找准致霾根本原因实现低成本快速精准治霾的路径与对策

　　摘要：本文对单个湿法脱硫设施取消GGH后导致PM2.5粒数暴增，众多火电企业同时采取相同措施导致大气中PM2.5粒数暴增等多重突变导致雾霾大暴发的演变过程进行了系统分析。研究分析了火电等主要领域雾霾治理的成效、不足和原因，以及相比雾霾大暴发之前大气中PM2.5质量浓度已有较大幅度下降，但大气能见度依然较差的原因。提出需要从雾霾大暴发前后大气环境系统发生的突变来精准地查找雾霾大暴发的根本原因，而不能只是在雾霾大暴发之后的大气环境系统内部找不同区域、不同时间的差异化原因;也不能把突发性的雾霾大暴发的原因归结到长时期内不会改变的产业结构偏重、污染物排放多等方面。在明确2013-2014年雾霾大暴发的根本原因后，提出雾霾治理的十条对策措施，以实现低成本快速精准治霾。

　　关键词：雾霾;PM2.5;可凝结颗粒物;措施

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　　0 引言

　　找准京津冀及周边省份雾霾大暴发(简称雾霾大暴发)的根本原因，才能够对症下药，实现低成本快速精准治霾。导致雾霾的原因很多，不同区域都有与各自产业结构、能源结构、生活习惯等紧密相关的大气污染物排放源，由此不同区域导致雾霾的原因组合也存在差异。以山东省为例，雾霾天数连续两年每年都翻番且之后出现下降的倒钩型变化，本文认为出现这种情况的根本原因只能是：2012年绝大部分燃煤设施都配备的湿法脱硫设施集中取消烟气再热系统( Gas-Gas-Heater，GGH)、湿法脱硫设施过去因GCH等故障频发而时关时开状态被彻底改变、集中上马脱硝设施，由此造成湿法脱硫设施个体与群体行为的多重突变[1]。

　　湿法脱硫本身没有多大问题，主要是取消GGH的技术失误造成一系列连锁反应，在2012年工况条件下，导致PM2.5粒数浓度暴升，进而造成2013-2014年京津冀及周边省份雾霾天数暴升。2015年开始的超低排放改造遏制住了石膏雨问题和雾霾天数的快速上升;而非电行业重蹈覆辙，又抵消了电力行业并非针对导致雾霾的PM2.5粒数浓度对症下药的超低排放改造的部分效果。

　　2017年，济南市PM2.5质量浓度比雾霾大暴发前下降40%，但是大气能见度仍然差强人意，主要因为大气中PM2.5的粒数浓度依然高于甚至远高于雾霾大暴发前。恢复GGH的有益功能，例如在超低排放基础上，合理降低除尘器和脱硫塔进口烟气温度、通过冷凝除湿减少可凝结颗粒物和水汽排放、恢复原来的干烟囱烟气排放模式等措施，是实现低成本快速精准治霾的关键。其他领域的大气污染治理措施仍然需要，因为在雾霾大暴发之前，各种大气污染物排放也已达到大气环境容量上限。

　　1 2013-2014年雾霾大暴发的根本原因[1]

　　1.1 PM2.5粒数浓度暴增导致2013-2014年雾霾大暴发

　　根据气象数据显示的雾霾天数(以山东为代表)及利用气象数据通过模型推算的PM2.5质量浓度，2013-2014年存在雾霾天数和PM2.5质量浓度的突变。但是，2010-2017年的实测数据PM2.5质量浓度并没有大的突变。专家认为粒数浓度更能反映PM2.5对生态和健康的影响，以及实测数据显示PM2.5质量浓度没有发生大的变化，只能说明2013-2014年PM2.5粒数浓度暴增导致雾霾天数连续两年翻番式增长，而非质量浓度变化。由此可见，PM2.5粒数浓度暴增是2013-2014年京津冀及周边省份雾霾大暴发的主因。

　　造成PM2.5粒数浓度暴增的根本原因，不可能是二氧化硫和氮氧化物，二者排放量分别在2006年和2011年達到峰值，并从峰值年后开始处于下降或快速下降通道;也不可能是煤炭消费总量变化造成的，京津冀在2013年达到煤炭消费峰值，山东省在2016年达到峰值，进入峰值前早已处于平台期。二氧化硫、氮氧化物排放或煤炭消费不可能在没有其他因素的影响情况下，导致雾霾在2013-2014年突然大暴发。能够想到的任何常规变化的变量，都不可能引起雾霾天数在2013-2014年连续两年翻番式增长，而2016年又比2014年的峰值年下降1/4的倒钩型变化，之后又持续下降，只是雾霾天数仍在高位上徘徊。

　　大气中PM2.5粒数浓度暴增，而且在静稳和潮湿天气下，PM2.5颗粒吸附水分、相互粘结、迅速长大，再溶解大气中的二氧化硫、氮氧化物，并加速其氧化及进一步向硫酸盐、硝酸盐和铵盐的转化。其他污染源排放的颗粒物也被吸附，导致雾霾频发。大气中暴增的超细颗粒物在静稳天气下质量浓度具有不衰减的逐日累加现象，累加几天之后，加上其他来源的PM2.5，就能逐渐达到轻度雾霾。

　　根据Guo等(2014)的研究，受气象条件影响的北京大气中PM2.5从少到多的周期性循环，其特点是气溶胶的形成分为成核和生长两种截然不同的过程。在污染期之前，在清洁条件下产生高浓度的纳米级颗粒;伴随着成核模式粒子连续数天的粒径增长，产生大量较大的粒子，粒子质量浓度积累超过每立方米几百微克，与世界其他地区典型的气溶胶形成过程不同。另一方面，北京的颗粒物成分与全球许多地区普遍测量的颗粒物相似，与以次生气溶胶形成为主的化学成分一致[2]。这一观测结果更适合解释华北燃煤地区雾霾的形成过程。如，在天气良好的时候，湿法脱硫取消GGH后暴增的PM2.5粒数浓度很高但粒径和质量都很小，在静稳天气下，这些纳米级颗粒逐渐成为凝结核，吸附大气中的水份，相互凝结团聚并与不断产生的颗粒和其他常规来源的颗粒凝聚，粒数浓度下降，粒径和质量浓度增加，经过几天累积后，开始影响大气能见度，逐渐出现灰霾并逐步加重。与北京不同，燃煤区域取消GGH的湿法脱硫系统全天候直接产生的细颗粒物足以满足PM2.5周期性循环初始阶段大量粒数很高、质量很轻，尚未体现在PM2.5质量浓度中，天空还属于清洁阶段的成核过程的需要，只要天气满足成霾的条件，不断排放到大气中的可凝结颗粒物和累积下来的颗粒物就开始吸水、凝结、团聚、吸附其他来源的颗粒物，加速大气中二氧化硫、氮氧化物等的氧化过程，并向硫酸盐、硝酸盐和铵盐进一步转化，迅速开启PM2.5周期性循环的第二个过程，雾霾爆发。这些地区并不需要像北京一样，要靠南风输送颗粒物促进PM2.5的后期迅速长大。该研究所说的北京雾霾的形成与世界其他地方不同，主要还是因为周边几百公里之内有大量的取消GGH后成为湿烟囱排烟的湿法脱硫设施不断产生大量纳米级的超细颗粒物