论中国雾霾的形成与治理

论中国雾霾的形成与治理

周卫东（环境工程16330126）摘要：我国经济的高速发展，随之而来的一系列环境问题也愈发引发社会各界的关注。自2013以来的大规模雾霾袭城事件，更是给我们敲响了警钟。本文结合实际国情，深入分析我国的雾霾成因，并将其归结为污染源的持续累积以及特殊气候现象的触发因素。进一步地，本文借鉴了发达国家面对雾霾的应对策略，综合探讨符合我国国情的治霾之法。关键词：环境；雾霾；形成原因；治理方法1.引言

雾霾于近年在我国大规模爆发，中东部地区反复出现严重雾霾天气，导致可见度下降，交通瘫痪，呼吸道感染病人剧增，白云隐没，蓝天不再。“雾霾袭城”已不仅局限在工业集中、人口密集的华北、华东地区，包括广西、陕西和湖北等在内的多个省市区也纷纷“沦陷”。在高速发展经济的同时，持续的雾霾天气严重影响着人们的生产和生活，我国环境正在面临前所未有的考验，雾霾从何而来，又将如何治理？成为了社会关注、科学研究的热点问题。2.什么是雾霾雾霾是指各种源排放的污染物（气体和颗粒物如CO、SO2、NOx、NH3、VOCs、PM），在特定的大气流场条件下，经过一系列物理化学过程，形成的细粒子，并与水汽相互作用导致的大气消光现象。大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100μm的粒子，PM2.5是指空气动力学直径小于或者等于2.5微米的大气颗粒物（气溶胶）的总称，学名为大气细粒子。PM2.5组成极其复杂，几乎包含元素周期表所有元素，涉及30000种以上有机和无机化合物（包括硫酸盐、硝酸盐、氨盐、有机物、碳黑、重金属等），真是“小粒子、大世界”。PM2.5直接排放少，以排放源一次排放的气体通过物理和光化学过程生成的二次粒子为主。雾霾的化学组成成分极其复杂，下图可以大概看出。3.雾霾对气候、环境、人体健康均有较大影响雾霾中PM1~2.5影响较大，PM2.5~10即出现沙尘。雾霾造成气候、环境、健康等方面的负面影响：PM2.5浓度的增加可能是极端天气事件增加的原因。PM2.5影响大气辐射平衡，导致地面越来越冷、大气越来越热，严重影响区域和全球气候变化，可能加剧区域大气层加热效应、增加极端气候事件。细粒子污染是全球性重要环境问题之一，从1975年以来全球范围内，除欧洲以外，细粒子浓度都在明显上升。PM2.5浓度的增加会引起城市大气酸雨、光化学烟雾现象，导致大气能见度下降，阻碍空中、水面和陆面交通。霾含湿度比较高，可以直接传染细菌和病毒。PM2.5又称为可入肺颗粒，能够直接进入人体肺泡甚至血液系统中，直接导致心血管病等疾病。PM2.5的比表面积较大，通常富集各种重金属元素和有机污染物，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。PM2.5污染会增加重病及慢性病患者的死亡率，使呼吸系统及心脏系统疾病恶化，改变肺功能及结构，改变人体免疫结构。中科院研究已经基本证明大气污染与呼吸道疾病死亡率正相关。北京市近年肺癌患病率显著提高，2012年平均每天确诊104个肺癌病人。对广州市肺癌致死率与灰霾关系的研究表明，考虑7年滞后期，肺癌致死率和气溶胶消光系数的相关系数高达0.97。雾霾的成因雾霾是“雾”与“霾”的结合体。雾霾的具体成因，止目前为止仍无科学的定论，仍处于猜测阶段。研究表明，雾霾的形成可以归结为两大原因，分为是污染源和特殊的气候现象。4.1污染源大气中悬浮颗粒物是雾霾天气的主要污染源，为雾霾的出现提供了充足的“物质基础”。悬浮颗粒物包括了悬浮在大气中的固体以及颗粒状液体物质，大气中的悬浮颗粒物来源可以分为天然来源与人为来源两部分。天然来源主要是土壤扬尘，我国拥有世界上最大的黄土平高原地区，其土壤质地最易生成颗粒性扬尘微粒。而人为来源主要为化石燃料的燃烧、工业粉尘以及汽车尾气等等。

尽管天然来源为雾霾的形成提供了巨大的物理基源，但是千百年来，从未有如此严重的雾霾现象产生，而在这段经济迅速发展的时期，雾霾频发，可以看出人为因素才是产生雾霾的罪魁祸首。在人为影响因素中，主要有机动车尾气排放、工业废气排放、扬尘以及人类活动排放。4.1.1机动车尾气排放机动车尾气中氮氧化物的含量约占悬浮颗粒物总量的50%，是主要的颗粒物来源。机动车尾气的排放高度正好处于人群呼吸范围内，约为0.3米-2米，对人群呼吸系统健康及身体健康构成一定危害。油品质量、汽车保有量是直接影响机动车尾气的重要因素。4.1.2工业废气排放

机电制造业、钢铁行业、火电行业及水泥行业是工业废气排放的主要行业。建筑材料生产时窑炉中排放的燃烧废气、汽车维修时大量的喷漆也是造成工业废气的相关因素。除此之外，北方大部分地区冬季取暖措施仍以供暖为主，供暖所在日常运行中会产生的大量废气，在一定程度上加剧了雾霾形成。

4.1.3扬尘

扬尘也是悬浮物颗粒的主要元凶之一。马路街道、街道间花圃的泥土或进城车辆轮胎携带的泥土，遭遇泼水或下雨后大范围流失，一旦干涸，马路上的机动车行驶时会产生大量的扬尘，从而在大气及地面循环，造成严重的空气污染。建筑工地上建筑施工过程产生的大量扬尘也是导致空气污染的主要因素。4.1.4人类活动排放

人类在日常生活中的一些行为也会加剧空气中悬浮物颗粒的含量，较为典型的人类活动排放行为包括燃放鞭炮、秸秆焚烧等。

4.2特殊气候现象

雾霾在近年集中爆发，一定不是偶然现象，而是历史积累的必然。我国经济的飞速发展，付出了环境的代价，空气中的悬浮颗粒物持续增加，当其数量累积到一定值的时候，形成大规模雾霾的条件已经形成，处于蓄势待发的状态。与此同时，特殊气候现象的出现，无疑是引爆这颗“雾霾炸弹”的罪魁祸首。特殊的气候现象可以分为两种，一种是静风现象，另一种是逆温层现象。

4.2.1逆温层现象

逆温现象是指，在城市大气的垂直方向上，高空气温高于低空气温。城市大气垂直方向产生逆温后，会形成逆温层，并在城市上空覆盖，就好比一个锅盖覆盖在城市上空，这种高空的气温比低空气温更高的逆温现象，使得大气层低空的空气垂直运动受到限制，空气中悬浮微粒难以向高空飘散，从而被阻滞在低空和近地面，造成污染物聚集，形成雾霾。4.2.2静风现象

我国中纬度地区的环流径向度较小，北方地区如河南、华北和山东等地，冷空气的强度明显变弱，大气的相对湿度过高，大气呈静稳状态，在均压场及低压荷的作用下，地区风速过小，对空气水平流通造成严重阻碍。城市中楼群较多，风流受到摩擦和阻挡的影响逐渐减弱，增加大量的静风现象，悬浮颗粒物的稀释及扩散受到影响，就会积累在城市近郊区周围及城区内，形成雾霾。5.我国雾霾污染现状分析我国约10%的雾霾是自然排放，其他近90%均来自人为排放，直接来自人类的经济社会活动。对北京2013年1月五次强霾污染分析得出，大气污染物包括有机碳、元素碳、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、扬尘等。硫酸盐、硝酸盐和铵盐是基于一次排放的二氧化硫（SO2）,氮氧化物（NOx）和氨气（NH3）气体经过化学反应形成。挥发性有机物（包括来自烹饪源的油烟型有机物、来自于汽车尾气烃类有机颗粒物、来自光化学反应的氮富集有机物、和从北京周边输送过来的氧化型有机颗粒物），在大量二氧化硫和氮氧化物的作用下发生反应，向二次有机气溶胶转化，产生更加具毒性的细颗粒污染物。它们是上世纪中期美国南加州光化学烟雾的主要成分。这些污染物都和人类的生产和生活活动息息相关。对北京PM2.5排放源分析发现燃煤、机动车为最主要来源。北京年平均PM2.5排放中，燃煤占26%，机动车19%，餐饮11%，工业10%。1月的强霾中，北京机动车排放贡献最大，占25%，其次为燃煤19%和外来输送19%；京津冀地区的主要污染来源则是燃煤34%、机动车16%和工业15%。此外，河北和天津地区的燃煤、化工、重金属冶炼都是重金属污染的来源。北京城市大量的机动车排放是造成NOx大气浓度上升的原因，也是硝酸盐同步上升的原因之一。白天NO2浓度出现高值，并同步出现硝酸盐浓度高值，但北京机动车NOx排放造成的危害远非生成了无机硝酸盐，更可怕的是生成了大量的含氮有机颗粒物。白天生成的硝酸盐夜间在高浓度SO2和硫酸盐的作用下向致癌物亚硝酸盐转化。5.1强霾地区有天气条件、周边沙尘、局地排放、大气环流等主要成因天气原因主要包括静风稳定天气加上高湿、混合层薄、逆温强度大等气象条件。受低压辐合或均压场的影响，天气系统较弱，近地面大气稳定，风速较小，并以弱偏南风为主，湿度较大，且逆温层厚度大（500m-1km）、强度强（逆温温差5~10℃），进一步阻碍了空气对流，导致区域和局地排放的污染物迅速累积，空气污染严重。近周边沙尘区域输送，近周边的沙尘层引发污染，输送至本区域，与本区域的污染大陆性气溶胶混合，加重污染。局地排放，包括：一是大量机动车排放造成硝酸盐上升；二是周边输送来的燃煤SO2排放造成硫酸盐上升；三是光化学产物、局地烹饪、汽车尾气等造成的挥发性有机物转化为二次有机气溶胶。大气纬向环流和气候变化导致的北半球平流层升温，使污染物向北半球中纬度区域聚拢，使中国区域大气污染程度加剧。5.2中国雾霾成因有季节性变化在春季，远程沙尘输送、局地扬尘、城市酸性气体和空气中较多的水分也会方便霾的形成。在夏季，高温、高辐射气候加上高湿天气会促进污染物的光化学反映和吸湿性增长。在秋季，白天强烈辐射和高温会加速光化学气粒转化，而早晚低温和高湿在稳定的天气系统中容易导致霾污染事件。在冬季，北方的采暖加上稳定的大气边界层结构和较低的混合层高度很容易导致雾霾现象。

5.3中国雾霾污染的严重性中国的雾霾污染比伦敦雾霾事件和洛杉矶光化学烟雾事件更为复杂和严重。2013年1月京津冀共计发生五次强霾污染过程。北京共计22天PM2.5超过国家2016年二级标准（75μg/m3），27天超过国家一级标准，只有4天晴好天气（日均值35μg/m3）。PM2.5小时最高值达到680μg/m3。天津共计21天PM2.5超过国家2016年二级标准，只有5天晴好天气。石家庄共计26天PM2.5超过国家2016年二级标准，只有1天晴好天气，两个城市PM2.5小时最高值超过690和1000μg/m3。京津冀背景地区兴隆的PM2.5共计6天超过国家2016年二级标准,北京及京津冀空气污染形势十分严峻。长三角及珠三角空气污染形势同样十分严峻。太行山东麓、燕山北麓的京津冀区域最为严重。以产业结构和能源结构甚至在全球都领先的北京为例，北京地区的雾霾情况远比1952年的伦敦雾霾事件、美国四五十年代洛杉矶光化学烟雾事件复杂和严重。北京地区空气中每立方米中有近20毫克气固体污染物，1952年的伦敦每平方米也只有四毫克，如此算来，北京地区750平方公里，高度300米的大气范围大约有4000吨污染物。洛杉矶光化学烟雾中主要是汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮（NO2）排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，原有的化学链遭到破坏，形成新的含剧毒的光化学烟雾,主要是以臭氧为代表。北京现在具有类似的情况。此外中国还大范围存在沙尘暴，而沙尘的存在又会加剧雾霾过程的化学反应。通过对2015年10月15日至2016年10月15日间全国城市的“雾霾”天气监测，列出全国雾霾最严重的10座城市，其中河北省衡水、保定、石家庄、遵化等4座城市“上榜”。而通过对各个城市的雾霾时长监控，作为全国雾霾最严重的城市衡水、保定，雾霾天气竟达半年以上。高居“榜首”的衡水，雾霾持续时间竟然长达209天，全年近60%的时间被“雾霾”笼罩。2016年新年伊始，雾霾就在全国多地“上线”，北起辽宁，南至四川，西达新疆，东到山东，2016年雾霾不仅来得“早”，且覆盖范围呈蔓延扩大趋势。5.4局地排放和周边输送增加了大气污染物控制和治理的难度，不可能单独治理雾霾问题以北京大气灰霾溯源为例，北京PM2.5大约30~40%来自原始排放，20~30%来自大气中的光化学转化，30~40%来自区域输送。北京治霾要“三分之一靠天气，三分之一靠自己，三分之一靠周边”。北京本地排放主要包括大量机动车排放造成的硝酸盐、光化学作用产物、局地烹饪和汽车尾气等排放的挥发性有机物转化为二次有机气溶胶。而280m高空的SO2浓度远远高于8m的浓度分析表明，北京SO2来源于周边燃煤排放带来的硫酸盐输送。局部区域气候条件分析，北京城区大量污染物通过低空气团来自于东南方向的近距离输送。京津冀近周边的沙尘层输送至北京，与本地的污染性气溶胶混合后加重污染。因此，北京市虽然能努力降低自身大气污染物的排放，却无法解决周边污染物排放与传输。对北京雾霾有直接重大影响的除了本地的汽车尾气之外，还有天津的工业废气气团和河北的燃煤排放。5.5雾霾问题是中国环境破坏的警世钟今年强霾污染应引起深刻反思，拷问全中国的发展模式。严重的空气和水土污染是中国工业化带来环境破坏的警世钟，环境问题已经成为中国发展的拦路虎。应将此视为伦敦毒雾、日本工业污染、美国洛杉矶光污染事件之后第四次大型环境事件。健康是人的第一权利和生存的第一条件。持续得不到根治的雾霾污染将否定中国改革开放所带来的经济和政治成果。5.6环境修复与治理革命比能源革命更为紧迫十八大提出的推动能源生产与消费革命主要是基于环境可持续发展方面的考虑。能源革命是手段而非目的。在中国，环境修复与治理革命比能源革命更为紧迫。5.7治理雾霾要跳跃式将环境保护上升到道德的高度不能仅依靠行政手段，要提升全民道德水平。应像日本和欧洲一样，将环境保护上升到社会道德高度，让任何破坏环境的人和企业成为谴责与监督的对象。这样的全面参与才能打赢环境治理的战争。6.雾霾的治理之法

纵观全球历史，可以发现雾霾并不是我国的“专属”，几乎所有发达国家在发展过程中，都不可避免地对其生态环境造成一定的污染、破坏。然而，我们也不难发现，这些发达国家都无一例外地成功地治理了污染，有些甚至成为了绿色生态的环保国度。我国正在朝着发达国家的大道迈进，经济高速发展，必然也会遭遇到类似的问题，这似乎已经成为了历史的必然。因此，我们在思考正确的治霾之法的时候，不妨借鉴其他国家的一些策略，进而制定出一套适合我国国情的治霾的方针与策略。6.1新的国家治理要主抓精细化执法与管理中国经济粗放发展的背后，是制度与管理的粗放。法律的尊严在于执行。同样，再好的制度缺少管理都是空话。中国国家治理不能只讲改革，而是要在改革的基础上，抓好精细化执法与管理。应将环境精细化执法与管理列为与改革开放一样的大事，像抓计划生育一样去落实。6.2不能光依赖行政手段，还要利用经济手段，使减排变得有利可图火电厂的除尘、脱硫、脱硝技术都已成熟，但在煤电价格倒挂使得电厂亏损的情况下，火电厂不具备在环境治理上的投资能力。同样，中国进口原油的品质越来越差而油品在环保方面的要求越来越高，需要对炼厂进行升级改造，而在因国家对成品油价格控制导致炼厂亏损的情况下，炼厂本身也没有能力来投资减排设备。电力与成品油价格改革也应该是雾霾治理的一个重要举措。6.3推行“谁污染谁买单”的政策，加强行政执法同时严格财务监督，做到专款专用，不能把企业污染治理的成本转嫁到百姓身上。在“污染收费”方面，发达国家有很多值得我们参考的经验，譬如，英国伦敦市政府早在2003年就开始对进入市中心的私家车征收“拥堵费”，而这部分收入全部用来改善公共交通。6.4雾霾治理要协同区域生态圈规划，明确联防责任环境保护要以生态圈来做规划，而不能局限于行政圈。环境政策应在全国总量控制的前提下，考虑各地的环境容量、承载能力和可接受成本等因素来区别落实，将全国性的政策地区化。区域之间的联防联控必须要建立在明确的责任基础上，否则无法操作。6.5联防联控，不仅需要区域间联合、城市群间控制，更需要打破行业壁垒需要包括环保部、交通部、气象局、工信部、卫生部、发改委、科技部、大型国有能源公司等在内的国家、省市各级部门平级之间的通力合作，转变目前各自为战的局面，切实做到相关数据充分共享、治理措施共同制定、排污执法协作配合。6.6雾霾可以预警，但治理还要从根本出发爆表型强霾可以通过预测预警、提前关掉污染源避免。但这只是暂时的措施，只能暂时消减排放，雾霾污染的治理需要治本。6.7要从城市治理角度治理雾霾雾霾暴露了城市环境的恶化，要解决有以下措施：促进城市能源清洁化，大力优化能源结构。全面落实煤改气和煤该电，必须用煤的地方要加强污染控制；城市交通减排。交通污染各种治理措施都要上，包括发展天然气汽车和LNG载重卡车，推广城市电动汽车；关注城市周边农村和中小城镇的能源使用与污染排放，加强能源使用的科学性，减少排放。注重城市绿化。由美国、英国、德国和日本的发展经验来看，城市绿化对防治空气污染具有不可忽视的作用。利用植物杀菌、滞尘、吸收有毒气体、调节二氧化碳和氧气比例等特性，可减少城市大气污染，提高城市大气质量。因此，我国在城市建设过程中应重视城市绿化，要提倡多种树、多建绿地。特别是我国目前正在推进城镇化建设，在此过程中，要尽量不破坏生态环境，各地要根据自身所处位置的自然条件、经济条件做出科学可行的绿地规划方案，规划方案应充分注意点(如公园)、线(道路)、面(居住区)绿化相结合，使整个城市绿地成为一个相互连结的系统，以充分发挥绿地的作用。6.8煤炭领域的排放尤其要控制煤炭曾是中国能源的立命之本，现在已经成为环境污染的首要根源。能源消费总量控制要重点考虑煤炭消费总量控制和减排。煤炭不可能彻底清洁燃烧，但可以大幅度降低污染物的排放。措施包括：要将煤炭消费总量和区域的环境承载能力结合，加强煤炭的清洁化利用。在发电和非发电两个领域控制煤炭燃烧的污染物排放，加强全过程管理。煤炭行业本身的开采、洗选、运输、销售过程排放很少，排放主要来自4个下游行业（钢铁、发电、建材和化工），一般工业锅炉和民用。燃煤电厂的减排技术已经成熟，关键是抓投资、抓落实。然而，只抓电力，不抓其他近50%的非发电用煤是不管用的。集中式发电好管，其他行业的分散污染源难管。对这些污染源，环保部门应加强投入实习全过程监管。火电行业的脱硫、脱硝、脱汞投资巨大，应有合适的电价给予补偿。改变传统思路和部署，鼓励南方地区从国外进口煤炭，避免长距离运输。同时要加强进口煤含硫量监管，制定准入标准。6.9大力发展天然气天然气是改善中国能源结