雾霾（大气污染）深度治理的问题与建议

时间：2021-02-15 13:04:20 来源：闽商界作者：青鸾传媒点击:

　　2013年雾霾爆发以来，各地采取积极措施治理大气污染，使大气环境有所改善。但大气污染仍然没有控制住，近几年秋冬季节，即使在大范围的停工限产的前提下，大面积雾霾现象在北方除北京以外的地区仍然频繁发生，给企业生产和人民健康带来严重影响。为了使未来的大气污染治理更加有效，我们分析了这几年大气污染治理的得失，并提出改进建议。
　　1.问题
　　2013年重霾爆发以来，政府从中央到地方，采取各种措施“铁腕治霾”，包括实施世界上最严格的烟气超低排放标准，大范围的煤改气、煤改电，治理散、乱、污等。目前控制的三个常规大气污染物，颗粒物(尘PM)，二氧化硫(SO2)的排放量同比2014年前的峰值下降 80%以上, 氮氧化物(NOx)的排放量也同比峰值下降了30%。从指标上看，常规污染物减排治理成果非常好，但实际的雾霾治理效果远远低于预期。到秋冬季，北方地区不得不靠大范围的停工、限产来维持一定的大气环境质量。即使如此，雾霾仍然频繁来袭。特别是2020年春节疫情期间，在国民经济几乎处于停顿状态的情况下，大范围、长时间的重霾仍然未能避免。
　　污染物排放与不利大气扩散条件是雾霾发生的两个主要因素。北方秋冬季雾霾频发的原因不仅与常规污染物排放有关，更与非常规污染物排放有关，否则，常规污染物在峰值期间(2008-2011)更容易暴发雾霾。同时，不利大气扩散条件不仅由自然因素引起，也与人类活动有关，特别是工业水汽排放相关。
　　经过反复的研究和分析，我们认为目前治理常规大气污染物 (二氧化硫和氮氧化物)减排技术缺陷和标准缺失，导致了大量非常规污染物的排放，而这些非常规污染物没有得到监管，是当前雾霾久治不愈的根本原因，大量工业水汽排放引发的不利大气扩散条件是重要原因。
　　2.治理技术缺陷和标准缺失
　　2.1氮氧化物NOx 减排的同时，产生了大量的氨排放
　　目前减排氮氧化物(脱硝)主流技术 SCR 法用氨作为还原剂，为了达到远高于欧美标准的超低控制指标，企业过量喷氨现象十分普遍。这些过量的氨气形成铵盐等氨氮物, 通过粉煤灰、脱硫废水、雾滴等被携带排出烟道,最终形成氨气排至大气。专家估算，按 2017年电厂的氨使用量计算，这部分排放的氨气量约为137-218万吨。非电行业的脱硝设施不少设置于脱硫设施之后，过量的氨直接排入大气，比电厂的影响更严重。中国科学院大气物理研究所研究员王跃思团队通过观测发现，“华北是我国氨气最大的‘热点区’，浓度异常高，空间覆盖范围广” 。该团队前不久在《国家科学评论》发表文章，直接建议 “将氨(包括氨气和铵盐)作为大气污染物列入控制性指标”。
　　工业过程中的氨排放问题一直没有得到关注。根据前不久完成的国家大气污染防治攻关联合中心组织的“大气重污染成因与治理攻关项目(总理基金)”报告所述：“氨排放主要是畜牧业和农业”，这一结论远远脱离现实。国际、国内多重研究表明，在城市范围内，工业早已是主要氨排放源，特别是超低排放启动后，工业氨用量大幅增加，大气中的氨含量也随之升高。
　　氨气是大气中唯一的高浓度碱性气体, 排放到大气中的氨与硝酸或硫酸等酸性气体发生反应, 形成硫酸盐、硝酸盐，氨盐等二次细颗粒物，是大气中气态污染物转变成颗粒态污染物的重要推手。另外氨(氨类物质)对雾霾的影响还表现在高湿环境下，溶解于液滴中的氨类物质和硝酸盐，作为营养物质导致一些微生物大量快速的繁殖，使得雾霾快速发展。我们在追求超低的氮氧化物排放的同时，忽视了目前技术的局限性，使得大量的氨排向空中，转而形成二次颗粒物和微生物的繁殖，抵消了其它颗粒物减排的效果。
　　近年来，华北地区降雨已经从局部性酸雨转变为全面偏碱性，这从宏观上也证明，减排常规污染物的同时，导致了过量氨气的排放。在低温季节氨气铵盐湿沉降能力弱的情况下，过量氨气排放会导致大气中的细颗粒物较长时间存在，在较大范围扩散分布。
　　2.2 二氧化硫(SO2)减排，湿法脱硫工艺与细颗粒物排放
　　目前绝大部分电厂和工业企业使用湿法脱硫工艺进行二氧化硫(SO2)减排，尽管脱硫效果明显，但由于中间的烟气升温器 (GGH)被取消，使得烟气低温、低空、高湿排放，脱硫浆液中的细颗粒物通过饱和湿烟气夹带排入大气，可凝结颗粒物 CPM浓度偏高，且未控制。取消GGH的情况下，低温季节，饱和湿烟气条件下，排出的烟气形成浓重的烟羽，二氧化硫在烟羽内的液滴内形成亚硫酸，进一步形成硫酸的极好条件。这样的排放变化过程完全无法监控。
　　根据包括北京，上海等17个达到超低排放标准机组的测试结果，CPM的平均值是 13.93毫克/立方米，超过了超低排放颗粒物标准10毫克/立方米。更为严重的是，CPM形成的颗粒物粒径小，粒数浓度非常高，每立方厘米粒数以千万计。同样质量浓度的CPM，其粒数远超过可过滤颗粒物，对大气的消光作用也远远大于可过滤颗粒物。这些CPM 在大气中作为凝结核，遇冷凝并，吸湿长大，并产生液相下的二次复合过程，雾霾暴发时，以PM2.5质量浓度形态显现。
　　齐鲁工业大学研究员周勇通过多重证据研究，确认湿法脱硫后PM2.5粒数浓度暴增是2013-2014年京津冀及周边省份雾霾大爆发的主因。而湿法脱硫工艺取消GGH是最主要的引发PM2.5粒数浓度暴增的因素，同期大规模的脱硝加剧了这一趋势。这也说明了为什么在2011年以前，常规污染物二氧化硫、氮氧化物处于峰值时，没有形成严重的雾霾，而在治理措施加大后(在新的大气污染物排放标准、脱硝加价和严管政策刺激下，2012年开始进行大规模脱硝和脱硫设施建设或改造，2012年底开始没有GGH并和脱硝设施串联的湿法脱硫系统全面推开并实行严格的在线监测)，雾霾反而显现了！这一现象不但发生在华北地区，甚至是全国性的。现在冬季，从南到北，主要工业城市上空大部分时间是灰朦朦的。
　　由于可凝结颗粒物CPM没有包括在目前的颗粒物标准之中，因此没有得到监管。这一颗粒物指标上的漏洞，说明了为什么环保指标上的成果对不上实际的大气污染情况。因为指标只管住了可过滤的固体颗粒物，对雾霾影响更严重的CPM没有得到监管，超低排放评价显著低估了颗粒物的实际排放水平，所谓的超低排放，实际上是非关键致霾指标的超低，不可能实现对症下药来治理雾霾！ 2018年各地采取的俗称“除湿脱白”的烟羽中污染物治理措施，治理湿法脱硫后的白色烟羽，对控制 CPM 有一定效果，但由于各种原因，被主管部门叫停！这也就是为什么疫情期间，只有全面实现超低排放的电厂和有限的其它工业排放，雾霾依然席卷大半个中国。
　　2.3工业水汽排放
　　湿度是雾霾形成的一个关键因素，观察表明，重度雾霾都是伴随着高湿天气发生的。北方秋冬季形成明显雾霾前的敏感阶段及成霾过程中，煤炭/天然气燃烧、湿法脱硫、冷却塔等排放的水气，对当时大气湿度有20%左右的贡献，对雾霾的形成也有较大贡献。
　　在工业集中的地区，水汽形成的水蒸汽气溶胶，使得局部的云层增厚，在城市上空形成一个“锅盖”，使污染物无法自由扩散，大气中包括CPM在内的各类细颗粒物，在这种人为排放水汽形成的高湿环境下，吸湿增长(研究表明，如果空气湿度达95%，在短时间内可凝结颗粒物粒径能增长6-16倍)，与各种污染源排出的硫氧化物、氮氧化物、VOC等污染物化合，形成二次颗粒物，导致雾霾加重。
　　城市周边大量工业水汽的排放，还会造成静稳，逆温的天气增加。水汽形成的水蒸汽气溶胶，使得局部的云层增厚，在城市上空形成一个“锅盖”，大气流动性减弱，形成静稳环境，使污染物无法自由扩散；由于湿态水溶性离子颗粒物的消光作用，大气边界层阻挡太阳光线照射至地面，地表温度低，形成逆温环境，同时这些工业水汽都带有热度，高于环境温度，在高空遇冷冷凝，释放出热量，使高空的气温升高，也有助于逆温天气的形成。静稳，逆温环境导致污染物在近地表大气边界层内累积，形成雾霾。
　　工业水汽排放不但对大气扩散条件产生影响，同时，水汽中夹带大量细颗粒物。除了湿法脱硫后的白色烟羽含有巨量可凝结颗粒物和可溶性盐，目前为了节约用水，不少电厂冷却塔使用中水作为补充水，不断的循环，使水汽中的含盐量大幅上升。据估算，一个百万千瓦机组的冷却塔每小时可排 200-400公斤的溶解性颗粒物到空中，是同样机组烟气总颗粒物TPM排放浓度的4-8倍！
　　3.雾霾形成与暴发过程分析
　　尽管在多年的努力下，常规污染物二氧化硫 SO2，氮氧化物 NOx, 和颗粒物(尘PM)已经降到低位，但由于技术缺陷和标准缺失，所产生的非常规污染物(可凝结颗粒物CPM，氨和工业水汽)没有得到治理和控制，以至北方地区秋冬季雾霾没有得到有效控制，其形成与爆发的过程如下：
　　在低温静稳干燥气象条件下，粒数巨大没有得到管控的可凝结颗粒物 CPM 排放到大气中形成固态或液态的细颗粒物；湿法脱硫，冷却塔等工业水蒸气排放推高相对湿度，大气中的干态水溶性离子颗粒物吸湿长大；烟气中残留的氮氧化物、硫氧化物，VOCs和氨气等和吸湿长大后的干态水溶性离子颗粒物，水汽夹带的细颗粒物在大气中发生二次复合，形成硝酸盐，硫酸盐，有机盐和氨盐等二次颗粒物。由于湿态水溶性离子颗粒物的消光作用，大气边界层阻挡太阳光线照射至地面，地表温度低，形成逆温环境。这些盐粒在逆温，静稳大气的影响下，在较低的大气边界层内富集，形成雾霾。
　　在高湿天气，这个过程显著加快和加强，湿态水溶性离子颗粒物粒径大幅增长，新排放的水蒸气和夹带的细颗粒物在更低的大气边界层内扩散，地表的空气密度升高，大气的垂直层结构相对稳定，空气的上下间流动显著减弱，静稳，逆温环境加强，同时，水溶性离子颗粒物中铵根，硝酸根等营养物，促使微生物快速繁殖，PM2.5质量浓度快速增长，雾霾爆发，并会维持一段时间，直至大气环境发生改变(如大风，下雨，冷空气入侵等)。
　　4. 建议
　　4.1 确定雾霾主因后进行针对性治理，避免秋冬季的“停工限产”措施
　　为了维持北方地区的环境质量，从 2017年开始实施“大气污染应急管控防治措施”，即在污染天气各地要求企业 “停工限产”。这一措施虽然缓解和减轻了雾霾污染的影响，但给各地的经济带来严重的伤害，同时也掩盖了环保治理的问题和缺陷。从经济上考虑，治理目前的大气污染问题，对于一个省，只是一个百亿级的投入(如果通过节能措施减排, 投入的成本还可回收)，但大面积的停工限产，经济损失是千亿级别，而且年复一年。根据前面的分析，重度雾霾不是一次排放造成，而是大气扩散条件变差后，二次颗粒物暴增所引起，“停工限产”的作用有限。因此，我们建议在“十四五”期间，取消“大气污染应急管控防治措施”，停止各种名目甚至加码的“停工限产”，保障国民经济，特别是北方地区的可持续发展。
　　4.2 设立国务院雾霾治理办公室
　　由于雾霾形成的复杂性和治理的长期性，光凭环保部门的力量是不够的，这几年各地政府都设立了“大气污染防治办公室”，协调环保，能源，交通，工业，科技，城市管理等部门的合作，建议国务院也设立“雾霾治理办公室”，从顶层开始，整合资源，全面协调大气污染治理的工作，而不是目前环保部门单打独斗，头痛医头，脚痛医脚，并且受制于一些利益集团和固有的思维模式，不能开展真正有效的治理。
　　4.3 通过余热回收，治理湿法脱硫后排出的烟气
　　湿法脱硫后排出的烟气不但含有水汽和细颗粒物，还有余热。为贯彻落实《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》,发改委 2015年就发布《余热暖民工程实施方案》鼓励回收烟气余热，并在 150 个区县开展试点。目前余热回收利用技术已完全成熟，为了迅速抑制雾霾，特别是重霾的发生，应该强制回收湿法脱硫后烟气的余热和水汽，使企业达到节能、节水、降霾、减碳和增收的五重效益。这是目前经济成本最低，控制雾霾最有效的方法。
　　4.4回收工业排放的水汽和余热
　　根据各地的工业布局和环境容量，采取积极措施鼓励或要求回收电厂冷却、冶炼、化工等行业各工序排出的水汽、余热。此举能减轻甚至拿掉城市上空的 “锅盖”，大幅度改善大气扩散条件，减少雾霾的产生，并能减少随水汽排出的盐粒和污染物。同时重复利用水，减少工业用水总量，降低企业成本，余热还可以回收利用，产生经济效益。
　　4.5增加超低排放的内容，弥补排放指标上缺失
　　要把氨(包括氨气和铵盐)纳入控制性指标，严格控制氨的使用。城区的氨排放除了电力、工业的脱硝外，还包括机动车，特别是柴油车的氮氧化物减排中的氨排放，和尿素制作过程中的氨排放等。
　　颗粒物超低标准必须包括可凝结颗粒物CPM。目前直接检测CPM 比较困难，可通过间接检测方法(如测冷凝水中的电导率)进行监测。 <

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