雾霾形成机制非常复杂 多学科多行业合力攻克成因

http://www.water.hc360.com2017年10月09日10:07 来源:电力行业节能环保公众服务平台作者:江得厚T|T

    慧聪水工业网 有些专家、学者已经注意和研究发现,农业污染源在细颗粒物形成过程中起很大作用,该因素在研究和治理中被忽视。经有关团队获得大量研究数据,氮肥氨气促PM2.5生成大量污染物,并建议对农业源氨排放控制。另外銨盐类等化肥成份还是大气中微生物的营养源,在合适湿度、温度条件下大量繁殖,形成大气中PM2.5污染物又一个重要来源。文中还顺带向几位不同意见的学者作出应答。

雾霾

    0、前言

    对于中电联王志轩理事长的观点、数据、根据我是赞同的。特别是2017年2日22日环保部赵副部长主持召开媒体见面会,在回答记者提问,以及9月1日环保部新闻发布会及刘炳江司长的答记者问也进一步讲解,已经说得很清楚。中央电视台“详解雾霾”在《焦点访谈》中,在中科院专家、教授、学者用试验和理论、测试结果配合下,有精确易懂的结论。本来湿法脱硫是造成雾霾的“罪魁祸首”,以为经王理事长几篇长文的反驳后已经解决了。

    平静几个月,在9月4日又引发争论,我已将科技日报刊登的文章在微信转发给大家,顺便谈几点意见供诸位参考。

    1、干法脱硫十年前的状况

    干法脱硫脱硫效率一般在80%以下,半干法脱硫效率在Ca/S在2.5~3以上可以达到90%左右。Ca/S在1.05~1.1湿法脱硫可达到99.9%左右。假如听某些专家的意见全国改用半干法脱硫,会增加9.9%烟气一次细颗粒污染物排放,雾霾会更加严重。

    2、各国脱硫发展概况

    以前美国排放标准要求不高,加上煤质较好脱硫多采用旋转喷雾半干法,以后也逐步改用湿法,只有少量半干法脱硫。德国自1983年颁布环保法以来,火电厂S027年间降低6.8倍。其中湿法119台,半干法旋转喷雾脱硫占0.16%。为达到政府限制的排放标准,主要用脱硫效率高的湿法工艺,石灰石/石灰湿法占91.1%,氨法占比例较少。因环保法规定排烟温度应在72℃以上,1台500MW机组加再热器约需3500万马克。这样就出现SHU开发把烟气排入凉水塔的热气流混合升温排向大气的技术,节省加装再热器和烟囱费用,还可以增加烟气抬升高度,所以得推广应用。80年代也有20台机组采用CFB半干法烟气循环化床脱硫,出口烟温只能低于70℃,大于这个温度,脱硫率就小于90%。到目前尚未听说攺用新的技术。总之,当前欧美等国采用湿法脱硫仍为主流。更深入了解请参阅“朱法华:煤电湿法脱硫是治霾功臣”。

    我国20多年前已经引进当时最先进德国CFB、ABB的NID烟气循环流化床半干法脱硫以及半干法旋转喷雾烟气脱硫等设备,全国有几十台以上这种设备,运行几年后因达不到国标排放标准要求和设备也出各种问题,在新形势下逐步改用湿法脱硫,这样发展是符合环境的需要。到今年底全国上网燃煤机组将全部烟气污染物达到超低排放的标准,其他工厂供热自备机组或锅炉也会同时达到要求。

    3、“湿法脱硫是造成雾霾的罪魁祸首”?

    在王理事长对《不听工程师意见中国三年治霾无功》作过回应是“工程师意见不靠谱”和“电力治霾功不可没”,在答记者问一文中讲得很清楚了。

    我国的雾霾成因很复杂,是在不利气象条件下复杂的化学、物理、生物学过程,不是某些污染物降下来就会减少雾霾。也不是一、二个行业污染物治理好,雾霾就消散。伦敦、洛杉矶治理50年,有丰富的经验,但去年又出现重度雾霾。从2015年到今年世界各地,法国巴黎、西班牙马德里、英国多地伦敦在内、美国洛杉矶、蒙古乌兰巴托、印度新德里、印尼苏门答腊島、波兰、智利圣地亚哥等。可以说治理雾霾是世界性共同努力的目标。下面只对雾霾成因谈一些我的认识。

    3.1 雾霾隐藏另一个元凶“氨气”

    专家研究表明;霾主要是指悬浮着的高浓度细颗粒物(PM2.5)让空气混浊,造成能见度下降的现象,这些颗粒物可以来自直接排放,如来自机动车、电厂和扬尘等,被称为一次颗粒物;还可以由大气中的气态污染物经化学转化而生成,被称为二次颗粒物。北京的霾的颗粒物化学组成跟世界上其他地区的霾“非常相似”,中国雾霾是一次与二次污染物混合造成,而二次颗粒物占颗粒物总质量的大部分,明显表现出二次形成的特征,并无特殊之处。

    中国其他城市的霾成因与北京应该基本相似,因此治理霾的关键在于减少由机动车和工业排放的气态污染物。为什么经过治理,特别是电厂经过超低排放治理直接排放一次性大气颗粒物有明显下降,但是要注意“都是二次颗粒物占颗粒物总质量的大部分,明显表现出二次形成的特征”,大气污染物在空气中有十分复杂的化学反应,而且生成大量二次颗粒物,是空气治理最大的最大的难点。所以,有专家、学者认为另有隐藏的雾霾的元凶。提出“不控制氨气排放,治霾的成效肯定要打折”。

    我国北方地区土地盐碱化严重,无法中和化肥中的氨气,造成氨气相对过剩,大气中只要有酸性气体排放,就有足量的氨随时等待与之反应。所以,我国北方的雾霾偏中性。如果氨的数量不减下来,酸性气体排放数量就会成为二次气溶胶的限制因子,为雾霾提供源源不断的颗粒物。在重污染天气中,PM2.5二次生成颗粒物中硫酸铵、硝酸铵的质量总和约占PM2.5的40%~60%,越严重的污染天气,则比例越高。初步控制硫化物、氮氧化物排放后,如果不能控制氨气排放,治霾的效果会大打折扣。大气中氨气排放的来源,将近90%来自农业生产,非农业源不到10%,而在农业源中,畜牧业约占了60%,农田约占30%~40%。不要过量施肥,畜牧业大量糞便要科学处理。

    季节对二次颗粒中铵盐的浓度也有影响,冬季约占30~40%,夏季约占60~70%,说明夏季雾霾受氨影响更明显。夏季重污染天数经治理后不减反增,除考虑气象因素外,氨排放未受控制可能也是原因之一。现有政策对二氧化硫的控制效果较明显,但对氮化物和一次PM2.5的减排效果不及二氧化硫那么明显,而对氨气的控制则更为薄弱。不少专家、学者都有论文、报告、建议及对策,除了科学的认识,政策层面的推动也在进行当中,逐步提高控氨的措施。要氨排放量减排达30%,就能彻底改观空状况。

    3.2 不能忽视二次形成雾霾的微生物

    上面提到大中气的氨气将近90%农业,过量的氨气与大气中二氧化硫、氮氧化物等经化学作用生成硫酸铵、硝酸铵转化固态微细粉尘,成为雾霾主要成份。

    空气中的微生物在合适的湿度,温度条件下,大量繁殖,繁殖的营养源就是硫酸铵类,硝酸铵类,硝酸盐类,碳酸氢铵等化肥成份。而空气中的生物学是最难研究的现象,情况复杂瞬间万变,如初次粉尘中携带多达几百上千不同微生物菌种,各种微生物繁殖的温度不同,湿度不同,对肥料的需求量不同,繁殖速度不同,存在时间不同,微生物代谢的产物不同,微生物的残留不同等诸多因素。微生物的不断繁殖和死亡关系决定了其自然的复杂变化,一般来说,条件合适时微生物很容易繁殖到一个恐怖的数量级。

    瑞典科学家JoakimLarsson最近在国际期刊《微生物》发表论文,承认微生物是北京雾霾重要组成,是微生物“储存库”和“传播途径”,清华大学研究也表明北京雾霾中含1300种类微生物。

    而不同种类的微生物繁殖速度从每分钟几倍到几万倍不等。同时值得注意的是铵盐类物质(氨氮),为微生物繁殖提供了营养,而铵盐的原料中最关键的是氨。可以说,微生物繁殖与代谢是雾霾严重程度的最重要决定性因素。

    雾霾形成首先是有大量污染物到空气中并产生了化学物理生物学的各种转化,遇到不利扩散的气象条件,微生物的繁殖成为了决定性因素,PM2.5爆发式增长,形成雾霾或严重雾霾,同时由于微生物的代谢关系使雾霾严重程度不会继续恶化,而是维持在某个水平,直到气象转变化有较大的风,雾霾才会散去。北京的霾每次从形成到结束一般以4天至7天为一个周期,每个循环包含起始的清洁阶段、中间的过渡阶段和最后的污染阶段3个过程,其主要成因是上述三类气态污染物在本地经化学反应生成的二次颗粒物,而非直接排放的一次颗粒物。霾在清洁阶段每立方米大气中的颗粒物总重量不足50微克,但在2至4天后的污染阶段会增至数百微克。这可能就是微生物突然爆发的现象,成为重度雾霾。

    3.3 没有灰尘会加剧空气污染

    雾霾产生后来了风,可驱散雾霾。大气中缺灰尘在中国东部地区冬季污染增加13%。国外有二项最新的研究表明:

    一项是空气中较少的灰尘就会有多阳光辐射到地面,使得陆地和海洋之间温差变小,降低风速恶化空气污染,不利驱散雾霾。

    另一项,表明最近北极的冰面不断减少与2013年中国大气污染事件有一定联系。我国的的学者研究讲述的是同样的机制:“风速的减弱导致更多的污染,而更深层的原因需要进一步研究”。另外还提出“我们发现灰尘与风的相互作用也可能导致风速减弱,认为这两者都是重要的。

    引用这研究成果,目的是对雾霾成因研究不同角度、研究重点不同、不同层面、不同行业都可能有不同结果和认识,只作为分析探讨的不同见解。

责任编辑:童志威

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