摘 要:从2013年初开始至今,中国北方地区雾霾大爆发已经8年多。8年治霾成绩主要是重雾霾天数有较大幅度下降,PM2.5质量浓度下降50%(相比雾霾大爆发前也是)。但是,以能见度为判别依据,属于霾、雾和轻雾的天数始终在高位徘徊。看远处淡淡的灰色笼罩,是一年中的绝对常态;在一些属于用有偏差的数据计算出来的空气质量优良的日子也是如此,是雾霾大爆发之前的8-10倍(山东数据)。
即使在新冠疫情期间,一般人的经济活动基本停滞,雾霾依然频频光顾。对照导致雾霾大爆发的根本原因,是非常规污染物(可凝结颗粒物、过度喷氨造成的氨排放、湿烟气中有水溶性盐的雾滴或气溶胶等)无控制排放,真正的雾霾治理还没有开始。
这8年中两项大气治理考核指标,是PM2.5质量浓度和根据AQI计算出来的空气优良天数,并不能反映雾霾天数变化的实际。结果是PM2.5质量浓度大幅度下降,但雾霾依旧。真正造成雾霾大爆发的是PM2.5数浓度,一直在秋冬季持续高位徘徊,是湿法脱硫脱硝为主的燃煤烟气治理设施的多种缺陷,在大范围内集中持续发力造成的。显然,雾霾治理远远没有到可以鸣金收兵或转移阵地的阶段。大气污染治理必须聚焦在迫在眉睫的雾霾治理上,对症下药,迅速取得胜利,而不能继续顾左右而言他,打一枪换一个地方。
准确的目标定位和适时的修正校准,对大气污染治理而言非常重要。这样才能够在付出持久且沉重代价后,及时总结经验,聚焦根本目标,用好科学的考核指挥棒,实现大气污染治理的初衷,让人民满意。打一枪换一个地方,跟着感觉走的做法是需要避免的。
一、秋冬季大气污染治理的战略目标和考核指标与雾霾治理的迫切要求有较大偏差
2013年初开始的雾霾大暴发,让中国付出沉重的代价。全社会付出巨大代价进行治理,仍然按照年度的雾霾大暴发持续至今,只是重霾天数少了,总的能见度小于7.5千米的霾或雾的天数并没有明显的降低,一年中看远处灰蒙蒙的的日子是常态,大部分时间都是如此。只有雨后或大的气象条件变动后,才有短短一两天的时间,似乎回到了雾霾大暴发之前的日子。
反思一下2013年雾霾大暴发之后大气污染防治的战略目标和考核指标,主要是PM2.5质量浓度和包括根据PM2.5质量浓度等在内的6个指标的首位污染物计算出来的空气质量优良天数。与之相对应的微观领域,主要是化石能源燃烧产生的常规污染物的排放标准不断加严,比国际先进水平很要低很多。企业也为此付出沉重代价。
但是,PM2.5质量浓度的峰值是2006年,之后一路下坡,在2010-2013年处于平台期,之后更是快速下降。目前,已经比雾霾大暴发期间的PM2.5质量浓度下降50%以上,从山东省雾霾总天数看并没有下降多少,仍然是200多天,远高于雾霾大暴发之前2001-2011年平均29天。
在PM2.5质量浓度峰值时,雾霾没有大暴发,而是在有了大幅度下降后的2013年开始大暴发,至今又下降50%,雾霾天数仍然很高,大暴发后没有下降多少。有的环保专家认为,这说明2013年没有雾霾大暴发,可能是舆论影响下人们的错觉。而在对每年每个小时的雾霾程度进行细分后,北京的数据清晰的显示,PM2.5质量浓度大于300的小时数,2013年比2012年翻一番。可见雾霾大暴发按照PM2.5质量浓度也是事实,只是这个指标与雾霾大暴发的事实差距较大。以此指标作为2013年雾霾大暴发之后大气污染治理的核心指标,显然是存在很大问题的。这明显不符合逻辑,即PM2.5质量浓度峰值时没有大暴发,而如今大幅度下降后仍然雾霾天数很多。
至于另一个关键指标空气质量优良天数,是建立在PM2.5质量浓度为秋冬季首要污染物的计算公式之上的指标,存在的问题和PM2.5质量浓度与雾霾天数的变化规律差异太大,无法表征雾霾天数变化一样。
也就是说,2013年之后以PM2.5质量浓度和空气质量优良天数为考核指标的大气污染治理,与雾霾大暴发的天数存在逻辑上的矛盾。在雾霾是核心治理目标情况下,这两个指标作为考核指挥棒的大气污染治理可能存在较大的缺陷。
专家认为,PM2.5数浓度更能反映细颗粒物在生态和健康方面的影响。PM2.5数浓度和雾霾大暴发关系密切,这两者应该是雾霾治理或大气污染治理的核心指标。
只有明确大气治理的核心和首要目标是雾霾治理,雾霾治理才能够有效,才能够实现目标。否则,可能就是没有瞄准目标,无的放矢,或以偏概全,或南辕北辙。那样的话,距离实现人民的期望或提高人民的幸福感,就差距很大。
二、气象部门的雾、霾标准,应是讨论雾霾治理的目标基础
离开标准讨论大气污染治理,讨论会失焦,失去意义。
必须首先厘清大气治理的目标是什么,究竟是应当治理雾霾,还是应当提高多种污染物计算出来的AQI空气质量指数和空气质量优良天数,降低PM2.5质量浓度,而不顾及2013年大暴发后年年都来,而且频次降低很少的雾霾问题。后者是老百姓感受最强烈的,不解决说不过去。强调是气象原因,非人为原因造成只能是自欺欺人。
雾霾的标准,对于雾霾的认识,国内有两套体系。
1、生态环境部门
生态环境部门2013年后制定了空气质量AQI指标。生态环境部门评价空气质量,用AQI值进行评价,从不用雾霾的说法。影响AQI的指标包括PM2.5、PM10、NOx、SO2、CO、O3。首要污染物的计算值决定了AQI的值,与能见度、相对湿度等气象指标完全无关。生态环境部门的大气治理,仅针对AQI的提升,强调的是计算出来的优良天气日数、6项指标的年度平均值等指标。
治理大气环境质量是生态环境部门的责任。生态环境部门追求的目标是AQI指标提升,即,努力追求的是AQI的6项指标的改善。其中,NOx、SO2、CO已经得到显著改善,秋冬季节的首要污染物就是PM2.5,生态环境部门的治理方向就一定是盯着PM2.5值的下降。PM2.5的来源物,无非是一次颗粒物的排放、气态污染物二次复合形成的二次颗粒物。故此,生态环境部的治理方向就是围绕着三项主要污染物的下降。大气治理攻坚战以来,AQI指标,包括6项污染物的年均值,除了O3是上升之外,其余全都得到显著改善,成效显著。以指标定方向,本无可厚非,如果指标符合系统性、科学性、全面性的原则。
生态环境部门只通过PM2.5质量浓度等指标评价空气质量,没有雾霾的用法。这也就产生了环保专家所说,环保部没有说过治理雾霾的具体任务和指标。但是这一组指标并不能反映2013年雾霾大暴发后国家采取的铁腕治霾措施的初衷。忘记了初衷,只是围绕自身确定的未必科学、系统、全面的几个指标作为指挥棒,指挥历经8年的污染防治攻坚战和蓝天保卫战,倘若真是存在这方面的问题,后果和代价是惨重的。回顾一下这几年的抗霾之路,疑惑颇多。
PM2.5质量浓度的峰值在2006年之后一路下坡,在2010-2013年处于平台期,之后又一路加速下降,2020年应该比这个平台期下降50%。但是,雾霾在2013年大暴发后至今,以能见度10公里为界限,雾和霾的天数下降很少,比雾霾大暴发之前的2001-2011年高很多倍。
从上海的臭氧监测数据看,也是在2013年初开始有一个大的跃升,之后年年略有升高。可见,臭氧污染未必是独立于冬季雾霾大暴发的新的污染。二者很大程度上是同根同源,冬天能够引起大雾霾的污染物,在夏季一点也不少,除了采暖用煤少了一点。而雾霾大暴发之前,采暖用煤和大暴发后差不多,没有突变,不可能引起2013年开始的突变。
至于二氧化硫和烟尘,比峰值时的2006年已经下降90%;燃煤电厂的氮氧化物比峰值时的2011年也下降90%。
PM10也是2006年为峰值,现在已经下降很多。
显然,环保部采用的PM2.5质量浓度等考核指标,不能反映2013年开始的雾霾大暴发和持续至今的高位徘徊。他们组合出来的AQI也不可能反映雾霾的产生和变化规律。根据AQI计算出来的空气质量优良天数,同样也不能反映雾霾发生的原因和变化规律。
以AQI为核心的空气污染治理,显然不能反映中国遇到的最头疼的问题——雾霾大暴发,这是需要反思的战略性问题。指挥棒出现问题,方向指挥错了,不可能取得事半功倍的效果。
2、气象部门
雾和霾,可以说是气象现象。霾这个气象现象基本上是由人为原因直接造成的,并不是由于人为原因之外的原因造成的。例如,不是由年平均风速突然变小造成的,尽管风速确实是年平均缓慢下降;也不是全球气候变暖造成的,因为这一过程很慢,不可能引起2013年开始的大暴发。有的人拼命想把雾霾定义成气象原因,定义成老天爷的原因,并努力撇清与人为原因或技术失误的关系,这是非常不负责任的行为。
认定雾和霾,气象部门有不同的指标。
表1 雾和霾的区别
资料来源:https://www.doc88.com/p-1406086638870.html
雾和霾的认定有重叠,清晰区分存在困难,人们把能见度下降的气象现象,习惯上都归结为雾霾天气。一般而言,雾是自然现象,年度间不会有太大的差异,也不会有暴升或暴降。变化剧烈的是受人为原因影响的霾天数。
为了能够对2013年之后大暴发的霾天数有个合理的、和谐的解释,对能见度小于7.5千米(人工观测小于10千米的能见度),按照雾霾大暴发之前的情形,毫无疑问属于雾或霾的天气,气象部门不得已创造出一个自定义为轻雾的天气,不纳入雾霾天气。这一概念创新一定程度上掩盖了雾霾大暴发的严重性,不利于雾霾大暴发主因的探究。进行雾霾大暴发之前的雾和霾天数的对比时,轻雾应该加在雾霾大暴发之后的雾霾天数总数中。
表2 霾预警的区分
(预计未来24小时内可能出现下列条件之一并将持续或实况已达到下列条件之一并可能持续)
资料来源:http://tech.qianlong.com/2017/0401/1563476.shtml
气象部门对霾的判据,主要是能见度,包括了相对湿度、PM2.5质量浓度,PM2.5数浓度突变产生的综合影响也表现在判据中。2013年之后,能见度的观测由人工转换为自动观测,霾或雾的能见度判别标准由人工时期的10千米换成7.5千米,主要考虑两种观测方式之间的实际差异。即使如此,雾霾天数稍微下降,仍然是非常高。
3、普通人的认识
普通人关心的是雾霾。
普通人能够识别的,目见所得的是雾霾,是雾霾现象在雨后清澈的一两天后依然时常出现,看远处灰蒙蒙时常态(北京由于数百公里的禁煤区而处于山东省的青岛和烟台空气质量水平之间,属于特殊情况况)。普通人能够识别的不是AQI。
现在虽然比2013年和2014年好很多,但和AQI显著趋好的变化仍相去甚远。多是雨后能见度很高,和雾霾大暴发之前一样,而几天之后就开始灰蒙蒙的。这与气象观测的雾、霾和轻雾三者合计的天数几本一致。雾霾发生时,普通人的感受到的是全天能见度低、远处灰蒙蒙。普通人感知到的,是气象部门的雾霾表达。人们对雾霾治理的获得感依然还很差。
三、大气治理的目标究竟应该是什么
大气治理的根本目标肯定不是雾霾依旧,雾霾总天数年年很高的状态,即使重雾霾天数下降较多, PM2.5质量浓度、AQI或根据AQI计算出来的空气质量优良天数等特定指标改善很大。如果是这样的话,只能说明这几个指标选择不科学。
有雾霾就说明大气中有污染物,PM2.5的数浓度仍然很高,这表明其对生态和健康造成的危害还很大。如果大气中没有这些细小、看不见、能够进入人体内部的超细颗粒物(而且能够携带大气中的有害物质,如果真的像有的专家所说的中国的霾毒性不大,本身似乎危害不大的话),再多的水汽排放,增加的只能没有凝结核的单纯由水组成的雾,而不是能够造成每年几十万到上百万人死亡的雾霾。
1、大气治理的目标,应当是雾霾得到有效控制
大气环境治理,追求的应该是以普通人的实际获得感为目标,不宜脱离普通人的认知实际,自说自话。只有人们能够在秋冬季节的大部分时间看到的是蓝天白云、极目千里,才是好的大气环境。
普通人能够识别的,也能够影响普通人的认知的,是气象部门的雾霾评价标准。
生态环境部门评价指标中,和雾霾直接相关的是PM2.5质量浓度。PM2.5质量浓度指标和普通人的感受之间的差距显著,也不能反映雾霾在PM2.5质量浓度峰值时没有暴发,大暴发后PM2.5质量浓度下降了50%,雾霾总天数仍在高位徘徊的事实。
这就涉及到大气治理目标到底是什么的一个根本问题。单用PM2.5无法表征气象部门给定的雾霾天气。而生态环境部门评价指标中,和雾霾直接相关的仅是PM2.5质量浓度,但很确定不能反映雾霾大暴发的实际。在发生雾霾的情况下,PM2.5、PM10值非常接近,PM10在指征雾霾方面也几乎没有作用。
2、PM2.5质量浓度指标只能部分指征雾霾严重程度
无论如何,大气治理攻坚战以来,PM2.5治理成效显著,但是,普通人感受到的雾霾现象依然严重。从表2可以看出,PM2.5质量浓度只能部分涵盖气象部门给定的雾霾天气特征。单从PM2.5质量浓度年均值而言,2005年前后是峰值,2010年、2015年都比2005年前后好很多。但是,2005年没有人们主观感受到的浓浓的雾霾,如图1所示。
图1、年均PM2.5质量浓度及从1990年至2015年的变化。
资料来源:https://mp.weixin.qq.com/s/w_ruTwzTe8pBs8w9U8LVyg
图2、北京2013年9月一场雾霾的形成情况。
图中显示出了PM1的组分分析结果。资料来源:An et al. (2019).PNAS.
图2中,PM2.5质量浓度高时,颗粒物的平均粒径200纳米左右;在雾霾发生前,颗粒物的平均粒径仅10纳米左右。用PM2.5质量浓度去衡量细颗粒物的存在状态,在粒径很小时失效。比如PM.38超细颗粒物数浓度很大,但质量浓度很小;与PM2.5相反,数浓度很小,质量浓度很大。
在雾霾发生前后,每天的污染物排放量不会显著增加,但会在大气中不断累积。没有雨或大风情况下,会一直在辽阔的国土上空的大气中飘荡迂回。雾霾大暴发之前,大气中的超细颗粒物不断累积和漂移。如卫星反演显示,在雾霾大暴发之前,邢台方向的污染团能够顺风飘到北京上空,在北京适合的成霾条件下,率先出现中度以上的雾霾。可见,很多时候并非自身的大气污染物才能在当地成霾。但是,一旦雾霾开始发生,气象条件多为静稳天气。大气中充分混合、不断累积,包括远处不断输送而来的超细颗粒物,在静稳天气下与当地产生的超细颗粒物一起,成为氧化反应的温床和加速器,促进气态污染物发生二次复合反应,并因大气边界层的变低而产生了深度浓缩,共同导致了PM2.5质量浓度的显著提升。
雾霾发生前,PM2.5的组成,主体部分是由粒数量极高的、粒径均值远小于2.5微米的超细颗粒物所组成,单用PM2.5质量浓度已经不能良好指征这些颗粒物的组成特征。
图3、2000-2016年山东省气象雾霾日变化趋势。其中,蓝线代表雾日,红线代表霾日,黑线代表雾霾日。
图4 全国和北京的PM2.5质量浓度2006年后是下降趋势
从图3、图4对比可以发现,雾霾天数在2013年之后激增,而PM2.5质量浓度在2005年前后就已经持续走低。这也表明,单一的PM2.5质量浓度年均值不能表征雾霾发生的严重程度。若单纯考虑如何促进PM2.5质量浓度的改善,雾霾治理这个全国人民真正关心的问题就没有哪个部门进行针对性的治理。
因此,雾霾的治理,不是低温季节PM2.5质量浓度为通常的首要污染物的大气质量改善,而是减少雾日、霾日、雾或霾日(相对湿度介于80~90%的气象条件下的霾和雾),这包括了气象部门现在单独统计的所谓轻雾日。重雾霾天数的减少,说明铁腕治霾的措施使得雾霾发生了量变;但是,总的雾霾天数的大幅度下降,下降到雾霾大暴发之前的水平,才是质变。这是大气污染治理的核心目标。
四、是人为大气排放导致了北方低温季节雾霾的发生,并非气象原因
雾霾大暴发的根本原因,不可能是纯自然的原因或气象原因。如果归结为这类原因,雾霾就不用治理了,谁也没有责任,只有老天爷有责任。不论是风速还是大气边界层高度,气象数据和卫星观测数据都显示没有发生突变,实际上也不可能发生突变。
连续8年的抗霾,仍然是霾天数很高,只能说明根本原因没有找对,忽视了一些致霾的关键污染物,没有对症下药。如果不在这方面下功夫,而是转移治理的重点,去追求难以治理的VOCs或者是并非污染物的二氧化碳,则是治霾进程中又一个重大的战略性失误。对客观规律的认识有一个过程,有一定难度很正常;回避问题,一错再错,则是难以原谅的故意为之,不可饶恕。
1、是人为排放改变了北方区域低温季节的大气的自平衡能力
大气本身具有自平衡能力,低温季节,在经济落后,生产力水平很低时,中国北方区域主要是雾这种自然现象,对人没有危害。如80年代以前的山东省,那时平均的霾天数不到一天。
随着经济的发展,一些重化工业集中的城市开始出现霾。该阶段类似于上世纪80和90年代的山东省淄博市,霾天数率先在山东省的版图上崛起,全省平均天数也在增加。后期,临沂的霾天数也开始步淄博的后尘,逐渐增加,成为山东省的第二个霾天数高峰。这期间雾的天数变化不大。
进入21世纪后,随着中国加入WTO,经济快速发展,煤炭消费突飞猛进,霾开始逐渐显现。霾除了被气象观测站记录,也被卫星捕捉到。
在2011年之前,霾越来越严重,霾天数在逐渐增加,但雾和霾的天数之和并没有发生突变,频次处于徘徊状态,这与2007年开始的脱硫除尘应该密切相关。
PM2.5质量浓度也从2000年开始与煤炭消费量同步增长,变为逐渐下降或持平,而煤炭消费量则是继续上升,直到2013年达到峰值。这个时期建设的湿法脱硫设施,部分有GGH,有GGH的湿法脱硫设施基本没有石膏雨的问题。应该说2007年开始的电力脱硫除尘加价政策,有效的促进了企业的脱硫除尘,有利于酸雨的消除。
2012年开始在脱硫基础上大规模脱硝,这是适时、实时、足量增加大气中碱性气体的标志性年份。这一年是脱硫脱硝除尘设施进行大规模改造之年,一些改造好的设施陆续开始运行。2012年12月31号是政策的节点。
2013年初开始,雾霾大暴发。雾霾天数由2001-2011年的年均29天暴升,连续两年翻番式上升。而按照10公里能见度的雾霾标准,远远不止是两年增加3倍。也就是说,雾霾的频次若干倍的增加,完全是突变。
自然状态的雾虽然能够预测,但是无法避免、无法克服,基本属于不可抗力范围。
自然环境中的突变因素,只有人为向大气的各类型排放,能够改变大气中的这种平衡,形成人为的雾霾,即从气象标准上的雾霾,包括雾、霾。
和自然形成的雾相比,人为形成的雾霾最大的区别,在于PM2.5(细颗粒物或许需要更小的当量直径来表示)的质量浓度高,有充足的凝结核。
人为排放,主要影响两个方面气象因素。一方面是增加了大气中的污染物,包括一次排放的颗粒物,尤其是可凝结颗粒物(CPM)为主的超细颗粒物;污染物二次复合形成的颗粒物,尤其是氨气与二氧化硫、氮氧化合物为主形成的NSA(硫酸铵、硝酸铵)。另一方面是人为改变了气象条件,更利于雾霾的形成。
人为排放有周期性,例如,冬夏使用化石燃料多,春秋使用化石燃料少,但总体还是相对均衡。
人为排放至不同的大气环境,效果截然不同。排放时空的非对称性影响显著,即中国南北区域存在显著差异、不同季节存在显著差异。这种排放,对中国北方区域的低温季节的大气平衡能力产生了显著影响。
一滴墨水,滴到水盆里,水变墨色;滴到湖里,近乎没有。
高温多雨多风之时,环境平衡能力强,犹如江湖;低温少雨之时,环境平衡能力脆弱,少量的人为排放扰动,可能就会产生大的变化,犹如盆水,所谓蝴蝶效应。
低温季节,雨水少,污染物湿沉降机会少;低温,人为排放的水蒸气导致区域相对湿度显著提高;低温、静稳,地表接受太阳辐射少,高位排放的热量会造成逆温层的形成;大气边界层高度低,污染物不易扩散,容易浓缩。
2、人为大气排放,对北方低温季节雾霾形成影响大
生态环境部门得出的结论:京津冀及周边地区重污染形成的根本原因是,污染物排放量超出环境容量的50%以上。
污染物的排放超出环境容量是污染天气出现的主因没错,但不应当是比峰值下降了很大比例的常规污染物,而是没有被监测和控制的非常规污染物,这些污染物恰恰是伴随着常规污染物的治理而产生的次生污染,这是雾霾发生的主因。
治理的三项常规污染物中,二氧化硫、氮氧化合物原本治理目标是酸雨治理,烟粉尘原本治理目标是TSP悬浮颗粒物。以燃煤电厂为例,这些指标物排放量均比峰值下降90%以上,治理成效显著。为什么治理后,雾霾状况反而不如PM2.5高峰期间的2006年呢?
固然,减少三项常规污染物对PM2.5治理,对雾霾治理都有作用,但肯定不是当前雾霾发生的主因。否则,强力治理下,减排量极其显著的情况下,早就能够实现蓝天工程目标了。说这些排放物超过了环境容量的认识,显然难以自圆其说。
大气污染物排放以化石燃料使用为主,化石燃料使用过程中,还有大量的其它排放,不但对PM2.5的形成有显著影响,更对雾霾形成有显著影响。有些排放,如脱硝过量喷氨产生的氨排放,就是典型的烟气治理次生污染物排放。蓝天工程难以实现,是因为,除了三项常规污染物之外,人为的大气排放中,还有其它排放,这些排放,始终不在生态环境部门的监测范围。这些排放,不但对于PM2.5质量浓度提高有作用,更对雾霾有作用。
3、以燃煤电厂排放为例,能够说明人为的非常规污染物排放是致霾的关键因素
燃煤电厂消耗的煤量占中国全部用煤量的约50%,且燃煤电厂主要分布在经济活跃区域。以燃煤电厂进行解剖,更具有代表性。
在百万千瓦煤电机组额定工况下,每千瓦时的电量供电标准煤耗280克/千瓦时(能源转换效率44%),发电厂用电率4%,发电标准煤耗291.7克/千瓦时,湿排烟温度50℃,烟气量350万标方/小时,循环水流量10万吨/小时。
表3 燃煤电厂的主要排放源
4、燃煤电厂排放对雾霾形成的影响分析
CPM、溶解固形物,形成大气中的一次颗粒物排放。溶解固形物也是大气中氯离子的主要来源。CPM是一次超细颗粒物的主要排放源。
低温季节的氨气排放,畜牧业、农业产生的氨排放早就稳定,且低温季节排放量低,工业脱硝氨排放是低温季节主要增量。氨气和二氧化硫、氮氧化合物(包括已经形成的硫酸雾滴、硝酸雾滴)反应,形成硫酸铵、硝酸铵等铵盐超细颗粒物。如果氨气浓度不充裕的话,二氧化硫、氮氧化合物主要形成酸雨湿沉降。华北平原太行山东侧的氨浓度逐年上升,上升幅度还不小。这说明与酸性气体能够实时匹配的氨很充裕。
水蒸气排放,低温季节显著提高大气相对湿度,促进静稳气象条件的生成,促进细颗粒物吸湿长大,二次复合细颗粒物快速形成。更为关键的是,如果大气中没有时时刻刻因为技术缺陷集中发力造成的足量的超细颗粒物的存在,再多的水汽排放在大气中也没有关系。
高相对湿度条件下,大气中业已形成的颗粒物具有极强的吸湿性能,相当于空中立体储水,水的蒸发释放、吸湿存储过程显著延长,不利于形成湿沉降,地表不能有效获得太阳光照,逆温层形成并加剧,静稳气象更难打破。光照下降的情况下,低温、静稳、高湿,清洁能源基本失去作用,取暖、照明等能源需求量显著上升,需要更多的化石能源消耗,恶性循环。
低温静稳气象条件下,通过冷却塔、烟囱等的高位排放热量,能够提高低空的空气温度,地表温度低,更容易促进逆温层的形成。同时,导致相对湿度难以继续提高,不能形成有效降水、凝露,湿沉降清除污染物效果不好;较高的低空空气温度,促进二次复合反应过程。
超低排放改造的成效显著,也反证2013年开始的雾霾大暴发是燃煤烟气治理缺陷造成的。2015年后陆续开始的超低排放改造后,产生大量作为危废的盐,数量大,难以处理。2013-2014年这些作为危废的盐全部排放到大气中,燃煤烟气处理设施石膏雨也很普遍。超低排放改造能够减少污染物的排放,但只是量的变化,没有发生实质性改变。这也是持续到现在的雾霾天数和轻雾(实际是轻霾)持续高位运行的根源。
5、进一步区分燃煤电厂前端燃烧环节和后端烟气治理设施环节后,雾霾治理的重点可以进一步精准定位
2013年前后,煤炭消费量没有多大变化,但雾霾大暴发,显然不是煤炭消费量或燃烧技术发生突变。不可能是前端燃烧环节产生的突变,后端烟气治理环节的突变是显著的事实。
烟气处理设施因为大气排放标准和脱硝加价刺激政策推动下,从2012年开始进行大规模的改造。这是电厂发生突变的环节。导致雾霾大暴发的因素主要集中在这个环节。就像上表中涂黄的部分。而冷却塔,也由于不再用新鲜水,而是用中水,有时甚至是达不到要求的中水,冷却塔也蜕变为一个污染源(上表中橘红色部分)。
常规污染物中二氧化硫和氮氧化物(火电系统)大幅度下降,下降达90%。在峰值时并没有雾霾大暴发,而在大幅度下降后,雾霾的天数仍然很高。这主要是由常规污染物治理过程中产生的次生污染物造成的。而人为排放的二氧化硫和氮氧化物仍能够足量与碱性气体匹配,产生化学反应后形成盐,也就是霾的主体。
要想把酸性气体减少到零,让碱性气体没有匹配的酸性气体是不可能的。但是换一种烟气治理技术,不再过量喷氨,就可以大幅度减少与酸性气体能够实时足量匹配的碱性气体。即使还是用氨脱硝,换一种精准的技术,或不是和湿法脱硫串联起来,都有可能使过量喷氨造成的氨排放问题减轻。
五、明确大气污染治理的急迫和核心目标是雾霾后,就应当重点进行源头治理
燃煤电厂向大气中的所有排放,都会对雾霾的形成产生影响。燃煤电厂等发电设施输出的电能,最终都会转化为热能排放至大气。通过跨区送电得来的电能对本地而言,大气污染物是没有,本地的热能排放则无法避免。
通过燃煤电厂,竹管窥豹,可见一般。石油、天然气、煤炭等在作为燃料使用过程中,或在作为化工原料使用过程中,或多或少都存在燃煤电厂存在的排放问题。所有使用化石能源、能够向大气产生排放的源头都应当梳理、排查,分析排放对雾霾的影响因素。
当逐项清理了大气排放后,大致就能够找到影响雾霾的各种排放影响因素,正本清源,区别影响程度,分轻重缓急进行有效治理。既然大规模的超低排放仍然不能从根本上杜绝雾霾的产生,我们是否该再深入思考,不宜死盯着三项常规污染物不放,在超低排放后还要再过分挖潜。否则,就会象过度脱硝导致氨排放一样,按下葫芦浮起瓢。何况,雾霾大爆发恰恰是在三项常规污染物排放标准指挥棒下,为了实现过低的排放标准而次生的致霾污染物所致。
减少化石燃料(原料)的使用总量,当然是减少雾霾成因的源头治理。现代生产,不可能不使用化石燃料(原料)。但这在短期内很难见效,正如雾霾大暴发并非是由化石燃料使用量突变引起的。
在化石燃料(原料)总量削减的同时,根据排放源,有针对性的治理,是另外一个途径,更何况前面已经确认是后端的烟气治理缺陷发生突变,引发雾霾大暴发。在燃煤烟气治理环节采取合理的技术措施,减少CPM、溶解固形物排放,减少氨排放,提高低品位热能的利用效率,减少水蒸气排放,强化节能,提高能源转换效率,减少热排放。这些措施都会有效、精准的治理雾霾源头。
由于烟气治理环节的缺陷造成雾霾大暴发,微观层面治理的重点和目标,应该还是燃煤烟气治理设施存在的缺陷。把这个源头掐死,加上其他领域已经采取很多铁腕治理措施,大多数是有过之而无不及,雾霾天数或PM2.5质量浓度和数浓度,以及空气质量优良天数都会大大好转,并产生质变。
最后强调一下,有效治理雾霾的前提,仍然是正确认识大气治理究竟要治理什么,引发雾霾的主因是什么。雾霾治理的方向发生大的偏差,就会是战略性错误。
在8年抗霾,效果不显著情况下,把治理的重点转移到臭氧治理,并不科学,二者很大程度上是同根同源。而把VOCs作为新的治理重点,VOCs来源复杂多样,难以治理,也不可能成为雾霾治理不显著的替罪羊。
至于把二氧化碳减排,把2030年前碳达峰或2060年前碳中和等作为今后几年的环保工作的重点,远水解不了近渴。首先,二氧化碳不是污染物,只是温室气体,不可能引起雾霾大暴发。其次,减碳技术本身还不是很成熟,国际能源署给出的137项减碳低碳相关技术只有百分之十几是成熟技术,一些减碳或低碳技术成本还很高,还不宜作为2030年前大规模推行的技术,更不是环保部门污染治理的重点。环保部门放着眼前急迫的严重雾霾、严重污染不去治理,而去治理若干年后才应该大规模开展的碳减排工作,这并非环保重点,属于回避矛盾。这种舍弃眼前重大责任,去追求更难以达到的治理目标,以实现撇清责任的目的,更是错上加错。这是需要坚决避免的。
*周勇,齐鲁工业大学(山东省科学院)二级研究员,山东省生态文明研究中心主任;享受国务院政府特殊津贴专家,山东省智库高端人才,美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室客座资深科学家。