找準致霾根本原因?qū)崿F(xiàn)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(shù)暴增，眾多火電企業(yè)同時采取相同措施導致大氣中PM2.5粒數(shù)暴增等多重突變導致霧霾大暴發(fā)的演變過程進行了系統(tǒng)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(fā)之前大氣中PM2.5質(zhì)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(fā)前后大氣環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生的突變來精準地查找霧霾大暴發(fā)的根本原因，而不能只是在霧霾大暴發(fā)之后的大氣環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部找不同區(qū)域、不同時間的差異化原因;也不能把突發(fā)性的霧霾大暴發(fā)的原因歸結(jié)到長時期內(nèi)不會改變的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重、污染物排放多等方面。在明確2013-2014年霧霾大暴發(fā)的根本原因后，提出霧霾治理的十條對策措施，以實現(xiàn)低成本快速精準治霾。

　　關鍵詞：霧霾;PM2.5;可凝結(jié)顆粒物;措施

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　　0 引言

　　找準京津冀及周邊省份霧霾大暴發(fā)(簡稱霧霾大暴發(fā))的根本原因，才能夠?qū)ΠY下藥，實現(xiàn)低成本快速精準治霾。導致霧霾的原因很多，不同區(qū)域都有與各自產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、生活習慣等緊密相關的大氣污染物排放源，由此不同區(qū)域?qū)е蚂F霾的原因組合也存在差異。以山東省為例，霧霾天數(shù)連續(xù)兩年每年都翻番且之后出現(xiàn)下降的倒鉤型變化，本文認為出現(xiàn)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(tǒng)( Gas-Gas-Heater，GGH)、濕法脫硫設施過去因GCH等故障頻發(fā)而時關時開狀態(tài)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(shù)濃度暴升，進而造成2013-2014年京津冀及周邊省份霧霾天數(shù)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(shù)的快速上升;而非電行業(yè)重蹈覆轍，又抵消了電力行業(yè)并非針對導致霧霾的PM2.5粒數(shù)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(zhì)量濃度比霧霾大暴發(fā)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(shù)濃度依然高于甚至遠高于霧霾大暴發(fā)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(jié)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(xiàn)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(fā)之前，各種大氣污染物排放也已達到大氣環(huán)境容量上限。

　　1 2013-2014年霧霾大暴發(fā)的根本原因[1]

　　1.1 PM2.5粒數(shù)濃度暴增導致2013-2014年霧霾大暴發(fā)

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

　　造成PM2.5粒數(shù)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(fā)。能夠想到的任何常規(guī)變化的變量，都不可能引起霧霾天數(shù)在2013-2014年連續(xù)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(xù)下降，只是霧霾天數(shù)仍在高位上徘徊。

　　大氣中PM2.5粒數(shù)濃度暴增，而且在靜穩(wěn)和潮濕天氣下，PM2.5顆粒吸附水分、相互粘結(jié)、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(zhuǎn)化。其他污染源排放的顆粒物也被吸附，導致霧霾頻發(fā)。大氣中暴增的超細顆粒物在靜穩(wěn)天氣下質(zhì)量濃度具有不衰減的逐日累加現(xiàn)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(jù)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(huán)，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(chǎn)生高濃度的納米級顆粒;伴隨著成核模式粒子連續(xù)數(shù)天的粒徑增長，產(chǎn)生大量較大的粒子，粒子質(zhì)量濃度積累超過每立方米幾百微克，與世界其他地區(qū)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(qū)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(jié)果更適合解釋華北燃煤地區(qū)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(shù)濃度很高但粒徑和質(zhì)量都很小，在靜穩(wěn)天氣下，這些納米級顆粒逐漸成為凝結(jié)核，吸附大氣中的水份，相互凝結(jié)團聚并與不斷產(chǎn)生的顆粒和其他常規(guī)來源的顆粒凝聚，粒數(shù)濃度下降，粒徑和質(zhì)量濃度增加，經(jīng)過幾天累積后，開始影響大氣能見度，逐漸出現(xiàn)灰霾并逐步加重。與北京不同，燃煤區(qū)域取消GGH的濕法脫硫系統(tǒng)全天候直接產(chǎn)生的細顆粒物足以滿足PM2.5周期性循環(huán)初始階段大量粒數(shù)很高、質(zhì)量很輕，尚未體現(xiàn)在PM2.5質(zhì)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(jié)顆粒物和累積下來的顆粒物就開始吸水、凝結(jié)、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(zhuǎn)化，迅速開啟PM2.5周期性循環(huán)的第二個過程，霧霾爆發(fā)。這些地區(qū)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(nèi)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(chǎn)生大量納米級的超細顆粒物