雾霾对经济的影响(雾霾问题是个棘手难题)

今早一起来,又是一片雾霾。疫情+雾霾双组合,家里再有个放假的小孩子,真是没谁了。 一个是疫情,一个是雾霾。雾霾的害处不说了,大大得多,除了对于健康的影响,其实最重要的是对经济的影响。雾霾出来,主要影响的是人的活动,人的周转降低,消费降低、产出降低、社会情绪降低等等。

雾霾发生时,细颗粒物PM2.5的无机盐组分,大头是铵根、硝酸根、硫酸根、氯根;气象条件多为低温下的高湿、静稳天气。追问雾霾形成源头,或许不复杂,一言以蔽之,都是人为大气排放惹的祸。

本文所述雾霾,是指气象学上大气能见度下降(剔除沙尘天气引起因素),同时和相对湿度、细颗粒物浓度相关,并非指大气质量指标AQI。

一、铵根哪里来?

铵根,只能来源于氨气。PM2.5中的铵根浓度高,主要是增量氨排放引发。

冬季大气中的氨气浓度不高,是因为氨气极容易和酸性气体或酸雾二次复合,在天气良好的情况下,也可以形成硫酸铵(含硫酸氢氨)、硝酸铵等铵盐超细颗粒物PM0.1(当量直径小于0.1微米的颗粒物)。

冬季铵盐湿沉降的概率很低,铵盐超细颗粒物表现为数浓度很高、质量浓度很低,可以较长期潜伏在大气中,发生区域传输;当雾霾发生时,铵盐超细颗粒物如同种子一样,通过吸湿、凝并、二次复合长大后,以PM2.5形态显现。即使如此,PM2.5中的铵根,仍主要存在于亚微米颗粒物中。

传统的农业排放、畜牧业排放、自然界生成排放,早就达到峰值;在低温季节,都是氨排放的低值时期。

低温季节,氨气主要来自于工业脱硝过程。

过分追求氮氧化合物排放浓度降低,导致工业脱硝过程过量喷氨。经过净烟气排放的氨气或铵根很少,极具隐蔽性;大部分氨排放是经过粉煤灰、湿法脱硫废水等间接途径排出,所含氨气成分,最终还是要排放至大气。

在检测净烟气中的颗粒物时,检测方法可能会存在缺陷,严重低估烟气中的铵根成分。饱和湿烟气条件下,氨气主要以铵根形式存在。检测可过滤颗粒物FPM时,烟气伴温,可能会导致铵盐受热分解,滤膜对氨气没有截留作用;检测可凝结颗粒物CPM时,烟气探头处滤膜能够截留铵盐颗粒物。两种类型的颗粒物检测时,可能都未有效捕集铵根。

 

 

“胡焕庸线”(漠河——腾冲线)以东范围内,酸雨pH值快速上升,除了酸性气体二氧化硫、氮氧化合物减排作用外,氨排放作用显著。

二、硝酸根哪里来?

只能是氮氧化合物。没有足量氨气反应提供阳离子,氮氧化合物在大气中主要会形成硝酸,并影响降水pH值降低。

三、硫酸根哪里来?

铁腕治理下,二氧化硫排放量已经很低,远低于排放峰值的2006年。大气中的二氧化硫浓度已经很低,京津冀区域,“2+26”城市ρ(SO2)的范围为4.3 μg/m3(北京市)~22.9 μg/m3(阳泉市),全部达到GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值(60 μg/m3)要求,有24个城市达到一级标准限值(20 μg/m3)要求,北京市、廊坊市和州市ρ(SO2)降到了个位数。

为什么每当雾霾发生时候,PM2.5的阴离子主要成分中,硫酸根仍然很高?很重要的原因,取消GGH后,低温季节时,饱和湿烟气排放进入大气过程中,在浓重的烟羽中,通过雾滴液相反应,二氧化硫能够高比例地形成亚硫酸后再氧化,形成硫酸根。待烟羽扩散后,微米粒径的雾滴在水蒸发,液滴中的溶解物会形成当量直径小于0.1微米的硫酸超细颗粒物。有氨气在,这样的硫酸超细颗粒物可以迅速复合为硫酸铵超细颗粒物。湿法脱硫后,真正以二氧化硫形态排放至大气中的量就少了很多。

没有足量氨气反应支持,二氧化硫在大气主要会形成硫酸根,并影响降水pH值降低。

四、氯根哪里来?

氯离子是PM2.5中仅次于硝酸根、硫酸根的阴离子。氯根进入大气,就是颗粒物形态。

氯离子对雾霾形成有很大影响。大气中的氯盐容易吸湿长大,在高湿静稳气象条件下促进液相下的颗粒物二次复合反应过程。

同时,氯离子对臭氧的发生作用明显。氯离子和氮氧化合物形成的硝酰氯在光照下形成氯自由基,具有极强的氧化性,能够替代臭氧,参与挥发性有机物等的氧化反应,臭氧消耗少了,进而提高大气中臭氧浓度。

 

 

非沿海区域氯离子会从哪里来呢?沿海区域受盐雾影响,大气中氯离子浓度相对较高,但离开海岸线几十公里后,对大气中的氯离子浓度影响就微乎其微了。湿法脱硫、超低排放的广泛使用,烟气中的氯离子主要通过脱硫废水途径排放,净烟气中的氯离子浓度非常低。散煤、薪柴燃烧得到较广泛治理的情况下,这一条途径不会是主要来源。

氯离子主要来自于湿式通风冷却塔!冷却塔遍布于需要工业冷却的场所,尤其是火电厂、煤化工型企业。冷却塔在排放水蒸气的同时,不可避免地,会产生雾滴携带,雾滴中有高浓度的氯离子。循环水,特别是使用中水、海水、苦咸水、高盐废水等含溶解固形物浓度高的补充水的话,氯离子浓度通常都非常高。量有多大呢?有人估算,2018年,仅燃煤电厂的排放量就达46万吨!要知道,2018年,主要污染物二氧化硫,燃煤电厂的年排放量才99万吨。

五、高湿、静稳气象条件,有没有人为因素影响?

高湿,指的是高相对湿度,不是高绝对含湿量。伴随冷却塔、饱和湿烟气排放的水分,也包括天然气燃烧产生的水分,在高温季节时候,对大气相对湿度影响甚微,可以忽略不计。在低温季节下,人为水蒸气排放对绝对湿度影响也甚微,但是相对湿度的影响,完全不能忽视,特别是在大气边界层高度比较低的情况下。

静稳,是相对地表温度,边界层上层空气温度较明显升高,形成逆温现象。上下温差减小,不能有效产生边界层上下间的空气流动,污染物被封在“暖盖”下面,更容易发生浓缩、污染物二次复合反应。“暖盖”的存在,会导致

六、解铃还须系铃人

本文没有讨论烟气中可凝结颗粒物CPM问题,CPM也不在监管范围内。

文中所列五种因素,问题都客观存在。

氮氧化合物减排对硝酸根减少作用显著;二氧化硫现有的减排设计存在显著缺陷,二氧化硫在烟羽内相当部分形成了硫酸根;氨、氯离子、CPM、热、水蒸气排放都不在监管范围内。

而氮氧化合物深度减排的时候,用力过猛,带来的氨排放负作用问题突出,或许很大程度上抵消了氮氧化合物深度减排的作用。

七、雾霾发生时,主要是本地超细颗粒物以PM2.5形态显现

顺便提一句,烟羽中形成的硫酸根超细颗粒物,粒径会小于0.1微米;天气晴好时,氮氧化合物和氨气可以二次复合,形成硝酸铵超细颗粒物;烟气中的可凝结颗粒物CPM形成的也是超细颗粒物。

超细颗粒物表现为数浓度极高,质量浓度不高,可以在大气中形成、传播、积聚。象北京这样的山前地带,更容易发生传输来的超细颗粒物的积聚;天气晴好时,PM2.5质量浓度不高。

 

 

待高湿、静稳气象条件出现后,这些超细颗粒物通过吸湿长大、凝并,并在颗粒物液相条件下发生二次复合反应,颗粒物长大成为细颗粒物,加上大气边界层高度变低的浓缩作用,超细颗粒物得以PM2.5形态显现,表现为质量浓度显著上升、数浓度显著下降。

静稳气象条件下,外部会有细颗粒物随低风速有所输入,但应当不是本地雾霾发生的主因,细颗粒物输入作用相对有限。

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