CPM在案例城市PM2.5超标中占主导地位 | 宋国君PM2.5&CO2论坛致辞

2021年12月15日，中国生物多样性保护与绿色发展基金会（简称“中国绿发会”）大气治理与低碳发展工作委员会结合“双碳”战略和我国生态文明建设进程，组织召开PM2.5&CO2论坛，邀请20余位院士、专家共同参会，研讨PM2.5居高不下的原因，深度解析降低 PM2.5的途径和创新技术。

会上，中国人民大学环境学院教授宋国君以“城市PM2.5超标的排放原因分析和治理建议”为主题作报告发言。宋国君教授通过对案例城市PM2.5超标排放的监测和分析，发现PM2.5超标日的主要排放原因是可凝结颗粒物（CPM）主导，但 CPM 目前没有在监测和管控之中。基于文献和相关治理技术专家的访谈，CPM的治理技术是可行并且成本较低的，因为主要技术可以同时回收烟气余热和水蒸气。绿会融媒现将发言内容整理分享如下：

今天，给大家介绍的是我们前一段研究的成果，也是首次向大家报告我们做的研究成果及相关数据。城市PM2.5污染现在肯定是一个非常主要的问题，包括为了迎接即将到来的冬奥会，我们还要采取很多极端的措施。以前关于PM2.5污染控制的研究，多数是科学家的研究成果，我是做管理的，当然我们对统计也比较熟悉，所以我们做了一些研究工作，今天我报告的题目是《PM2.5超标的排放原因分析和治理建议》。

关于PM2.5超标，就是我们说的二级标准，排放原因我做一个界定。排放，大家都知道，那么我们城市排放颗粒物的污染源实际上是非常多的，我用了“二次生成”这样的一个概念，实际上就是大家经常说的所谓的二次粒子，包括排入空气中的污染物，包括经过物理化学转化，当然也包括CPM。下边我会介绍，我们现在做的分析是基于可获得的数据，我们只有空气质量监测站连续监测的6种污染物，当然也有气象的数据。那么，我们的分析中关于二次粒子，我们也只能分析三种，而关于 VOC、有机物的监测分析，并没有相关的数据，甚至包括原解析，所以我的分析就是基于已有的、常规的空气质量监测数据。

CPM是我今天要讲的一个主要内容，根据定义，它就是我们常说的溶解性盐类的一些物质，美国的定义是因为它排放的时候在烟道中，通过滤膜之类的测量是测不出来的，所以这叫做CPM。那么，CPM是环境空气中PM2.5和气溶胶物质的重要前体物，这个都是有大量的文献来说明的。CPM排放普遍伴随着水蒸气，所以水蒸气会加重雾霾，也是教科书上一致的结论。

另外，作为一个城市的PM2.5超标的诊断，有排放CPM吗？因为现在监测没有直接测CPM，所以我们就基于已有的文献，无论是国外还是国内的研究，应当说已有的一些文献的研究里表明， 我们已有的治理技术当中，大概有实际排放的PM的50%是CPM的排放。

接下来说城市空气污染，我们有6种污染物，实际上PM2.5普遍是北方供暖城市最主要的污染物，那么用24小时的超标率，大家也可以看到，在空气污染较严重的城市里，全年有20%左右的时间处于污染当中，其年均值也超标了将近一半。

按照美国的二级标准，三年98分位不能超过二级标准，我们用95百分位来界定。实际上我们的标准要求是不高的。也就是我们的污染非常严重，按照不高的标准重污染的天数也有20多天。

我们再来分析最主要的污染物和污染的时间段，非优良天数的首要污染物主要是PM2.5，由于我们的PM10实际上它是包含了PM2.5，也就是说有一些PM10的超标，是因为PM2.5就超过了PM10的标准，所以 PM2.5是非常重要的污染物。我们判断它是否严重，是否给出优先序，还是应当从健康损失去说，但是健康损失的链条计算比较长，我觉得也完全可以用一个超二级标准暴露人口的乘积，那么单位就是万人天，这个指标也是可以的。

用这样的指标说，由于我们国家城市化速度也很快，如果说城区的人口是在增加的，加上我们超过二级标准天数，做一个乘积也能够表达，我们可以看到健康损失也是在减少。用这样的指标，就是这张表，是用美国EPA官方的方法去做的，做到每一日监测点暴露人口发病率、死亡率去做的健康损失的评估。

2007年到2020年，因为PM10的健康损失包含了PM2.5的健康损失，而它的剂量反应关系也不太一样，我们通过计算，也就是说PM10的健康损失占案例城市健康损失的比例是非常高的。

按照二级标准天数的考量，氮化物也有超标，可是他们健康损失是非常低的。也就是说，按照各超标污染物健康损失的比例，99%都是PM2.5或者都是PM10导致的。所以我们先不用考虑其他的污染物。按照最终的判据，就是污染物造成的影响是否严重，应当用健康损失去判断。

那么，我们再来看近些年的变化，因为我们用的数据都是一些国控点的监测数据，这个数据都是公开的数据，因为2019- 2020年疫情的原因，可以看到，重污染天的空气质量是有改善的，年均值的变化也能够表达空气质量在改善，但是从PM2.5超标、健康损失的角度来说，前几张表大家也能看到，仍然是非常严重。

接下来，我们就说如何去降低PM2.5的污染，还是要说到排放原因。因为气象状况我们是无法控制的，所以超标是否严重要聚焦到每一日我们要做一个判断。对于每个PM2.5超标日，就是说计算比值偏高小时的PM2.5累计浓度值，即PM2.5/PM2.5-10，那若比值偏高小时浓度值大于有效小时累计浓度值的50%，则证明当日为二次污染，否则为一次污染。

到底是什么原因导致了PM2.5的污染或者超标？我们基于可获得数据，判定有三种因素，CPM、二氧化硫、氮氧化物。三种污染物究竟谁是主导，因为毕竟是超标了，我们是基于不超标的比值去做为背景值，用以比较，监测小时值的变化。就是说PM2.5浓度的变化，实际上是非常快的，不同的日期，变化也是不一样的。

从图表中，我们也可以看出PM2.5的浓度实际上变化非常快，更直接的我们可以看到城区PM2.5小时浓度的变化，从19:00-20:00的PM2.5浓度开始开始变化，那么过一个小时就变成这样了，再过几个小时浓度就变得非常高了。

什么原因会导致PM2.5浓度迅速升高？是排放的原因还是气象的原因。我们用这样的一个图去表达，就是说PM2.5的浓度迅速升高，PM2.5-10有变化吗？二氧化硫的浓度有变化吗？二氧化氮有变化吗？一氧化碳有变化吗？可以看到，PM2.5迅速上升，而其他的污染物基本上不变。

接下来，以每小时、每一天为单位，按照我们设定的标准去推测二级二次污染的天数跟PM2.5累计浓度的占比。以2019的样本为例，超标日二次污染是主要的，占到了80%多，累计浓度也占到80%多。就是说，二次污染就是PM2.5/PM2.5-10高于不超标日，二次污染的天数在采暖期应当占到80-90%之间，非采暖期也有一定的比例。

那么，近三年PM2.5超标日，二次污染的天数和PM2.5的累计浓度的占比，这里边2021年相对稍低一点，实际上是因为2021年还没有结束，我们只取到了2021年11月15号之前的数据，还有一个半月的数据是没有获得的，如果加上可能也差不多。这也就是说，按照超标日和累计浓度，城市花了这么大的力气治理PM2.5的污染，成效并不显著，这也是我们通过分析得到的结论。

超标日各主导因素，按照CPM、二氧化氮和二氧化硫还有一次污染，我们目前也只能用主导因素这样的一个词。也就是说，CPM占有的比例是城市空气质量监测站监测数据中最主要的因素，按照上述的标准，我们做了近三年的统计而得出的结论。即CPM是PM2.5超标的主要原因。

那么，CPM对我们所在的案例城市影响有这么大，但是CPM并没有被我国定义为常规的污染物，如果把它当成我们需要去除的常规污染物是否有合适的技术？

当然，这个技术我们也是基于文献去做一个归纳，也请教了一些领域内的专家。按照三种吸附的技术，湿式电除尘技术、冷凝技术，包括刚才江院士介绍的回收余热。像冷凝技术，由于它可以同时去除CPM，也可以回收水蒸气和余热，除了技术比较成熟和稳定，还要成本投入产出的优势。

我们可以在空气固定源的排放标准中，增加烟气排口湿度或者温度这样的指标来进行控制，限值就会相对湿度小于环境湿度，或者略高于环境温度，可以用温度的指标来监测。所以，我认为湿度、环境湿度或者是环境温度这样的控制指标，不是替代已有的CPM检测方法，这样的方法还是要继续做的。

我们要确定有没有排放CPM，排放了多少CPM，在美国的排放标准中，实际上关于颗粒物它都是用不透明度的方法，那么这样的指标也是可行的。在我们的排放标准中，必须要禁止单纯的加热的除湿技术，因为它不能去除CPM，增设这样的指标，实际上对于大多数的烟气，尤其是脱硫脱硝的烟气，因为它有水蒸气，可以回收水蒸气跟余热，那么水蒸气它本身不是污染物，但是它确实会加重PM2.5的污染。

在排放标准中，基于目前成熟的技术，增加这样的指标完全是可行的。那么，最后我也归纳一下我报告的结论。

第一，PM2.5是案例城市最主要的污染物，它造成的健康损失占到了99%。应该把大量的资金或者针对性方案放在PM2.5的控制上。

第二，我们通过案例城市的监测，认为CPM在城市PM2.5超标占主导地位。那么根据文献有大量排放CPM的固定源，但是其他城市我是觉得还是要做一些识别，肯定因为污染源也不一样，那么污染的原因肯定也会有差别，所以需要做细致的识别跟诊断。

第三，我们基于文献和一些专家的访问，认为CPM的治理技术已经成熟，需要配套的政策。目前在法律层面需要做的，就是余热利用优先序应当制定，浪费的热量要把它回收回来。也就是说，余热利用的优先序应当在相关的法规中予以表达。如果加入余热利用，通过余热利用和碳减排的双重效果，CPM治理技术的成本就可以继续降低。

实际上，我们还是要回到排污许可证，关于排放治理的信息要有一个系统的要求，这样自然就可以控制温度和湿度以及测量的指标，也就可以证明CPM已经被去除，通过这种指标的监测可以减轻很多成本的压力。

比如说，CPM的控制技术有一些差别或者有些变化，不是很稳定或者说不成熟，我认为完全可以先用这样的指标进行控制，那就是说监测指标也有了，治理技术也成熟了，加入余热利用和碳减排成本也是非常可行的。

所以我们提出这样的方案，优先控制PM2.5，然后如果把余热利用政策置顶，可以预期城市的PM2.5重污染状态会迅速改善，这就是我今天给大家报告的结论，谢谢大家。

(本文根据发言内容整理，供参考。)

整理/Cherry 审/Tammy 编/angel