酸性雨生成における降水・大気間物質移動のモデル化に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07680555
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 芝 定孝 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (40026274)
• キーワード: 酸性雨 / 地球環境 / 亜硫酸ガス / 数式モデル / シミュレーション / pH / 雨滴の酸性化 / 液相酸化反応

研究概要

本年度は主として常微分方程式で記述した酸性雨生成モデルを用いて大気汚染ガスのウォッシュアウトによる雨滴の酸性化のシミュレーションを行った。本モデルは反応項と物質移動項を含みそれぞれ雨滴内の解離反応、酸化反応および大気雨滴間のガス状汚染物質の移動を考慮している。雨滴内の濃度分布は一様と仮定しているが、これは通常の雨滴径程度では雨滴内の濃度分布を無視しても結果におよぼす影響は小さいからである。このモデルを用い数値シミュレーションにより以下の様な検討を行った。(1)SO2(g)のウォッシュアウトに際してH2O2(g)を同時に吸収した場合に雨滴内で生じる酸化反応が酸性雨生成に及ぼす影響、(2)硫黄酸化物[SO2(g)]の他に先進各国での排出量中に占める比重が高まっている窒素酸化物による雨滴の酸性化。その結果次の様な事が明らかとなった。(1)H2O2(g)による液相酸化の無い場合には大気中のSO2(g)に平衡なpHよりは低下しないが、液相酸化があれば雨滴内でSO42-が生成され、雨滴の酸性度を大きく高める。
(2)いわゆるNOX(g)のままの形態では雨滴に吸収され難く、酸性雨生成にはあまり寄与しない。ただし、NOX(g)より生成される二次物質のHNO3(g)はSO2(g)よりも強力な酸性雨生成の原因物質となり得る。しかし、通常の大気中でのHNO3(g)濃度はSO2(g)濃度よりかなり低く、結局、硫黄酸化物が雨滴酸性化の第一の原因物質であると言える。
また、以上のモデル計算とは別に雨滴内での解離によって生じたイオンの運動に基づく雨滴電位分布を加味したモデルを組み立て雨滴の酸性化をシミュレートした。その結果、電位分布を考慮すると一層pHの低下する事およびこの傾向は雨滴径の大きい程、顕著である事がわかった。

研究成果

• [文献書誌] 芝 定孝・平田雄志・伊藤龍象・末石冨太郎・八木俊策: "雨滴の酸性化におよぼす帯電化学種の影響" 環境科学会1996年会講演要旨集. 108-109 (1996)
• [文献書誌] 芝 定孝・平田雄志・伊藤龍象・末石冨太郎・八木俊策: "雨滴内イオンの移動が酸性雨生成におよぼす影響" 第33回環境工学研究フォーラム講演集. 159-161 (1996)
• [文献書誌] 芝 定孝・加藤卓・小林詠介・平田雄志: "SO_2(g)吸収による酸性雨生成過程のモデル化と数値シミュレーション" 化学工学会姫路大会講演要旨集. 115-116 (1996)
• [文献書誌] S.Shiba,Y.Hirata,and T.Sueishi: "Effect of Hydrogen Peroxide on Acidification of Urban Rainfall Runoff Caused by Sulfur Dioxide" Proc.7th Int.Conf.on Unban Strm Drainage. III. 1829-1830 (1996)
• [文献書誌] 芝 定孝・平田雄志・八木俊策: "雨滴内酸化反応が酸性雨生成におよぼす影響" 水工学論文集. 41. 581-586 (1997)
• [文献書誌] S.Shiba,S.Kato,Y.Inokawa,Y,Hirata,and S.Yagi: "Characteristics of Rain Drop Aciditicafion by Washout of Sulfur Dioxide" Proc.Int.Conf.on Acid Snow and Rain. (in press). (1997)
• [文献書誌] S.Shiba and Y.Hirata: "Development and Application of Computer Techniques to Environmental Studies,VI(Zannetti.P and Brebbia C.A ed.)28HD01:1996" Effect of drop-phase oxidation on raindrop acidification due to washout of sulfur dioxide, 10