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“十四五”大气污染深度治理的问题与建议重磅发布,征求意见中

时间:2020-12-02 09:56

来源:中国绿发会

"为了使未来五年的治理更加有效,我们分析了前段时间大气污染治理的得失,试图找出治理的短板,在“十四五”大气污染治理时进行更系统的规划和更有效的治理。"

近日,由中国绿发会国际环境专项基金主办的“大气污染精准治理对策第二次座谈会”在京召开,与会专家就《“十四五”大气污染深度治理的问题与建议(征求意见稿)》展开讨论,现将征求意见稿内容刊发如下,邀请社会各界共同谏言。

今年是从2018年开始的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的收官之年,也是制定新的“十四五”大气污染治理规划的时间。

尽管这几年打赢“蓝天保卫战”的措施频出,大气污染仍然没有控制住,重污染的成因仍存疑问。按照生态环保部黄润秋部长的说法是 “环境污染和生态保护所面临的严峻形势没有根本改变”,同时“环境事件多发频发的高风险态势没有根本改变”。

为了使未来五年的治理更加有效,我们分析了前段时间大气污染治理的得失,试图找出治理的短板,在“十四五”大气污染治理时进行更系统的规划和更有效的治理。

目前的问题

“国家大气污染防治攻关联合中心”今年5月在生态环境部召开新闻发布会表示,通过“大气重污染成因与治理攻关项目”,弄清了京津冀及周边地区秋冬季大气重污染频发的根本原因,是“超出环境容量50%以上的高强度的排放”。

这个原因有点令人吃惊,2013年重霾爆发后,政府实施最严格的排放标准,并采取各种措施“铁腕治霾”,包括实施世界上最严格的烟气超低排放标准,治理散乱污,大范围的煤改气,煤改电,秋冬季的不断的停产,限产等,目前控制的三个主要大气污染物,烟尘(PM),二氧化硫(SO2)和 氮氧化物(NOx)的排放量也都远低于 2011年以前的峰值, 但排放强度仍然超出环境容量。

我们认为经过数年的努力,目前排放控制指标上的污染物烟尘PM,二氧化硫SO2已达到深度减排的目标,氮氧化物NOx 也已经基本控制住,秋冬季大气重污染频发的主要原因是这三个主要指标没有完全反应主要的大气污染物,控制指标上存在漏洞,同时,我们在控制时二氧化硫和氮氧化物,其技术/工艺过程产生了副产物,这些副产物不仅抵消了我们减排的效果,而且还压缩了排放空间,降低了环境容量。

颗粒物 PM减排与存在的缺陷

由于超低排放标准的实施,大部分电厂/钢厂的颗粒物排放都在 10毫克/立方米以下,有的甚至达到 5 毫克/立方米,远低于国际同类企业的排放。但目前这个指标上的颗粒物只包括可过滤的固体颗粒物,而没有包括可凝结颗粒物 (CPM), 因为我们的颗粒物监测标准里就直接排除了CPM。

这部分在颗粒物监测之外的CPM有多少?根据整理出北京,上海17个超低排放机组的测试结果,CPM的平均值是 13.93 毫克每立方米。也就是说,我们目前超低排放颗粒物标准是 10 毫克每立方米,假设监测得超低排放机组/锅炉颗粒物排放平均值是 5 毫克每立方米,满足并超过超低标准,但实际排放是5+13.93=18.93毫克每立方米,高出检测值278%!这一个指标漏洞,就可以说明为什么我们的环保指标对不上实际的大气污染情况。我们的超低排放指标上缺少了 CPM, 而且遗漏的 CPM 是 PM1 以下气溶胶,正是形成雾霾的核心。

氮氧化物NOx 减排和氨排放

超低排放中氮氧化物NOx的标准是 50 毫克/立方米,远高于欧洲和美国标准。氮氧化物的总量一直在下降, 但目前的主流技术脱硝技术 SCR 法带来一个问题,为了达到超低的控制指标,过量喷氨现象十分普遍,未参与还原反应氨气量占喷氨量的 1/4-1/3,这些氨气在烟道中形成铵盐等氨氮物,氨氮物主要通过粉煤灰、脱硫废水、雾滴等被携带排出烟道, 外排的氨氮物大部分最终形成氨气排至大气。按 2017年电厂的氨使用量估算,这部分排放的氨气量约为137-218万吨 (苏跃进,周念昕, 氨法脱硝中未参与还原反应氨气产生的氨排放问题研究,《科学与管理》2019年05期)。一些专家在排出的烟气中测得氨含量不高,因为氨排放是发生在整个脱硫脱硝和除尘的过程中,烟气中的氨逃逸只是很少一部分。

氨气是大气中唯一的高浓度碱性气体, 逃逸到大气中的氨,与硝酸或硫酸等酸性气体发生反应, 形成硫酸盐、硝酸盐等二次颗粒物,是大气中气态污染物转变成固态污染物的重要推手。因此,我们在追求超低的氮氧化物排放的同时,忽视了目前技术的局限性,使得大量的氨排向空中,转而形成二次颗粒物,抵消我们颗粒物减排的效果。

传统上认为大气中的氨主要来自于农业,但最近的研究推翻了这一观念。中国科学院大气物理研究所研究员潘月鹏研究员发现,非农业(包括电力,工业,废物,和机动车)的氨排放已占 66%。大气物理研究所研究员王跃思团队也通过观测发现,“我国北方氨气浓度显著高于长江以南地区;在不同区域内,城市站点观测到的氨气浓度与农田站点相当,且显著高于森林、草地和高山等站点。研究证实,华北是我国氨气最大的“热点区”,浓度异常高,空间覆盖范围广” 。王跃思团队前不久在《国家科学评论》 发表关于大气污染研究的最新成果,直接建议 “将氨(包括氨气和铵盐)作为大气污染物列入控制性指标”。(中国科学院大气物理研究所网站,2020.7.1)

前面指出电厂在脱硝的过程中导致了大量的氨排放,而钢铁行业超低排放实施以来,氨排放有过之而无不及。最近和正在建设的SCR系统大部分布置在脱硫系统后,这造成了过剩的氨直接排入大气环境中。这一现象对环境的影响比电力行业SCR/SNCR更严重。

二氧化硫 SO2 减排和湿法脱硫工艺的副作用

目前绝大部分电厂和工业企业使用湿法脱硫工艺进行 SO2减排, 尽管脱硫效果明显,但由于中间的烟气升温器 (GGH)被取消,使得湿烟气低温,低空排放,脱硫浆液中的微小粒子和水溶性盐,随烟气逸出脱硫塔,通过烟囱排入大气。

相关实验表明,经过脱硫工艺后,PM2.5的粒子数在0.07微米出现峰值。这些随着水汽排放到大气中脱水后出现的超细颗粒物的个数比没有环保设施时成倍增加。根据基于气象数据、监测数据、不同阶段相关文献中的检测数据等,构建相关分析模型,齐鲁大学研究员周勇确认PM2.5粒数浓度暴增是2013-2014年京津冀及周边省份雾霾大爆发的主因,并确认硫酸根、硝酸根、铵根等水溶性离子为主的可凝结颗粒物,均受湿法脱硫取消GGH后的湿烟囱污染物排放这一因素的直接或间接影响。湿法脱硫取消GGH是最主要的引发PM2.5粒数浓度暴增的因素,同期大规模的脱硝加剧了这一趋势。

由于后来湿电除尘器的使用,去除了大部分雾滴,重雾霾的情形得到了缓解, 但烟气里大量可凝结颗粒物仍然存在,同时烟气湿度很高,很多水汽排放到空中,成为致霾的两个关键因素:湿度和凝结核,再加上静稳天气或逆温层,使得颗粒物吸湿增长并二次生成。

人工水汽排放

这些年工业的扩展,人为排放的水汽量增加很多,如电厂/化工厂的冷却塔,锅炉湿法脱硫后的烟气,以及高炉冲渣水,焦化厂的湿熄焦工艺,天然气的燃烧等。

专家估算,一个60万千瓦煤电机组满发时,湿法脱硫后,烟气温度按50摄氏度考虑,每小时通过烟囱排放的水量约235吨。冷却塔排放水量按烟气排放量4.5倍估算,每小时排放约1057吨。根据估算,全国电厂经湿法脱硫后每年排出的水量约为 17 亿吨,冷却塔排放水量约为 77 亿吨。相对于环境自然蒸发量,这些工业排放水量不大;但问题是,在冬季低温季节,如0摄氏度条件下,不到5克/立方米的水蒸汽含量就会导致大气相对湿度达到100%。

冬季是煤电等用能高峰期,烟囱和冷却塔的排放水量也多,在工业集中的地区,这些水汽对局部的大气环境有显著影响。水汽形成的水蒸汽气溶胶,使得局部的云层增厚,在城市上空形成一个“锅盖”,使污染物无法自由扩散。这种人为排放水汽形成的气溶胶,在城市上空不断累积,压缩了污染物排放空间,环境容量因此下降,从各个污染源排出的硫化物,氮氧化物,VOC,CPM等气态污染物,在水汽和氨的作用下,在排放空间被压缩的大气中形成二次颗粒物,导致雾霾加重。

分析与建议

根据上面的分析,我们认为在超低排放全面实施的场景下,大气污染物还超出环境容量的有两个主要原因。

首先,目前的超低排放的指标上有严重缺陷, 五个主要大气污染物,超低排放只控制了两个半,即 SO2, NOx 和可过滤的PM,另外两个半没有控制,氨气NH3, 挥发性有机物VOC 和CPM(可凝结颗粒物)。而没有控制的污染物,对雾霾的影响比前面的还要大。尽管今年开始重点控制 VOC,但目前的效果还没有显现出来,而且 VOC 主要是臭氧的前体物。

第二, 在控制前面两个半污染物的过程中,产生严重的副作用,如脱硫排放了大量水汽和 CPM,同时降低了烟气排放高度,脱硝逃逸了氨气,这些副作用,压缩了排放空间,降低了环境容量,导致二次颗粒物的大幅增加,不但抵消一次颗粒物减排的效果,还在不利气象条件下,导致重度雾霾的爆发。这就是为什么在冬季即使不断停工限产,一遇上静稳高湿天气,持续数天的重霾仍会产生。因为我们人工不间断的水汽,氨和 CPM的排放,在累积一段时间后,为雾霾的爆发提前做好了铺垫!

在 “十四五”的进一步深度治理中, 我们有三个建议。

建议1 增加超低排放的内容,弥补指标上缺失

现在已经开始治理 VOC, 同时我们也要把大气中氨含量NH3纳入控制性指标,城区的氨排放除了电力/工业的脱硝外,氨排放还包括从养殖废弃物的排放,机动车,特别是柴油车的氮氧化物减排过程中的排放等。这些都要一并考虑。

颗粒物指标必须包括可凝结颗粒物 CPM,因为 CPM 基本是PM1 气溶胶,对雾霾影响更直接。

建议2 降低湿法脱硫的副作用,治理湿法脱硫排出的白色/有色烟羽

由于目前采取湿法脱硫的电力/钢铁等企业排放量大,对整体的大气质量影响明显 (如今年春节期间的长时间的重霾),必须采取措施治理!2017-2018各地已经采取一些措施治理。应该认真总结,找出最佳适用技术,进行推广。目前情况看来在北方地区,烟气余热回收是一个有效的解决办法。

建议3 回收工业排放的水汽

对于电厂的冷却水,钢焦,化工等行业各工序的水汽排放应该强制要求回收。回收水汽有几个好处,首先是改善城市大气/气象环境,拿掉城市上空的 “锅盖”,减少雾霾的产生,二是减少随水汽排出的盐粒和污染物,三是重复利用水,减少工业用水总量,降低企业成本, 四是余热可以回收利用, 使减排产生经济效益。


中国生物多样性保护与绿色发展基金会国际环境专项基金

2020.11.24


编辑:李丹

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