武安君銳評:
大氣治理后,酸少了 ;脫硝過量噴氨后,氨排放多了,導致堿多了,大氣酸堿平衡被人為打破。能夠形成超細顆粒物(PM0.1,即當量直徑在100納米以下的顆粒物)的銨鹽,潛伏在了大氣之中。低溫季節(jié),易霾氣象條件一旦俱備,那些銨鹽超細顆粒物就立刻吸濕、凝并、二次復合,顆粒物長大,以細顆粒物PM2.5形態(tài)顯現(xiàn)。
有一首歌曲名叫《傳奇》,王菲唱的,正好可以解釋霧霾“來無影去無蹤”:寧愿用這一生等你發(fā)現(xiàn),我一直在你身旁從未走遠。只是這一句:“寧愿用這一生等你發(fā)現(xiàn)”,又顯得太長了,我們實在是等不及了。
三年前,東北大學孫中強教授與筆者聊天時就曾斷言:脫硫、脫硝、除塵減排項目,不是霧霾治理。現(xiàn)在的硫、硝都已經(jīng)脫的很低,再片面強調(diào)脫硫、脫硝已經(jīng)沒有太大意義,邊際收益太低。同時,產(chǎn)生的副作用可能會超過減排的收益。比如,脫硝過量噴氨產(chǎn)生的氨排放,可能會導致更嚴重的霧霾。我們不妨做個試驗:假如在某一個相對封閉的區(qū)域,將脫硝的裝置關(guān)閉一段時間,霧霾反而會減輕一些。
酸雨治好了,霧霾來了且性質(zhì)變了
——脫硝產(chǎn)生的氨排放,大氣迅速堿性化是霧霾重要根源
由于大氣中二氧化碳影響,自然狀態(tài)下降雨略顯酸性,酸雨以pH值5.6為界限?;仡櫵嵊曛卫磉^程,2007年,全國出現(xiàn)酸雨城市占比56.2%,京津冀周邊地區(qū)有零星酸雨范圍;2019年,酸雨僅分布在云貴高原以東區(qū)域,占國土面積的5%,酸雨治理成效顯著。從結(jié)果看,包括京津冀周邊區(qū)域在內(nèi)的大氣環(huán)境整體向偏堿性方向變化。資料來源:生態(tài)環(huán)境部官網(wǎng),歷年環(huán)境狀況公報。城市降水pH平均值2006年最低,為4.85,之后逐年穩(wěn)步提高,2018年至5.56。
資料來源:解淑艷、王勝杰、于洋等,2003-2018年全國酸雨狀況變化趨勢研究,中國環(huán)境監(jiān)測,2020,36(4).北京市為例,2007~2010年期間,年均pH值達到低點,均低于4.5,其中2008年最低,為4.35。2012年~2015年,pH值快速升高,由4.9升高值5.9,快速朝偏堿性方向變化。資料來源:https://www.doc88.com/p-2778707078672.html北方沙塵天氣帶來的堿性化影響,只會很短時起作用,不會對酸雨變化產(chǎn)生顯著影響。沙塵天氣下,主要影響的是PM10短時快速升高,且能夠干沉降,對PM2.5影響很小。反而是在沙塵過后,由于補入含氣態(tài)污染物很少的新鮮空氣,天氣很快會變得晴好。回顧大氣治理過程,二氧化硫排放在2006年達峰值,氮氧化合物在2011年達峰值,酸性氣體排放量削減速度很快。酸性氣體排放量快速下降。以氨法脫硝為主的氮氧化合物治理,2012年全國2.12億火電裝機實現(xiàn)脫硝;2019年,8.9億千瓦火電裝機實現(xiàn)超低排放,占總裝機容量的86%。脫硝過量噴氨導致的氨排放增長主要是伴隨脫硝實施進程,尤其是超低排放實施進程。由于脫硝后除塵、脫硫環(huán)節(jié)對氨氣銨鹽的吸收,通過凈煙氣排放的量不大,脫硝產(chǎn)生的氨排放主要是通過粉煤灰等途徑間接排放,排放量估算超過百萬噸。資料來源:蘇躍進、周念昕:氨法脫硝中未參與還原反應(yīng)氨氣產(chǎn)生的氨排放問題研究,科學與管理,2019.39(06)。氨氣是大氣中唯一的主要堿性氣體。一方面是二氧化硫等酸性氣體排放量顯著下降,一方面是氨氣排放量明顯上升。低溫季節(jié),自然生成、畜牧業(yè)農(nóng)業(yè)的氨排放都處于低谷期間(傳統(tǒng)的氨排放較早已達峰值),而脫硝產(chǎn)生的氨排放處于年度的峰值期間,是主要的增量氨排放。鐘洪玲等研究了燃煤電廠的氨排放特征,主要是檢測脫硝后各環(huán)節(jié)的銨鹽、氨氣濃度,似乎并不嚴重。但考慮氨氣、銨鹽檢測的困難,如果從脫硝過程的氨氮比進行分析,結(jié)果應(yīng)會嚴重得多。資料來源:鐘洪玲,陳鷗,王洪亮等.超低排放下燃煤電廠氨排放特征.環(huán)境科學研究.2021,34(1)http://www.hjkxyj.org.cn/hjkxyj/ch/mobile/pdf.aspx?file_no=20210113&from=singlemessage&isappinstalled=0劉學軍等基于同位素示蹤技術(shù)反向溯源發(fā)現(xiàn),工業(yè)和交通源氨排放對在城市大氣氨和銨鹽的貢獻超過了50%,而農(nóng)業(yè)源的貢獻與其排放量占比不匹配。資料來源:劉學軍,沙志鵬,宋宇,.我國大氣氨的排放特征、減排技術(shù)與政策建議.環(huán)境科學研究.2021,34(1)http://www.hjkxyj.org.cn/hjkxyj/ch/mobile/pdf.aspx?file_no=20210116&from=singlemessage&isappinstalled=0三、酸雨中主要離子成分變化規(guī)律,印證是煙氣治理的影響從城市降水中硫酸根的沉降通量看,由2004年的14.72噸/平方公里,穩(wěn)步下降至2018年的3.57噸/平方公里;同期二氧化硫濃度從42微克/立方米下降至14微克/立方米,兩者趨勢一致。從硝酸根沉降通量看,2004年最高,2005-2016年保持平穩(wěn),2016年開始有所下降;二氧化氮總體變化平穩(wěn),2013-2018呈逐年下降趨勢,峰值為2013年的32微克/立方米,2018年下降至28微克/立方米。從降雨中主要離子的當量濃度占比看,銨根2003年處于高值,2004-2013年保持平穩(wěn),2013年至2018年保持穩(wěn)定上升趨勢。從酸雨沉降中硫酸根、硝酸根、銨根濃度的變化情況可以印證,煙氣治理,是大氣朝偏堿性方向快速變化的根源。四、大氣朝堿性方向變化,大氣中過量氨氣形成銨鹽超細顆粒物二氧化硫、氮氧化合物減排目標,本是為解決酸雨問題。在酸雨問題得到良好解決的同時,卻意外帶來了銨鹽超細顆粒物生成。銨鹽超細顆粒物是PM2.5中最主要的無機鹽組分,包括硫酸銨(包括硫酸氫銨)、硝酸銨組分。現(xiàn)有的大氣環(huán)境治理措施,明顯打破大氣原有的酸堿平衡,大氣朝偏堿性方向變化。由于大氣中有過量的氨氣存在,在天氣晴好的條件下,氨氣二次復合形成硫酸銨、硝酸銨等超細顆粒物的機會顯著增強。形成的超細顆粒物潛伏于大氣中,天氣晴好時,對光線的折射反射作用不強,表現(xiàn)為數(shù)濃度高、質(zhì)量濃度低。在高濕、靜穩(wěn)氣象條件下,已經(jīng)形成的銨鹽超細顆粒物通過吸濕長大、凝并,加劇銨鹽二次復合過程,銨鹽組分在PM2.5中顯著提高。銨鹽冬季表現(xiàn)比較明顯,霧霾易出現(xiàn),是因為其它季節(jié)降雨量相對大,通過濕沉降方式消除銨鹽超細顆粒物的能力強。五、脫硝不可矯枉過正,需要高度關(guān)注脫硝產(chǎn)生的氨排放問題二氧化硫、氮氧化合物排放量顯著下降后,大氣環(huán)境本應(yīng)趨好。實際情況是,預期中的大氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)沒有出現(xiàn),反而出現(xiàn)了2012年底的霧霾大暴發(fā),并久治不愈,至今仍然時常出現(xiàn)中度、重度霧霾天氣。如果沒有大氣中過量的氨成分,二氧化硫、氮氧化合物大量減排后,大氣中的酸性物質(zhì)下降,大氣趨向于中性。當酸性氣體多、堿性氣體少(按照酸堿反應(yīng)配比計算)的時候,決定超細顆粒物生成效率的是氨氣濃度;當二者反應(yīng)濃度比較匹配后,超細顆粒物的生成效率顯著提高。如果過分注重氮氧化合物減排,不能解決脫硝產(chǎn)生的過量氨排放,解決大氣中的銨鹽問題會非常困難。大氣中的氮氧化合物和氨氣形成硝酸銨仍然會具備良好的反應(yīng)條件,大氣中無機鹽組分,無非是從硫酸鹽為主變?yōu)橄跛猁}為主。1、由于工業(yè)脫硝過程的過量氨排放,酸雨得到治理的同時,大氣快速趨向堿性化。
2、大氣中過量的氨氣存在,容易形成銨鹽超細顆粒物。在低溫季節(jié)霧霾易發(fā)氣象條件下,以PM2.5細顆粒物形態(tài)顯現(xiàn)。
3、治霾當務(wù)之急,是避免脫硝過量噴氨產(chǎn)生的氨排放,遏制大氣朝堿性方向變化,保持大氣中性。
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