酸雨的形成机制

酸雨的形成机制

摘要：酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，给环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失。所以研究了解酸雨的形成机制及途径，对于防止、减少、乃至消除酸雨带来的危害将有积极的作用。

关键词： 酸雨区域 酸雨的形成机制 双重来源机制

正文：所谓酸雨简单说，是指因空气污染而造成的酸性降水，通常认为大气降水与2SO 气体平衡，酸度pH 低于5.6时，降水即为酸雨。【1】广义的是指酸性物质的干、湿沉降。前者干沉降指的是所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面者，后者则是对不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质而言。

一、我国酸雨分布主要区域

我国环保部2011-06-03发布的关于2010年全国大气环境状况中关于酸雨的消息：监测的494个市（县）中，出现酸雨的市（县）249个，占50.4%；酸雨发生频率在25%以上的160个，占32.4%；酸雨发生频率在75%以上的54个，占11.0%。我国现在酸雨分布区域主要集中在长江沿线及以南–青藏高原以东地区。主要包括浙江、江西、湖南、福建的大部分地区，长江三角洲、安徽南部、湖北西部、重庆南部、四川东南部、贵州东北部、广西东北部及广东中部地区。【2】如图

长江

图1-1 2010年我国酸雨主要分布区域

由以上可以看出，我们国家的酸雨覆盖区域是非常严重的，特别是在长江以南，青藏高原以东地区酸雨现象更是严重。成为了继欧洲，北美之后成为了世界第三大酸雨区。 过去人们曾经一度认为，中国所有的酸雨区都在秦岭、淮河以南， 但是目前情况并非如此。 由于大气致酸污染物的中长距离传输, 酸雨区已经向北越过秦岭。【3】

二、酸雨的生成原理： 形成酸雨的必要条件是有致酸污染物的来源。正常情况下，自然产生的酸性物质会在大气土壤中被中和掉，而不至于形成酸雨。而人类下垫面活动，大量如化石燃料发电厂、工业锅炉、有色金属冶炼厂和汽车尾气的排放，产生了大量的硫化物，氮氧化物等酸性物质，这些物质无法被土壤，大气，江河湖水中碱性物质中和掉，在大气中发生了其他反应结果与降水结合，便成为了酸雨。监测工作表明，我国酸性降水中

-24SO 和-3NO 是酸性的主要贡献者，-24SO /-3NO 一般在5 一10 之间，所以我国酸雨是硫酸型的。由于中国向大气排放

的硫主要来自煤的燃烧， 中国酸雨也可以叫作煤烟型的酸雨。【4】

酸雨的前提物质主要是2SO 、x NO 和DMS ，包括自然起源和人工起源。在大气中能够氧化2SO 和x NO 的氧化剂中.OH 自由基对2SO 和x NO 的氧化具有最大的意义 。氧化过程可以简单表示为:

.OH + 2SO ( + M) →2HOSO ( + M) →42SO H (1)

.OH + x NO + M →2HONO + M (2)

上面两个反应的速度与温度有很大的关系。在夏季的白天, OH#自由基的浓度可以达到最高值, 从而使得产生的硫酸和硝酸在夏季达到最大值。

硫酸和硝酸又可以通过均质核化和非均质核化过程形成硫酸盐和硝酸盐:

42SO H +3NH 44HSO NH +44)(SO NH ( 3)

2HONO + 3NH → NH4NO3 ( 4)

42SO H + O H 2+ 粒子→硫酸盐粒子 ( 5) 2HONO + O H 2+ 粒子硝酸盐粒子 → ( 6)

DMS 的氧化过程非常复杂,其反应机理到目前为止尚不清楚, 但是研究已经表明它在大气中的主要氧化产物是甲磺酸。【5】

三、我国酸雨形成的双重来源机制

1、局地冲刷

大气污染较严重的某些山区城市的酸性降水主要来源于城市高浓度大气污染物的局地冲刷。这些地方煤中含硫量很高，可以达到2%-5%，而且城区面源密集，燃煤排放的大量2SO 等致酸污染物积聚在底层大气中，进入降水就造成其严重算话。比如重庆市、柳州市的情况就是如此。

2、中长距离的传输

广阔区域和清洁地区的酸性降水则主要来源于大气污染物的中长距离传输。在最近二三十年，推动净化城市大气的结果是建筑高大烟囱把污染物较好的扩散进大气层。这些烟囱发射出高水平的排放物，它们把污染物发送到数百公里远处，然后落到地面和水上，使下风区域云水和降水酸化。例如加拿大国际镍公司的380m 的“超级烟囱”替代了1972年三种较低的烟囱，以后的测定表明实际上所有的硫和40%的重金属都从冶炼厂发射到六十公里外的空中。但是现在环绕这个重工业污染源四周较远地区显露处大片森林衰退现象。这说明该污染源通过污染物的中长距离的传输，对四周中远距离的都有影响。

但是，多数酸性降水为局地冲刷和传输双重来源。当云水酸度相同时，各个城市酸性气体的浓度和气溶胶的缓冲能力就决定了局地冲刷和传输对降水中酸的相对贡献。【6】

四、酸雨形成的因素

1、致碱物质对酸雨的缓冲作用

1.1碱性气体的缓冲作用

大气中的气体主要是3NH ，它在中和酸性物质方面起着重要作用。当排入大气中的2SO 经过氧化作用产生酸，具有很低蒸汽压，只要大气存在3NH ，就会很快反应生成难分解的硫酸铵。另外大气中的氨进入云水和雨水后, 能有效地增加pH 值, 在过氧化氢氧化4 价硫的速率无明显变化时, 能加速臭氧对4 价硫的氧化, 从而维持二氧化硫在水中的溶解和不断产生硫酸, 最终加2速了二氧化硫的湿去除。

1.2碱性粒子的缓冲作用作用

大气中的碱性粒子主要来源于土壤和沙尘。其中,+2Ca 对酸雨的中和起着非常重要的作用, 其次是+2Mg .这些碱性粒子的存在, 会使降水的pH 值升高, 使降水的酸性降低。

沙尘对于致酸物质也起着重要的中和作用。例如1995 年4 月东亚地区的沙尘暴, 由于黄沙的中和效应, 中国北方月平均降水的pH 值显著增加了0.6~1.8, 在日本和朝鲜降水的pH 值也增加0.1~ 0.2。而与之形成鲜明对照的是未受沙尘暴影响的南方降水pH 值增加不到0.1。2SO , x NO 等酸性气体只能输送几百公里, 在起源地区浓度很高。而黄沙和形成的硫酸盐和硝酸盐却可以输送几千公里, 从而减少起源地区致酸物质-24SO 和-

3NO 的浓度。 1.3海盐氯循环的缓冲作用

海盐氯循环使经过海洋上空输送的致酸大气污染物转化为中性盐, 这一机制缓冲了经过海洋上空输送的致酸前提物的酸性, 使受体点降水中出现氯亏损、硫富集, 并伴随有降水中氯亏损和氢离子浓度的负相关。

产生的原因是大气

污染物和/ 或由大气污染物生成的硫酸和硝酸与海盐气

溶胶发生下列反应:

NaCl( s) + x NO ( g ) +O H 2 → 3NaNO ( s) + HCl( g )

NaCl( s) + 2SO ( g) +O H 2 →3NaNO ( s) + HCl( g)

2HONO g) + NaCl( s) → NaNO 3( s) + HCl( g)

42SO H ( g ) + NaCl( s)→42SO Na ( s) + HCl( g)

这些反应使大气污染物以及硫酸和硝酸转变为中性盐 。由于HCl 的沉降速率是细粒子的2 倍、2SO 的4 倍, 这一过程极大缓冲输送污染物的酸性。【7】

2、其他影响因素 某一地区降水的酸性强烈的受到当地的土壤性质、气象条件、年降水量、地形和植被等一系列自然因素的影响，其土壤的酸碱性是最重要的因素，中国大陆上方大气中的颗粒物大部分来自土壤，土壤的化学性质强烈的影响降水的组成，降水的酸性时期中多种离子综合作用的结果，所以土壤的化学组成及其酸碱性直接影响降水的酸性。

影响降水酸性的另一重要自然因素是气象条件，其中主要是大气扩散能力。内蒙、河北大部、东北三省处于强的大气扩散区，属于非酸雨区。贵州，广西，湖南、四川东部、江南