臨汾市大氣降水水質評價及酸雨的成因與防治對策研究

張瑞峰

（臨汾市水文水資源勘測站 山西臨汾 041000）

0 引言

酸雨為大氣降水的特殊形式。根據《酸雨觀測規范》（QB/T19117-2017），酸雨為降水pH 值小于5.6 的大氣降水。酸雨主要是工業和交通運輸工具等產生的硫氧化物和氮氧化物釋放進入大氣，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。酸雨對人類的危害很大，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，破壞生態系統，造成巨大經濟損失，成為制約經濟社會發展的重要因素之一[1-3]。分析了解大氣降水酸雨狀況、主要污染物及區域分布規律，對經濟社會發展及居民健康具有積極而深遠的意義。

1 資料收集

本文以2008-2018年山西省水環境監測中心臨汾分中心大氣降水監測資料為基礎，資料監測情況為監測每個月的第一次降水。根據《水環境監測規范》（SL219-2013），大氣降水常規監測項目12 項，分別為pH 值、電導率、硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽、氟離子、氯離子、硫酸根、鉀、鈉、鈣、鎂，各項目參數檢測方法和依據見表1。

表1 臨汾市大氣降水各項目參數檢測方法及依據統計一覽表

2 評價方法

酸雨評價方法按照中國氣象局發布的《酸雨和酸雨區等級》（QX/T372-2017）標準，對酸雨等級、酸雨頻率、酸雨區等級進行評價。酸雨是指pH 值小于5.6 的大氣降水。酸雨區為平均降水pH 值小于5.6 的地區。平均降水pH 值指對一年內所有的日降水pH 值和對應的日降水量進行氫離子濃度—雨量加權平均計算的結果。

2.1 酸雨等級

按照日降水pH 值將酸雨等級劃分為較弱酸雨、弱酸雨、強酸雨和特強酸雨。酸雨等級見表2。

表2 酸雨等級表

2.2 酸雨頻率

酸雨頻率為一年內日降水pH 值小于5.6 的次數占該時段內所有酸雨觀測次數的百分率。酸雨頻率等級劃分為酸雨偶發、酸雨少發、酸雨多發、酸雨頻發、酸雨高發，劃分方法見表3。

由表2可知:AW0工況下，向下最大動撓度值為8.5 mm；AW3工況下，向上最大動撓度值為8.0 mm，兩者較為接近。因為由軌道病害引起的輪軌垂向沖擊力主要由簧下質量決定，故由沖擊力引起的位移變化與車輛狀態AW0/AW3關系不大。

表3 酸雨頻率等級表

酸雨頻率等級按照統計方法計算，按公式（1）來計算一年的酸雨頻率：

式中：F——酸雨頻率；

N［pH＜5.6］——該時段內日降水pH 值小于5.6 的次數；

NT——該時段內所有酸雨觀測次數。

2.3 酸雨區等級

按照中國氣象局發布的《酸雨和酸雨區等級》（QX/T372-2017）標準，酸雨區分為較輕酸雨區、輕酸雨區、重酸雨區、特重酸雨區，劃分方法見表4。

表4 酸雨區等級表

酸雨區等級按照統計方法計算，應用氫離子濃度—雨量加權平均方法計算單站一年的平均降水pH值，按式公式（2）來計算。

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

pHd——日降水pH 值，無量綱；

c（H+）m——平均氫離子濃度，（mol·L-1）；

Vd——與日降水pH 值對應的日降水量，mm；

pHm——平均降水pH 值，無量綱。

3 評價成果

通過對2008-2018年臨汾市堯都區大氣降水水質資料整理分析評價，得出酸雨等級、酸雨頻率、酸雨區等級、酸雨類型及大氣降水主要參數逐年變化規律。

1）酸雨等級

臨汾市堯都區2008-2018年79 場降水中pH 值小于5.6 的僅有7 場，其中有2 場為較弱酸雨，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）酸雨頻率及酸雨區等級

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

臨汾市堯都區僅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，其他年份各年平均降水pH 值均大于5.6，不是酸雨區。大氣降水酸雨頻率及酸雨等級見表5。

表5 大氣降水酸雨頻率及酸雨區等級評價表

3）酸雨類型

酸雨的陰離子主要是硝酸根和硫酸根離子，根據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。二氧化硫主要是來自于礦物燃料（如煤）的燃燒，氮氧化物主要是來自于汽車尾氣等污染源。通過硫酸根和硝酸根離子的濃度比值將酸雨的類型分為三類：

（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2008-2018年79 場降水中pH 值小于5.6 的僅有7 場（詳見表6），其中6 場為硫酸型酸雨，1 場為硝酸型酸雨。1 場硝酸型酸雨時間為2012年3月22日，pH 值為5.2，當日降水量為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2008-2018年7 場酸雨參數一覽表

4）逐年變化規律分析

臨汾市堯都區2008-2018年降雨平均pH 值變化詳見圖1。單場降水pH 值、電導率、硫酸鹽、硝酸鹽變化趨勢見圖2- 圖5。從臨汾市堯都區2008-2018年電導率資料來看，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。臨汾堯都區大氣降水中硫酸鹽濃度有降低趨勢；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律不明顯。硫酸鹽濃度整體高于硝酸鹽濃度，臨汾堯都區主要為硫酸型酸雨，是由于堯都區燃煤和工礦企業含硫污染物排放導致，汽車尾氣排放產生的氮氧化物導致的硝酸型酸雨次之。

圖2 臨汾市堯都區2008-2018年單場降水pH 值變化趨勢圖

圖5 臨汾市堯都區2008-2018年單場降水硝酸鹽濃度變化趨勢圖

圖3 臨汾市堯都區2008-2018年單場降水電導率變化趨勢圖

圖4 臨汾市堯都區2008-2018年單場降水硫酸鹽濃度變化趨勢圖

4 防治措施

為了減少酸雨危害，就要盡可能減少污染物對大氣的排放，例如對排出的硫氧化物進行回收利用，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）開發新能源，如氫能，太陽能，水能，潮汐能，地熱能等來代替燃煤，從而減少硫氧化物的排放。提高制煤工藝技術，使用燃煤脫硫技術，減少二氧化硫排放。

2）工業企業盡可能減少煤、石油等燃料時的污染物排放，排放氣體需安裝凈化裝置，處理達標后再排放。

3）取暖燃煤季節，機動車限號出行，盡量綠色出行，少開車，多乘坐公共交通工具出行，從而減少氮氧化物的排放。改進發動機的燃燒方式，比如油電混合，電動汽車等。

5 結論

通過對2008-2018年臨汾市大氣降水資料進行收集整理，對酸雨等級、酸雨頻率、酸雨區等級進行評價，堯都區近十年的大氣降水酸雨等級均較弱，主要為硫酸鹽型酸雨，并且逐年有降低趨勢，硝酸鹽濃度在2011-2012年達到最大值，其他年份濃度變化規律不明顯。硫酸鹽型酸雨是由于堯都區附近燃煤及工礦企業含硫污染物排放所致。為了減少酸雨的危害，可通過開發新能源、減少燃煤污染物的排放、安裝凈化裝置及對機動車進行改進等措施從源頭避免酸雨的形成。