找準致霾根本原因實現低成本快速精準治霾的路徑與對策

　　摘要：本文對單個濕法脫硫設施取消GGH后導致PM2.5粒數暴增，眾多火電企業同時采取相同措施導致大氣中PM2.5粒數暴增等多重突變導致霧霾大暴發的演變過程進行了系統分析。研究分析了火電等主要領域霧霾治理的成效、不足和原因，以及相比霧霾大暴發之前大氣中PM2.5質量濃度已有較大幅度下降，但大氣能見度依然較差的原因。提出需要從霧霾大暴發前后大氣環境系統發生的突變來精準地查找霧霾大暴發的根本原因，而不能只是在霧霾大暴發之后的大氣環境系統內部找不同區域、不同時間的差異化原因;也不能把突發性的霧霾大暴發的原因歸結到長時期內不會改變的產業結構偏重、污染物排放多等方面。在明確2013-2014年霧霾大暴發的根本原因后，提出霧霾治理的十條對策措施，以實現低成本快速精準治霾。

　　關鍵詞：霧霾;PM2.5;可凝結顆粒物;措施

　　推薦閱讀：霧霾類論文投稿期刊有哪些

　　0 引言

　　找準京津冀及周邊省份霧霾大暴發(簡稱霧霾大暴發)的根本原因，才能夠對癥下藥，實現低成本快速精準治霾。導致霧霾的原因很多，不同區域都有與各自產業結構、能源結構、生活習慣等緊密相關的大氣污染物排放源，由此不同區域導致霧霾的原因組合也存在差異。以山東省為例，霧霾天數連續兩年每年都翻番且之后出現下降的倒鉤型變化，本文認為出現這種情況的根本原因只能是：2012年絕大部分燃煤設施都配備的濕法脫硫設施集中取消煙氣再熱系統( Gas-Gas-Heater，GGH)、濕法脫硫設施過去因GCH等故障頻發而時關時開狀態被徹底改變、集中上馬脫硝設施，由此造成濕法脫硫設施個體與群體行為的多重突變[1]。

　　濕法脫硫本身沒有多大問題，主要是取消GGH的技術失誤造成一系列連鎖反應，在2012年工況條件下，導致PM2.5粒數濃度暴升，進而造成2013-2014年京津冀及周邊省份霧霾天數暴升。2015年開始的超低排放改造遏制住了石膏雨問題和霧霾天數的快速上升;而非電行業重蹈覆轍，又抵消了電力行業并非針對導致霧霾的PM2.5粒數濃度對癥下藥的超低排放改造的部分效果。

　　2017年，濟南市PM2.5質量濃度比霧霾大暴發前下降40%，但是大氣能見度仍然差強人意，主要因為大氣中PM2.5的粒數濃度依然高于甚至遠高于霧霾大暴發前。恢復GGH的有益功能，例如在超低排放基礎上，合理降低除塵器和脫硫塔進口煙氣溫度、通過冷凝除濕減少可凝結顆粒物和水汽排放、恢復原來的干煙囪煙氣排放模式等措施，是實現低成本快速精準治霾的關鍵。其他領域的大氣污染治理措施仍然需要，因為在霧霾大暴發之前，各種大氣污染物排放也已達到大氣環境容量上限。

　　1 2013-2014年霧霾大暴發的根本原因[1]

　　1.1 PM2.5粒數濃度暴增導致2013-2014年霧霾大暴發

　　根據氣象數據顯示的霧霾天數(以山東為代表)及利用氣象數據通過模型推算的PM2.5質量濃度，2013-2014年存在霧霾天數和PM2.5質量濃度的突變。但是，2010-2017年的實測數據PM2.5質量濃度并沒有大的突變。專家認為粒數濃度更能反映PM2.5對生態和健康的影響，以及實測數據顯示PM2.5質量濃度沒有發生大的變化，只能說明2013-2014年PM2.5粒數濃度暴增導致霧霾天數連續兩年翻番式增長，而非質量濃度變化。由此可見，PM2.5粒數濃度暴增是2013-2014年京津冀及周邊省份霧霾大暴發的主因。

　　造成PM2.5粒數濃度暴增的根本原因，不可能是二氧化硫和氮氧化物，二者排放量分別在2006年和2011年達到峰值，并從峰值年后開始處于下降或快速下降通道;也不可能是煤炭消費總量變化造成的，京津冀在2013年達到煤炭消費峰值，山東省在2016年達到峰值，進入峰值前早已處于平臺期。二氧化硫、氮氧化物排放或煤炭消費不可能在沒有其他因素的影響情況下，導致霧霾在2013-2014年突然大暴發。能夠想到的任何常規變化的變量，都不可能引起霧霾天數在2013-2014年連續兩年翻番式增長，而2016年又比2014年的峰值年下降1/4的倒鉤型變化，之后又持續下降，只是霧霾天數仍在高位上徘徊。

　　大氣中PM2.5粒數濃度暴增，而且在靜穩和潮濕天氣下，PM2.5顆粒吸附水分、相互粘結、迅速長大，再溶解大氣中的二氧化硫、氮氧化物，并加速其氧化及進一步向硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽的轉化。其他污染源排放的顆粒物也被吸附，導致霧霾頻發。大氣中暴增的超細顆粒物在靜穩天氣下質量濃度具有不衰減的逐日累加現象，累加幾天之后，加上其他來源的PM2.5，就能逐漸達到輕度霧霾。

　　根據Guo等(2014)的研究，受氣象條件影響的北京大氣中PM2.5從少到多的周期性循環，其特點是氣溶膠的形成分為成核和生長兩種截然不同的過程。在污染期之前，在清潔條件下產生高濃度的納米級顆粒;伴隨著成核模式粒子連續數天的粒徑增長，產生大量較大的粒子，粒子質量濃度積累超過每立方米幾百微克，與世界其他地區典型的氣溶膠形成過程不同。另一方面，北京的顆粒物成分與全球許多地區普遍測量的顆粒物相似，與以次生氣溶膠形成為主的化學成分一致[2]。這一觀測結果更適合解釋華北燃煤地區霧霾的形成過程。如，在天氣良好的時候，濕法脫硫取消GGH后暴增的PM2.5粒數濃度很高但粒徑和質量都很小，在靜穩天氣下，這些納米級顆粒逐漸成為凝結核，吸附大氣中的水份，相互凝結團聚并與不斷產生的顆粒和其他常規來源的顆粒凝聚，粒數濃度下降，粒徑和質量濃度增加，經過幾天累積后，開始影響大氣能見度，逐漸出現灰霾并逐步加重。與北京不同，燃煤區域取消GGH的濕法脫硫系統全天候直接產生的細顆粒物足以滿足PM2.5周期性循環初始階段大量粒數很高、質量很輕，尚未體現在PM2.5質量濃度中，天空還屬于清潔階段的成核過程的需要，只要天氣滿足成霾的條件，不斷排放到大氣中的可凝結顆粒物和累積下來的顆粒物就開始吸水、凝結、團聚、吸附其他來源的顆粒物，加速大氣中二氧化硫、氮氧化物等的氧化過程，并向硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽進一步轉化，迅速開啟PM2.5周期性循環的第二個過程，霧霾爆發。這些地區并不需要像北京一樣，要靠南風輸送顆粒物促進PM2.5的后期迅速長大。該研究所說的北京霧霾的形成與世界其他地方不同，主要還是因為周邊幾百公里之內有大量的取消GGH后成為濕煙囪排煙的濕法脫硫設施不斷產生大量納米級的超細顆粒物