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朱法华:坚定雾霾治理的正确方向
文章来源:中电新闻网发布日期:2019-04-04国电环境保护研究院院长、国家大气物理模拟与污染控制重点实验室主任 朱法华

2013年1月有4次雾霾笼罩在中国大部分地区,在北京仅有5天不是雾霾天。此后,雾霾就一直成为政府、公众、企业、团体等关注的热词,2013年9月10日国务院发布了《大气污染防治行动计划》(简称“大气十条”),要求到2017年全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上,优良天数逐年提高;京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右,其中北京市细颗粒物年均浓度控制在60微克/立方米左右。在各级政府、企业等共同努力下,“大气十条”的目标全面完成,但秋冬季节的雾霾仍不期而至,每一次雾霾的到来都会引起对雾霾治理方向正确性的质疑,需要我们认真思考。
 
  雾霾是气候条件与人类活动共同作用的结果
 
  雾霾是雾和霾的组合词。雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统,水平能见度低于1千米的现象,水平能见度介于1千米到10千米,被称为轻雾,雾发生时空气的相对湿度大于90%。霾是指大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中,使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊的现象,霾又称灰霾、烟霾。雾是一种自然现象,霾与大气污染有关,在大气污染较为严重的地区,两者常常相伴而生,被称为雾霾。由此可见,雾霾是特定气候条件与人类活动相互作用的共同结果。
 
  人类难以改变特定的气候条件,能够改变的是自身的活动,即通过我们的努力,减少空气中极细微的干尘粒。目前世界各国以环境空气中PM2.5的浓度来表示雾霾污染的严重程度,PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物,也称细颗粒物。
 
  空气中PM2.5的来源有自然源和人为源,本文不讨论自然源,因为人类对自然源的控制能力有限,人为源从成因上不外乎二类,一类是人类活动直接排放的PM2.5,包括煤炭燃烧、秸秆燃烧、工业过程、道路扬尘、各种堆场、机动车尾气、建筑施工等排放的颗粒物中均含有PM2.5,被称为一次PM2.5;另一类是人类活动排放的气体,在大气环境中发生复杂的光化学反应,形成的PM2.5,被称为二次PM2.5。二次PM2.5主要是由于排入大气中的挥发性有机化合物(简称VOC)与氮氧化物发生光化学反应,增强大气的氧化性,可将大气中的二氧化硫氧化为硫酸盐、氮氧化物氧化为硝酸盐、VOC氧化为有机颗粒物等等。
 
  可见,减少颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、VOC的排放,对治理雾霾都会有积极的贡献。但由于环境空气中PM2.5形成的复杂性,使得任何污染物的减排与雾霾之间的关系都不是线性的,即没有哪一种污染物减排与PM2.5之间具有一一对应的关系,环境空气中PM2.5浓度的下降是各种污染物共同减排的结果。
 
  雾霾治理效果明显方向正确
 
  在“大气十条”、《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》、《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年》、《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等相关国家政策的推动下,中国燃煤电厂全面推行超低排放改造。截至2017年底,全国实现超低排放的煤电机组容量达到7.1亿千瓦,占煤电机组总容量的70%。2017年火电发电量45442亿千瓦时,比2013年增长7.1%,但2017年全国火电烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量仅为26、120、114万吨,比2013年分别下降了82.3%、84.6%、86.3%,火电排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物占全国总量的比例分别从11.1%下降到3.0%、38.2%下降到11.8%、37.4%下降到7.1%,赢得了广泛赞誉,为改善大气环境做出了重要贡献。
 
  显而易见,大气中PM2.5的浓度下降远不及火电行业污染物的下降幅度,这是因为大气中PM2.5浓度的下降与全国各种污染物的排放总量下降密切相关,不能以电力行业污染物排放量的下降幅度去衡量大气中PM2.5的下降幅度,必须考虑全国各种大气污染物总的下降情况。中国、美国和欧洲经济区(32个地区)各种污染物减排与环境空气中PM2.5的下降情况见表1。
 
 
 
  从表1中可以看出,中国“大气十条”实施的5年,大气中PM2.5的浓度下降平均值为32.2%(珠三角、长三角、京津冀分别下降22.7%、34.3%、39.6%),超过美国2000-2010年下降结果27%,与欧洲经济区1990-2009年的下降结果34%较为接近,充分说明“大气十条”实施期间我国大气污染物的减排力度是空前的,治理雾霾的效果是明显的。
 
  从表1中还可看出,我国二氧化硫和氮氧化物排放总量的下降幅度分别仅是欧洲经济区的63%和55%。我国没有公布PM10的排放总量,仅有烟尘排放总量,不同固定污染源排放的烟尘中PM10占烟尘总量的比例不同,一般而言排放标准越严,其PM10占比越高,从表中数据可以估算,我国PM10排放总量的下降幅度可能也低于欧洲经济区。而据贺克斌等人的研究表明,我国近年来VOC年排放总量介于2500-3000万吨,一直在增长,没有下降。对比中国、欧洲经济区和美国各种污染物排放总量的下降幅度,明显可以得出我国前段时间治理雾霾的方向是完全正确的。
 
  坚定雾霾治理的正确方向
 
  雾霾治理的正确方向就是通过各种措施、各种手段等持续实现各种污染物减排,减排是硬道理。当然,不同污染物的减排对大气中PM2.5的下降贡献是有所不同的,同一种污染物在不同时期其减排对PM2.5的下降贡献也是不同的,这需要认真研究。
 
  强化VOC和氮氧化物的控制
 
  2010年全国二氧化硫的排放总量比2005年下降14.29%,2010年全国重点城市空气中二氧化硫平均浓度比2005年下降26.3%;2015年全国二氧化硫排放总量比2005年下降27.1%,2015年全国重点城市空气中二氧化硫平均浓度比2005年下降55.1%,由于二氧化硫的减排主要是由电力行业的高架源排放完成的,如果没有二氧化硫被氧化为硫酸盐,其对重点城市空气中二氧化硫浓度的影响不可能超过其总量减排的降幅。这充分说明大气氧化性持续增强,大气中的二氧化硫至少有一半被氧化成硫酸盐了,因此必须加强对VOC和氮氧化物的控制。我国2017年二氧化硫的排放总量已下降到1014万吨,远低于1987年的1412万吨,也远低于为控制酸雨确定的1200万吨的目标。
 
  在珠三角、长三角和京津冀地区,珠三角地区空气中的臭氧浓度最低,且2013年以来相对稳定,珠三角地区PM2.5年均浓度已连续4年满足35微克每立方米的要求;京津冀及周边地区空气中的臭氧浓度最高,且增长最快,PM2.5年均浓度也最高。从另一侧面,说明强化控制VOC和氮氧化物的必要性。
 
  京津冀及周边地区PM2.5中硝酸盐绝对浓度与占比大幅度超过硫酸盐,成为PM2.5中最主要的二次无机组分,这说明我国对二氧化硫的控制已经取得阶段性胜利,对氮氧化物的控制更加紧迫。
 
  加强颗粒物与无组织排放的控制
 
  对于颗粒物的控制,我国尚需进一步加强,特别是应加强散乱污企业及中小企业的颗粒物排放与道路扬尘、堆场、建筑施工等无组织排放。
 
  关于对氨的控制,我个人认为需要控制,因为氨是恶臭污染物之一,但没有必要为降低大气中PM2.5浓度而进一步严格控制。尽管大气PM2.5成分中存在铵盐,但氨是与大气中的硫酸、硝酸结合形成硫酸铵、硝酸铵的阳离子,如果大气中缺少氨和其它碱性组分,那么就会加重酸雨的发生。
 
  超低排放后燃煤电厂污染物进一步减排意义不大
 
  大量的测试结果表明,燃煤电厂超低排放后烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放与燃气电厂接近,进一步减排的潜力极小,减排的绝对量非常有限,边际成本很高。特别值得一提的是,现有的超低排放治理设施对烟气中的可凝结颗粒物也有明显的协同脱除效果,可凝结颗粒物是指在烟囱条件下为气相,排入大气后由于空气冷却和稀释,冷凝或发生反应立即形成固体或液体颗粒物,所有可凝结颗粒物均是PM2.5,世界各国均无可凝结颗粒物排放标准。燃煤电厂可凝结颗粒物中最主要的组分是以硫酸雾形式存在的三氧化硫,少量氨及存在于雾滴中的溶解性总固体等。上海市6个电厂6台机组的测试结果表明,超低排放后三氧化硫的排放浓度下降到0.8-3.68mg/m3,平均2.29 mg/m3,三氧化硫协同减排脱除效率介于53.6%-95.1%。京津冀及周边地区多个电厂超低排放后烟气中氨的平均浓度0.75 mg/m3。
 
  2018年部分省市的环保行政主管部门、市政府、大气污染防治联席办公室、经济和信息化委员会等机构发文,要求超低排放的燃煤电厂治理白色烟羽。形成白色烟羽的主要原因是由于温度下降烟气中的水蒸气(气态水)凝结产生的白色水雾,由大量1?m左右的细小水滴组成,自然扩散后会很快消失,不会产生拖尾现象。烟气加热消除白色烟羽,不会减少污染物排放,相反由于加热耗能会增加发电煤耗1-3克每千瓦时,即使在超低排放条件下,仍会增加0.6-1.8mg/m3污染物的排放。
 
  全面减排是硬道理
 
  希望仅靠电力行业的治理就能实现蓝天保卫战的胜利,是注定会破灭的。需要动员全社会的力量,优先着手对边际成本低的污染源进行治理。要大力提高政府、公众、企业的环保意识,特别是乡镇、村级政府和中小民营企业的环保意识,充分发挥人的主观能动性。要创新环境管理模式,制定奖惩结合的环境政策与完善的技术标准体系,使污染企业容易找到适合自己特点的污染治理技术,确保环保设施能够做到“建设好、运行好、效益好”的有机统一,真正发挥减排效果。
 
  雾霾来袭,谁也逃不过,全面减排,利人利已。