重庆市大气污染对材料腐蚀的影响研究

摘要

本论文以国际合作项目“发展中国家区域大气污染(RAPIDC)”为依托，在重庆市观音桥和铁山坪林场同步开展大气腐蚀暴露试验，研究了这两个站点的大气污染状况与碳钢、锌、铜、石灰石、有机涂层这五种材料的大气腐蚀速率之间的相关关系；与此同时，又以RAPIDC项目的总体数据库为基础，分析了大气环境因子对试验材料大气腐蚀速率的影响强弱，并得出了这几种典型材料的大气腐蚀剂量—响应函数。在此基础上，以重庆市为实例，进行大气腐蚀区划和腐蚀经济损失估算，提出了可接受的大气SO2污染水平。通过这些研究，主要获得如下结论： (1)由于受城区源排放的影响较大，重庆城区观音桥站点的大气污染状况总体要比近郊的铁山坪站点严重。相应地，除锌材料外，观音桥站点的其它材料的大气腐蚀速率都明显高于铁山坪站点；而对于锌来说，由于其对降水酸度和环境湿度比较敏感，因此，铁山坪站点的腐蚀速率反而稍微高于城区观音桥站点。 (2)与上个世纪80年代末相比，重庆市的材料大气腐蚀状况得到了明显的改善。然而，与同时期的RAPIDC项目其它成员国或地区相比，重庆市城区的大气腐蚀性依然最强；甚至在近郊的铁山坪林场，其大气腐蚀性也强于其它多数城市站点。可见，需进一步控制和削减重庆市的大气污染。 (3)结合灰色关联度和主成分分析结果表明，大气 SO2、降水酸度和颗粒物是影响所有材料大气腐蚀的共同的主要环境因子，其中又以SO2的影响最为显著，反映了硫沉降型大气污染对材料腐蚀的危害性。 (4)基于对RAPIDC项目整体数据库的分析，利用非线性回归方法获得了几种典型材料的大气腐蚀剂量—响应函数，这些函数与以往研究所获得的简单相关关系式不同之处在于它们可区分干、湿沉降的贡献作用，并可在一定程度上反映出一些环境因子之间的复合作用。通过对剂量—响应函数的定量分析还表明，在绝大多数研究站点，SO2干沉降对材料的大气腐蚀起了主导作用；而在那些强酸雨频率较高、雨水较丰富的站点，尤其是对于锌来说，H+湿沉降的作用也非常重要。 (5)根据所得的剂量—响应函数和常规的环境参数，借助地理信息系统(GIS)技术，对重庆市的大气腐蚀性进行初步区划，首次绘制了碳钢、锌、石灰石和有机涂层的腐蚀速率分布图。区划结果表明，无论是哪种材料，其腐蚀速率分布都呈现由南往北逐渐降低的趋势，对于碳钢和有机涂层材料来说，这种南北差异尤为明显。总体来说，母城六区及其周边部分区县为重庆市的高腐蚀风险中心。 (6)从材料大气腐蚀影响的角度出发，首次提出了重庆市城区几种材料的年均可接受SO2污染水平分别为：碳钢，21μg/m3；锌，61μg/m3；石灰石，33μg/m3；有机涂层(划痕试验)，27μg/m3。 (7)采用Kucera等提出的分析法估算模式，在有限的基础资料之上，对重庆市母城六区的锌大气腐蚀的经济损失进行了简单的估算。估算结果表明，仅锌材料这一项，因大气污染腐蚀破坏而造成的年直接经济损失就高达4061.7万元，约占同期国内生产总值(GDP)的0.1％左右。