【lijunji】查明雾霾的根源，实现低成本、快速、精密雾霾的途径和对策。

朱勇(齐鲁工业大学(山东成果学院)，山东济南250014)

摘要：本文系统分析了单一湿法脱硫设施取消GGH后导致PM2.5粒暴增的情况，许多火力企业采取了相同的措施，导致大气中PM2.5粒暴增等多种突变引起的雾霾大爆发的演变过程。分析了火电等主要领域雾霾管理的效果、不足、原因，以及雾霾大爆发前大气中PM2.5的质量浓度大幅下降，但大气能见度仍然下降的原因。提出有必要通过雾霾大爆发前后大气环境系统发生的突变，准确地找出雾霾大爆发的根本原因。雾霾大爆发后，大气环境系统内部不仅仅寻找不同地区和时间的差别原因。(威廉莎士比亚、雾霾、雾霾、雾霾、雾霾、雾霾)突发性雾霾大爆炸的原因也不能归结于长期不变的产业结构偏重、污染物排放等。在确定2013-2014年雾霾大爆发的根本原因后，提出了管理雾霾的10项对策，以低廉的成本治疗快速精准的雾霾。

关键词：雾霾；PM2.5；可冷凝颗粒物质；措施

中间图片分类编号：X51X773文件识别码： a doi :10.3969/j . ISSN . 1003-8256 . 2019 . 03 . 004

0简介

只有查明京津和周边省份雾霾大爆发的根本原因，才能对症下药，从而以低廉的成本快速准确地治疗雾霾。引起雾霾的原因很多，不同地区有与产业结构、能源结构、生活习惯等密切相关的大气污染物排放源，因此不同地区引起雾霾的原因组合也存在差异。以山东省为例，雾霾天数连续两年翻一番，正在经历下降的挂钩型变化。造成这种情况的根本原因只是2012年大多数煤炭设施配备的湿法脱硫设施因烟气再加热系统(Gas-Gas-Heater，GGH)、湿法脱硫设施过去GGH等故障而频繁。

湿法脱硫本身没有太大问题。主要取消GGH的技术失误，引起了一系列连锁反应，2012年工作条件下PM2.5粒浓度暴涨，2013-2014年京津冀及周边省份雾霾天数暴涨。从2015年开始的超低排放改造抑制了石膏雨问题和雾霾天数的急剧上升。非电力行业重蹈覆辙，反而抵消了电力行业对引起雾霾的PM2.5粒浓度下药的超低排放改造的部分效果。

2017年济南市PM2.5的质量浓度比雾霾爆发前减少了40%，但大气能见度仍然不尽人意。主要是因为大气中PM2.5的颗粒浓度仍然比雾霾发生前高得多。以超低排放为基础，合理降低除尘器和脱硫塔进口烟气温度，通过冷凝除湿减少可凝结颗粒物和水蒸气排放，恢复原来的干燥烟囱排烟模式等GGH的有益功能，是实现低成本快速精密雾霾的关键。其他领域的空气污染管理措施仍然是必要的。因为雾霾大发生前，各种大气污染物的排放也达到了大气环境容量上限。

1 2013-2014年雾霾大爆发的根本原因[1]

1.1 PM2.5粒浓度暴增，2013 ~ 2014年雾霾严重发生

根据气象资料，利用雾霾天数(山东)和气象数据，根据通过模型推测的PM2.5质量浓度，2013-2014年存在雾霾天数和PM2.5质量浓度的突变。但是，2010-2017年实测数据PM2.5质量浓度没有大的突变。专家认为，颗粒水浓度可以更好地反映PM2.5对生态和健康的影响，实测数据显示，PM2.5质量浓度没有太大变化。这只能说明，由于2013-2014年PM2.5谷物浓度暴增，雾霾天数连续两年翻了一番，而不是质量浓度变化。由此可见，PM2.5粒浓度暴增是2013-2014年京津冀及周边省份雾霾大爆发的主要原因。

PM2.5粒子浓度暴增的根本原因不能是二氧化硫和氮氧化物。这两种排放量分别在2006年和2011年达到最高值，从最高年开始下降或迅速下降的通道上。也不可能是煤炭消费总量变化造成的。京津冀在2013年达到煤炭消费的峰值，山东省在2016年达到最高点，在进入最高点之前已经处于平台期间。二氧化硫、氮氧化物排放或煤炭消耗没有其他因素的影响，雾霾不可能在2013-2014年突然爆发。任何可以想到的日常变化的变量都不可能雾霾天数在2013-2014年连续两年翻一番，2016年比2014年最高年减少1/4的挂钩型变化持续发生，此后持续下降，但雾霾天数仍然徘徊在高层。

大气中PM2.5粒浓度暴增，在安静潮湿的天气中，PM2.5颗粒吸附水分，相互粘附，迅速生长，溶解大气中的二氧化硫、氮氧化物，加速氧化，加速向硫酸盐、硝酸盐、铵盐的转化。其他污染源排放的微尘也被吸附，雾霾频繁发生。大气中暴增的超细粉尘在稳定的天气中有质量浓度不减少的日累积现象，几天后加上其他来源的PM2.5，就可以逐渐达到轻度雾霾。

图1北京2013年9月25-29日和10月2-7日PM2.5爆炸期间气溶胶的核与生长

注：A和C图是9月25-29日和10月2-7日粒子浓度、粒子大小分布和平均直径(白色曲线)的演变。b和c图是9

月25—29日、10月2—7日PM2.5质量浓度（黑色实线）、平均直径（虚线）和PM1.0颗粒物质化学成分（阴影颜色表示气溶胶成分的质量浓度，从上到下依次为有机物、硝酸盐、硫酸盐、铵根、氯离子和黑碳）[2]。

根据Guo等（2014）的研究，受气象条件影响的北京大气中PM2.5从少到多的周期性循环，其特点是气溶胶的形成分为成核和生长两种截然不同的过程。在污染期之前，在清洁条件下产生高浓度的纳米级颗粒；伴随着成核模式粒子连续数天的粒径增长，产生大量较大的粒子，粒子质量浓度积累超过每立方米几百微克，与世界其他地区典型的气溶胶形成过程不同。另一方面，北京的颗粒物成分与全球许多地区普遍测量的颗粒物相似，与以次生气溶胶形成为主的化学成分一致[2]。这一观测结果更适合解释华北燃煤地区雾霾的形成过程。如，在天气良好的时候，湿法脱硫取消GGH后暴增的PM2.5粒数浓度很高但粒径和质量都很小，在静稳天气下，这些纳米级颗粒逐渐成为凝结核，吸附大气中的水份，相互凝结团聚并与不断产生的颗粒和其他常规来源的颗粒凝聚，粒数浓度下降，粒径和质量浓度增加，经过几天累积后，开始影响大气能见度，逐渐出现灰霾并逐步加重。与北京不同，燃煤区域取消GGH的湿法脱硫系统全天候直接产生的细颗粒物足以满足PM2.5周期性循环初始阶段大量粒数很高、质量很轻，尚未体现在PM2.5质量浓度中，天空还属于清洁阶段的成核过程的需要，只要天气满足成霾的条件，不断排放到大气中的可凝结颗粒物和累积下来的颗粒物就开始吸水、凝结、团聚、吸附其他来源的颗粒物，加速大气中二氧化硫、氮氧化物等的氧化过程，并向硫酸盐、硝酸盐和铵盐进一步转化，迅速开启PM2.5周期性循环的第二个过程，雾霾爆发。这些地区并不需要像北京一样，要靠南风输送颗粒物促进PM2.5的后期迅速长大。该研究所说的北京雾霾的形成与世界其他地方不同，主要还是因为周边几百公里之内有大量的取消GGH后成为湿烟囱排烟的湿法脱硫设施不断产生大量纳米级的超细颗粒物。

根据An等（2019）的研究，除湿法脱硫取消GGH造成PM2.5粒数暴增导致雾霾之外，其他方面的原因，如散煤燃烧、汽车等移动源排放、挥发性物质排放、农业氨排放、扬尘、区域间传输，以及雾霾与大气之间的复杂物理化学变化等都已经有大量的深入研究[3]。北京已经没有燃煤污染，周围上百公里内的散煤燃烧也基本没有了，情况相对特殊。但其周围都是燃煤区域，无论是已经表现在质量浓度上的PM2.5颗粒，还是尚未表现在PM2.5质量浓度上，但可以作为PM2.5周期性循环成核阶段的粒数浓度暴增但粒径很小的颗粒物，都可以从周边几百公里随着3级及以下的风到达北京。这也是北京不同于世界其他地区的特性。只是北京的PM2.5爆发要比燃煤区域好得多，但仍受外围的影响。而现在应对重度雾霾天气的重点大气排污企业临时性关停，尤其是根据气象预报提前两天开始关停，有利于降低PM2.5成核过程和生长过程的颗粒物供给，但这是治标不治本的措施。这样能够大大削弱PM2.5质量浓度的峰值，但并非针对导致雾霾的根本原因对症下药。

1.2 湿法脱硫取消GGH，是引发2013—2014年PM2.5粒数浓度暴增的根本原因

研究表明，导致雾霾大暴发的根本原因是PM2.5粒数浓度暴增，主要是硫酸根、硝酸根、铵根等暴增。而硫酸根、硝酸根、铵根等水溶性离子为主的可凝结颗粒物，均受湿法脱硫取消GGH后湿烟囱排放的污染物这一因素的直接或间接影响。

湿法脱硫取消GGH是引发PM2.5粒数浓度暴增的主要因素，同期大规模脱硝加剧了这一趋势。湿法脱硫取消GGH和脱硝导致大气中PM2.5粒数浓度暴增，迅速成倍超过京津冀及周边省份在2012年已经接近上限的大气环境容量，造成雾霾大暴发是必然的。

1.3 湿法脱硫技术本身没有大问题，是取消GGH的技术失误造成雾霾大暴发

湿法脱硫技术本来没有大问题，是湿法脱硫取消GGH这个小技术失误导致PM2.5粒数浓度暴增，进而引发雾霾大暴发。认定湿法脱硫取消GGH导致PM2.5粒数暴增进而导致雾霾大暴发，并非要否定湿法脱硫本身。正确的利用湿法脱硫技术，保持烟气排放的干烟囱模式，不会引起烟囱林立的燃煤高强度区域雾霾大暴发。

相关文献考证发现，2012年及以前电厂、钢铁厂等大中型企业的湿法脱硫设施取消GGH，是2013—2014年雾霾大暴发的直接原因。但这些企业都是脱硫脱硝设备产品和服务的用户，自身也为此付出了高昂的经济成本。大气污染物排放标准频繁提高，这些燃煤大户只能不断地购买各种脱硫脱硝等环保设施和服务，进行技术改造和"升级"改造。由于更严格的标准和升级改造并非是针对大气颗粒物下降的对症下药措施，在前期拆除GGH造成石膏雨和雾霾大暴发，后期被迫进行超低排放改造后，虽有效抑制了石膏雨的发生，也降低了部分颗粒物粒数浓度，但其降低幅度远远小于引发雾霾大暴发的PM2.5粒数浓度暴增的幅度。火电厂为酸雨和雾霾治理付出了沉重代价，即使有国家脱硫电价、脱硝电价和脱尘电价的政策支持和变相补偿，而这些代价的付出是否十分必要依然存疑。

1.4 2012年底前大量拆除GGH并开始大量上马脱硝设施，再加上大量脱硫设施因故障等没有正常运转或处于技术改造状态；2012年底之后在脱硫设施个体取消GGH后PM2.5粒数浓度暴升的突变基础上，脱硫和脱硝设施群体正常运行规模形成另一个突变

2010年对GGH的去留持续争议不断，但只是新上机组不再设GGH。2012年开始执行火电厂大气污染物新排放标准和脱硝电价、供热脱硫脱硝加价等，长期存在堵塞问题的GGH因会影响烟气中二氧化硫达标排放被建议拆除，烟气旁路系统由于常被用作烟气偷排也被铅封或拆除。2012年业内取得"GGH用处不大、不得不拆除"的共识后，当年大部分电厂拆除或不安装GGH。

2012年除了大量GGH被拆除，也有许多脱硫系统处于改造状态，以应战2013年1月1日开始更为严格的在线监测的考验。对比2012年和2013年二氧化硫、氮氧化物、烟尘的排放量与电厂脱硫设备渗透率可以验证这一点，2013年之前，虽然燃煤机组都上了脱硫设施，但有一定比例没有正常运行。

2013年，在新标准实施、严格在线监控、无GGH堵塞问题后，脱硫设施开始不间断运行。大量已经不再有GGH的湿法脱硫系统全力运行，形成另一个突变。单个企业取消GGH造成PM2.5粒数浓度暴增的个体突变基础上，众多企业集中取消GGH或都开始不间断的运行取消GGH后的脱硫设施，造成群体行为突变，导致大气中PM2.5粒数浓度暴增及雾霾大暴发。

石膏雨是取消GGH后与PM2.5粒数浓度暴增类似的伴生问题。行业报告中对该问题严重程度描述的变化，与上述湿法脱硫系统运行数量、PM2.5粒数浓度随时间变动趋势一致。

1.5 取消GGH导致湿法脱硫设施烟气排放性质从"干烟囱"模式向"湿烟囱"模式的彻底改变，通过8条路径引发大气中PM2.5粒数浓度或粒数暴增，从而导致大气环境系统相对雾霾大暴发之前发生质变

取消GGH的技术失误，通过8条路径导致大气中PM2.5粒数浓度或粒数暴增。具体而言，在2012年工况条件下，（1）取消GGH会提高脱硫塔烟气入口温度，导致脱硫塔出口PM2.5粒数浓度产生10~100倍的暴增；（2）烟气排放由"干烟囱"模式转换为"湿烟囱"模式，增加烟气携带或随水汽排放的以水溶性离子为主的可凝结颗粒物，水溶性可凝结颗粒物随着湿烟气在大气中扩散，与干烟气相比，会导致PM2.5粒数上万倍的暴升；（3）烟柱高度大大降低，扩散空间大大缩小，烟气污染物最大落地点浓度增加1倍，带来PM2.5质量浓度100%左右的增加，粒数浓度更大；（4）烟气中雾滴里溶解的二氧化硫和可溶物逃避在干烟气环境下才能正常工作的监测仪器的监测；（5）可凝结颗粒物无法在烟道中被烘干成固体颗粒物或形成的气溶胶无法相互碰撞团聚而增大，进入大气后难以沉降；（6）暴增的超细颗粒物吸水黏附变大后，吸附其他来源的颗粒物导致雾霾频发，而雾霾天气中吸湿的细颗粒物成为大气中二氧化硫、氮氧化物被加速氧化的温床，加速大气中酸性物质与脱硝（包括燃煤脱硝和大型柴油车脱硝）逃逸及农业等其他来源的氨结合，形成硫酸盐、硝酸盐和铵盐等；（7）排放水汽过多，增加了容易成霾天气时大气的湿度，加速雾霾形成；（8）同期大量脱硝设备上马，进一步增加PM2.5粒数浓度。

燃煤烟气在原来的干烟气状态下，PM2.5颗粒物主要是以机械携带可过滤颗粒物和因加热成为固体或较大气溶胶为主的可凝结颗粒物，烟囱内和出烟囱后的颗粒物粒数相比不会有巨大变化。取消GGH后转换为湿烟气状态，以可凝结颗粒物、三氧化硫、可过滤颗粒物为主。而水溶性的可过滤颗粒物失去GGH的加热烘干和加速运动动力，烟气进入大气后的粒数比有GGH时增加上万倍，但质量没有多大变化。

另外，取消GGH导致脱硫塔进气口烟气温度上升，造成脱硫塔出口PM2.5颗粒物粒数浓度上升10~100倍。

考虑上述两个变化，加上排烟高度下降一半，污染物最大落地点质量浓度增加一倍的100%变化，和同期脱硝增加50%左右的PM1.0质量浓度，再按照大气PM2.5质量浓度组份中燃煤占20%~30%，即使火电占10%，其取消GGH后PM2.5粒数暴升，依然会使大气中的PM2.5粒数浓度同样暴升。同时大气中PM2.5粒数浓度的组份发生根本的性质改变，湿法脱硫取消GGH后暴升的粒数所占比重大幅上升，其它来源PM2.5粒数所占比重大幅下降，用常规的按照质量浓度的PM2.5组份分析已经不能涵盖这种根本性质的变化。在干烟囱或者湿烟囱状态下，PM2.5质量浓度和粒数浓度之间的关系相对稳定，两者相关性很强，在进行相关分析时，可以采用质量浓度或是粒数浓度。但是，在干烟囱向湿烟囱转变过程中的向大气排放的烟气质量浓度和粒数浓度的比例数值关系发生巨变和质变，PM2.5粒数浓度暴升但质量浓度没有多大变化，由此导致雾霾大暴发。若仍然以PM2.5质量浓度进行分析，不可能看到雾霾天数暴升和PM2.5粒数暴升的关联，甚至会产生是不是雾霾真的突然暴发过的这种违背事实依据的怀疑。

2 雾霾治理成效、不足与原因

2.1 2015年开始较大规模的电厂超低排放改造遏制住了石膏雨以及雾霾天数上升势头

2015年电力行业进行较大规模的超低排放改造，部分解决了燃煤电厂取消GGH后石膏雨普遍发生的问题。与此同时，超低排放改造减少了一些暴增的颗粒物粒数，雾霾天数因而降低20%左右，随后几年继续有所下降。

超低排放通过对脱硝进行优化、采用低低温省煤器降低排烟温度、双脱硫塔布局、除雾器优化、湿式电除尘等措施，基本解决石膏雨问题。石膏雨问题实际上是PM2.5粒数浓度暴增并引起雾霾这一现象在特定条件下的特殊表征。石膏雨从产生、成为问题、成为突出问题和普遍性问题，到基本解决，与雾霾天数在2013—2014年大暴发、2015年被遏制住、2016年比2014年峰值下降25%基本一致。治理石膏雨的措施，也是间接治理导致雾霾天数暴升的PM2.5粒数浓度暴增的措施。石膏雨和超细颗粒物暴增同根同源，但同途殊归：石膏雨容易治理，消失也很快，但进入大气中的超细颗粒物的粒数暴增却难以有效遏制。

2.2 燃煤发电企业超低排放改造弥补了取消GGH后的部分功能缺陷，但差距还较大

超低排放改造的目的是减排烟尘、二氧化硫、氮氧化物等常规污染物，而导致雾霾大暴发的主要污染物是PM2.5。产生这些PM2.5的主要贡献者，是烟气机械携带极细颗粒物或携带包含水溶性物质的雾滴，进入大气后形成极细颗粒物。因此，超低排放并非针对导致雾霾大暴发的PM2.5颗粒物，而是过去针对酸雨治理的措施的延伸。超低排放遏制住了石膏雨问题，但并没有明显改善京津冀及周边省份的雾霾问题。

超低排放增加的一些设施弥补了取消GGH带来的一些功能缺失，但是还有一些原来GGH的重要功能存在缺失。如有的脱硫塔进口温度仍然较高，烟囱排烟模式仍然是湿烟囱。

对于可凝结颗粒物，过滤性的措施不可能有效果，而静电或凝结等措施有一定效果。即使可凝结颗粒物有较大程度的下降，湿烟囱相对干烟囱仍会使PM2.5颗粒数上万倍的增加，那些没有被去除的可凝结颗粒物进入大气后，粒数的增加仍然是一件可怕的事情。由于现有超低排放仍然是湿烟囱排烟，因此对减少取消GGH后导致的PM2.5粒数浓度暴增的效果并不十分明显。

2.3 当前PM2.5质量浓度比2012年之前有大幅度下降，但大气能见度依然较差，遇到静稳和湿度大的天气雾霾卷土重来的主要原因是大气中PM2.5粒数浓度仍大大高于雾霾大暴发的2012年之前

京津冀及周边省份各城市现在的PM2.5质量浓度比2012年雾霾大暴发之前下降了很多，如济南市2017年的PM2.5质量浓度比2010年下降40%。但是，与2010年相比，现在大气中仍有大量的远超2010年的质量很轻但粒数浓度很大、来自取消GGH后湿烟囱排放的极细颗粒物。因此，看远处的景色时，常常仍然是不够透亮、不够清晰，空气还是淡淡的灰霾。遇到静稳、潮湿的天气，这些大量充斥在大气中的极细颗粒物，会迅速吸水、凝结、长大，成为吸附其他来源颗粒物和加速氧化大气中二氧化硫、氮氧化物的温床，进一步增加大气中颗粒物的粒径和质量，粒数浓度下降，质量浓度上升，逐渐影响能见度，累积形成雾霾。

造成这种PM2.5质量浓度大幅下降，但粒数浓度仍然居高不下、大大高于雾霾暴发之前的原因，是雾霾暴发之后的治霾措施中缺乏针对湿法脱硫取消GGH造成的超细颗粒物粒数暴增问题的有效措施。主要原因是没能确认导致雾霾大暴发的根本原因，没有针对粒数浓度暴增的病因对症下药，虽然当前对质量较重、粒径较大的PM2.5采取了一些治理措施，但对粒数主要分布为PM1.0或PM0.38等小粒径颗粒物仍然缺乏有效措施。而对于湿法脱硫取消GGH造成PM2.5粒数浓度暴增导致雾霾暴发之外的其他来源的PM2.5的治理，则有效得多。这些来源的PM2.5的质量浓度和粒数浓度相互之间的关系没有发生性质的改变，采取的措施也极其严格，除了因车辆保有量增长速度较快、大气污染物排放难以控制的私家车领域外，其他领域PM2.5粒数浓度和质量浓度都有较大幅度的下降。但由于按照大气中PM2.5粒数的组份与雾霾大暴发之前相比发生根本性的改变，尽管湿法脱硫排放烟气产生的颗粒物之外的其他类型PM2.5质量浓度大幅度下降，但其粒数却占大气中PM2.5粒数的比例较小。因此，出现PM2.5质量浓度比雾霾大暴发之前大幅下降，但粒数浓度仍然高很多，空气质量远没有出现像PM2.5质量浓度下降那样的改善。

2.4 电力系统需要针对导致雾霾的污染物制定排放标准，而不必在治理酸雨的超低排放指标上继续做边际效益很低的努力

因为大发电机组煤炭燃烧特性，其排放的烟气中PM2.5粒数浓度仍然较高，与工业层燃料炉相差不大，比循环流化床高上百倍，尽管后两者的PM2.5质量浓度很高。因此，电力行业不应该因为其若干治理酸雨的指标处于国际领先，或者是因为PM2.5质量浓度处于国际先进水平就超然世外，撇清与雾霾的关系。即使大机组的PM2.5质量浓度和粒数浓度都领先，华北等雾霾重点地区湿法脱硫取消GGH后的湿烟囱林立，不像英国等国家燃煤电厂少并且燃煤脱硫设施相距远，因此必须针对导致雾霾暴发的PM2.5粒数浓度进行对症下药的治理。

电力部门需要针对雾霾治理，创新自己的污染物排放标准和技术措施，为其它行业雾霾治理探好路，也弥补自身作为脱硫设施用户，因选择技术工艺的小失误，造成PM2.5粒数浓度暴增而引发雾霾大暴发的遗憾。

电力行业在二氧化硫治理方面，做出很大努力，取得很大成绩，应该说取得了决定性胜利。氮氧化物治理方面，由于许多城市在夏季出现比较严重的臭氧污染上升，这与在挥发性有机物控制区，氮氧化物与臭氧是反向变化规律相关。在挥发性有机物浓度下降慢的情况下，与氮氧化物下降过速导致臭氧上升有一定关联。短期的继续过度减少燃煤设施的氮氧化物排放，有可能进一步加速臭氧污染问题。当然，各类移动源的氮氧化物等污染物减排不能放松，因为其量大面广，而且在城市生活空间内部，难以有效控制，也不可能成为将来对付臭氧污染的工具。

电厂的二氧化硫、氮氧化物和烟尘的排放标准，没有必要都按照当前为治理酸雨而制定的超国际水平的标准。现在也未必有足够的技术支持来实现这种过度的超低排放指标，如通过过度喷氨降低法定监测的氮氧化物的排放浓度，造成氨泄露就是例证。因此，电力系统最关键的是采用针对雾霾治理的指标，如建立可凝结颗粒物、氨逃逸和三氧化硫的排放标准，并迅速采取有效措施；而在一定时间或某些区域内可以放宽现在所谓超低排放规定的烟尘、二氧化硫和氮氧化物的排放标准。

雾霾暴发主因明确之后，从降低PM2.5粒数浓度考虑，电力部门可以在超低排放基础上，进一步采用成熟的专门技术降低PM2.5粒数浓度、可凝结颗粒物和三氧化硫。电力部门较早得到政策支持，在探索出降低PM2.5的经验后，及时总结并传授给其他行业，是电力行业义不容辞的责任，更应该是脱硫脱硝等环保行业和监管部门的责任。

2.5 雾霾大暴发之后，非电行业重蹈电力行业取消GGH的覆辙，抵消电力行业超低排放改造的部分效果，其同等规模的单个设施排放的PM2.5粒数远多于燃煤电厂

冶金、化工等大中型企业在2013—2014年间部分采用湿法脱硫技术并效仿电力行业取消GGH，对PM2.5粒数浓度暴增也有贡献。2015年脱硫脱硝行业发展报告显示钢铁行业也开始出现石膏雨问题，可见确有其他行业重蹈电力行业取消GGH的覆辙。非电行业以后新建的脱硫脱硝设施也不再有GGH。

非电行业取消GGH的湿法脱硫，加剧颗粒物粒数的排放，并抵消电力行业超低排放改造的部分有益作用。由于非电行业经济效益一般，没有类似脱硫脱硝除尘和超低排放电价等政府支持性经济政策，又由于其自身的工艺流程复杂、污染物多种多样，排放到大气中的颗粒物粒数浓度更高，危害更大。

电力行业的超低排放改造是迫于石膏雨和雾霾大暴发的压力，单纯提高原来用于治理酸雨为主的二氧化硫、氮氧化物和属于可过滤颗粒物的烟尘的排放标准，并非针对导致雾霾和石膏雨暴发的可过滤颗粒物、逃逸氨和三氧化硫等，没有对症下药，因此只会事倍功半，给电厂和全社会带来巨大的经济和社会成本。如果进一步向其他行业复制，就像前几年钢铁行业湿法脱硫产生远比电厂导致雾霾大暴发时更大的单机污染物排放一样，由于流程复杂、财力缺乏、没有激励政策，其它行业单机产生的导致雾霾的污染物也会较多。

尽管导致2013—2014年雾霾大暴发的PM2.5粒数浓度增加主要来自电厂和少量大钢铁厂，脱硫脱硝环节才是问题所在。脱硫脱硝环节均由脱硫脱硝行业承建，电厂和钢铁厂只是购买了其产品或服务，因此脱硫脱硝行业及其监管部门更有责任帮助确认雾霾大暴发根本原因，并迅速采取措施。

2.6 雾霾大暴发之前，京津冀及周边省份大气污染物排放就已经达到或接近大气环境容量上限，因此不论是什么原因造成雾霾大暴发，都应该大力度进行大气污染物治理

不出现取消GGH这一技术失误或采用其他技术路径，不会出现雾霾大暴发。但2012年之前华北地区等重点区域，局部地区已经开始较为频繁的出现星星之火式的雾霾天气，预示着大气环境容量已经达到或接近上限。因此，即使雾霾不在2013年发生燎原之势的大暴发，湿法脱硫取消GGH之外的其他PM2.5源解析中的重点污染源，也需要现在这种大力度的铁腕治理。事实上2005年已经开始大力度的酸雨治理。相应的治理举措在2012年底之前也确实有效遏制了PM2.5质量浓度的上升，多年处于徘徊状态。2013—2014年的雾霾大暴发以及石膏雨问题，迫使在针对酸雨和可过滤颗粒物的大气污染物排放标准上超常规地不断加严。但由于加严针对的只是氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放标准，并非针对导致雾霾大暴发的PM2.5，2015年后大气中PM2.5粒数浓度减少的幅度远远落后于主要治理酸雨和可过滤颗粒物的超低排放指标下降的幅度。主要是没有针对湿法脱硫取消GGH导致粒数浓度暴增采取有效措施，造成企业付出极高的不必要成本、全社会遭受雾霾的长期折磨、国家经济发展成效因为雾霾暴发而遭受质疑等后果。因此，需要针对造成PM2.5粒数浓度暴增的湿法脱硫取消GGH问题，补充其取消后的功能缺失，恢复干烟囱排放模式。同时，对其他大气污染源，由于其在雾霾大暴发之前已经接近大气环境容量，采取铁腕治理也是必然的。但应该分清主要矛盾和矛盾的主要方面，分清轻重缓急，进行可持续的治理和改善，避免眉毛胡子一把抓，对经济社会发展、人民生活和就业产生不必要的冲击和干扰。

大气中PM2.5源解析的其他来源都是常规增长或下降，但危害也不小，同样需要治理。其他来源PM2.5没有发生影响其粒径大小和粒数浓度的技术变动，其质量浓度和粒数浓度没有大变化，所以不可能引起2013—2014年雾霾天数连续两年翻番式增长的突变，以及之后的大幅度下降。但是，燃煤以外的PM2.5减排有利于大气PM2.5质量浓度的下降，而且效果很明显，比如控制工业生产、散煤燃烧和扬尘等。

2.7 在搞清雾霾大暴发根本原因情况下，可以对原有的各种决策重新进行梳理和评估，通过抓主要矛盾和矛盾的主要方面，进行低成本、快速、精准治霾

PM2.5粒数暴增，主要是PM1.0以下的极细颗粒物粒数暴增，其质量非常轻，数量极大，已经改变了大气中污染物的常规颗粒物粒数组成，改变了大气环境中污染物的性质。继续按照PM2.5质量浓度进行研究和治理，难以发现雾霾大暴发根本原因，效果也不会明显。在没有搞清楚雾霾暴发根本原因情况下的决策，应该得到进一步的梳理和科学评价。比如，北方农村清洁采暖问题，采用技术水平较高的新型炉具和专用的型煤，或者是有条件的县市采用生物质清洁采暖，能够大大减少污染物的排放，又符合农村居民的生活习惯，应该作为清洁采暖的主体；而气代煤、电代煤则应该根据政府能否长期提供财政补贴来决定是否继续实施。农村散煤采暖污染比较严重，需要治理，但并非雾霾大暴发的主因。因地制宜，量力而行，与乡村振兴整体规划相结合，可持续地改善农村采暖条件，才能够实现大气环境的持续改善。

在明确湿法脱硫取消GGH导致雾霾大暴发和超低排放改造并非针对雾霾治理的问题后，对目前已经确定在其他行业也要采取超低排放改造的决策，需要进行科学性论证。否则，还会有一大批企业因为过度治理已经不是问题的二氧化硫问题，或因为相对挥发性有机物（VOCs）已经过速治理而导致臭氧上升的氮氧化物问题而牺牲，且无助于雾霾治理。

对于在不清楚雾霾暴发的根本原因时所做出的"四面出击"的政策，在清楚根本原因后，需要科学评估所定政策是否合适，需要在多大程度上进行调整，在什么时间进行调整，是否应根据行业、地区"差别对待"还是"一刀切"。不对症下药，就不可能做到经济性、快速和精准治霾。

2.8 产业结构长期偏重、污染物排放过多等是雾霾大暴发之后发生质变的单一大气系统内部找原因的结果；大气重污染的根本原因，需要在雾霾大暴发前后因燃煤烟气排放颗粒物粒数浓度发生质变而截然不同的两个大气环境系统的转变过程中寻找

京津冀及周边省份等重点地区产业结构长期偏重，污染物排放过多并超过环境承载力，与当地经济发展条件、地形、地貌和气候等原因相关，是长期形成的、短期内解决不了的客观现实，而不是引发2013—2014年雾霾天数连续两年翻番式增长的原因。

虽然2013年以前污染物排放多，但是污染物排放总量还在环境承载力极限之内，尚未引起雾霾大暴发。2013—2014年雾霾大暴发后，2015年开始下降21%，2016年比峰值年2014年下降25%，但产业结构、污染物排放等上述问题一直存在，没有发生突变，也没有实质性改善。

雾霾天数两年之内暴升近4倍，两年之后又比峰值年下降1/4，不可能是任何长期演变或常规变化因素引起，何况京津冀及周边地区电厂、钢铁厂密布，也不是一年形成的。而产业结构调整、城市重化工业"腾笼换鸟"等早在"十一五"期间就已经开始[4]。常规大气污染物中的二氧化硫、烟尘和氮氧化物分别在2006年、2006年和2011年达到峰值，这都是大气污染治理的成果。这些已经被大幅度遏制住的污染物不可能在2013—2014年造成雾霾大暴发。

产业结构偏重或污染物排放过多等是各种污染加重的原因和永恒的话题，但是难以对这个原因进行快速有效的治理，来解决三年蓝天保卫战的根本问题。现在根本的问题是雾霾治理，需要针对雾霾进行对症下药的治理。雾霾大暴发是由于湿法脱硫取消GGH造成PM2.5粒数暴增引发，只要针对这个核心问题，恢复GGH的有益功能，加上超低排放已经在其他功能方面的改进，雾霾问题能够得到根治。由此导致的一系列连锁反应都会得到根治，如北京及其周围现在面临的没有煤炭消费但雾霾也常有发生的问题，会因为外部传输因素的消失而逐渐消失。当然，交通工具增加导致的世界性的移动源污染问题仍需要继续治理。

雾霾大暴发造成的经济和社会损失巨大，因此恢复GGH的有益功能，迅速治理雾霾，应该是成本最低的技术路线，所有具有湿法脱硫设施的企业应该具有义不容辞的责任。至于恢复GGH的有益功能需要耗费多少能源，需要多一点成本，相对这几年来全社会的巨额经济损失和人民健康的损失，都是九牛一毛。当然，恢复GGH的有益功能，并不是恢复GGH，而最后的效果应该远比恢复当年的GGH好很多，因为超低排放已经做了很多改进。

3 雾霾治理的关键措施

恢复GGH的有益功能，在超低排放基础上，合理降低除尘器和脱硫塔进口烟气温度，通过冷凝除湿减少可凝结颗粒物和水汽排放，恢复原来的干烟囱烟气排放模式，是实现低成本快速高效精准治霾的关键。

3.1 完善污染物监测内容和检测手段，增加对可凝结颗粒物（含三氧化硫）的监测和控制，降低 PM 2.5 的粒数浓度

可凝结颗粒物在总颗粒物中占比高，是导致PM2.5粒数浓度暴升的主要根源，是大气中PM2.5和气溶胶物质的主要组成成分。对以湿法脱硫取消GGH的湿烟囱为主的烟气排放中可凝结颗粒物浓度进行有效监测和治理，是治霾的当务之急。国家应在鼓励地方政府进行烟羽治理的同时，总结经验和教训，尽快制定合理的可凝结颗粒物排放浓度控制标准，对众多"脱白"技术和方案进行甄别，避免盲目治理，更要避免不治理[5]。

要把可凝结颗粒物和三氧化硫或硫酸雾纳入排放标准，制定可凝结颗粒物和三氧化硫的排放限值，管住各种湿法脱硫的湿烟囱。统一标准出台之前应采取相应技术措施减少这两类污染物的排放。管住湿烟囱，通过烟羽治理切实降低各种污染物，是雾霾治理方面的对症下药。一些省市已经推出地方标准，国家层面应该尽早认定并完善。京津冀及周边区域可以在一段时间内，在某些特定的煤炭燃烧设施上采取较宽松的特别排放限值，而不是过严且缺乏技术支撑的超低排放标准，避免臭氧污染加剧，但须在可凝结颗粒物、氨逃逸和三氧化硫的治理方面出台标准，实现精准治霾。

3.2 全面、全过程监控湿法脱硫取消GGH后的污染物排放和PM2.5粒数暴增的演变

鉴于目前所有监测烟气中颗粒物排放的质量浓度、粒数浓度，基本上都是在烟气排放连续监测系统监测位置处特定环境条件下的值，未能真实反映排放扩散过程中烟气所含颗粒物的变化和存在形态，实际排放至环境中的细颗粒物粒数可能会暴增很多。因此也要对烟气在线监测仪之后颗粒物粒数的变化进行研究和监测。

降低烟气排放全过程所有PM2.5的粒数浓度，而非单纯降低烟气排放连续监测仪安装位置处二氧化硫、氮氧化物和烟尘的质量浓度，是治霾的关键。烟气在烟气连续监测仪后面的烟道中和排出烟囱口后，在扩散过程中水溶性可凝结颗粒物随雾滴逐渐超细化，并导致粒数暴增。目前缺少对在线监测系统安装位置后、排放至大气中PM2.5粒数变化的监测。

3.3 控制湿法脱硫取消GGH后除尘和脱硫塔入口烟气温度，使其降低到不产生PM2.5粒数浓度暴增的温度或更优的温度

取消GGH后导致除尘和脱硫入口烟气温度大幅升高，导致2013—2014年PM2.5粒数浓度暴升10~100倍。后来的超低排放改造，根据实践经验采取的一些措施起到了降低烟气在除尘和脱硫入口温度的作用，但并不是搞清基本原理后的精准措施。应该尽快采取有针对性的优化措施，降低除尘和脱硫入口烟气的温度，大幅度降低这两个设施中PM2.5粒数浓度的暴升，进而减少排放到大气中的PM2.5粒数。

3.4 通过冷凝除湿等措施减少可凝结颗粒物和水汽排放

造成PM2.5粒数浓度暴升的主要是可凝结颗粒物（包括可溶性盐、三氧化硫、氨逃逸等），水是其基本的媒介。降低水汽的排放量，减少水汽中可凝结颗粒物的浓度，是减少排放的PM2.5粒数浓度的关键之一，也是减少容易成霾天气大气湿度进而避免雾霾发生的关键之一[6]。冷凝除湿，减少水的排放，同时更大比例地脱除可凝结颗粒物，是使超低排放更有效治霾的补充措施。湿法脱硫后排放的湿烟气有可凝结颗粒物和水的排放，对雾霾的形成有较大作用；电厂冷却塔排放的水汽增加城市大气湿度，也可能有可凝结颗粒物随小雾滴逃逸到大气中，二者都需要进行彻底的治理[7]。

3.5 将湿法脱硫取消GGH后的湿烟囱排放模式恢复为干烟囱排放模式

湿法脱硫取消GGH后，以湿烟囱方式排放饱和湿烟气，烟气中所含液态水浓度显著增高。湿烟气条件和干烟气条件下，烟气中颗粒物的形态分布有着明显的差异。湿烟气条件下，烟气中的可凝结和可过滤颗粒物成分之间可以相互转化。如，湿烟气中含有一定浓度的雾滴，雾滴为液态水稀释了的脱硫浆液；可过滤颗粒物向水溶性离子转变；部分二氧化硫能够生成硫酸液滴，一定程度上具有三氧化硫可凝结颗粒物的特征，因此二氧化硫兼有常规气态污染物和可凝结颗粒物的特征；相对干烟囱排放情况，湿烟囱烟气中排放的水溶性可凝结颗粒物在大气扩散过程中会产生上万倍的PM2.5粒数暴增。这些问题难以仅靠可凝结颗粒物的减少来解决，而通过对最终排放的烟气再加热等形式，恢复成干烟囱的模式，是彻底遏制PM2.5粒数暴增的根本措施，而且有效扩大了污染物的排放空间。需要强调的是，并非恢复GGH，而是恢复有GGH时的有用功能。

由于超低排放改造安装了一些比没有拆除GGH前更多、更有效的设备，只要进行相应的上述改造，由PM2.5粒数浓度造成的2013—2014年雾霾大暴发就会被迅速遏制。在继续巩固其他领域的治霾成果后，大气质量会比雾霾大暴发之前的情况更好，大气污染物排放会回到大气环境容量上限以内。

3.6 重新定义电力和非电行业超低排放的内涵和外延

需要根据雾霾暴发根本原因，重新定义超低排放的内涵，而不是沿用酸雨治理的超低排放内涵。在电力行业和非电行业都应该重新评价过低的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放指标是否科学？是否需要加严或放松？是否有足够的技术支撑？是否会在技术支撑不够情况下带来相反的效果。

将导致雾霾的主要污染物纳入排放指标，在一定时间内适度放宽治理酸雨的现行指标是基本方向。由此，就能够实现低成本、快速的精准治霾，避免巨大的经济、社会甚至是生态损失。（1）吸取电力行业没有抓住治霾重点的经验教训，建立严格的可凝结颗粒物和三氧化硫的排放标准，放宽二氧化硫、氮氧化物的排放标准，避免片面追求治理酸雨的超低排放标准带来的经济损失。（2）不同行业燃煤设施的留存，可以根据其排放的PM2.5粒数浓度、行业特点、污染性质和范围等进行取舍，而不是简单根据吨位数划定或是否达到治理酸雨为目标的超低排放标准。（3）在一些领域适当放松超低排放标准中氮氧化物的排放标准，比如在生物质集中供暖锅炉、农村生物质清洁燃烧等方面，采用更宽松的氮氧化物排放标准，有利于资源综合利用。（4）在二氧化硫减排已经取得决定性胜利的情况下，也可放松非电行业的二氧化硫排放标准，不一定都要实现超低排放。

3.7 完善电力行业治霾的有效措施，减少不必要的过度措施

首先，在京津冀及周边等雾霾高发和多发地区，需要电力行业在排放污染物的粒数浓度上有大幅度下降，而不是止步于PM2.5质量浓度、二氧化硫或氮氧化物的超低排放。其次，在二氧化硫和氮氧化物排放标准方面，考虑到区域差异，不必追求全部达到天然气的超低排放水平。再次，根据PM2.5粒数浓度和排放量对发电机组的规模和脱硫脱硝技术进行多样化选择，避免一刀切。比如大机组效率高，但考虑到其排放的超细颗粒物粒数浓度远大于循环流化床发电机组，可以在特定领域适当保留后者。同时，研发更多的脱硫脱硝技术，避免单一技术潜在风险集中暴发引起灾难性的后果。

3.8 综合考虑财政支持能力和政策的可持续性，量力而行，治理PM2.5源解析中的各类非煤来源PM2.5排放

非煤领域对PM2.5的质量浓度影响显著，但对雾霾暴发影响相对小，因此应该因地制宜，量力而行，分清主要矛盾和矛盾的主要方面，循序渐进，取得可持续的改进。

另外，汽车等移动源发展迅速，污染治理难度大，见效慢，需要及早采取得力措施，与其他非电行业的治理有所不同。

3.9 因地制宜，量力而行，做好农村清洁采暖工作

在居民散煤治理方面，选择适合的技术方式、好炉配好煤和生物质清洁利用，以便把经济成本控制在居民经济承受能力和财政持续补贴能力之内。考虑到农村经济发展水平，在农村推行气代煤、电代煤，即使有补贴，农村居民也会降低采暖舒适度来节约成本，以方便全年炊事用气。一旦没有补贴，大部分家庭会重新采用经济实惠的采暖方式。从长远、可持续的环保效果角度来看，好炉配好煤和生物质清洁利用，更符合经济欠发达区域和经济发达区域农村中三分之一经济收入较低农户的现状。

3.10 根据低碳发展和应对气候变化需求，以及可再生能源的发展进程，合理确定煤炭清洁利用的规模和速度

未来不论是实现高质量发展、环境保护还是应对气候变化，煤炭都属于要尽可能压减的资源，还应该及早采取措施避免锁定效应。但是，治理迫在眉睫的雾霾问题，并不是立即大幅度压减煤炭消费的理由。雾霾大暴发的直接原因不是煤炭，而是其污染物治理过程中湿法脱硫环节的小失误造成的。研发或升级脱硫技术和设施；或者湿法脱硫取消GGH后能够采取其它补充措施，避免脱硫塔进口温度过高，避免出现湿烟囱等问题，可能不会产生2013—2014年的雾霾大暴发。在此认知下，就可以在一定时间内清洁利用煤炭，为清洁能源的技术进步和产品成熟留出合理的时间，为经济和社会发展提供有竞争力的动能。至于煤炭燃烧产生的二氧化碳，将来也会有相应的技术进行处理；或者在经济发展到一定阶段后，有充足财力更大力度加快发展清洁能源。没有理由把环保设施自身产生严重次生污染导致雾霾大暴发的帐记到煤炭燃烧头上；也没有理由脱离经济发展阶段和水平，脱离自身的资源禀赋条件，大量进口天然气、摒弃清洁利用煤炭，这可能危及能源安全；也不必用未来的碳排放峰值年承诺，在不具备可替代条件情况下，过度约束现在的煤炭清洁利用，但要防止锁定效应。随着清洁能源技术向更成熟、更经济的方向发展，必定会放弃煤炭，选用清洁能源。应对气候变化，减少碳排放，减少煤炭自身污染是必然趋势，但是在没有稳定清洁能源供给的情况下，煤炭的清洁化利用是关键。

参考文献:

[1] 周勇. 雾霾大暴发的根本原因：湿法脱硫取消GGH导致PM2.5粒数暴增 [J]. 科学与管理， 2019, 39(2): 41-54.

[2] Song Guo, Min Hua, L. Zamorab Misti, Penga Jianfei, Shanga Dongjie, Jing Zhenga, Dua Zhuofei, Wua Zhijun, Min Shaoa, Zenga Limin, J. Molinac Mario,and Renyi Zhang. Elucidating severe urban haze formation in China . PNAS, 2014,

[3] Zhisheng An, Ru-Jin Huang, Renyi Zhang, Tie Xuexi, Guohui Li, Junji Cao, Weijian Zhou, Zhengguo Shi, Yongming Han, Zhaolin Gu, and Yuemeng Ji. "Severe haze in Northern China: a synergy of anthropogenic emissions and atmospheric processes , " PNAS, 2019, www.

[4] 孙中强执笔. 中国雾霾成因研究与治理方案探讨——以沈阳为例 .

[5] 江得厚, 苏跃进. 治霾当务之急是控制可凝结颗粒物的排放浓度 [J]. 电力科技与环保, 2018, 34(04): 1—6.

[6] 缪正清. 四论湿法烟气脱硫可能为引起全国性雾霾的主要原因 [EB/OL].

[7] 苏跃进.水蒸气和水溶性离子排放对雾霾暴发的影响分析.科学与管理,2019,39(2):55-68.

Find the Primary Cause for Haze

Deal with the Haze in an Economic, Fast, Accurate Way

ZHOU　Yong

(Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China)

Abstract: The WFGD's demolition of GGH accounted for the sudden increase of PM2.5 particulate matter from the single facility, and large numbers of firms took action in the same time. This paper analyzed how these abrupt changes caused the sudden increase of PM2.5 particle and in turn the sudden burst of heavy haze systematically. The paper summarized the achievements, deficiencies and reasons of dealing with the haze in the major fields such as the thermal—power sector. The paper also discussed why the atmospheric visibility was still unsatisfactory with lower PM2.5 mass concentration compared with the days before the burst of heavy haze. It is essential to compare the atmospheric environmental systems' abrupt changes before and after the heavy haze to find the cause, but not limited to the comparison between areas and time after the heavy haze. The long run factors such as the industrial structure and pollutants' emission could not result in the sudden burst of heavy haze as well. After clearing the cause for the heavy haze in 2013—2014, we put forward ten countermeasures to deal with the haze in an economic, fast, accurate way.

Keywords: haze; PM2.5; condensable particulate matter; countermeasures

基金项目：基金项目:山东省社科规划课题、山东省科学院智库专项课题：山东省经济社会发展与能源碳排放协同研究和中美绿色合作伙伴山东省科学院-美国劳伦斯伯克利国家实验室结对研究项目

作者简介：周勇（1964-），齐鲁工业大学（山东省科学院）二级研究员，美国劳伦斯伯克利国家实验室客座资深科学家，山东省智库高端人才，研究方向：科技创新战略与政策，经济社会发展与能源环境碳排放协同的定量分析研究。

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