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雾霾笼罩下的烟雾箱

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  贺泓研究小组目前刚刚建成一个30立方米的烟雾箱,他设想建造的造价5亿元的烟雾箱实际上不止一个烟雾箱,由室内、室外多个烟雾箱组成,还包括一个引入真实空气进行研究的超级观测站。
  通过烟雾箱研究他们已经有了一些研究结论。贺泓举了个例子,氮氧化物和二氧化硫是最大的气态污染物,单独的二氧化硫转化成硫酸盐是一个很慢的过程,比如大气中的矿尘大部分转化为亚硫酸盐就停止反应了,但是他们发现如果氮氧化物和二氧化硫同时存在,过程就不一样了,氮氧化物会促进二氧化硫向硫酸盐转化。于是他做了一个实验,在密闭的空间中,没有氧气,以氮气为背景,二氧化硫和二氧化氮并不能转化成硫酸盐,而在模拟的空气中二氧化硫可以迅速转化成硫酸盐。“这就提示我们终极氧化剂是氧气,矿尘和氮氧化物起到催化剂的作用。”
  “伦敦烟雾事件时二氧化硫浓度达到毫克级,北京目前是微克级;洛杉矶烟雾事件臭氧浓度远超我们现在的臭氧污染浓度。但是为什么我们的雾霾更频发,更难治理呢?”贺泓说道,“我国的大气污染属于复杂的复合污染,把发达国家不同发展阶段的污染特性集中到同一个时期,在这种情况下,氧化性增强,雾霾频发,更加难以治理。”

PM2.5溯源


  清华大学环境学院贺克斌教授说:“大气化学研究有三大方法学,排放清单、外场观测、实验室和数字模拟。”实验室模拟最典型的是烟雾箱,外场观测也必不可缺,这二者研究的数据能帮助他建立大气污染排放清单。
  贺克斌一直在给大气污染源列清单。“只有知道了污染物有哪些,才能为制定有效的治理措施提供科学依据。但是列这样一个清单太难了,不仅面临着技术性问题,更因为中国有世界上最复杂的排放源。”据他介绍,在美国、欧盟等发达国家,落后产能已经被淘汰,监测具有针对性,但在我国,最先进的工艺与落后工艺同时存在,给监测增添了很多问题。同时,我们国家技术更新的速度很快、土地利用的时空变化也很快,这些因素都导致排放清单无法及时更新。
  经过十几年的科学研究积累,科学家逐步形成了一些基本认识。第一,代表二次颗粒物的化学成分在PM2.5中所占比例逐年增长;第二,重污染时段二次颗粒物的成分比例非常高。比如去年1月13日前后,极高浓度的PM2.5中二次颗粒物来源超过80%。“我们面临的污染现象是一个典型的复合型的污染。”贺克斌说。
为应对严重的雾霾天气,北京顺义国际学校建起了加装独立空气过滤系统的运动馆

  过去十几年中排放清单已经支撑了一些短期空气质量改善,比如奥运会、亚运会、世博会等时段。以奥运会为例,2006年中国为奥运会做排放清单,清华大学、北京大学、中国科学院等单位合作,鉴别出北京地区80%的二氧化硫来自山东、河北和天津。“一开始是打算针对华北五省进行治理,最后又纳入山东。”贺克斌说。在2008年奥运会期间,50%左右的大幅度减排,使得奥运会时空气质量达到奥委会要求。
  “科学界对京津冀地区污染源的认识没有太大争议,普遍认为燃煤、机动车和扬尘是三大污染源。”“大气灰霾追因与控制”专项组之“大气灰霾溯源”外场观测项目组负责人王跃思研究员说,他一直根据外场观测在做污染源解析的工作,“只是不同地区污染源稍有差异,比如北京机动车污染是第一位的,到了河北工业燃煤污染是第一位的。北京大气污染第二位是燃煤,但是不见得完全是北京的燃煤,受周边的影响很大”。
  “污染源除了具有地区差异,时间上也有差异。天气好的时候,来自燃煤的污染源是第一位的;如果没有风,机动车污染就上升到第一位。重霾污染时段二者的污染成分占70%以上。”根据王跃思提供的数据,北京在2013年1月和2014年2月的雾霾污染事件中,PM2.5在重污染时段的主要来源为机动车、燃煤、工业和扬尘,分别约占42%、28%、13%和12%;而在清洁时段,燃煤占45%,机动车仅占13%。
  “污染源是变化的,源解析具有不确定性,只能搞准大方向。即便目前是准的,明年可能就不一样了。”
  “一个强大污染来的时候,我们应该做什么?目前有效的应急措施主要针对燃煤和机动车。我们首先应该减少周边的煤,控制本地机动车数量。但是从长远看,还要做许多其他工作。京津冀鲁燃煤量占了全国的22%,全球的11%;生产的钢铁占了全国的25%,全球的15%。这么大一个燃烧量,我们京津冀鲁的面积才占全球陆地面积的0.3%不到。这么小的面积烧了全球11%的煤,我们不是个烟囱是什么?气象卫星遥感监测显示我们这一块总是红的,你们不用奇怪,它就是一个红的。”(注:红色表示大气污染强度特别严重的区域)
  “我们觉得高铁和动车快捷方便,它们都烧电,但是电从哪里来?车从哪里来的?修建铁路要先铺设水泥路基、钢铁轨道,车是铁皮做的,都需要燃煤。说来说去,交通问题也回到燃煤,燃煤是个大问题。”
  “车也不是不能开,但堵车时污染物的排放量是平时的5~10倍;油的质量也不好,去年1月份我们发现大气中有不明含氮化合物,我们用几个月时间在京津冀采了几百个样本,从中发现苯胺类物质。苯胺类物质是什么?是上世纪三四十年代欧洲就已经废弃的东西。”王跃思说。
  有数字显示,北京的大气灰霾治理相比一年前已有成效。观测数据表明,2014年2月霾污染过程与2013年1月相比,相同气象条件下,PM2.5降低了11%。可以说,北京及周边在本次污染过程采取的应急措施和为空气质量达标所采取的长效环保措施已经显示出效果。但为什么公众直观感觉雾霾依然非常严重,大气能见度没有明显提升?
  “如此高的污染物浓度,少量增加或减少对感官能见度几乎没有影响。PM2.5和能见度之间的关系存在一个阈值,100微克/立方米的PM2.5能见度就是2公里左右。PM2.5到75微克/立方米能见度5公里,35微克/立方米能见度10公里,10微克/立方米能见度30公里。只有大气PM2.5浓度下降到100微克/立方米以下,才会显示出明显的效果。”
  “2017年也许我们的污染物能达到70微克/立方米。”王跃思说。中国科学院在全国建立了一个由40个站(点)组成的大气质量联合观测网,来观测中国大气气溶胶的化学成分,覆盖京津冀、珠三角、长三角等重点区域。“目前污染细粒子主要在中国中东部地区,从西到东,从南到北污染越来越严重,在京津冀地区达到一个高值。我们在城市关注细粒子,但是在其他广大地区,粗粒子的影响还是很大的。我们对粗细粒子做了全谱分析,以便支持回答我国2017年之后还要做些什么。”

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分类:12期 | 标签: | 8 views