找準(zhǔn)致霾根本原因?qū)崿F(xiàn)低成本快速精準(zhǔn)治霾的路徑與對(duì)策

　　摘要：本文對(duì)單個(gè)濕法脫硫設(shè)施取消GGH后導(dǎo)致PM2.5粒數(shù)暴增，眾多火電企業(yè)同時(shí)采取相同措施導(dǎo)致大氣中PM2.5粒數(shù)暴增等多重突變導(dǎo)致霧霾大暴發(fā)的演變過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究分析了火電等主要領(lǐng)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(jiàn)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(lái)精準(zhǔn)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(shí)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(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)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(duì)策措施，以實(shí)現(xiàn)低成本快速精準(zhǔn)治霾。

　　關(guān)鍵詞：霧霾;PM2.5;可凝結(jié)顆粒物;措施

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　　0 引言

　　找準(zhǔn)京津冀及周邊省份霧霾大暴發(fā)(簡(jiǎn)稱(chēng)霧霾大暴發(fā))的根本原因，才能夠?qū)ΠY下藥，實(shí)現(xiàn)低成本快速精準(zhǔn)治霾。導(dǎo)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(xí)慣等緊密相關(guān)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(rèn)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(shè)施都配備的濕法脫硫設(shè)施集中取消煙氣再熱系統(tǒng)( Gas-Gas-Heater，GGH)、濕法脫硫設(shè)施過(guò)去因GCH等故障頻發(fā)而時(shí)關(guān)時(shí)開(kāi)狀態(tài)被徹底改變、集中上馬脫硝設(shè)施，由此造成濕法脫硫設(shè)施個(gè)體與群體行為的多重突變[1]。

　　濕法脫硫本身沒(méi)有多大問(wèn)題，主要是取消GGH的技術(shù)失誤造成一系列連鎖反應(yīng)，在2012年工況條件下，導(dǎo)致PM2.5粒數(shù)濃度暴升，進(jìn)而造成2013-2014年京津冀及周邊省份霧霾天數(shù)暴升。2015年開(kāi)始的超低排放改造遏制住了石膏雨問(wèn)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(duì)導(dǎo)致霧霾的PM2.5粒數(shù)濃度對(duì)癥下藥的超低排放改造的部分效果。

　　2017年，濟(jì)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(jiàn)度仍然差強(qiáng)人意，主要因?yàn)榇髿庵蠵M2.5的粒數(shù)濃度依然高于甚至遠(yuǎn)高于霧霾大暴發(fā)前。恢復(fù)GGH的有益功能，例如在超低排放基礎(chǔ)上，合理降低除塵器和脫硫塔進(jìn)口煙氣溫度、通過(guò)冷凝除濕減少可凝結(jié)顆粒物和水汽排放、恢復(fù)原來(lái)的干煙囪煙氣排放模式等措施，是實(shí)現(xiàn)低成本快速精準(zhǔn)治霾的關(guān)鍵。其他領(lǐng)域的大氣污染治理措施仍然需要，因?yàn)樵陟F霾大暴發(fā)之前，各種大氣污染物排放也已達(dá)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(dǎo)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(guò)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)PM2.5質(zhì)量濃度并沒(méi)有大的突變。專(zhuān)家認(rèn)為粒數(shù)濃度更能反映PM2.5對(duì)生態(tài)和健康的影響，以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示PM2.5質(zhì)量濃度沒(méi)有發(fā)生大的變化，只能說(shuō)明2013-2014年P(guān)M2.5粒數(shù)濃度暴增導(dǎo)致霧霾天數(shù)連續(xù)兩年翻番式增長(zhǎng)，而非質(zhì)量濃度變化。由此可見(jiàn)，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(dá)到峰值，并從峰值年后開(kāi)始處于下降或快速下降通道;也不可能是煤炭消費(fèi)總量變化造成的，京津冀在2013年達(dá)到煤炭消費(fèi)峰值，山東省在2016年達(dá)到峰值，進(jìn)入峰值前早已處于平臺(tái)期。二氧化硫、氮氧化物排放或煤炭消費(fèi)不可能在沒(méi)有其他因素的影響情況下，導(dǎo)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(zhǎng)，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(zhǎng)大，再溶解大氣中的二氧化硫、氮氧化物，并加速其氧化及進(jìn)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(dǎo)致霧霾頻發(fā)。大氣中暴增的超細(xì)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(lái)源的PM2.5，就能逐漸達(dá)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(diǎn)是氣溶膠的形成分為成核和生長(zhǎng)兩種截然不同的過(guò)程。在污染期之前，在清潔條件下產(chǎn)生高濃度的納米級(jí)顆粒;伴隨著成核模式粒子連續(xù)數(shù)天的粒徑增長(zhǎng)，產(chǎn)生大量較大的粒子，粒子質(zhì)量濃度積累超過(guò)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(guò)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(cè)量的顆粒物相似，與以次生氣溶膠形成為主的化學(xué)成分一致[2]。這一觀測(cè)結(jié)果更適合解釋華北燃煤地區(qū)霧霾的形成過(guò)程。如，在天氣良好的時(shí)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(jí)顆粒逐漸成為凝結(jié)核，吸附大氣中的水份，相互凝結(jié)團(tuán)聚并與不斷產(chǎn)生的顆粒和其他常規(guī)來(lái)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(guò)幾天累積后，開(kāi)始影響大氣能見(jiàn)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(xì)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(guò)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(lái)的顆粒物就開(kāi)始吸水、凝結(jié)、團(tuán)聚、吸附其他來(lái)源的顆粒物，加速大氣中二氧化硫、氮氧化物等的氧化過(guò)程，并向硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，迅速開(kāi)啟PM2.5周期性循環(huán)的第二個(gè)過(guò)程，霧霾爆發(fā)。這些地區(qū)并不需要像北京一樣，要靠南風(fēng)輸送顆粒物促進(jìn)PM2.5的后期迅速長(zhǎng)大。該研究所說(shuō)的北京霧霾的形成與世界其他地方不同，主要還是因?yàn)橹苓厧装俟镏畠?nèi)有大量的取消GGH后成為濕煙囪排煙的濕法脫硫設(shè)施不斷產(chǎn)生大量納米級(jí)的超細(xì)顆粒物