周勇： 鐵板釘釘， 霧霾的禍?zhǔn)拙褪菨穹摿颍?/h1>
關(guān)于霧霾成因一直是眾說紛紜，爭(zhēng)論經(jīng)久不息，究竟2013年起開始大范圍爆發(fā)的霧霾背后成因是什么？如何找到霧霾治理的最佳路徑？
今年9月24日，《科學(xué)與管理》發(fā)表山東科學(xué)院戰(zhàn)略研究所副所長(zhǎng)周勇研究員長(zhǎng)期跟蹤研究的成果，從基于PM2.5大數(shù)據(jù)、霾和霧天數(shù)的歷史氣象數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以無可爭(zhēng)辯的數(shù)據(jù)和事實(shí)確認(rèn)了濕法脫硫水汽（低溫濕煙汽）排放污染是2013年霧霾大爆發(fā)的唯一原因和到現(xiàn)在為止中國(guó)大面積霧霾久治不愈的主要原因。
摘要：本文基于PM2.5大數(shù)據(jù)、霾和霧天數(shù)的歷史氣象數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從四個(gè)方面論證了, 實(shí)行在線監(jiān)測(cè)、鉛封煙氣旁路系統(tǒng)以及拆除煙氣再加熱系統(tǒng)（GGH）后，突然大量增加的濕法脫硫水汽排放污染是2013年霧霾大暴發(fā)的主因，并且能夠合理解釋最近幾年治霾取得巨大成績(jī)狀況下，霧霾暴發(fā)或年際抬頭的各種現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞：PM2.5；霧霾原因；大數(shù)據(jù)；氣象；實(shí)驗(yàn)
根據(jù)NASA燈光數(shù)據(jù)提取的PM2.5數(shù)據(jù)、二十世紀(jì)六十年代初至2013年山東省霾和霧的天氣數(shù)據(jù)、不同部門實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠確切地?cái)喽?013年霧霾大暴發(fā)是一個(gè)突發(fā)事件。
根據(jù)環(huán)保部大氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（2014年5月13日開始公開）計(jì)算的不同時(shí)間、不同區(qū)域采暖季啟動(dòng)日前后三周內(nèi)PM2.5的變化，采用新的檢測(cè)工具對(duì)行業(yè)性濕法脫硫排出水汽的檢測(cè)數(shù)據(jù)；李壯等在2015年《節(jié)能技術(shù)》上公開發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；某著名大學(xué)霧霾成因研究團(tuán)隊(duì)的部分研究結(jié)論，以及采用室內(nèi)加濕器分別加入純凈水、礦泉水和自來水所導(dǎo)致的室內(nèi)PM2.5濃度巨大差異的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)等。若干條獨(dú)立證據(jù)鏈證明濕法脫硫是2013年霧霾暴發(fā)的主因，并且在之后一直起著主導(dǎo)作用。
1. 還原2013年霧霾大暴發(fā)形成過程
政府一系列針對(duì)濕法脫硫設(shè)備規(guī)范運(yùn)行的政策和技術(shù)措施，以及企業(yè)的應(yīng)對(duì)措施，在規(guī)定的2012年底前完成。新的濕法脫硫設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)模式與原來的模式相比，發(fā)生了質(zhì)的變化。進(jìn)入2013年1月后，連續(xù)出現(xiàn)靜穩(wěn)或逆溫天氣。大量新增的濕法脫硫排放的含有溶解鹽類和非溶解物的水汽，脫水后產(chǎn)生大量超細(xì)顆粒物，無法擴(kuò)散，逐漸累積，為霧和霾的形成提供了充足的凝結(jié)核和濕度條件，進(jìn)而引起霧霾的突然大暴發(fā)。
1.1 政府在2012底之前實(shí)行在線監(jiān)測(cè)等一系列政策措施及企業(yè)的應(yīng)對(duì)措施相互疊加，使得原來煙氣排放模式發(fā)生質(zhì)變
環(huán)境保護(hù)部原部長(zhǎng)周生賢在2011年全國(guó)節(jié)能減排工作電視電話會(huì)議上的發(fā)言指出：“2012年底前，火電、鋼鐵、造紙、印染等行業(yè)的重點(diǎn)企業(yè)以及城鎮(zhèn)污水處理廠，必須完成運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，嚴(yán)肅查處生產(chǎn)運(yùn)行記錄、在線監(jiān)測(cè)、減排臺(tái)賬中的弄虛作假行為”。由此，重點(diǎn)企業(yè)脫硫設(shè)備在2012年底前全部投入在線監(jiān)測(cè)。為了防止企業(yè)繼續(xù)利用煙氣旁路系統(tǒng)偷排，環(huán)保部要求鉛封脫硫設(shè)施的煙氣旁路系統(tǒng)。企業(yè)為了避免煙氣再加溫系統(tǒng)（GGH）結(jié)垢而停產(chǎn)檢修影響生產(chǎn)，即拆除GGH。企業(yè)的這一應(yīng)對(duì)措施，也符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（HJ462-2009）允許脫硫排放低溫濕煙汽的規(guī)定。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，拆除GGH后常規(guī)污染物排放量允許提高一倍以上[1]。而脫硫脫硝大量噴水降溫，將鍋爐煙氣標(biāo)準(zhǔn)130℃變成40℃-60℃，相對(duì)干煙氣變成低溫濕煙汽（類似加濕器排出的水霧）。由于實(shí)施在線檢測(cè)，各種偷排行為和不按規(guī)定啟動(dòng)脫硫設(shè)備的行為被徹底整治。脫硫電價(jià)、脫硫供熱加價(jià)獎(jiǎng)勵(lì)措施等，也使得電廠和供熱企業(yè)有了2012年底前突擊安裝脫硫設(shè)備的動(dòng)力。需要在線監(jiān)測(cè)的新國(guó)控重點(diǎn)排污企業(yè)名單也得到擴(kuò)展和更新。這樣，就在2012年底，從根本上改變了煙氣排放的原有模式，并突然增加大量開始正常運(yùn)行的脫硫設(shè)施。
始于本世紀(jì)初的濕法脫硫在電廠的普及率，2005年達(dá)到35%左右，2012年基本普及。到2012年底，以濕法脫硫?yàn)橹?，大量合法化取消煙氣再熱除濕和允許排放低溫濕煙汽的部門，包括：火力發(fā)電、燃煤熱電、天然氣鍋爐、鋼鐵、焦化、電解鋁、水泥、平板玻璃、汽車尾氣、餐飲等。雖然本文主因是指濕法脫硫，但其他類似的排放低溫濕煙汽的設(shè)備所起的作用，與濕法脫硫類似。
1.2 濕法脫硫?qū)е蚂F霾大暴發(fā)的作用機(jī)理
濕法脫硫?qū)е蚂F霾大暴發(fā)的作用機(jī)理是，已經(jīng)對(duì)酸雨治理發(fā)揮重要作用的濕法脫硫，導(dǎo)致次生PM2.5，使得2013年霧霾大暴發(fā)，以及后來的霧霾高發(fā)、頻發(fā)并出現(xiàn)反復(fù)。具體而言，2013年1月，突然全部正常運(yùn)行的或新上的濕法脫硫設(shè)備排出大量水汽；企業(yè)拆除GGH，拆除GGH后常規(guī)污染物排放量標(biāo)準(zhǔn)可以提高一倍以上[1]，在濕法脫硫排出的水汽中有大量硫酸鹽、脫水后形成大量超細(xì)顆粒物、占總的PM2.5比重很高的情況下，如果排出的超細(xì)顆粒物翻倍，在2012年底前許多企業(yè)一致行動(dòng)，僅此一項(xiàng)，足以引起霧霾暴發(fā)；鍋爐煙氣標(biāo)準(zhǔn)由130 ℃變成40-60 ℃，干煙氣變成低溫濕煙（水）汽，在靜穩(wěn)或逆溫天氣下類似房間中安裝了大量加濕器，從根本上改變?cè)袩煔馓匦裕材軌蛞痨F霾暴發(fā)。濕法脫硫排出的大量水汽中，有多種溶解鹽和其他非溶解物，在大氣中脫水后產(chǎn)生大量超細(xì)顆粒物，成為看不見的粒子。這些超細(xì)顆粒物隱藏在空氣中，在空中停留時(shí)間長(zhǎng)，不沉降，具有極強(qiáng)的遷移能力，控制和治理難度很大。遇到靜穩(wěn)天氣或逆溫天氣，又吸水、膨脹、粘附、變大，成為霧霾；氣象條件轉(zhuǎn)好后，又可能脫水消失，也可能隨著雨水落下。
加上遍布京津冀及周邊的各種電廠和其他有脫硫設(shè)備的燃煤設(shè)施，24小時(shí)不停運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷迅速補(bǔ)足大氣中的超細(xì)顆粒物，靜等靜穩(wěn)或逆溫天氣。其自身也不斷向大氣中輸送脫水后變成大量超細(xì)顆粒物的水汽，進(jìn)一步增加了空氣的濕度。
而2012年底采暖季開始后的一個(gè)半月，沒有遇到連續(xù)多天的靜穩(wěn)或逆溫天氣，從而大霧霾沒有在2012年暴發(fā)。
可見，是企業(yè)整齊劃一的濕法脫硫行為的改變，導(dǎo)致大氣中濕法脫硫產(chǎn)生的超細(xì)顆粒物（形成霾的凝結(jié)核）突然增加，排出的水汽也導(dǎo)致空氣濕度增加，從而導(dǎo)致2013年初靜穩(wěn)天氣下霧霾的突然暴發(fā)和后來的頻發(fā)。
1.3 2013年后鐵腕治霾情況下，霧霾在不同年份、不同城市仍有抬頭，也是濕法脫硫沒有作為主因進(jìn)行治理的必然結(jié)果
最近幾年，在中央鐵腕治霾下，各種一次PM2.5來源得到治理，PM2.5平均濃度整體下降。但對(duì)許多城市占一半以上的二次PM2.5沒有搞清楚來源，遇到靜穩(wěn)或逆溫天氣較多的年份，PM2.5濃度仍有抬頭。
山東省許多城市是2015年采暖季PM2.5濃度抬頭，京津冀的一些城市是2016年采暖季抬頭。雖然有的權(quán)威機(jī)構(gòu)把PM2.5 濃度抬頭解釋為天氣原因，實(shí)際上還是沒有發(fā)現(xiàn)主因并作為問題去解決的必然結(jié)果。兩個(gè)緊鄰的區(qū)域，不同年份霧霾抬頭，很難只用氣象因素去解釋。
2013年之后PM2.5濃度的下降，一方面是煤炭消費(fèi)總量下降（10.8%）導(dǎo)致濕法脫硫水汽排放減少；另一方面是其它治霾措施的重要作用，其難度大大超過對(duì)濕法脫硫的技術(shù)改進(jìn)。
2. 確認(rèn)2013年霧霾大暴發(fā)是突發(fā)事件
雖然中國(guó)北方的每一個(gè)人都體驗(yàn)過2013年霧霾的肆虐，但從科學(xué)角度，仍不能說2013年是突發(fā)事件，因?yàn)橛锌赡苁窃瓉泶蠹叶疾恢肋@個(gè)概念；也有可能是漸進(jìn)發(fā)生，沒有意識(shí)到。這里所說的突發(fā)事件，主要是指不是循序漸進(jìn)達(dá)到這種大暴發(fā)程度的。實(shí)際情況是，2012年P(guān)M.5濃度和霾的天數(shù)還比2011年有所降低，2013年是突然大幅度躥升到霧霾大暴發(fā)的程度。關(guān)鍵是如何在沒有可靠的官方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況下找到可靠的數(shù)據(jù)，證明2013年霧霾是突發(fā)事件。這里給出三種相互獨(dú)立的定量化證據(jù)，證明2013年確實(shí)是突發(fā)事件。
2.1 根據(jù)NASA燈光數(shù)據(jù)提取的PM2.5數(shù)據(jù)等合成的PM2.5濃度變化曲線顯示，2013年霧霾是突變，必有突變的原因
國(guó)內(nèi)有大量學(xué)術(shù)期刊文章利用NASA燈光數(shù)據(jù)作各種研究，我們也偶然得到NASA燈光數(shù)據(jù)提取的PM2.5濃度[2]，三年滾動(dòng)平均。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把2001-2003年滾動(dòng)平均數(shù)代表2002年的數(shù)據(jù)，以此類推可得到1999-2011年的數(shù)據(jù)。2010-2012年數(shù)據(jù)比2009-2011年數(shù)據(jù)還小，顯然2012年數(shù)據(jù)不比2011年高，這里采用與2011年相等的數(shù)據(jù)。
圖1中2013年數(shù)據(jù)是政府公布的數(shù)據(jù)。2013年之后數(shù)據(jù)的采集，以2014年5月13日-2015年5月13日作為2014年值，這樣包含一個(gè)完整的采暖季，依次類推。這樣的數(shù)據(jù)處理是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺乏情況下不得已的處理辦法，少2014年上半年的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，如果有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，2014年的PM2.5數(shù)據(jù)和2013年應(yīng)該差不多，都比較高。為了凸顯2013年的突變，把山東省各城市每年的數(shù)據(jù)累加，得到圖1。顯然，2013年P(guān)M2.5數(shù)值是突然升高，只要能夠找出使得PM2.5突然升高的因素，就能夠確認(rèn)2013年霧霾的主因。
圖1 山東省各城市PM2.5濃度每年累加值
圖1顯示，1999年至2006年間，山東省各城市PM2.5濃度快速上升，2006和2007年出現(xiàn)一個(gè)PM2.5濃度小峰值。這是由于2006年前經(jīng)濟(jì)粗放式增長(zhǎng)導(dǎo)致PM2.5逐年快速上升，直到進(jìn)入“十一五”時(shí)期，國(guó)家開始實(shí)行大力度的節(jié)能減排。
2008年金融危機(jī)后，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度放緩，能源消費(fèi)增長(zhǎng)速度也放緩。加上國(guó)家加大節(jié)能減排的力度，污染物排放減少，形成2006和2007年的小峰值。那時(shí)的治污設(shè)施技術(shù)水平與現(xiàn)在相比差得很遠(yuǎn)。
2008年開始，PM2.5處于一個(gè)平臺(tái)期，直到2012年底，這主要得益于國(guó)家對(duì)煙粉塵的治理。但這個(gè)平臺(tái)期并沒有反映出大面積采用技術(shù)水平不斷提高的除塵設(shè)施的效果。隨著除塵技術(shù)的提升和除塵設(shè)備普及程度的提高，煙粉塵排放量包括PM2.5濃度應(yīng)該是一條較快的下降曲線，而不是一個(gè)平臺(tái)期?？赡艿脑蚴?，這個(gè)階段煙粉塵排放水平的下降與濕法脫硫排出的超細(xì)顆粒物的增多相互抵消；另一個(gè)原因是對(duì)顆粒度較小的PM2.5，這些除塵設(shè)施作用不大。
而在同期，國(guó)家為了治理酸雨，逐漸加大脫硫力度。雖然一些上了脫硫設(shè)備的企業(yè)并不按照要求一直開動(dòng)設(shè)備，也有的通過煙氣旁路系統(tǒng)偷排以減少成本，而煙氣旁路系統(tǒng)是為了避免脫硫設(shè)施維護(hù)期間停產(chǎn)檢修留的備用系統(tǒng)。在煙氣排放到大氣中之前，也有個(gè)對(duì)煙氣的再加熱系統(tǒng)（GGH）。恰恰在2012年底前，濕法脫硫排放模式發(fā)生重大變化。顯然，2013年P(guān)M2.5數(shù)值是突然升高，與濕法脫硫變化緊密相關(guān)。
2.2 霧霾天數(shù)變化的歷史氣象數(shù)據(jù)說明2013年霧霾大暴發(fā)是突發(fā)事件，必有其原因
根據(jù)山東氣象學(xué)會(huì)所承擔(dān)的山東省科協(xié)課題報(bào)告，其對(duì)二十世紀(jì)六十年代至2013年的霧霾、霧、霾每年發(fā)生天數(shù)的重新梳理統(tǒng)計(jì)如圖2。2004年之前，霾的天數(shù)基本上是線性增長(zhǎng)，2004-2012年進(jìn)入指數(shù)增長(zhǎng)通道，2012年霾的天數(shù)是2005年的2-3倍。雖然增速快，還不是突變，尤其是2012年霾的天數(shù)比2011年還略低。2013年1月連續(xù)多天的靜穩(wěn)或逆溫天氣，終于發(fā)生霧霾大暴發(fā)，霾的天數(shù)比上一年增加接近1.5倍，顯然是突變。
與此相對(duì)應(yīng)，本世紀(jì)初國(guó)家為了降低SO2排放量，避免酸雨危害，開始推廣普及濕法脫硫技術(shù)。2012年只有濕法脫硫是突變因素，僅拆除GGH系統(tǒng)一項(xiàng)措施，常規(guī)污染物(SO2、粉塵和NOx)對(duì)地面濃度的貢獻(xiàn)可以提高一倍以上[1]；干煙氣變成濕水汽后，排出的超細(xì)顆粒物非常多（是除塵口的458倍），足以引起霧霾暴發(fā)。其他所有按部就班循序漸進(jìn)的因素，都不可能引起這種突變。
圖2 山東省1961-2013年霧、霾、霧霾日數(shù)年際演變
2004年前后，開始大規(guī)模推廣普及的濕法脫硫（35%左右）和快速增長(zhǎng)的煤炭消費(fèi)相互疊加，到2012年時(shí)電廠基本實(shí)現(xiàn)脫硫，供熱鍋爐也實(shí)行脫硫電價(jià)，由此呈現(xiàn)濕法脫硫能力的指數(shù)型增加（與霾天數(shù)的指數(shù)型增長(zhǎng)對(duì)應(yīng)）。尤其是2012年底之前的三項(xiàng)措施（在線監(jiān)測(cè)、鉛封煙氣旁路、拆除GGH系統(tǒng)），在2013年初連續(xù)靜穩(wěn)天氣下，霧霾大暴發(fā)。而2012年底前的一個(gè)半月采暖季，霧霾沒有暴發(fā)，是因?yàn)檫@期間天氣較好，沒有靜穩(wěn)或逆溫天氣。
沒有濕法脫硫，酸雨將會(huì)很嚴(yán)重；但大量增加的濕法脫硫能力，產(chǎn)生了大量不容易檢測(cè)的更細(xì)小、傳播更快、更廣的類似氣體的超細(xì)顆粒物。在遇到靜穩(wěn)或逆溫天氣時(shí)，濕法脫硫隨時(shí)排出的帶有各種鹽的水汽，以及原來脫水隱藏在空中看不見的小于0.38微米甚至是0.07微米的超細(xì)顆粒物吸水膨脹，粘附其它細(xì)小顆粒物，能夠迅速在各種脫硫設(shè)施密布的京津冀及周邊地區(qū)形成大面積連片霧霾。
濕法脫硫能力大量增加的原因，是煤炭消費(fèi)數(shù)量的大量增加。雖然說煤炭快速增長(zhǎng)也是脫硫設(shè)備增長(zhǎng)的原因，但濟(jì)南煤炭峰值是2007年說明，煤炭消費(fèi)高峰并非一定是霧霾的高峰，如果排出的是干煙氣而不是濕水汽的話。而2013年全國(guó)煤耗達(dá)到峰值，京津冀也達(dá)到峰值，之后到2016年下降10.9%左右。這也是2013年之后霧霾嚴(yán)重程度下降的一個(gè)重要原因。
2013年霧霾大暴發(fā)，主要是相對(duì)于前面幾年的霧霾天數(shù)或PM2.5濃度的平臺(tái)期而言。霾的天數(shù)統(tǒng)計(jì)，也呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)，但霧和霾的天數(shù)加起來并沒有呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)。而NASA的燈光數(shù)據(jù)無法區(qū)分是霧還是霾，所以提取出來的PM2.5數(shù)據(jù)與霧和霾之和的天數(shù)趨勢(shì)相似，呈現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)期。
2.3 山東大學(xué)PM2.5相關(guān)科研監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說明2013年霧霾大暴發(fā)是突發(fā)事件
根據(jù)山東大學(xué)張慶竹教授在2015年濟(jì)南市科協(xié)霧霾為主題論壇上的報(bào)告，濟(jì)南市在2013年前幾個(gè)年份測(cè)量的PM2.5如圖。盡管同一個(gè)城市不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)差異較大，但山大在固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示，2013年1月的霧霾比前面幾個(gè)年份的冬季要高得多，也顯示是一種突變。尤其是2006和2007年濟(jì)南煤炭消費(fèi)達(dá)到峰值時(shí)，并沒有出現(xiàn)霧霾暴發(fā)，PM2.5濃度數(shù)值遠(yuǎn)比2013年低。其關(guān)鍵差異是那時(shí)煙囪排的多是干煙氣，而不是后來的濕法脫硫后的濕煙氣（水汽）。這也說明，2013年霧霾大暴發(fā)的唯一可能就是濕法脫硫造成的。
圖3 濟(jì)南市部分年份PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
3 進(jìn)一步確認(rèn)濕法脫硫是霧霾暴發(fā)的主因
3.1 采用環(huán)保部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證濕法脫硫是導(dǎo)致集中供暖季開始時(shí)霧霾顯著上升的主因
采用環(huán)保部1800多個(gè)站點(diǎn)300多個(gè)城市多種污染物按照小時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取京津冀及周邊部分通道城市2014、2015、2016年三個(gè)集中供暖季（11月15日開始）啟動(dòng)前后和黑龍江省主要城市2016年集中供暖季（10月20日開始）后前后三周的變化，來驗(yàn)證濕法脫硫?qū)F霾的程度變化是否顯著。
由于采暖鍋爐大都達(dá)到較高的排放標(biāo)準(zhǔn)，像電廠燃煤機(jī)組PM2.5去除率已經(jīng)達(dá)到98.98%，國(guó)家規(guī)定采暖鍋爐或其它行業(yè)也要達(dá)標(biāo)排放或超低排放。所以，燃煤鍋爐啟動(dòng)后多燃燒的煤炭，在經(jīng)過達(dá)到國(guó)際水平的除塵設(shè)施后，相對(duì)其它所有排放源的排放的貢獻(xiàn)，可以忽略不計(jì)。
計(jì)算的結(jié)果是，采暖期開始后的三周內(nèi)，遇到靜穩(wěn)天氣，霧霾的程度比前面三周，尤其是前面2-3周高不少，有的是成倍增加。另外，在采暖前一周的第一天，一般會(huì)啟動(dòng)50%左右的鍋爐，到采暖開始日采暖鍋爐逐漸全部啟動(dòng)。
在前后各三周內(nèi)，其他因素不會(huì)發(fā)生步調(diào)一致的大變化，包括居民散煤采暖，況且城市中居民散煤取暖已經(jīng)較少。但遇到靜穩(wěn)或逆溫天氣狀況下，采暖日開始后PM2.5濃度迅速提高，說明少數(shù)幾個(gè)超低排放的燃煤鍋爐的啟動(dòng)，激發(fā)了某種霧霾產(chǎn)生機(jī)制——濕法脫硫排出的大量水汽中含有大量超細(xì)顆粒物。而其他常規(guī)因素，如散煤采暖等，不可能在短期內(nèi)，在不同地區(qū)、不同時(shí)間引起同樣類型的劇烈變化。
圖4 黑龍江省主要城市2016年10月20號(hào)啟動(dòng)冬季采暖前后三周的PM2.5濃度變化
京津冀及周邊地區(qū)部分城市2014、2015和2016年三個(gè)年份的對(duì)比也是相同結(jié)果。采暖期（11月15日）后，PM2.5濃度在靜穩(wěn)或逆溫天氣下，躍升到一個(gè)新的較高平臺(tái)。
3.2 硫酸行業(yè)尾氣濕法脫硫排出的水汽檢測(cè)數(shù)據(jù)與電站鍋爐濕法脫硫排放水汽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相互印證，顯示排出的水汽中有大量溶解鹽等，進(jìn)入大氣后脫水形成大量超細(xì)顆粒物粒子
中國(guó)硫酸工業(yè)協(xié)會(huì)在“硫酸霧問題工作簡(jiǎn)報(bào)（2017年第1期）[2]”中指出“2016年3月份后新的硫酸霧檢測(cè)方法（離子色譜法）實(shí)施以來，協(xié)會(huì)陸續(xù)收到企業(yè)反映，在應(yīng)用新的硫酸霧檢測(cè)方法之后，硫酸裝置尾氣中硫酸霧數(shù)值普遍超標(biāo)。對(duì)于眾多采用氨法和鈉法（濕法脫硫工藝）處理尾氣的硫酸裝置來說，尾氣中僅可溶性硫酸鹽一項(xiàng)，含量就遠(yuǎn)超排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的30mg/m3”。據(jù)對(duì)相關(guān)專家的進(jìn)一步了解，有的企業(yè)這一指標(biāo)達(dá)到200mg/m3。而按照現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)，其它行業(yè)濕法脫硫后并不對(duì)排出的水汽里面的溶解鹽或其他非溶解物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而恰恰是這些沒有被檢測(cè)的水汽被排往大氣中后，產(chǎn)生大量超細(xì)顆粒物，成為霧霾暴發(fā)時(shí)的凝結(jié)核，為霧霾暴發(fā)常備了一個(gè)必要條件。
國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是，電廠超低排放煙塵為10mg/m3，工業(yè)窯爐重點(diǎn)區(qū)域煙塵特別排放限為30mg/m3；北京規(guī)定2018年1月1日以后工業(yè)窯爐為10mg/m。而檢測(cè)儀器的先進(jìn)程度對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果影響很大。
2015年，李壯等研究人員提供了2012年用其它較先進(jìn)檢測(cè)儀器做的濕法脫硫?qū)?60MW煤粉爐PM2.5排放影響的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果[4]。其檢測(cè)到的PM2.5濃度質(zhì)量?jī)H為13.2 mg/m3，遠(yuǎn)低于上述硫酸行業(yè)尾氣處理的濕法脫硫檢測(cè)數(shù)據(jù)。而隨水汽排往大氣中的PM2.5粒子數(shù)（不是質(zhì)量或重量），居然是鍋爐出口未經(jīng)除塵設(shè)備時(shí)的2.094倍，是除塵設(shè)備出口的458.28倍。這些粒子中小于0.38微米（PM0.38）的占到99.969%。經(jīng)過脫硫工藝后，PM2.5的粒子數(shù)在0.07微米出現(xiàn)峰值。這是由于脫硫漿液形成細(xì)微顆粒物所致，主要是脫硫工藝中帶來的硫酸根、氯離子等形成的礦物質(zhì)鹽。此外，還可能有通過除霧器逃逸的石膏晶粒經(jīng)過脫水干燥后形成的微粒。目前的相關(guān)除塵設(shè)施對(duì)0.38微米（PM0.38）以下的超細(xì)顆粒物沒有作用。
這些隨著水汽排放到大氣中的超細(xì)顆粒物形成霾的兩個(gè)關(guān)鍵因素：濕度條件和凝結(jié)核，之后靜等靜穩(wěn)或逆溫天氣的到來，就形成霧霾。而過去，即使是靜穩(wěn)或逆溫天氣，如果缺少另外這兩個(gè)因素，也形不成霾。這兩個(gè)技術(shù)層面的證據(jù)，進(jìn)一步使?jié)穹摿驅(qū)е?013年霧霾大暴發(fā)等結(jié)論無可辯駁。
3.3 某著名大學(xué)霧霾成因研究團(tuán)隊(duì)的研究認(rèn)同霧霾暴發(fā)增長(zhǎng)下異常高的硫酸根、氯離子和鈣離子來自濕法脫硫
承擔(dān)霧霾成因研究的某著名大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研究表明，把濕法脫硫產(chǎn)生的白煙冷凝下來后，可以看到里面的硫酸鈣晶體。這些物質(zhì)飄到天上去就可以轉(zhuǎn)化，脫了水以后就變成超細(xì)顆粒物。這些物質(zhì)里面氯離子高、硫酸根高、鈣離子高，一升里面相當(dāng)于有2.8克的硫酸根。
該團(tuán)隊(duì)初步測(cè)算，燃煤電廠每噸燃煤排放4 公斤左右硫酸根，同一個(gè)燃煤電廠濕法脫硫直接排放硫酸根大約是其直接排放SO2二次轉(zhuǎn)化硫酸鹽的1.75倍以上。盡管這一數(shù)據(jù)可能比前述其他方法檢測(cè)的硫酸鹽的數(shù)量有差異，在安裝濕法脫硫設(shè)施企業(yè)密布的京津冀及周邊地區(qū)，燃煤排放的硫酸根數(shù)量也已經(jīng)相當(dāng)可觀。
國(guó)家濕法脫硫工藝排放標(biāo)準(zhǔn)中沒要求監(jiān)測(cè)“水汽”，其中確實(shí)含有大量可溶性離子和高濃度SO3，現(xiàn)有的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備沒有對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。據(jù)了解，上海市已經(jīng)開展對(duì)濕法脫硫排出水汽的檢測(cè)，他們也已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這是一個(gè)霧霾的重要策源地。
3.4 簡(jiǎn)單試驗(yàn)說明濕法脫硫排出的水汽中含有大量的PM2.5
濕法脫硫排出的濕煙氣（水汽）與家用加濕器排出的水霧很相似。許多專家做過一些實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證濕法脫硫排出含有溶解和非溶解物的濕煙氣（水汽），進(jìn)而使得靜穩(wěn)或逆溫天氣下PM2.5濃度增加，暴發(fā)大霧霾。
試驗(yàn)方法是，向房間加濕器中分別加入純凈水、礦泉水和自來水，監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣污染情況。試驗(yàn)結(jié)果如下：
加純凈水，室內(nèi)PM2.5濃度為20微克/立方米；加礦泉水，室內(nèi)PM2.5濃度為30微克/立方米；加自來水，室內(nèi)PM2.5濃度為340微克/立方米。三者主要差別是水中溶解性顆粒物（TDS)，純凈水為0-5 毫克/升，礦泉水為5-50毫克/升，合格自來水為50-120毫克/升,不合格的自來水可達(dá)300毫克/升。
各種工業(yè)凈水（直流冷卻水、循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水、洗滌用水、鍋爐補(bǔ)充水、工藝和產(chǎn)品用水）的TDS控制標(biāo)準(zhǔn)為小于1000毫克/升。而濕法脫硫循環(huán)液TDS超過3萬毫克/升，還含有20%的不溶性固體顆粒。如此之高的TDS，排放到大氣中的水汽，就像加濕器在房間中用自來水加濕，自然就會(huì)產(chǎn)生很高PM2.5。
全國(guó)每年濕法脫硫排出30億-40億噸水汽，京津冀及周邊更是密集。如果只是純凈的水，沒有任何問題。但水溶性鹽和不溶性固體顆粒在其中含量很高（專家計(jì)算或測(cè)算為1.4%至3%，甚至更高）。在被排往大氣后，形成的超細(xì)顆粒物數(shù)量巨大，重量之和也超過所有SO2、NOx和煙粉塵的總和。這與海水曬鹽完全不同，就像加濕器與幾盆水放在房間蒸發(fā)的作用完全不同一樣。在靜穩(wěn)或逆溫天氣時(shí)，城市上方和周圍就像一個(gè)空間有限的大房間，濕法脫硫設(shè)備就像遍布各城市的巨大加濕器，每天24小時(shí)向大氣中排放超細(xì)顆粒物（PM0.38），加上原來在空中已經(jīng)脫水的超細(xì)顆粒物吸水、凝結(jié)、粘附、變大，就迅速產(chǎn)生較重的霧霾。
據(jù)有關(guān)資料，一個(gè)拆除GGH的脫硫設(shè)備的燃煤電廠，煙囪高210米時(shí)，排放污染物的最大落地濃度點(diǎn)到煙囪的距離大概在6.7公里左右[1]，這可能是對(duì)常規(guī)污染物和較大顆粒物（如PM10）而言的。根據(jù)環(huán)保部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算，分布在濟(jì)南市東、西、南、北、中和長(zhǎng)清的6個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5濃度數(shù)據(jù)，在不同年份、不同采暖季節(jié)的PM2.5濃度最低點(diǎn)，居然幾乎全是靠近濟(jì)南各自唯一的電廠、鋼鐵廠和煉油廠（7公里左右）的高新區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。這說明電廠濕法脫硫排出的水汽析出后的超細(xì)顆粒物，不再具有原來那種因?yàn)橹亓υ诟浇两档奶攸c(diǎn)，而是隱藏在空氣中，有風(fēng)自由飄蕩，無風(fēng)就近聚集、吸水、黏附、變大。
在冬季，有的城市幾公里、十幾公里內(nèi)就有非常多的燃煤設(shè)施采用濕法脫硫設(shè)備。再加上散煤燃燒、汽車排放以及京津冀及周邊地區(qū)每年12月份和次年1月份本來就是多霧季節(jié)，濕度較大，在有了濕法脫硫不斷排出水汽增加濕度，并且提供充沛而常備的超細(xì)顆粒物作為凝結(jié)核后，頻繁形成重霧霾可想而知。即使采用燃?xì)馓娲某鞘校绫本?，燃?xì)庠O(shè)施排放的水汽有同樣問題，加上其他排放物較多以及在靜穩(wěn)天氣前，借助風(fēng)力從周邊飄移來的隱藏在流動(dòng)空氣中的超細(xì)顆粒物等，在12月和1月份同樣難逃霧霾的影響。
4. 對(duì)策措施
多種濕法脫硫政策和技術(shù)措施作用的疊加，是2013年初霧霾暴發(fā)的主因，并不是說PM2.5源解析中的其他因素不重要?，F(xiàn)在已經(jīng)對(duì)其他來源的PM2.5采取了鐵腕治霾行動(dòng)。這些工作難度非常大，遠(yuǎn)比針對(duì)濕法脫硫的技術(shù)措施復(fù)雜，還需要繼續(xù)加強(qiáng)。
針對(duì)現(xiàn)有濕法脫硫裝置的大中型燃煤設(shè)施，或具有低溫濕煙汽排放的燃?xì)庠O(shè)施等，可采取以下措施：
1.采用冷凝裝置等減少水汽（低溫濕煙汽）排放污染。
2.降低水汽中的各類溶解鹽和非溶解物。
3.制定標(biāo)準(zhǔn)限制煙氣排放濕度和次生顆粒物。
4.加快相關(guān)技術(shù)研發(fā)，盡快進(jìn)行國(guó)內(nèi)濕法脫硫技術(shù)局部改造，或研發(fā)并國(guó)產(chǎn)化干法脫硫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)合理替代。
參考文獻(xiàn)：
[1]百度百科：煙氣－煙氣再熱器（GGH）
https://baike.baidu.com/item/GGH/11018942?fr=aladdin
[2]馬麗梅,張曉,等.中國(guó)霧霾污染的空間效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)、能源結(jié)構(gòu)影響[J].中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì),2014(4):19-31.
[3]中國(guó)硫酸工業(yè)協(xié)會(huì).硫酸霧問題工作簡(jiǎn)報(bào)（第一期）.http://www.liusuan.org/plus/view.php?aid=3972
[4]李壯,王海濤,董鶴鳴，等.濕法脫硫?qū)?60MW煤粉爐PM2.5排放影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].節(jié)能技術(shù),2015(5):398-402.
[5]劉晨.我國(guó)大氣霧霾的元兇及對(duì)策與機(jī)遇探討[J].冶金動(dòng)力，2017(4):1-4.
補(bǔ)充圖：
編輯：俞垚伊
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