域分布規(guī)律，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及居民健康具有積極而深遠(yuǎn)的意義。

1 資料收集

本文以2008-2018年山西省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心臨汾分中心大氣降水監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，資料監(jiān)測(cè)情況為監(jiān)測(cè)每個(gè)月的第一次降水。根據(jù)《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013），大氣降水常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目12 項(xiàng)，分別為pH 值、電導(dǎo)率、硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽、氟離子、氯離子、硫酸根、鉀、鈉、鈣、鎂，各項(xiàng)目參數(shù)檢測(cè)方法和依據(jù)見(jiàn)表1。

表1 臨汾市大氣降水各項(xiàng)目參數(shù)檢測(cè)方法及依據(jù)統(tǒng)計(jì)一覽表

2 評(píng)價(jià)方法

酸雨評(píng)價(jià)方法按照中國(guó)氣象局發(fā)布的《酸雨和酸雨區(qū)等級(jí)》（QX/T372-2017）標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)酸雨等級(jí)、酸雨頻率、酸雨區(qū)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。酸雨是指pH 值小于5.6 的大氣降水。酸雨區(qū)為平均降水pH 值小于5.6 的地區(qū)。平均降水pH 值指對(duì)一年內(nèi)所有的日降水pH 值和對(duì)應(yīng)的日降水量進(jìn)行氫離子濃度—雨量加權(quán)平均計(jì)算的結(jié)果。

2.1 酸雨等級(jí)

按照日降水pH 值將酸雨等級(jí)劃分為較弱酸雨、弱酸雨、強(qiáng)酸雨和特強(qiáng)酸雨。酸雨等級(jí)見(jiàn)表2。

表2 酸雨等級(jí)表

2.2 酸雨頻率

酸雨頻率為一年內(nèi)日降水pH 值小于5.6 的次數(shù)占該時(shí)段內(nèi)所有酸雨觀測(cè)次數(shù)的百分率。酸雨頻率等級(jí)劃分為酸雨偶發(fā)、酸雨少發(fā)、酸雨多發(fā)、酸雨頻發(fā)、酸雨高發(fā)，劃分方法見(jiàn)表3。

由表2可知:AW0工況下，向下最大動(dòng)撓度值為8.5 mm；AW3工況下，向上最大動(dòng)撓度值為8.0 mm，兩者較為接近。因?yàn)橛绍壍啦『σ鸬妮嗆壌瓜驔_擊力主要由簧下質(zhì)量決定，故由沖擊力引起的位移變化與車(chē)輛狀態(tài)AW0/AW3關(guān)系不大。

表3 酸雨頻率等級(jí)表

酸雨頻率等級(jí)按照統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算，按公式（1）來(lái)計(jì)算一年的酸雨頻率：

式中：F——酸雨頻率；

N［pH＜5.6］——該時(shí)段內(nèi)日降水pH 值小于5.6 的次數(shù)；

NT——該時(shí)段內(nèi)所有酸雨觀測(cè)次數(shù)。

2.3 酸雨區(qū)等級(jí)

按照中國(guó)氣象局發(fā)布的《酸雨和酸雨區(qū)等級(jí)》（QX/T372-2017）標(biāo)準(zhǔn)，酸雨區(qū)分為較輕酸雨區(qū)、輕酸雨區(qū)、重酸雨區(qū)、特重酸雨區(qū)，劃分方法見(jiàn)表4。

表4 酸雨區(qū)等級(jí)表

酸雨區(qū)等級(jí)按照統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算，應(yīng)用氫離子濃度—雨量加權(quán)平均方法計(jì)算單站一年的平均降水pH值，按式公式（2）來(lái)計(jì)算。

式中：（H+）d——由日降水pH 值計(jì)算得到的日降水氫離子濃度，（mol·L-1）；

pHd——日降水pH 值，無(wú)量綱；

c（H+）m——平均氫離子濃度，（mol·L-1）；

Vd——與日降水pH 值對(duì)應(yīng)的日降水量，mm；

pHm——平均降水pH 值，無(wú)量綱。

3 評(píng)價(jià)成果

通過(guò)對(duì)2008-2018年臨汾市堯都區(qū)大氣降水水質(zhì)資料整理分析評(píng)價(jià)，得出酸雨等級(jí)、酸雨頻率、酸雨區(qū)等級(jí)、酸雨類(lèi)型及大氣降水主要參數(shù)逐年變化規(guī)律。

1）酸雨等級(jí)

臨汾市堯都區(qū)2008-2018年79 場(chǎng)降水中pH 值小于5.6 的僅有7 場(chǎng)，其中有2 場(chǎng)為較弱酸雨，分別為2009年2月9日，pH 值為5.0；2012年3月22日，pH值為5.2；有5 場(chǎng)為弱酸雨，分別為2009年8月16日，pH 值為4.8；2009年9月5日，pH 值為4.8；2011年8月18日，pH 值為4.6；2011年11月7日，pH 值為4.8；2012年1月27日，pH 值為4.6。

2）酸雨頻率及酸雨區(qū)等級(jí)

臨汾市堯都區(qū)2008、2010、2013-2018年酸雨頻率為0%，無(wú)酸雨降落；2009、2012年為酸雨多發(fā)，酸雨頻率分別為30.0%、28.6%；2011年為酸雨少發(fā)，酸雨頻率為20%。

臨汾市堯都區(qū)僅2009、2011、2012年平均降水pH 值分別為5.5、5.3、5.4，為較輕酸雨區(qū)，其他年份各年平均降水pH 值均大于5.6，不是酸雨區(qū)。大氣降水酸雨頻率及酸雨等級(jí)見(jiàn)表5。

表5 大氣降水酸雨頻率及酸雨區(qū)等級(jí)評(píng)價(jià)表

3）酸雨類(lèi)型

酸雨的陰離子主要是硝酸根和硫酸根離子，根據(jù)兩者在酸雨樣品中的濃度可以判斷降水的主要影響因素是二氧化硫還是氮氧化物。二氧化硫主要是來(lái)自于礦物燃料（如煤）的燃燒，氮氧化物主要是來(lái)自于汽車(chē)尾氣等污染源。通過(guò)硫酸根和硝酸根離子的濃度比值將酸雨的類(lèi)型分為三類(lèi)：

（1）硫酸型或燃煤型：硫酸根/硝酸根>3；

（2）混合型：0.5<硫酸根/硝酸根<3；

（3）硝酸型或燃油型：硫酸根/硝酸根≤0.5。

臨汾市堯都區(qū)2008-2018年79 場(chǎng)降水中pH 值小于5.6 的僅有7 場(chǎng)（詳見(jiàn)表6），其中6 場(chǎng)為硫酸型酸雨，1 場(chǎng)為硝酸型酸雨。1 場(chǎng)硝酸型酸雨時(shí)間為2012年3月22日，pH 值為5.2，當(dāng)日降水量為10.0 mm，硫酸鹽濃度為1.92 mg/L，硝酸鹽濃度為18.0 mg/L，鈣離子濃度為22.0 mg/L，銨鹽濃度為9.17 mg/L，緩沖能力（Ca2++NH4+）大于致酸能力（SO42-+NO3-）。

表6 臨汾市堯都區(qū)2008-2018年7 場(chǎng)酸雨參數(shù)一覽表

4）逐年變化規(guī)律分析

臨汾市堯都區(qū)2008-2018年降雨平均pH 值變化詳見(jiàn)圖1。單場(chǎng)降水pH 值、電導(dǎo)率、硫酸鹽、硝酸鹽變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2- 圖5。從臨汾市堯都區(qū)2008-2018年電導(dǎo)率資料來(lái)看，各年10-4月較5-9月濃度均值偏高，即非汛期較汛期離子濃度均值偏高，受污染程度偏高。臨汾堯都區(qū)大氣降水中硫酸鹽濃度有降低趨勢(shì)；硝酸鹽濃度2011-2012年濃度高于其他年份，其他年份濃度變化規(guī)律不明顯。硫酸鹽濃度整體高于硝酸鹽濃度，臨汾堯都區(qū)主要為硫酸型酸雨，是由于堯都區(qū)燃煤和工礦企業(yè)含硫污染物排放導(dǎo)致，汽車(chē)尾氣排放產(chǎn)生的氮氧化物導(dǎo)致的硝酸型酸雨次之。

圖2 臨汾市堯都區(qū)2008-2018年單場(chǎng)降水pH 值變化趨勢(shì)圖

圖5 臨汾市堯都區(qū)2008-2018年單場(chǎng)降水硝酸鹽濃度變化趨勢(shì)圖

圖3 臨汾市堯都區(qū)2008-2018年單場(chǎng)降水電導(dǎo)率變化趨勢(shì)圖

圖4 臨汾市堯都區(qū)2008-2018年單場(chǎng)降水硫酸鹽濃度變化趨勢(shì)圖

4 防治措施

為了減少酸雨危害，就要盡可能減少污染物對(duì)大氣的排放，例如對(duì)排出的硫氧化物進(jìn)行回收利用，使用低硫燃料；綠色出行，減少氮氧化物的排放等?？刹扇∫韵麓胧脑搭^避免酸雨。

1）開(kāi)發(fā)新能源，如氫能，太陽(yáng)能，水能，潮汐能，地?zé)崮艿葋?lái)代替燃煤，從而減少硫氧化物的排放。提高制煤工藝技術(shù)，使用燃煤脫硫技術(shù)，減少二氧化硫排放。

2）工業(yè)企業(yè)盡可能減少煤、石油等燃料時(shí)的污染物排放，排放氣體需安裝凈化裝置，處理達(dá)標(biāo)后再排放。

3）取暖燃煤季節(jié)，機(jī)動(dòng)車(chē)限號(hào)出行，盡量綠色出行，少開(kāi)車(chē)，多乘坐公共交通工具出行，從而減少氮氧化物的排放。改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式，比如油電混合，電動(dòng)汽車(chē)等。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)2008-2018年臨汾市大氣降水資料進(jìn)行收集整理，對(duì)酸雨等級(jí)、酸雨頻率、酸雨區(qū)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，堯都區(qū)近十年的大氣降水酸雨等級(jí)均較弱，主要為硫酸鹽型酸雨，并且逐年有降低趨勢(shì)，硝酸鹽濃度在2011-2012年達(dá)到最大值，其他年份濃度變化規(guī)律不明顯。硫酸鹽型酸雨是由于堯都區(qū)附近燃煤及工礦企業(yè)含硫污染物排放所致。為了減少酸雨的危害，可通過(guò)開(kāi)發(fā)新能源、減少燃煤污染物的排放、安裝凈化裝置及對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)行改進(jìn)等措施從源頭避免酸雨的形成。