周勇：寻找雾霾大暴发的罪魁祸首

【中国绿发会讯】编者按：党的十八大以来，我国以前所未有的力度向大气污染宣战，接连实施大气污染防治行动计划，空气质量发生了历史性的变化，成为全球空气质量改善最快的国家。但目前，大气污染防治仍有老问题与新挑战并存，对我国大气污染治理工作提出了更高要求。

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周勇结合10年来我国大气污染治理成效与核心问题，深刻阐释了导致雾霾的主要原因和关键抓手，现将发表在《张江科技评论》杂志上的文章分转发如下，以飨读者。

按/Cherry 审/ZY 编/angel

（摄影：绿会融媒）

●PM2.5数浓度高的问题不容忽视

看远处灰蒙蒙，能见度达不到10千米，根本原因是大气中存在有消光作用的细颗粒物（PM2.5）。这些细颗粒物如果主要来自地面污染，粒径相对较大，按照国际一般监测方式，就可以用PM2.5质量浓度来反映。与PM2.5质量浓度概念使用相伴随的是PM2.5数浓度（单位体积中细颗粒物的个数）。国内重点地区的每一次雾霾，在PM2.5质量浓度显示很高前，往往是持续多日的PM2.5数浓度很高，但PM2.5质量浓度不高，这时消光作用相对较小。导致PM2.5数浓度很高的主要原因是粒径更小的超细颗粒物（如PM0.1）大量存在。在遇到湿空气前，这些超细颗粒物的粒子数量极大，但质量极小，无法体现到PM2.5质量浓度中，这会掩盖其真实的污染和危害程度。当这些PM0.1超细颗粒物遇到湿度变大的静稳天气（自然形成或人为造成），会迅速吸水、凝聚、粒径变大，并促进酸性和碱性气体污染物进一步变化和化合反应（简称二次复合）等，使得PM2.5质量浓度升高、粒径迅速变大，消光作用迅速增加，从而出现重度雾霾。

由此可见，雾霾治理首先要考虑的问题是PM2.5数浓度高的问题，而不仅仅是PM2.5质量浓度高的问题。然而，对PM2.5数浓度的监测，受限于监测技术水平和成本，目前还无法实现对PM2.5质量浓度监测的替代。

●治理PM2.5质量浓度有效的措施对雾霾治理未必有效

现在一些针对PM2.5质量浓度的治理措施，可能对PM2.5质量浓度下降效果显著，但并不是针对雾霾大暴发的治理措施。例如，散煤治理对PM2.5质量浓度的下降很有效，但雾霾大暴发之前的若干年，散煤燃烧量增加，雾霾天数并未明显增加，也没有出现大范围雾霾暴发。

一般而言，散煤燃烧污染较大，其排放的常规污染物是电厂的若干倍。根据对“大气十条”的执行结果的权威评估，减少散煤燃烧量对PM2.5质量浓度下降的贡献高达30%。目前，我国重点区域农村采暖大部分都改为气代煤、电代煤，大量的非居民散煤燃烧也已经消除大部分。尽管现在的散煤燃烧量比雾霾大暴发之前少了很多，但能见度不达标的天数仍然是那时的若干倍。显然，散煤燃烧不是导致2013年雾霾大暴发的主要原因。

●雾霾特征指标与现行常规监测和治理指标存在较大错位

自2013年年初开始，大气污染重点地区面对的是连续多年雾霾大暴发的问题。雾霾大暴发前，我国大气污染治理重点是治理酸雨，把燃煤烟气排放的烟尘、二氧化硫和氮氧化物等污染物排放指标作为法定监测指标。2012年，原有燃煤烟气治理设施取消或铅封烟气换热器（GGH），新上设施也不再安装GGH。同时，在燃煤发电脱硝加价政策激励下，我国开始大范围建设脱硝设施，并采取在线联网实时监控烟气排放情况和偷排重罚的措施。2013年初开始，本应该等来的是大规模脱硫、脱硝、除尘和监管加严后的大气污染程度大幅度下降，而实际等来的却是雾霾大暴发。

难道二氧化硫、氮氧化物和烟尘不是导致雾霾大暴发的主要原因？事实上，烟尘和二氧化硫的排放量峰值在2007年前后，之后大幅度下降，且持续至今；氮氧化物的排放量峰值在2011年，之后大幅度下降。数据显示，北京和济南的PM2.5质量浓度在2013年只是略微比前后两三年高一点，而其峰值也在2007年，之后就持续下降。显然，这几个治理酸雨的常规污染物指标的峰值都在2011年之前，且大部分是持续大幅度下降，而雾霾是在2013年初开始突然暴发。因此，把烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，以及PM2.5质量浓度继续作为应对雾霾大暴发的主要量化考核指标，肯定是选错了指挥棒。

●导致雾霾的主要原因和关键抓手

2012年究竟发生了哪些能够引起大气质量重大改变的事件呢？我们可以从影响大气质量的主要大气污染物入手查明原因，包括这些污染物的排放模式、种类变化、强度变化等。

一是烟气排放模式由干变湿之后，水溶性盐、三氧化硫和可凝结颗粒物等突然增加。已经安装的燃煤烟气治理设施中的GGH，在这一年大部分被突击拆除或铅封。关于拆除GGH的措施，发电企业和大气污染监管部门取得一致意见，认为GGH常常被堵塞，需要停工检修，影响正常生产，而企业有时利用这个机会偷排。此后，除在城市人口密集区的电厂之外，基本不再有GGH。相关研究显示，拆除GGH后PM2.5数浓度大幅度增加，而没有GGH的湿法脱硫设施则普遍出现石膏雨现象。究其原因主要是烟气排放模式由干式排放变为湿式排放，烟囱中和烟羽中的二氧化硫大量转化为三氧化硫（表现为硫酸根离子等大量增加），进一步在大气中形成硫酸盐、铵盐等，导致大气中PM2.5数浓度剧增。此外，由于“十三五”期间氮氧化物成为总量控制指标，2012年不少企业纷纷上马脱硝装置，在脱硝段多层选择性催化剂可能将二氧化硫大量转化为三氧化硫，但无法在脱硫段被监测和脱除。华北平原等重点大气污染区域分布广、密度大的燃煤烟气设施，因“一刀切”采取有缺陷的烟气治理技术措施，同时产生大量的三氧化硫或硫酸雾，以及在同时空大量低空排放水汽，使形成雾霾的物质条件和局部气象条件同时具备了。

二是大量新上的氨法脱硝造成多种途径氨泄漏，形成实时匹配的碱性气体的足量供给来源。受脱硝加价政策激励，2012年重点地区开始建设大量的氨法脱硝设施。一些过量的氨黏附在粉煤灰中，或溶解在水中，或随烟气排放，最终都汇入大气中。氨排放量的显著增加，使得氨与大气中的酸性物质发生化学反应形成的硫酸根铵盐、硝酸根铵盐等增加。在二氧化硫、氮氧化物等酸性气体排放量大幅度下降后，酸雨基本消失，但形成盐霾的酸性气体，尤其是氮氧化物，仍然非常多，足够与大气中本来缺乏的碱性气体在一定条件下形成长时间、大范围的盐霾。

三是湿法脱硫等使得烟气排放由干烟气模式转换为湿烟气模式，大量的水汽低空排放，人为形成常态化的有利于雾霾形成的空气湿度大的气象条件。另外，伴随冬季化石能源使用量增加，冷却塔水汽大量排放，这些水汽在城市附近低空排放，增加空气湿度，也有利于大气中的酸性和碱性气体发生化学反应，促进雾霾的形成。

四是远低于国际标准的氮氧化物排放标准导致氮氧化物急剧下降，引起大气氧化性增强，造成大气中有更多的硝酸或硝酸盐。北京大学环境学院宋宇教授和朱彤院士的研究团队于2022年6月6日在《自然•通讯》（Nature Communications）发表论文，揭示我国东部近些年大气氮沉降量并未随氮氧化物减排而同步降低的原因。研究发现，氮氧化物减排诱发的大气氧化性变化可调控氮沉降量。在中国东部地区，近些年氮氧化物排放下降会导致臭氧以及自由基等大气氧化剂含量显著增加，进而促进氮氧化物向气态和颗粒态硝酸转化。硝酸的干沉降速率比氮氧化物高一个数量级以上。这些因素导致东部氮沉降变化趋势落后于氮氧化物减排。这一研究结果的进一步推论是，脱硝使得氮氧化物大幅度减排，但没有带来形成超细颗粒物的硝酸根的减少，甚至使其增加。

上述四方面造成雾霾发生的技术改造措施都是从2012年开始大面积开工或完成的，它们都对大气质量变化有重大影响，也是引起雾霾大暴发的根本原因。

2015年之后开始的煤电烟气治理的超低排放改造，是大气污染治理比较有效的手段之一，但这相当于又给湿法脱硫后的烟囱加了一个“大口罩”。虽然这对石膏雨和一些污染物的治理非常有效，但是因为没有对饱和湿烟气排放进行治理，所以对水溶性盐和三氧化硫排放的减少作用有限。这一方法在电力企业使用后，又在钢铁等行业进一步普及。然而，钢铁行业烟气排放成分更复杂，在去除一些污染物的同时，又有新产生的三氧化硫或硫酸根离子及其他污染物排放到大气中。

作者简介：

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，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（LBL）访问学者、客座资深科学家（2013—2020年），山东省智库高端人才，山东省优秀科技工作者。曾任山东省科技发展战略研究所副所长，兼任山东科学学与科技管理研究会副会长、山东省可持续发展研究会常务理事、中国科技指标研究会理事等。长期从事科技智库和软科学方面的研究工作，主要研究方向包括绿色低碳发展及应对气候变化、能源环境经济协同、科技与创新战略及政策等。

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