霾：來自哪里 去向何方？

□文/李志帥

2020年春節(jié)前后，新型冠狀病毒肺炎疫情爆發(fā)，全國各地陸續(xù)啟動Ι 級應(yīng)急響應(yīng)。正月里，國人閉門不出，工業(yè)生產(chǎn)和出行活動都被迫按下了停止鍵。在此情況下，華北地區(qū)仍4 次爆發(fā)霧霾。

根據(jù)自發(fā)的大規(guī)模排它試驗，證明了疫情期間霧霾天氣與工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放、工地揚塵、生活排放、煙火炮竹等都無太大關(guān)系。難道霧霾是天上掉下來的嗎？

遠看橙黃色的霾

在中國氣象局《地面氣象觀測規(guī)范》中，灰霾天氣被這樣定義：大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10 千米的空氣普遍有混濁現(xiàn)象，使遠處光亮物微帶黃、紅色，使黑暗物微帶藍色。

霾，也稱灰霾。由于空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子使得大氣混濁、視野模糊，導(dǎo)致能見度惡化。霾的厚度比較厚，可達1～3 公里左右。由灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射波長較長的光比較多，使霾看起來呈黃色或橙灰色。

霾與霧的區(qū)別，在于發(fā)生霾時相對濕度不大，而霧中的相對濕度是飽和的。如有大量凝結(jié)核存在時，相對濕度不一定達到100%就會出現(xiàn)飽和。一般來說，相對濕度小于80%時的能見度惡化是霾造成的，相對濕度大于90%時的能見度惡化是霧造成的。當(dāng)相對濕度介于80～90%時，大氣能見度惡化是霾和霧的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。

我國存在4 個灰霾嚴重地區(qū)：黃淮海地區(qū)、長江河谷、四川盆地和珠江三角洲。不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報。

重工生產(chǎn)留下的尾巴

隨著我國對熱電廠二氧化硫排放標準的不斷提高，燃煤含硫量也比以前有所增加，傳統(tǒng)采用的濕法脫硫工藝已經(jīng)不能滿足相關(guān)要求?？蒲腥藛T一直在探索可行的除霾路徑。

2019 年4月，山東省科學(xué)院周勇博士在《科學(xué)與管理》第39 卷發(fā)表了文章《霧霾大爆發(fā)的根本原因：濕法脫硫取消GGH 引發(fā)PM2.5 粒數(shù)暴增》，通過對比統(tǒng)計數(shù)據(jù)，企圖解開灰霾成因。

實驗數(shù)據(jù)表明，高溫?zé)煔饩哂蟹蛛x特性，高溫?zé)煔怆y以形成霧霾。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，霧霾爆發(fā)后3 個月，我國輕重工業(yè)排塵都已大幅減量，而增量是煙氣脫硫大量噴水降溫和增加堿性物質(zhì)。

試驗和事實證明，脫硫工藝并不像國內(nèi)外認為的那般完美無缺。脫硫在消除大氣酸雨的同時，意外帶來了霧霾、氣溶膠、PM2.5 超標的次生災(zāi)害。脫硫大量噴水降溫和增加堿性物質(zhì)，與靜穩(wěn)天氣下霧霾的爆發(fā)存在著一定的因果關(guān)系。

輕霾與重霾的秘密

輕度霧霾中煙氣“大白龍”“雙白龍”的形成，是因為高溫干煙氣經(jīng)脫硫大量噴水，降為42～60℃低溫濕煙氣。低溫水將酸性煙氣與脫硫堿性物質(zhì)粘在一起，空中酸堿化合成鹽。低溫濕煙氣本來有5 種化學(xué)成分，空中水與酸堿化合成霾，5 種化學(xué)成分變成霧、霾和氮氣3 種，脫硫引發(fā)的酸堿化合形成了輕微污染。

而重霾起源于此：鍋爐煙氣經(jīng)過電除塵和濕電，攜帶了吸附力很強的靜電，由風(fēng)機吹出煙囪擴散。靜穩(wěn)天氣的煙氣具有靜電吸力，快速將原來高溫排放到大氣中的酸性氣體、堿性氣體、水霧、塵霾甚至惰性氣體吸附。酸堿化合后帶靜電的霧、霾、氮氣3 種組合體，迅速向周圍擴散，引發(fā)一輪又一輪的酸堿化合反應(yīng)和置換反應(yīng)，生成VOC、硫酸鹽、銨鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、氮氧化物等復(fù)雜酸性鹽污染物。霧霾空中化合量比煙塵量要大幾十倍甚至上百倍，持續(xù)的靜電吸附化合快速生成霧霾云團，最終形成了重霾。

研究人員發(fā)現(xiàn)，霧霾污染物來源具有這些特性：直排粉塵 ≤ 1%，原始酸堿化合物 ≤ 4%，空中吸附酸堿化合污染物 ≥ 95%。這些擺在實驗桌上的化學(xué)物質(zhì)包括CO2 酸性煙氣、脫硫堿性物質(zhì)、超凈排放的粉塵、惰性氣體和煙氣。

由于煙氣含水，是環(huán)境化合污染的根源，被認定為治霾防霾的重點對象。

化學(xué)治霾一舉兩得

垃圾是放錯位置的資源。治霾新工藝最終實現(xiàn)城鄉(xiāng)采暖微耗能，工業(yè)廢汽變寶。

科研人員發(fā)現(xiàn)，煙氣中含有大量寶貴熱能，通過化學(xué)工藝將高溫?zé)煔鈴U熱回收利用，再將脫硫后的煙氣除濕脫白，從而達到節(jié)能、節(jié)水、治霾等一舉多得的成效。

采用濕法脫硫工藝的重工業(yè)生產(chǎn)，脫硫前高溫?zé)煔舛芜M行節(jié)能微排，將熱能回收利用，余熱利用率達到50～65%。這樣一來，脫硫塔補水量大幅減少。

脫硫后，煙囪上增加除濕脫白裝置，再消除煙氣含水率60～70%。這樣一來，致霾的低溫濕煙氣被改造成低溫干煙氣，而干煙氣在空中無法發(fā)生化合反應(yīng)，從源頭上遏制了霧霾的形成。

低碳治霾中試結(jié)果，實現(xiàn)了煙氣中60～80%余熱回收，導(dǎo)致脫硫補水量和煙囪排汽量大減，達到節(jié)能微排效果。