（齊魯工業大學（山東省科學院），山東濟南 250014）

摘要: 本文對單個濕法脫硫設施取消GGH后導致PM2.5粒數暴增，眾多火電企業同時采取相同措施導致大氣中PM2.5粒數暴增等多重突變導致霧霾大暴發的演變過程進行了系統分析。研究分析了火電等主要領域霧霾治理的成效、不足和原因，以及相比霧霾大暴發之前大氣中PM2.5質量濃度已有較大幅度下降，但大氣能見度依然較差的原因。提出需要從霧霾大暴發前后大氣環境系統發生的突變來精準地查找霧霾大暴發的根本原因，而不能只是在霧霾大暴發之后的大氣環境系統內部找不同區域、不同時間的差異化原因；也不能把突發性的霧霾大暴發的原因歸結到長時期內不會改變的產業結構偏重、污染物排放多等方面。在明確2013-2014年霧霾大暴發的根本原因后，提出霧霾治理的十條對策措施，以實現低成本快速精準治霾。

關鍵詞:霧霾；PM2.5；可凝結顆粒物；措施

中圖分類號:X51;X773     文獻標識碼: A    DOI:10.3969/j.issn.1003-8256.2019.03.004

0 引言

找準京津冀及周邊省份霧霾大暴發（簡稱霧霾大暴發）的根本原因，才能夠對癥下藥，實現低成本快速精準治霾。導致霧霾的原因很多，不同區域都有與各自產業結構、能源結構、生活習慣等緊密相關的大氣污染物排放源，由此不同區域導致霧霾的原因組合也存在差異。以山東省為例，霧霾天數連續兩年每年都翻番且之后出現下降的倒鉤型變化，本文認為出現這種情況的根本原因只能是：2012年絕大部分燃煤設施都配備的濕法脫硫設施集中取消煙氣再熱系統（Gas-Gas-Heater，GGH）、濕法脫硫設施過去因GGH等故障頻發而時關時開狀態被徹底改變、集中上馬脫硝設施，由此造成濕法脫硫設施個體與群體行為的多重突變[1]。

濕法脫硫本身沒有多大問題，主要是取消GGH的技術失誤造成一系列連鎖反應，在2012年工況條件下，導致PM2.5粒數濃度暴升，進而造成2013-2014年京津冀及周邊省份霧霾天數暴升。2015年開始的超低排放改造遏制住了石膏雨問題和霧霾天數的快速上升；而非電行業重蹈覆轍，又抵消了電力行業并非針對導致霧霾的PM2.5粒數濃度對癥下藥的超低排放改造的部分效果。

2017年，濟南市PM2.5質量濃度比霧霾大暴發前下降40%，但是大氣能見度仍然差強人意，主要因為大氣中PM2.5的粒數濃度依然高于甚至遠高于霧霾大暴發前。恢復GGH的有益功能，例如在超低排放基礎上，合理降低除塵器和脫硫塔進口煙氣溫度、通過冷凝除濕減少可凝結顆粒物和水汽排放、恢復原來的干煙囪煙氣排放模式等措施，是實現低成本快速精準治霾的關鍵。其他領域的大氣污染治理措施仍然需要，因為在霧霾大暴發之前，各種大氣污染物排放也已達到大氣環境容量上限。

1 2013-2014年霧霾大暴發的根本原因[1]

1.1　 PM2.5粒數濃度暴增導致2013-2014年霧霾大暴發

根據氣象數據顯示的霧霾天數（以山東為代表）及利用氣象數據通過模型推算的PM2.5質量濃度，2013-2014年存在霧霾天數和PM2.5質量濃度的突變。但是，2010-2017年的實測數據PM2.5質量濃度并沒有大的突變。專家認為粒數濃度更能反映PM2.5對生態和健康的影響，以及實測數據顯示PM2.5質量濃度沒有發生大的變化，只能說明2013-2014年PM2.5粒數濃度暴增導致霧霾天數連續兩年翻番式增長，而非質量濃度變化。由此可見，PM2.5粒數濃度暴增是2013-2014年京津冀及周邊省份霧霾大暴發的主因。

造成PM2.5粒數濃度暴增的根本原因，不可能是二氧化硫和氮氧化物，二者排放量分別在2006年和2011年達到峰值，并從峰值年后開始處于下降或快速下降通道；也不可能是煤炭消費總量變化造成的，京津冀在2013年達到煤炭消費峰值，山東省在2016年達到峰值，進入峰值前早已處于平臺期。二氧化硫、氮氧化物排放或煤炭消費不可能在沒有其他因素的影響情況下，導致霧霾在2013-2014年突然大暴發。能夠想到的任何常規變化的變量，都不可能引起霧霾天數在2013-2014年連續兩年翻番式增長，而2016年又比2014年的峰值年下降1/4的倒鉤型變化，之后又持續下降，只是霧霾天數仍在高位上徘徊。

大氣中PM2.5粒數濃度暴增，而且在靜穩和潮濕天氣下，PM2.5顆粒吸附水分、相互粘結、迅速長大，再溶解大氣中的二氧化硫、氮氧化物，并加速其氧化及進一步向硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽的轉化。其他污染源排放的顆粒物也被吸附，導致霧霾頻發。大氣中暴增的超細顆粒物在靜穩天氣下質量濃度具有不衰減的逐日累加現象，累加幾天之后，加上其他來源的PM2.5，就能逐漸達到輕度霧霾。

根據Guo等（2014）的研究，受氣象條件影響的北京大氣中PM2.5從少到多的周期性循環，其特點是氣溶膠的形成分為成核和生長兩種截然不同的過程。在污染期之前，在清潔條件下產生高濃度的納米級顆粒；伴隨著成核模式粒子連續數天的粒徑增長，產生大量較大的粒子，粒子質量濃度積累超過每立方米幾百微克，與世界其他地區典型的氣溶膠形成過程不同。另一方面，北京的顆粒物成分與全球許多地區普遍測量的顆粒物相似，與以次生氣溶膠形成為主的化學成分一致[2]。這一觀測結果更適合解釋華北燃煤地區霧霾的形成過程。如，在天氣良好的時候，濕法脫硫取消GGH后暴增的PM2.5粒數濃度很高但粒徑和質量都很小，在靜穩天氣下，這些納米級顆粒逐漸成為凝結核，吸附大氣中的水份，相互凝結團聚并與不斷產生的顆粒和其他常規來源的顆粒凝聚，粒數濃度下降，粒徑和質量濃度增加，經過幾天累積后，開始影響大氣能見度，逐漸出現灰霾并逐步加重。與北京不同，燃煤區域取消GGH的濕法脫硫系統全天候直接產生的細顆粒物足以滿足PM2.5周期性循環初始階段大量粒數很高、質量很輕，尚未體現在PM2.5質量濃度中，天空還屬于清潔階段的成核過程的需要，只要天氣滿足成霾的條件，不斷排放到大氣中的可凝結顆粒物和累積下來的顆粒物就開始吸水、凝結、團聚、吸附其他來源的顆粒物，加速大氣中二氧化硫、氮氧化物等的氧化過程，并向硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽進一步轉化，迅速開啟PM2.5周期性循環的第二個過程，霧霾爆發。這些地區并不需要像北京一樣，要靠南風輸送顆粒物促進PM2.5的后期迅速長大。該研究所說的北京霧霾的形成與世界其他地方不同，主要還是因為周邊幾百公里之內有大量的取消GGH后成為濕煙囪排煙的濕法脫硫設施不斷產生大量納米級的超細顆粒物。

根據An等（2019）的研究，除濕法脫硫取消GGH造成PM2.5粒數暴增導致霧霾之外，其他方面的原因，如散煤燃燒、汽車等移動源排放、揮發性物質排放、農業氨排放、揚塵、區域間傳輸，以及霧霾與大氣之間的復雜物理化學變化等都已經有大量的深入研究[3]。北京已經沒有燃煤污染，周圍上百公里內的散煤燃燒也基本沒有了，情況相對特殊。但其周圍都是燃煤區域，無論是已經表現在質量濃度上的PM2.5顆粒，還是尚未表現在PM2.5質量濃度上，但可以作為PM2.5周期性循環成核階段的粒數濃度暴增但粒徑很小的顆粒物，都可以從周邊幾百公里隨著3級及以下的風到達北京。這也是北京不同于世界其他地區的特性。只是北京的PM2.5爆發要比燃煤區域好得多，但仍受外圍的影響。而現在應對重度霧霾天氣的重點大氣排污企業臨時性關停，尤其是根據氣象預報提前兩天開始關停，有利于降低PM2.5成核過程和生長過程的顆粒物供給，但這是治標不治本的措施。這樣能夠大大削弱PM2.5質量濃度的峰值，但并非針對導致霧霾的根本原因對癥下藥。

1.2　濕法脫硫取消GGH，是引發2013-2014年PM2.5粒數濃度暴增的根本原因

研究表明，導致霧霾大暴發的根本原因是PM2.5粒數濃度暴增，主要是硫酸根、硝酸根、銨根等暴增。而硫酸根、硝酸根、銨根等水溶性離子為主的可凝結顆粒物，均受濕法脫硫取消GGH后濕煙囪排放的污染物這一因素的直接或間接影響。

濕法脫硫取消GGH是引發PM2.5粒數濃度暴增的主要因素，同期大規模脫硝加劇了這一趨勢。濕法脫硫取消GGH和脫硝導致大氣中PM2.5粒數濃度暴增，迅速成倍超過京津冀及周邊省份在2012年已經接近上限的大氣環境容量，造成霧霾大暴發是必然的。

1.3　濕法脫硫技術本身沒有大問題，是取消GGH的技術失誤造成霧霾大暴發

濕法脫硫技術本來沒有大問題，是濕法脫硫取消GGH這個小技術失誤導致PM2.5粒數濃度暴增，進而引發霧霾大暴發。認定濕法脫硫取消GGH導致PM2.5粒數暴增進而導致霧霾大暴發，并非要否定濕法脫硫本身。正確的利用濕法脫硫技術，保持煙氣排放的干煙囪模式，不會引起煙囪林立的燃煤高強度區域霧霾大暴發。

相關文獻考證發現，2012年及以前電廠、鋼鐵廠等大中型企業的濕法脫硫設施取消GGH，是2013-2014年霧霾大暴發的直接原因。但這些企業都是脫硫脫硝設備產品和服務的用戶，自身也為此付出了高昂的經濟成本。大氣污染物排放標準頻繁提高，這些燃煤大戶只能不斷地購買各種脫硫脫硝等環保設施和服務，進行技術改造和"升級"改造。由于更嚴格的標準和升級改造并非是針對大氣顆粒物下降的對癥下藥措施，在前期拆除GGH造成石膏雨和霧霾大暴發，后期被迫進行超低排放改造后，雖有效抑制了石膏雨的發生，也降低了部分顆粒物粒數濃度，但其降低幅度遠遠小于引發霧霾大暴發的PM2.5粒數濃度暴增的幅度。火電廠為酸雨和霧霾治理付出了沉重代價，即使有國家脫硫電價、脫硝電價和脫塵電價的政策支持和變相補償，而這些代價的付出是否十分必要依然存疑。

1.4  2012年底前大量拆除GGH并開始大量上馬脫硝設施，再加上大量脫硫設施因故障等沒有正常運轉或處于技術改造狀態；2012年底之后在脫硫設施個體取消GGH后PM2.5粒數濃度暴升的突變基礎上，脫硫和脫硝設施群體正常運行規模形成另一個突變

2010年對GGH的去留持續爭議不斷，但只是新上機組不再設GGH。2012年開始執行火電廠大氣污染物新排放標準和脫硝電價、供熱脫硫脫硝加價等，長期存在堵塞問題的GGH因會影響煙氣中二氧化硫達標排放被建議拆除，煙氣旁路系統由于常被用作煙氣偷排也被鉛封或拆除。2012年業內取得"GGH用處不大、不得不拆除"的共識后，當年大部分電廠拆除或不安裝GGH。

2012年除了大量GGH被拆除，也有許多脫硫系統處于改造狀態，以應戰2013年1月1日開始更為嚴格的在線監測的考驗。對比2012年和2013年二氧化硫、氮氧化物、煙塵的排放量與電廠脫硫設備滲透率可以驗證這一點，2013年之前，雖然燃煤機組都上了脫硫設施，但有一定比例沒有正常運行。

2013年，在新標準實施、嚴格在線監控、無GGH堵塞問題后，脫硫設施開始不間斷運行。大量已經不再有GGH的濕法脫硫系統全力運行，形成另一個突變。單個企業取消GGH造成PM2.5粒數濃度暴增的個體突變基礎上，眾多企業集中取消GGH或都開始不間斷的運行取消GGH后的脫硫設施，造成群體行為突變，導致大氣中PM2.5粒數濃度暴增及霧霾大暴發。

石膏雨是取消GGH后與PM2.5粒數濃度暴增類似的伴生問題。行業報告中對該問題嚴重程度描述的變化，與上述濕法脫硫系統運行數量、PM2.5粒數濃度隨時間變動趨勢一致。

1.5  取消GGH導致濕法脫硫設施煙氣排放性質從"干煙囪"模式向"濕煙囪"模式的徹底改變，通過8條路徑引發大氣中PM2.5粒數濃度或粒數暴增，從而導致大氣環境系統相對霧霾大暴發之前發生質變

取消GGH的技術失誤，通過8條路徑導致大氣中PM2.5粒數濃度或粒數暴增。具體而言，在2012年工況條件下，（1）取消GGH會提高脫硫塔煙氣入口溫度，導致脫硫塔出口PM2.5粒數濃度產生10~100倍的暴增；（2）煙氣排放由"干煙囪"模式轉換為"濕煙囪"模式，增加煙氣攜帶或隨水汽排放的以水溶性離子為主的可凝結顆粒物，水溶性可凝結顆粒物隨著濕煙氣在大氣中擴散，與干煙氣相比，會導致PM2.5粒數上萬倍的暴升；（3）煙柱高度大大降低，擴散空間大大縮小，煙氣污染物最大落地點濃度增加1倍，帶來PM2.5質量濃度100%左右的增加，粒數濃度更大；（4）煙氣中霧滴里溶解的二氧化硫和可溶物逃避在干煙氣環境下才能正常工作的監測儀器的監測；（5）可凝結顆粒物無法在煙道中被烘干成固體顆粒物或形成的氣溶膠無法相互碰撞團聚而增大，進入大氣后難以沉降；（6）暴增的超細顆粒物吸水黏附變大后，吸附其他來源的顆粒物導致霧霾頻發，而霧霾天氣中吸濕的細顆粒物成為大氣中二氧化硫、氮氧化物被加速氧化的溫床，加速大氣中酸性物質與脫硝（包括燃煤脫硝和大型柴油車脫硝）逃逸及農業等其他來源的氨結合，形成硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等；（7）排放水汽過多，增加了容易成霾天氣時大氣的濕度，加速霧霾形成；（8）同期大量脫硝設備上馬，進一步增加PM2.5粒數濃度。

燃煤煙氣在原來的干煙氣狀態下，PM2.5顆粒物主要是以機械攜帶可過濾顆粒物和因加熱成為固體或較大氣溶膠為主的可凝結顆粒物，煙囪內和出煙囪后的顆粒物粒數相比不會有巨大變化。取消GGH后轉換為濕煙氣狀態，以可凝結顆粒物、三氧化硫、可過濾顆粒物為主。而水溶性的可過濾顆粒物失去GGH的加熱烘干和加速運動動力，煙氣進入大氣后的粒數比有GGH時增加上萬倍，但質量沒有多大變化。

另外，取消GGH導致脫硫塔進氣口煙氣溫度上升，造成脫硫塔出口PM2.5顆粒物粒數濃度上升10~100倍。

考慮上述兩個變化，加上排煙高度下降一半，污染物最大落地點質量濃度增加一倍的100%變化，和同期脫硝增加50%左右的PM1.0質量濃度，再按照大氣PM2.5質量濃度組份中燃煤占20%~30%，即使火電占10%，其取消GGH后PM2.5粒數暴升，依然會使大氣中的PM2.5粒數濃度同樣暴升。同時大氣中PM2.5粒數濃度的組份發生根本的性質改變，濕法脫硫取消GGH后暴升的粒數所占比重大幅上升，其它來源PM2.5粒數所占比重大幅下降，用常規的按照質量濃度的PM2.5組份分析已經不能涵蓋這種根本性質的變化。在干煙囪或者濕煙囪狀態下，PM2.5質量濃度和粒數濃度之間的關系相對穩定，兩者相關性很強，在進行相關分析時，可以采用質量濃度或是粒數濃度。但是，在干煙囪向濕煙囪轉變過程中的向大氣排放的煙氣質量濃度和粒數濃度的比例數值關系發生巨變和質變，PM2.5粒數濃度暴升但質量濃度沒有多大變化，由此導致霧霾大暴發。若仍然以PM2.5質量濃度進行分析，不可能看到霧霾天數暴升和PM2.5粒數暴升的關聯，甚至會產生是不是霧霾真的突然暴發過的這種違背事實依據的懷疑。

2 霧霾治理成效、不足與原因

2.1　 2015年開始較大規模的電廠超低排放改造遏制住了石膏雨以及霧霾天數上升勢頭

2015年電力行業進行較大規模的超低排放改造，部分解決了燃煤電廠取消GGH后石膏雨普遍發生的問題。與此同時，超低排放改造減少了一些暴增的顆粒物粒數，霧霾天數因而降低20%左右，隨后幾年繼續有所下降。

超低排放通過對脫硝進行優化、采用低低溫省煤器降低排煙溫度、雙脫硫塔布局、除霧器優化、濕式電除塵等措施，基本解決石膏雨問題。石膏雨問題實際上是PM2.5粒數濃度暴增并引起霧霾這一現象在特定條件下的特殊表征。石膏雨從產生、成為問題、成為突出問題和普遍性問題，到基本解決，與霧霾天數在2013-2014年大暴發、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，也是間接治理導致霧霾天數暴升的PM2.5粒數濃度暴增的措施。石膏雨和超細顆粒物暴增同根同源，但同途殊歸：石膏雨容易治理，消失也很快，但進入大氣中的超細顆粒物的粒數暴增卻難以有效遏制。

2.2　燃煤發電企業超低排放改造彌補了取消GGH后的部分功能缺陷，但差距還較大

超低排放改造的目的是減排煙塵、二氧化硫、氮氧化物等常規污染物，而導致霧霾大暴發的主要污染物是PM2.5。產生這些PM2.5的主要貢獻者，是煙氣機械攜帶極細顆粒物或攜帶包含水溶性物質的霧滴，進入大氣后形成極細顆粒物。因此，超低排放并非針對導致霧霾大暴發的PM2.5顆粒物，而是過去針對酸雨治理的措施的延伸。超低排放遏制住了石膏雨問題，但并沒有明顯改善京津冀及周邊省份的霧霾問題。

超低排放增加的一些設施彌補了取消GGH帶來的一些功能缺失，但是還有一些原來GGH的重要功能存在缺失。如有的脫硫塔進口溫度仍然較高，煙囪排煙模式仍然是濕煙囪。

對于可凝結顆粒物，過濾性的措施不可能有效果，而靜電或凝結等措施有一定效果。即使可凝結顆粒物有較大程度的下降，濕煙囪相對干煙囪仍會使PM2.5顆粒數上萬倍的增加，那些沒有被去除的可凝結顆粒物進入大氣后，粒數的增加仍然是一件可怕的事情。由于現有超低排放仍然是濕煙囪排煙，因此對減少取消GGH后導致的PM2.5粒數濃度暴增的效果并不十分明顯。

2.3 當前PM2.5質量濃度比2012年之前有大幅度下降，但大氣能見度依然較差，遇到靜穩和濕度大的天氣霧霾卷土重來的主要原因是大氣中PM2.5粒數濃度仍大大高于霧霾大暴發的2012年之前

京津冀及周邊省份各城市現在的PM2.5質量濃度比2012年霧霾大暴發之前下降了很多，如濟南市2017年的PM2.5質量濃度比2010年下降40%。但是，與2010年相比，現在大氣中仍有大量的遠超2010年的質量很輕但粒數濃度很大、來自取消GGH后濕煙囪排放的極細顆粒物。因此，看遠處的景色時，常常仍然是不夠透亮、不夠清晰，空氣還是淡淡的灰霾。遇到靜穩、潮濕的天氣，這些大量充斥在大氣中的極細顆粒物，會迅速吸水、凝結、長大，成為吸附其他來源顆粒物和加速氧化大氣中二氧化硫、氮氧化物的溫床，進一步增加大氣中顆粒物的粒徑和質量，粒數濃度下降，質量濃度上升，逐漸影響能見度，累積形成霧霾。

造成這種PM2.5質量濃度大幅下降，但粒數濃度仍然居高不下、大大高于霧霾暴發之前的原因，是霧霾暴發之后的治霾措施中缺乏針對濕法脫硫取消GGH造成的超細顆粒物粒數暴增問題的有效措施。主要原因是沒能確認導致霧霾大暴發的根本原因，沒有針對粒數濃度暴增的病因對癥下藥，雖然當前對質量較重、粒徑較大的PM2.5采取了一些治理措施，但對粒數主要分布為PM1.0或PM0.38等小粒徑顆粒物仍然缺乏有效措施。而對于濕法脫硫取消GGH造成PM2.5粒數濃度暴增導致霧霾暴發之外的其他來源的PM2.5的治理，則有效得多。這些來源的PM2.5的質量濃度和粒數濃度相互之間的關系沒有發生性質的改變，采取的措施也極其嚴格，除了因車輛保有量增長速度較快、大氣污染物排放難以控制的私家車領域外，其他領域PM2.5粒數濃度和質量濃度都有較大幅度的下降。但由于按照大氣中PM2.5粒數的組份與霧霾大暴發之前相比發生根本性的改變，盡管濕法脫硫排放煙氣產生的顆粒物之外的其他類型PM2.5質量濃度大幅度下降，但其粒數卻占大氣中PM2.5粒數的比例較小。因此，出現PM2.5質量濃度比霧霾大暴發之前大幅下降，但粒數濃度仍然高很多，空氣質量遠沒有出現像PM2.5質量濃度下降那樣的改善。

2.4　電力系統需要針對導致霧霾的污染物制定排放標準，而不必在治理酸雨的超低排放指標上繼續做邊際效益很低的努力

因為大發電機組煤炭燃燒特性，其排放的煙氣中PM2.5粒數濃度仍然較高，與工業層燃料爐相差不大，比循環流化床高上百倍，盡管后兩者的PM2.5質量濃度很高。因此，電力行業不應該因為其若干治理酸雨的指標處于國際領先，或者是因為PM2.5質量濃度處于國際先進水平就超然世外，撇清與霧霾的關系。即使大機組的PM2.5質量濃度和粒數濃度都領先，華北等霧霾重點地區濕法脫硫取消GGH后的濕煙囪林立，不像英國等國家燃煤電廠少并且燃煤脫硫設施相距遠，因此必須針對導致霧霾暴發的PM2.5粒數濃度進行對癥下藥的治理。

電力部門需要針對霧霾治理，創新自己的污染物排放標準和技術措施，為其它行業霧霾治理探好路，也彌補自身作為脫硫設施用戶，因選擇技術工藝的小失誤，造成PM2.5粒數濃度暴增而引發霧霾大暴發的遺憾。

電力行業在二氧化硫治理方面，做出很大努力，取得很大成績，應該說取得了決定性勝利。氮氧化物治理方面，由于許多城市在夏季出現比較嚴重的臭氧污染上升，這與在揮發性有機物控制區，氮氧化物與臭氧是反向變化規律相關。在揮發性有機物濃度下降慢的情況下，與氮氧化物下降過速導致臭氧上升有一定關聯。短期的繼續過度減少燃煤設施的氮氧化物排放，有可能進一步加速臭氧污染問題。當然，各類移動源的氮氧化物等污染物減排不能放松，因為其量大面廣，而且在城市生活空間內部，難以有效控制，也不可能成為將來對付臭氧污染的工具。

電廠的二氧化硫、氮氧化物和煙塵的排放標準，沒有必要都按照當前為治理酸雨而制定的超國際水平的標準。現在也未必有足夠的技術支持來實現這種過度的超低排放指標，如通過過度噴氨降低法定監測的氮氧化物的排放濃度，造成氨泄露就是例證。因此，電力系統最關鍵的是采用針對霧霾治理的指標，如建立可凝結顆粒物、氨逃逸和三氧化硫的排放標準，并迅速采取有效措施；而在一定時間或某些區域內可以放寬現在所謂超低排放規定的煙塵、二氧化硫和氮氧化物的排放標準。

霧霾暴發主因明確之后，從降低PM2.5粒數濃度考慮，電力部門可以在超低排放基礎上，進一步采用成熟的專門技術降低PM2.5粒數濃度、可凝結顆粒物和三氧化硫。電力部門較早得到政策支持，在探索出降低PM2.5的經驗后，及時總結并傳授給其他行業，是電力行業義不容辭的責任，更應該是脫硫脫硝等環保行業和監管部門的責任。

2.5　霧霾大暴發之后，非電行業重蹈電力行業取消GGH的覆轍，抵消電力行業超低排放改造的部分效果，其同等規模的單個設施排放的PM2.5粒數遠多于燃煤電廠

冶金、化工等大中型企業在2013-2014年間部分采用濕法脫硫技術并效仿電力行業取消GGH，對PM2.5粒數濃度暴增也有貢獻。2015年脫硫脫硝行業發展報告顯示鋼鐵行業也開始出現石膏雨問題，可見確有其他行業重蹈電力行業取消GGH的覆轍。非電行業以后新建的脫硫脫硝設施也不再有GGH。
非電行業取消GGH的濕法脫硫，加劇顆粒物粒數的排放，并抵消電力行業超低排放改造的部分有益作用。由于非電行業經濟效益一般，沒有類似脫硫脫硝除塵和超低排放電價等政府支持性經濟政策，又由于其自身的工藝流程復雜、污染物多種多樣，排放到大氣中的顆粒物粒數濃度更高，危害更大。

電力行業的超低排放改造是迫于石膏雨和霧霾大暴發的壓力，單純提高原來用于治理酸雨為主的二氧化硫、氮氧化物和屬于可過濾顆粒物的煙塵的排放標準，并非針對導致霧霾和石膏雨暴發的可過濾顆粒物、逃逸氨和三氧化硫等，沒有對癥下藥，因此只會事倍功半，給電廠和全社會帶來巨大的經濟和社會成本。如果進一步向其他行業復制，就像前幾年鋼鐵行業濕法脫硫產生遠比電廠導致霧霾大暴發時更大的單機污染物排放一樣，由于流程復雜、財力缺乏、沒有激勵政策，其它行業單機產生的導致霧霾的污染物也會較多。

盡管導致2013-2014年霧霾大暴發的PM2.5粒數濃度增加主要來自電廠和少量大鋼鐵廠，脫硫脫硝環節才是問題所在。脫硫脫硝環節均由脫硫脫硝行業承建，電廠和鋼鐵廠只是購買了其產品或服務，因此脫硫脫硝行業及其監管部門更有責任幫助確認霧霾大暴發根本原因，并迅速采取措施。

2.6　霧霾大暴發之前，京津冀及周邊省份大氣污染物排放就已經達到或接近大氣環境容量上限，因此不論是什么原因造成霧霾大暴發，都應該大力度進行大氣污染物治理

不出現取消GGH這一技術失誤或采用其他技術路徑，不會出現霧霾大暴發。但2012年之前華北地區等重點區域，局部地區已經開始較為頻繁的出現星星之火式的霧霾天氣，預示著大氣環境容量已經達到或接近上限。因此，即使霧霾不在2013年發生燎原之勢的大暴發，濕法脫硫取消GGH之外的其他PM2.5源解析中的重點污染源，也需要現在這種大力度的鐵腕治理。事實上2005年已經開始大力度的酸雨治理。相應的治理舉措在2012年底之前也確實有效遏制了PM2.5質量濃度的上升，多年處于徘徊狀態。2013-2014年的霧霾大暴發以及石膏雨問題，迫使在針對酸雨和可過濾顆粒物的大氣污染物排放標準上超常規地不斷加嚴。但由于加嚴針對的只是氮氧化物、二氧化硫和煙塵的排放標準，并非針對導致霧霾大暴發的PM2.5，2015年后大氣中PM2.5粒數濃度減少的幅度遠遠落后于主要治理酸雨和可過濾顆粒物的超低排放指標下降的幅度。主要是沒有針對濕法脫硫取消GGH導致粒數濃度暴增采取有效措施，造成企業付出極高的不必要成本、全社會遭受霧霾的長期折磨、國家經濟發展成效因為霧霾暴發而遭受質疑等后果。因此，需要針對造成PM2.5粒數濃度暴增的濕法脫硫取消GGH問題，補充其取消后的功能缺失，恢復干煙囪排放模式。同時，對其他大氣污染源，由于其在霧霾大暴發之前已經接近大氣環境容量，采取鐵腕治理也是必然的。但應該分清主要矛盾和矛盾的主要方面，分清輕重緩急，進行可持續的治理和改善，避免眉毛胡子一把抓，對經濟社會發展、人民生活和就業產生不必要的沖擊和干擾。

大氣中PM2.5源解析的其他來源都是常規增長或下降，但危害也不小，同樣需要治理。其他來源PM2.5沒有發生影響其粒徑大小和粒數濃度的技術變動，其質量濃度和粒數濃度沒有大變化，所以不可能引起2013-2014年霧霾天數連續兩年翻番式增長的突變，以及之后的大幅度下降。但是，燃煤以外的PM2.5減排有利于大氣PM2.5質量濃度的下降，而且效果很明顯，比如控制工業生產、散煤燃燒和揚塵等。

2.7　在搞清霧霾大暴發根本原因情況下，可以對原有的各種決策重新進行梳理和評估，通過抓主要矛盾和矛盾的主要方面，進行低成本、快速、精準治霾

PM2.5粒數暴增，主要是PM1.0以下的極細顆粒物粒數暴增，其質量非常輕，數量極大，已經改變了大氣中污染物的常規顆粒物粒數組成，改變了大氣環境中污染物的性質。繼續按照PM2.5質量濃度進行研究和治理，難以發現霧霾大暴發根本原因，效果也不會明顯。在沒有搞清楚霧霾暴發根本原因情況下的決策，應該得到進一步的梳理和科學評價。比如，北方農村清潔采暖問題，采用技術水平較高的新型爐具和專用的型煤，或者是有條件的縣市采用生物質清潔采暖，能夠大大減少污染物的排放，又符合農村居民的生活習慣，應該作為清潔采暖的主體；而氣代煤、電代煤則應該根據政府能否長期提供財政補貼來決定是否繼續實施。農村散煤采暖污染比較嚴重，需要治理，但并非霧霾大暴發的主因。因地制宜，量力而行，與鄉村振興整體規劃相結合，可持續地改善農村采暖條件，才能夠實現大氣環境的持續改善。

在明確濕法脫硫取消GGH導致霧霾大暴發和超低排放改造并非針對霧霾治理的問題后，對目前已經確定在其他行業也要采取超低排放改造的決策，需要進行科學性論證。否則，還會有一大批企業因為過度治理已經不是問題的二氧化硫問題，或因為相對揮發性有機物（VOCs）已經過速治理而導致臭氧上升的氮氧化物問題而犧牲，且無助于霧霾治理。

對于在不清楚霧霾暴發的根本原因時所做出的"四面出擊"的政策，在清楚根本原因后，需要科學評估所定政策是否合適，需要在多大程度上進行調整，在什么時間進行調整，是否應根據行業、地區"差別對待"還是"一刀切"。不對癥下藥，就不可能做到經濟性、快速和精準治霾。

2.8  產業結構長期偏重、污染物排放過多等是霧霾大暴發之后發生質變的單一大氣系統內部找原因的結果；大氣重污染的根本原因，需要在霧霾大暴發前后因燃煤煙氣排放顆粒物粒數濃度發生質變而截然不同的兩個大氣環境系統的轉變過程中尋找

京津冀及周邊省份等重點地區產業結構長期偏重，污染物排放過多并超過環境承載力，與當地經濟發展條件、地形、地貌和氣候等原因相關，是長期形成的、短期內解決不了的客觀現實，而不是引發2013-2014年霧霾天數連續兩年翻番式增長的原因。

雖然2013年以前污染物排放多，但是污染物排放總量還在環境承載力極限之內，尚未引起霧霾大暴發。2013-2014年霧霾大暴發后，2015年開始下降21%，2016年比峰值年2014年下降25%，但產業結構、污染物排放等上述問題一直存在，沒有發生突變，也沒有實質性改善。

霧霾天數兩年之內暴升近4倍，兩年之后又比峰值年下降1/4，不可能是任何長期演變或常規變化因素引起，何況京津冀及周邊地區電廠、鋼鐵廠密布，也不是一年形成的。而產業結構調整、城市重化工業"騰籠換鳥"等早在"十一五"期間就已經開始[4]。常規大氣污染物中的二氧化硫、煙塵和氮氧化物分別在2006年、2006年和2011年達到峰值，這都是大氣污染治理的成果。這些已經被大幅度遏制住的污染物不可能在2013-2014年造成霧霾大暴發。

產業結構偏重或污染物排放過多等是各種污染加重的原因和永恒的話題，但是難以對這個原因進行快速有效的治理，來解決三年藍天保衛戰的根本問題。現在根本的問題是霧霾治理，需要針對霧霾進行對癥下藥的治理。霧霾大暴發是由于濕法脫硫取消GGH造成PM2.5粒數暴增引發，只要針對這個核心問題，恢復GGH的有益功能，加上超低排放已經在其他功能方面的改進，霧霾問題能夠得到根治。由此導致的一系列連鎖反應都會得到根治，如北京及其周圍現在面臨的沒有煤炭消費但霧霾也常有發生的問題，會因為外部傳輸因素的消失而逐漸消失。當然，交通工具增加導致的世界性的移動源污染問題仍需要繼續治理。

霧霾大暴發造成的經濟和社會損失巨大，因此恢復GGH的有益功能，迅速治理霧霾，應該是成本最低的技術路線，所有具有濕法脫硫設施的企業應該具有義不容辭的責任。至于恢復GGH的有益功能需要耗費多少能源，需要多一點成本，相對這幾年來全社會的巨額經濟損失和人民健康的損失，都是九牛一毛。當然，恢復GGH的有益功能，并不是恢復GGH，而最后的效果應該遠比恢復當年的GGH好很多，因為超低排放已經做了很多改進。

3 霧霾治理的關鍵措施

恢復GGH的有益功能，在超低排放基礎上，合理降低除塵器和脫硫塔進口煙氣溫度，通過冷凝除濕減少可凝結顆粒物和水汽排放，恢復原來的干煙囪煙氣排放模式，是實現低成本快速高效精準治霾的關鍵。

3.1　完善污染物監測內容和檢測手段，增加對可凝結顆粒物（含三氧化硫）的監測和控制，降低 PM 2.5 的粒數濃度

可凝結顆粒物在總顆粒物中占比高，是導致PM2.5粒數濃度暴升的主要根源，是大氣中PM2.5和氣溶膠物質的主要組成成分。對以濕法脫硫取消GGH的濕煙囪為主的煙氣排放中可凝結顆粒物濃度進行有效監測和治理，是治霾的當務之急。國家應在鼓勵地方政府進行煙羽治理的同時，總結經驗和教訓，盡快制定合理的可凝結顆粒物排放濃度控制標準，對眾多"脫白"技術和方案進行甄別，避免盲目治理，更要避免不治理[5]。

要把可凝結顆粒物和三氧化硫或硫酸霧納入排放標準，制定可凝結顆粒物和三氧化硫的排放限值，管住各種濕法脫硫的濕煙囪。統一標準出臺之前應采取相應技術措施減少這兩類污染物的排放。管住濕煙囪，通過煙羽治理切實降低各種污染物，是霧霾治理方面的對癥下藥。一些省市已經推出地方標準，國家層面應該盡早認定并完善。京津冀及周邊區域可以在一段時間內，在某些特定的煤炭燃燒設施上采取較寬松的特別排放限值，而不是過嚴且缺乏技術支撐的超低排放標準，避免臭氧污染加劇，但須在可凝結顆粒物、氨逃逸和三氧化硫的治理方面出臺標準，實現精準治霾。

3.2　全面、全過程監控濕法脫硫取消GGH后的污染物排放和PM2.5粒數暴增的演變

鑒于目前所有監測煙氣中顆粒物排放的質量濃度、粒數濃度，基本上都是在煙氣排放連續監測系統監測位置處特定環境條件下的值，未能真實反映排放擴散過程中煙氣所含顆粒物的變化和存在形態，實際排放至環境中的細顆粒物粒數可能會暴增很多。因此也要對煙氣在線監測儀之后顆粒物粒數的變化進行研究和監測。

降低煙氣排放全過程所有PM2.5的粒數濃度，而非單純降低煙氣排放連續監測儀安裝位置處二氧化硫、氮氧化物和煙塵的質量濃度，是治霾的關鍵。煙氣在煙氣連續監測儀后面的煙道中和排出煙囪口后，在擴散過程中水溶性可凝結顆粒物隨霧滴逐漸超細化，并導致粒數暴增。目前缺少對在線監測系統安裝位置后、排放至大氣中PM2.5粒數變化的監測。

3.3　控制濕法脫硫取消GGH后除塵和脫硫塔入口煙氣溫度，使其降低到不產生PM2.5粒數濃度暴增的溫度或更優的溫度

取消GGH后導致除塵和脫硫入口煙氣溫度大幅升高，導致2013-2014年PM2.5粒數濃度暴升10~100倍。后來的超低排放改造，根據實踐經驗采取的一些措施起到了降低煙氣在除塵和脫硫入口溫度的作用，但并不是搞清基本原理后的精準措施。應該盡快采取有針對性的優化措施，降低除塵和脫硫入口煙氣的溫度，大幅度降低這兩個設施中PM2.5粒數濃度的暴升，進而減少排放到大氣中的PM2.5粒數。

3.4　通過冷凝除濕等措施減少可凝結顆粒物和水汽排放

造成PM2.5粒數濃度暴升的主要是可凝結顆粒物（包括可溶性鹽、三氧化硫、氨逃逸等），水是其基本的媒介。降低水汽的排放量，減少水汽中可凝結顆粒物的濃度，是減少排放的PM2.5粒數濃度的關鍵之一，也是減少容易成霾天氣大氣濕度進而避免霧霾發生的關鍵之一[6]。冷凝除濕，減少水的排放，同時更大比例地脫除可凝結顆粒物，是使超低排放更有效治霾的補充措施。濕法脫硫后排放的濕煙氣有可凝結顆粒物和水的排放，對霧霾的形成有較大作用；電廠冷卻塔排放的水汽增加城市大氣濕度，也可能有可凝結顆粒物隨小霧滴逃逸到大氣中，二者都需要進行徹底的治理[7]。

3.5　將濕法脫硫取消GGH后的濕煙囪排放模式恢復為干煙囪排放模式

濕法脫硫取消GGH后，以濕煙囪方式排放飽和濕煙氣，煙氣中所含液態水濃度顯著增高。濕煙氣條件和干煙氣條件下，煙氣中顆粒物的形態分布有著明顯的差異。濕煙氣條件下，煙氣中的可凝結和可過濾顆粒物成分之間可以相互轉化。如，濕煙氣中含有一定濃度的霧滴，霧滴為液態水稀釋了的脫硫漿液；可過濾顆粒物向水溶性離子轉變；部分二氧化硫能夠生成硫酸液滴，一定程度上具有三氧化硫可凝結顆粒物的特征，因此二氧化硫兼有常規氣態污染物和可凝結顆粒物的特征；相對干煙囪排放情況，濕煙囪煙氣中排放的水溶性可凝結顆粒物在大氣擴散過程中會產生上萬倍的PM2.5粒數暴增。這些問題難以僅靠可凝結顆粒物的減少來解決，而通過對最終排放的煙氣再加熱等形式，恢復成干煙囪的模式，是徹底遏制PM2.5粒數暴增的根本措施，而且有效擴大了污染物的排放空間。需要強調的是，并非恢復GGH，而是恢復有GGH時的有用功能。

由于超低排放改造安裝了一些比沒有拆除GGH前更多、更有效的設備，只要進行相應的上述改造，由PM2.5粒數濃度造成的2013-2014年霧霾大暴發就會被迅速遏制。在繼續鞏固其他領域的治霾成果后，大氣質量會比霧霾大暴發之前的情況更好，大氣污染物排放會回到大氣環境容量上限以內。

3.6　重新定義電力和非電行業超低排放的內涵和外延

需要根據霧霾暴發根本原因，重新定義超低排放的內涵，而不是沿用酸雨治理的超低排放內涵。在電力行業和非電行業都應該重新評價過低的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放指標是否科學？是否需要加嚴或放松？是否有足夠的技術支撐？是否會在技術支撐不夠情況下帶來相反的效果。

將導致霧霾的主要污染物納入排放指標，在一定時間內適度放寬治理酸雨的現行指標是基本方向。由此，就能夠實現低成本、快速的精準治霾，避免巨大的經濟、社會甚至是生態損失。（1）吸取電力行業沒有抓住治霾重點的經驗教訓，建立嚴格的可凝結顆粒物和三氧化硫的排放標準，放寬二氧化硫、氮氧化物的排放標準，避免片面追求治理酸雨的超低排放標準帶來的經濟損失。（2）不同行業燃煤設施的留存，可以根據其排放的PM2.5粒數濃度、行業特點、污染性質和范圍等進行取舍，而不是簡單根據噸位數劃定或是否達到治理酸雨為目標的超低排放標準。（3）在一些領域適當放松超低排放標準中氮氧化物的排放標準，比如在生物質集中供暖鍋爐、農村生物質清潔燃燒等方面，采用更寬松的氮氧化物排放標準，有利于資源綜合利用。（4）在二氧化硫減排已經取得決定性勝利的情況下，也可放松非電行業的二氧化硫排放標準，不一定都要實現超低排放。

3.7　完善電力行業治霾的有效措施，減少不必要的過度措施

首先，在京津冀及周邊等霧霾高發和多發地區，需要電力行業在排放污染物的粒數濃度上有大幅度下降，而不是止步于PM2.5質量濃度、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標準方面，考慮到區域差異，不必追求全部達到天然氣的超低排放水平。再次，根據PM2.5粒數濃度和排放量對發電機組的規模和脫硫脫硝技術進行多樣化選擇，避免一刀切。比如大機組效率高，但考慮到其排放的超細顆粒物粒數濃度遠大于循環流化床發電機組，可以在特定領域適當保留后者。同時，研發更多的脫硫脫硝技術，避免單一技術潛在風險集中暴發引起災難性的后果。

3.8　綜合考慮財政支持能力和政策的可持續性，量力而行，治理PM2.5源解析中的各類非煤來源PM2.5排放非煤領域對PM2.5的質量濃度影響顯著，但對霧霾暴發影響相對小，因此應該因地制宜，量力而行，分清主要矛盾和矛盾的主要方面，循序漸進，取得可持續的改進。

另外，汽車等移動源發展迅速，污染治理難度大，見效慢，需要及早采取得力措施，與其他非電行業的治理有所不同。

3.9　因地制宜，量力而行，做好農村清潔采暖工作

在居民散煤治理方面，選擇適合的技術方式、好爐配好煤和生物質清潔利用，以便把經濟成本控制在居民經濟承受能力和財政持續補貼能力之內。考慮到農村經濟發展水平，在農村推行氣代煤、電代煤，即使有補貼，農村居民也會降低采暖舒適度來節約成本，以方便全年炊事用氣。一旦沒有補貼，大部分家庭會重新采用經濟實惠的采暖方式。從長遠、可持續的環保效果角度來看，好爐配好煤和生物質清潔利用，更符合經濟欠發達區域和經濟發達區域農村中三分之一經濟收入較低農戶的現狀。

3.10　根據低碳發展和應對氣候變化需求，以及可再生能源的發展進程，合理確定煤炭清潔利用的規模和速度

未來不論是實現高質量發展、環境保護還是應對氣候變化，煤炭都屬于要盡可能壓減的資源，還應該及早采取措施避免鎖定效應。但是，治理迫在眉睫的霧霾問題，并不是立即大幅度壓減煤炭消費的理由。霧霾大暴發的直接原因不是煤炭，而是其污染物治理過程中濕法脫硫環節的小失誤造成的。研發或升級脫硫技術和設施；或者濕法脫硫取消GGH后能夠采取其它補充措施，避免脫硫塔進口溫度過高，避免出現濕煙囪等問題，可能不會產生2013-2014年的霧霾大暴發。在此認知下，就可以在一定時間內清潔利用煤炭，為清潔能源的技術進步和產品成熟留出合理的時間，為經濟和社會發展提供有競爭力的動能。至于煤炭燃燒產生的二氧化碳，將來也會有相應的技術進行處理；或者在經濟發展到一定階段后，有充足財力更大力度加快發展清潔能源。沒有理由把環保設施自身產生嚴重次生污染導致霧霾大暴發的帳記到煤炭燃燒頭上；也沒有理由脫離經濟發展階段和水平，脫離自身的資源稟賦條件，大量進口天然氣、摒棄清潔利用煤炭，這可能危及能源安全；也不必用未來的碳排放峰值年承諾，在不具備可替代條件情況下，過度約束現在的煤炭清潔利用，但要防止鎖定效應。隨著清潔能源技術向更成熟、更經濟的方向發展，必定會放棄煤炭，選用清潔能源。應對氣候變化，減少碳排放，減少煤炭自身污染是必然趨勢，但是在沒有穩定清潔能源供給的情況下，煤炭的清潔化利用是關鍵。

下載網址：

http://kns.cnki.net/kcms/detail/37.1020.G3.20190430.1011.002.html

參考文獻:

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 [2] Song Guo,  Min Hua,  L. Zamorab Misti,  PengaJianfei,  ShangaDongjie,  Jing Zhenga,  DuaZhuofei,  Wua Zhijun,  Min Shaoa,  ZengaLimin,  J. MolinacMario,andRenyi Zhang. Elucidating severe urban haze formation in China .PNAS,  2014, https://www.pnas.org/content/111/49/17373

 [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.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1900125116

 [4] 孫中強執筆. 中國霧霾成因研究與治理方案探討--以沈陽為例 . https://mp.weixin.qq.com/s/elbF87sPCD7_tVzyRVMmfw

 [5] 江得厚, 蘇躍進. 治霾當務之急是控制可凝結顆粒物的排放濃度 [J]. 電力科技與環保, 2018, 34(04): 1-6.

 [6] 繆正清. 四論濕法煙氣脫硫可能為引起全國性霧霾的主要原因[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/544988bf49649b6649d7473e.html

[7]    蘇躍進.水蒸氣和水溶性離子排放對霧霾暴發的影響分析.科學與管理,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

基金項目：基金項目:山東省社科規劃課題、山東省科學院智庫專項課題：山東省經濟社會發展與能源碳排放協同研究和中美綠色合作伙伴山東省科學院-美國勞倫斯伯克利國家實驗室結對研究項目

作者簡介：周勇（1964-），齊魯工業大學（山東省科學院）二級研究員，美國勞倫斯伯克利國家實驗室客座資深科學家，山東省智庫高端人才，研究方向：科技創新戰略與政策，經濟社會發展與能源環境碳排放協同的定量分析研究。