第一篇：我國(guó)大氣灰霾成因及控制——專家為您揭開灰霾的面紗

我國(guó)大氣灰霾成因及控制——專家為您揭開灰霾的面紗

2014-04-22 08:37:44

科學(xué)出版社近期發(fā)布了中國(guó)科學(xué)院《2014科學(xué)發(fā)展報(bào)告》。該報(bào)告自1997年以來(lái)至今已經(jīng)連續(xù)發(fā)布了17冊(cè)。其使命是向社會(huì)和決策層報(bào)告世界科學(xué)的進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)述科學(xué)前沿與重大或熱門的科學(xué)問(wèn)題，報(bào)道我國(guó)科學(xué)家所取得的突破性成果，介紹國(guó)內(nèi)外的科技政策與發(fā)展戰(zhàn)略、我國(guó)科學(xué)的發(fā)展概況及其在世界的位置，向國(guó)家提出有關(guān)中國(guó)科學(xué)發(fā)展的戰(zhàn)略和政策的建議以及如何以科技解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重大問(wèn)題的建議，向全國(guó)人大和全國(guó)政協(xié)會(huì)議代表提供科學(xué)發(fā)展背景材料，供科學(xué)決策參考。該報(bào)告被人們稱為“我國(guó)唯一的年度科學(xué)總覽”。今天節(jié)選《2014科學(xué)發(fā)展報(bào)告》中有關(guān)灰霾成因及控制的一篇文章與大家分享。

我國(guó)大氣灰霾成因及控制

作者：賀泓 馬慶鑫 馬金珠 楚碧武（中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心）

一、我國(guó)大氣灰霾的特點(diǎn)和成因

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，我國(guó)以城市群為特征的大氣灰霾污染態(tài)勢(shì)日益嚴(yán)峻。氣象上將大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10.0 千米的空氣普遍渾濁現(xiàn)象稱為灰霾。霧和霾的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)為：相對(duì)濕度小于80%，判識(shí)為霾；相對(duì)濕度大于90%，判識(shí)為霧；相對(duì)濕度80%～90%時(shí)，是霧和霾的混合物，按照大氣細(xì)顆粒物PM2.5和PM1.0(空氣動(dòng)力學(xué)直徑分別小于2.5和1.0微米)的濃度判識(shí)霧或霾的程度。PM2.5的來(lái)源可分為一次源(直接排放)和二次源(二次生成)。一次源可分為自然界排放和人為源排放。其中，自然排放源包括：風(fēng)揚(yáng)塵土、火山灰、森林火災(zāi)、海浪飛沫、生物來(lái)源等；人為排放源包括：工業(yè)粉塵、機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒物、道路揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵、廚房煙氣等。PM2.5的二次生成是指排放到大氣中的氣態(tài)污染物通過(guò)多種化學(xué)物理過(guò)程產(chǎn)生的二次細(xì)粒子。人類活動(dòng)排放的大量氣態(tài)污染物如二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、氨(NH3)、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)等，都能夠在大氣中被氧化產(chǎn)生硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機(jī)氣溶膠(SOA)。這些二次生成的細(xì)粒子是大氣中PM2.5的重要來(lái)源。全球范圍內(nèi)，二次粒子貢獻(xiàn)率可達(dá)20%～80%，在我國(guó)中東部地區(qū)常常高達(dá)60%。

無(wú)論一次顆粒物還是二次顆粒物，在大氣中都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)吸濕增長(zhǎng)的過(guò)程，增重增容，這和當(dāng)時(shí)的污染狀況及氣象條件都有關(guān)系?；姻残纬墒莾?nèi)外因共同作用的結(jié)果。外因是出現(xiàn)以水平靜風(fēng)和垂直逆溫為特征的不利氣象條件，而內(nèi)因則是大氣中的PM2.5及其前體污染物的濃度嚴(yán)重超過(guò)了由當(dāng)?shù)靥鞖?、地形等因素所決定的環(huán)境容量。在持續(xù)的靜穩(wěn)天氣條件下，污染物不易擴(kuò)散，并且通過(guò)均相和非均相化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生二次顆粒物的積累，并與一次顆粒物疊加導(dǎo)致大氣中細(xì)粒子超標(biāo)。自然條件不可控制，大氣污染才是真正的內(nèi)因。20世紀(jì)40～50年代的倫敦?zé)熿F事件的主因是燃煤導(dǎo)致的煤煙型污染；之后的洛杉磯光化學(xué)煙霧事件的主因是機(jī)動(dòng)車尾氣導(dǎo)致的復(fù)合型大氣污染，其主控因素比較明確。而隨著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展，把發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)歷的不同階段、不同類型的大氣復(fù)合污染歷程壓縮到當(dāng)下這個(gè)特殊階段，我國(guó)大氣污染類型已經(jīng)由燃煤型污染轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳叭济?機(jī)動(dòng)車-工業(yè)排放多類型污染、高負(fù)荷共存的重度復(fù)合大氣污染類型，這是發(fā)達(dá)國(guó)家所沒有經(jīng)歷過(guò)的新情況。

在我國(guó)的重度復(fù)合大氣污染中，氧化劑(O3和OH自由基等)濃度高，有助于SO2和二氧化氮(NO2)等酸性氣體向硫酸、硝酸的快速轉(zhuǎn)化，也有助于VOCs向SOA(含有機(jī)酸)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步加劇灰霾污染狀況：一方面，這些酸性組分會(huì)促進(jìn)新粒子生成；另一方面，其與高濃度NH3發(fā)生酸-堿反應(yīng)和非均相成核過(guò)程，產(chǎn)生具有強(qiáng)吸濕性的鹽，在濕潤(rùn)空氣中易于發(fā)生吸濕增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變成消光能力強(qiáng)的粒子，最終形成灰霾。近期研究結(jié)果表明，在復(fù)合污染條件下，污染物環(huán)境容量下降也是形成灰霾的一個(gè)重要原因。在中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“大氣灰霾追因與控制”的支持下，我們結(jié)合實(shí)驗(yàn)室模擬和外場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在高濃度NOx和礦質(zhì)顆粒物共存的情況下，活化了大氣中的分子氧，造成大氣的氧化性增強(qiáng)，降低了SO2的環(huán)境容量，加速了SO2向硫酸鹽的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)灰霾的爆發(fā)。

總的來(lái)說(shuō)，雖然我國(guó)對(duì)PM2.5的污染現(xiàn)狀和來(lái)源分析已經(jīng)開展了很多研究工作，但這些工作還不夠系統(tǒng)深入。國(guó)務(wù)院在2013年9月頒布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(“國(guó)十條”)，其中提出了很具體的奮斗目標(biāo)，如污染最嚴(yán)重的京津冀地區(qū)到2017年細(xì)顆粒物PM2.5濃度要下降25%。為科學(xué)控制灰霾污染，實(shí)現(xiàn)“國(guó)十條”的預(yù)定目標(biāo)，急需加強(qiáng)對(duì)PM2.5的科學(xué)認(rèn)識(shí)，發(fā)揮科技的支撐作用。

二、大氣灰霾的防治建議

1.近期防治措施

我們?cè)谇捌谘芯炕A(chǔ)上提出，在復(fù)合污染條件下，單一污染物的環(huán)境容量會(huì)下降。同時(shí)，考慮到我國(guó)中東部城市規(guī)模大、人口密度高的特殊國(guó)情，我國(guó)對(duì)大氣污染物排放的控制應(yīng)該制定比發(fā)達(dá)國(guó)家更為嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，并加強(qiáng)執(zhí)法力度，督查企業(yè)等責(zé)任主體嚴(yán)格遵守。只有加大源頭控制工作的力度，對(duì)致霾重點(diǎn)污染源(主要是燃煤和機(jī)動(dòng)車)排放的PM2.5及其主要?dú)鈶B(tài)前體物(SO2、NOx、NH3、VOCs等)嚴(yán)格控制，才能有效地緩解中國(guó)的大氣灰霾污染問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)階段的污染特點(diǎn)，提出如下建議：

(1)油品質(zhì)量和機(jī)動(dòng)車尾氣污染控制應(yīng)該放在最優(yōu)先的位置。機(jī)動(dòng)車尾氣直接排放致霾的PM2.5(含碳顆粒、硫酸鹽等)及其前體物(NOx、VOCs、SO2)，對(duì)城市圈大氣灰霾的形成有較大的貢獻(xiàn)。提高油品質(zhì)量可以促進(jìn)機(jī)動(dòng)車尾氣凈化后處理技術(shù)的應(yīng)用，大大降低機(jī)動(dòng)車排放污染。例如，由于油品質(zhì)量不同步的問(wèn)題，環(huán)境保護(hù)部曾兩次推遲柴油車國(guó)家第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，至今柴油標(biāo)準(zhǔn)仍落后于排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

另外，汽油車的排放法規(guī)沒有包含對(duì)細(xì)粒子的限制，汽油車排放對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)可能被低估。應(yīng)盡快著手研發(fā)汽油車細(xì)粒子檢測(cè)和控制技術(shù)，支撐新標(biāo)準(zhǔn)立法。加快淘汰老舊機(jī)動(dòng)車；發(fā)展公共交通，緩解城市交通擁堵；立法控制非道路機(jī)動(dòng)車(工程車、農(nóng)用車等)排放。

和其他污染源相比，機(jī)動(dòng)車尾氣污染控制具有技術(shù)含量高、易于規(guī)模應(yīng)用和見效快的特點(diǎn)，應(yīng)該放在目前重中之重的位置。

(2)切實(shí)做好燃煤煙氣脫硫、脫硝工作。燃煤電廠煙氣排放新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)格，采用的除塵脫硫、脫硝技術(shù)聯(lián)用給企業(yè)帶來(lái)不小的成本壓力。2013年1月京津冀灰霾期間的觀測(cè)結(jié)果表明，PM2.5中硫酸鹽濃度居高不下。雖然目前煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)普及，但SO2排放仍在高位運(yùn)行，遠(yuǎn)未得到根本控制，有必要對(duì)環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用狀況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的漏洞環(huán)節(jié)，加大監(jiān)督、執(zhí)法力度。此外，要盡快推廣煙氣脫硝技術(shù)，遏制NOx排放繼續(xù)上升的勢(shì)頭，完成“十二五”末期消減NOx排放總量10%的約束性指標(biāo)。(3)對(duì)工業(yè)廢氣污染控制，應(yīng)該加快立法和新技術(shù)研發(fā)。工業(yè)(工業(yè)鍋爐、石油、化工、鋼鐵、水泥等行業(yè))是一次顆粒物和二次顆粒物前體物(SO2、NOx、VOCs等)的重要來(lái)源。由于各行業(yè)所需環(huán)保技術(shù)和成本承受能力各異，廢氣排放控制立法和技術(shù)研發(fā)進(jìn)度參差不齊，建議加快工業(yè)行業(yè)廢氣排放控制立法工作，重點(diǎn)研發(fā)一批PM2.5及其前體物聯(lián)合控制技術(shù)并推廣應(yīng)用。

另外，通過(guò)廢氣排放控制立法也有利于利用市場(chǎng)手段鼓勵(lì)先進(jìn)產(chǎn)能，淘汰落后產(chǎn)能，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

(4)農(nóng)業(yè)區(qū)應(yīng)加強(qiáng)NH3排放的控制，嚴(yán)控秸稈燃燒。NH3排放對(duì)于污染物氣粒轉(zhuǎn)化及顆粒物吸濕增長(zhǎng)致霾具有極大的促進(jìn)作用，農(nóng)業(yè)源NH3排放主要來(lái)自畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)施肥，建議研究采取相應(yīng)的控制措施。生物質(zhì)燃燒排放的顆粒物也是導(dǎo)致灰霾產(chǎn)生的重要原因之一，建議嚴(yán)控農(nóng)業(yè)區(qū)特別是城郊區(qū)的秸稈燃燒。

2.根本解決措施

我國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)環(huán)境立法，將清潔空氣納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃：合理規(guī)劃能源結(jié)構(gòu)，大力實(shí)施節(jié)能減排，穩(wěn)妥推進(jìn)新能源利用，逐步減少煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的使用，增加清潔能源和新能源的比重；合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，淘汰落后產(chǎn)能，發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這些根本解決措施不可能立竿見影，收效必然是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。