今年是從2018年開始的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》的收官之年，也是制定新的「十四五」大氣汙染治理規劃的時間。
儘管這幾年打贏「藍天保衛戰」的措施頻出，大氣汙染仍然沒有控制住，重汙染的成因仍存疑問。按照生態環保部黃潤秋部長的說法是 「環境汙染和生態保護所面臨的嚴峻形勢沒有根本改變」，同時「環境事件多發頻發的高風險態勢沒有根本改變」。
為了使未來五年的治理更加有效，我們分析了前段時間大氣汙染治理的得失，試圖找出治理的短板，在「十四五」大氣汙染治理時進行更系統的規劃和更有效的治理。
目前的問題
「國家大氣汙染防治攻關聯合中心」今年5月在生態環境部召開新聞發布會表示，通過「大氣重汙染成因與治理攻關項目」，弄清了京津冀及周邊地區秋冬季大氣重汙染頻發的根本原因，是「超出環境容量50%以上的高強度的排放」。
這個原因有點令人吃驚，2013年重霾爆發後，政府實施最嚴格的排放標準，並採取各種措施「鐵腕治霾」，包括實施世界上最嚴格的煙氣超低排放標準，治理散亂汙，大範圍的煤改氣，煤改電，秋冬季的不斷的停產，限產等，目前控制的三個主要大氣汙染物，煙塵（PM），二氧化硫（SO2）和 氮氧化物（NOx）的排放量也都遠低於 2011年以前的峰值, 但排放強度仍然超出環境容量。
我們認為經過數年的努力，目前排放控制指標上的汙染物煙塵PM，二氧化硫SO2已達到深度減排的目標，氮氧化物NOx 也已經基本控制住，秋冬季大氣重汙染頻發的主要原因是這三個主要指標沒有完全反應主要的大氣汙染物，控制指標上存在漏洞，同時，我們在控制時二氧化硫和氮氧化物，其技術/工藝過程產生了副產物，這些副產物不僅抵消了我們減排的效果，而且還壓縮了排放空間，降低了環境容量。
顆粒物 PM減排與存在的缺陷
由於超低排放標準的實施，大部分電廠/鋼廠的顆粒物排放都在 10毫克/立方米以下，有的甚至達到 5 毫克/立方米，遠低於國際同類企業的排放。但目前這個指標上的顆粒物只包括可過濾的固體顆粒物，而沒有包括可凝結顆粒物 (CPM), 因為我們的顆粒物監測標準裡就直接排除了CPM。
這部分在顆粒物監測之外的CPM有多少？根據整理出北京，上海17個超低排放機組的測試結果，CPM的平均值是 13.93 毫克每立方米。也就是說，我們目前超低排放顆粒物標準是 10 毫克每立方米，假設監測得超低排放機組/鍋爐顆粒物排放平均值是 5 毫克每立方米，滿足並超過超低標準，但實際排放是5+13.93=18.93毫克每立方米，高出檢測值278%！這一個指標漏洞，就可以說明為什麼我們的環保指標對不上實際的大氣汙染情況。我們的超低排放指標上缺少了 CPM, 而且遺漏的 CPM 是 PM1 以下氣溶膠，正是形成霧霾的核心。
氮氧化物NOx 減排和氨排放
超低排放中氮氧化物NOx的標準是 50 毫克/立方米，遠高於歐洲和美國標準。氮氧化物的總量一直在下降， 但目前的主流技術脫硝技術 SCR 法帶來一個問題，為了達到超低的控制指標，過量噴氨現象十分普遍，未參與還原反應氨氣量佔噴氨量的 1/4-1/3，這些氨氣在煙道中形成銨鹽等氨氮物, 氨氮物主要通過粉煤灰、脫硫廢水、霧滴等被攜帶排出煙道, 外排的氨氮物大部分最終形成氨氣排至大氣。按 2017年電廠的氨使用量估算，這部分排放的氨氣量約為137-218萬噸 （蘇躍進，周念昕, 氨法脫硝中未參與還原反應氨氣產生的氨排放問題研究，《科學與管理》2019年05期）。一些專家在排出的煙氣中測得氨含量不高，因為氨排放是發生在整個脫硫脫硝和除塵的過程中，煙氣中的氨逃逸只是很少一部分。
氨氣是大氣中唯一的高濃度鹼性氣體, 逃逸到大氣中的氨，與硝酸或硫酸等酸性氣體發生反應, 形成硫酸鹽、硝酸鹽等二次顆粒物，是大氣中氣態汙染物轉變成固態汙染物的重要推手。因此，我們在追求超低的氮氧化物排放的同時，忽視了目前技術的局限性，使得大量的氨排向空中，轉而形成二次顆粒物，抵消我們顆粒物減排的效果。
傳統上認為大氣中的氨主要來自於農業，但最近的研究推翻了這一觀念。中國科學院大氣物理研究所研究員潘月鵬研究員發現，非農業（包括電力，工業，廢物，和機動車）的氨排放已佔 66%。大氣物理研究所研究員王躍思團隊也通過觀測發現，「我國北方氨氣濃度顯著高於長江以南地區；在不同區域內，城市站點觀測到的氨氣濃度與農田站點相當，且顯著高於森林、草地和高山等站點。研究證實，華北是我國氨氣最大的「熱點區」，濃度異常高，空間覆蓋範圍廣」 。王躍思團隊前不久在《國家科學評論》 發表關於大氣汙染研究的最新成果，直接建議 「將氨(包括氨氣和銨鹽)作為大氣汙染物列入控制性指標」。（中國科學院大氣物理研究所網站，2020.7.1）
前面指出電廠在脫硝的過程中導致了大量的氨排放，而鋼鐵行業超低排放實施以來，氨排放有過之而無不及。最近和正在建設的SCR系統大部分布置在脫硫系統後，這造成了過剩的氨直接排入大氣環境中。這一現象對環境的影響比電力行業SCR/SNCR更嚴重。
二氧化硫 SO2 減排和溼法脫硫工藝的副作用
目前絕大部分電廠和工業企業使用溼法脫硫工藝進行 SO2減排， 儘管脫硫效果明顯，但由於中間的煙氣升溫器 （GGH）被取消，使得溼煙氣低溫，低空排放，脫硫漿液中的微小粒子和水溶性鹽，隨煙氣逸出脫硫塔，通過煙囪排入大氣。
相關實驗表明，經過脫硫工藝後，PM2.5的粒子數在0.07微米出現峰值。這些隨著水汽排放到大氣中脫水後出現的超細顆粒物的個數比沒有環保設施時成倍增加。根據基於氣象數據、監測數據、不同階段相關文獻中的檢測數據等，構建相關分析模型，齊魯大學研究員周勇確認PM2.5粒數濃度暴增是2013-2014年京津冀及周邊省份霧霾大爆發的主因，並確認硫酸根、硝酸根、銨根等水溶性離子為主的可凝結顆粒物，均受溼法脫硫取消GGH後的溼煙囪汙染物排放這一因素的直接或間接影響。溼法脫硫取消GGH是最主要的引發PM2.5粒數濃度暴增的因素，同期大規模的脫硝加劇了這一趨勢。
由於後來溼電除塵器的使用，去除了大部分霧滴，重霧霾的情形得到了緩解， 但煙氣裡大量可凝結顆粒物仍然存在，同時煙氣溼度很高，很多水汽排放到空中，成為致霾的兩個關鍵因素：溼度和凝結核，再加上靜穩天氣或逆溫層，使得顆粒物吸溼增長並二次生成。
人工水汽排放
這些年工業的擴展，人為排放的水汽量增加很多，如電廠/化工廠的冷卻塔，鍋爐溼法脫硫後的煙氣，以及高爐衝渣水，焦化廠的溼熄焦工藝，天然氣的燃燒等。
專家估算，一個60萬千瓦煤電機組滿發時，溼法脫硫後，煙氣溫度按50攝氏度考慮，每小時通過煙囪排放的水量約235噸。冷卻塔排放水量按煙氣排放量4.5倍估算，每小時排放約1057噸。根據估算，全國電廠經溼法脫硫後每年排出的水量約為 17 億噸，冷卻塔排放水量約為 77 億噸。相對於環境自然蒸發量，這些工業排放水量不大；但問題是，在冬季低溫季節，如0攝氏度條件下，不到5克/立方米的水蒸汽含量就會導致大氣相對溼度達到100%。
冬季是煤電等用能高峰期，煙囪和冷卻塔的排放水量也多，在工業集中的地區，這些水汽對局部的大氣環境有顯著影響。水汽形成的水蒸汽氣溶膠，使得局部的雲層增厚，在城市上空形成一個「鍋蓋」，使汙染物無法自由擴散。這種人為排放水汽形成的氣溶膠，在城市上空不斷累積，壓縮了汙染物排放空間，環境容量因此下降，從各個汙染源排出的硫化物，氮氧化物，VOC，CPM等氣態汙染物，在水汽和氨的作用下，在排放空間被壓縮的大氣中形成二次顆粒物，導致霧霾加重。
分析與建議
根據上面的分析，我們認為在超低排放全面實施的場景下，大氣汙染物還超出環境容量的有兩個主要原因。
首先，目前的超低排放的指標上有嚴重缺陷，五個主要大氣汙染物，超低排放只控制了兩個半，即 SO2， NOx 和可過濾的PM，另外兩個半沒有控制，氨氣NH3, 揮發性有機物VOC 和CPM（可凝結顆粒物）。而沒有控制的汙染物，對霧霾的影響比前面的還要大。儘管今年開始重點控制 VOC，但目前的效果還沒有顯現出來，而且 VOC 主要是臭氧的前體物。
第二， 在控制前面兩個半汙染物的過程中，產生嚴重的副作用，如脫硫排放了大量水汽和 CPM，同時降低了煙氣排放高度，脫硝逃逸了氨氣，這些副作用，壓縮了排放空間，降低了環境容量，導致二次顆粒物的大幅增加，不但抵消一次顆粒物減排的效果，還在不利氣象條件下，導致重度霧霾的爆發。這就是為什麼在冬季即使不斷停工限產，一遇上靜穩高溼天氣，持續數天的重霾仍會產生。因為我們人工不間斷的水汽，氨和 CPM的排放，在累積一段時間後，為霧霾的爆發提前做好了鋪墊！
在 「十四五」的進一步深度治理中， 我們有三個建議。
建議1 增加超低排放的內容，彌補指標上缺失
現在已經開始治理 VOC， 同時我們也要把大氣中氨含量NH3納入控制性指標，城區的氨排放除了電力/工業的脫硝外，氨排放還包括從養殖廢棄物的排放，機動車，特別是柴油車的氮氧化物減排過程中的排放等。這些都要一併考慮。
顆粒物指標必須包括可凝結顆粒物 CPM，因為 CPM 基本是PM1 氣溶膠，對霧霾影響更直接。
建議2 降低溼法脫硫的副作用，治理溼法脫硫排出的白色/有色煙羽
由於目前採取溼法脫硫的電力/鋼鐵等企業排放量大，對整體的大氣質量影響明顯 （如今年春節期間的長時間的重霾），必須採取措施治理！2017-2018各地已經採取一些措施治理。應該認真總結，找出最佳適用技術，進行推廣。目前情況看來在北方地區，煙氣餘熱回收是一個有效的解決辦法。
建議3 回收工業排放的水汽
對於電廠的冷卻水，鋼焦，化工等行業各工序的水汽排放應該強制要求回收。回收水汽有幾個好處，首先是改善城市大氣／氣象環境，拿掉城市上空的 「鍋蓋」，減少霧霾的產生，二是減少隨水汽排出的鹽粒和汙染物，三是重複利用水，減少工業用水總量，降低企業成本， 四是餘熱可以回收利用， 使減排產生經濟效益。
中國生物多樣性保護與綠色發展基金會
國際環境專項基金
2020.11.24
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