大气污染对北京2022冬奥会环境质量的影响分析

发表时间：2021-06-04 　　来源：http://www.binhuanyuan.com/news_article?news_id=107

      从2020年入秋到2021年三月份，我国华北地区先后发生17次大范围雾霾，包括2021年除夕和“两会”期间华北地区发生的重度雾霾。北京冬奥会、冬残奥会将于 2022 年2-3月在北京、张家口两地举办，其时间正是华北冬季采暖期，重污染天气频发时段。今年2，3月份，北京地区空气质量指标（AQI）上被列为轻度污染以上的天数就达 9天和 20天，由于AQI并不能完全代表实际雾霾情况，从居民的感觉上看，这两个月一多半时间处于明显雾霾状态。

      2008年的“奥运蓝”给人留下深刻印象，其主要措施是北京周边地区大范围停工限产。 能否象2008年那样通过临时性大范围停工限产措施来实现2022 “冬奥蓝”？ 从目前情况看来也难以做到。

       首先，2008 “奥运会” 是在当年8月份举行，而 2022“冬奥会”是在 2，3月份举行，2，3月份比8月份更容易产生雾霾。二，现在的污染物和污染形成的方式不同，2008年大气主要污染物是传统污染物（硫硝尘），而且当时工业水汽排放量远没有现在大，直接排放是大气污染的主因，可以通过停工限产来改善大气环境质量；目前传统污染物已经大幅下降，对雾霾产生影响的主要是非传统污染物（可凝结污染物，氨和 VOCs)，当前工业水汽排放量也已远超 2008年，现在的大气污染虽然仍和直接排放相关，但重霾天的形成是在不利大气扩散条件下，由残留的传统污染物，可凝结颗粒物，氨，VOCs和水汽在大气中二次化合而成。

      目前在华北地区，秋冬季停工限产已是常态，但对大气污染的改善很有限。2020年春节疫情期间是一个好的实验，绝大部分生产，生活处于停顿状态，只有电厂，供热锅炉和少数重工业在运转，雾霾仍然频繁而至，而明年“冬奥会”期间，电厂，供热锅炉和少数重工业仍然不能关停，其它如餐饮，交通的暂停不可能达到疫情期间的程度，因此大范围雾霾卷土重来是大概率事件。

      IFCE 的专家注意到，中国的雾霾暴发是从 2013年大面积实施 “湿法脱硫”开始。目前电厂和工业锅炉治理二氧化硫而广泛采取的“湿法脱硫”工艺，是从欧洲、日本引进的，但在我国应用中去除了一个重要装置——烟气升温器，导致脱硫后烟气低温、低空，高湿排放，在烟囱上方形成大量的“白色烟羽”，其中含有大量可凝结颗粒物CPM和水汽，哈尔滨工业大学实验室测出脱硫后细颗粒物的数量是脱硫前的400 倍！根据北京，上海环境科研机构的实地监测，实现超低排放的电厂排出的白色烟羽中，有平均13.93毫克/立方米的CPM，而CPM没有在目前的颗粒物检测和控制指标中 （颗粒物超低标准是 10毫克，不包括CPM）。这些天量（每立方厘米粒数以千万计）的超细颗粒物，随烟囱的白色烟羽进入大气中，在大气湿度的影响下，凝并长大，变成了PM2.5。

 

湿法脱硫后烟气低温、低空，高湿排放

 

      2015年后的超低排放的实施，在一定程度上削减了白色烟羽的影响，但没有从根本上解决问题。 而超低脱硝（控制氮氧化物）的实施， 却带来另一个问题-大气中的氨含量升高。目前的主流脱硝技术，是用氨作为还原剂。为了达到远高于欧美的超低控制指标，燃煤企业大量喷氨，仅电力系统就有每年超过 130万吨的氨排放到大气中，随着超低标准推广到非电行业，氨排放更是失去控制！氨是气态污染物形成 PM2.5的前提条件，这些氨与硝酸或硫酸等气体发生反应，形成硫酸盐、硝酸盐，氨盐等，大大增加了大气中PM2.5浓度。

      传统的观点认为农业和畜牧业是氨排放的主要来源，但中国科学院大气物理研究所新的研究发现，在城市地区，非农业（包括电力，工业，废物，和机动车）的氨排放已占 66%，“华北是我国氨气的‘热点区’，浓度异常高，空间覆盖范围广”。农业用氨几十年来相对稳定，燃煤、燃气锅炉超低脱硝造成的氨排放是大气中氨含量增加的主要原因。中英科学家团队共同研究了北京空气污染状况及其对人类健康的影响，并于今年2月发表了报告，指出“削减氨气排放可以显著降低北京市PM2.5浓度”。

      大量工业水汽的排放是雾霾形成和暴发的另一个关键因素，目前被忽视。在全国范围内，湿法脱硫后的“白色烟羽”排入天空的水汽量约为20亿吨，冷却塔排放水量约为54亿吨，加上非电行业和天然气使用，工业水汽排放总量每年在150亿吨左右，这些水汽在北方城市地区冬季，能推高20%左右的相对湿度，导致PM2.5升高。同时这些水汽（同时含有热量）和夹带的细颗粒物集中在城市周边排放，使得局部的云层增厚，由于湿态水溶性离子颗粒物的消光作用，大气边界层阻挡太阳光线照射至地面，地表温度低，形成逆温环境，同时这些工业水汽都带有热度，高于环境温度，在高空遇冷冷凝，释放出热量，使高空的气温升高，也有助于逆温天气的形成。高湿、静稳、逆温使得大气扩散条件恶化，放大和加剧了雾霾。

     北京每天用于采暖的天然气量超过1亿立方米，向大气中释放的水汽量超过16万吨。在静稳，逆温环境下，这些水汽释放到北京市城市主城区1 000 km2、高度200 m范围内的大气中，每立方米空气中每天将增加水汽0.75 g，对北京地区空气的相对湿度产生较大影响，因而加剧雾霾。

      这些雾霾暴发和久治不愈的原因，已在中国讨论多时，但环境主管部门没有重视，更没有采取的措施来解决。即使2018年11个省市出台地方条例，要求治理“白色烟羽”， 也被环保部叫停！负责大气治理的官员，是当年容许取消烟气升温器的相关人员，不愿纠正失误，而采取抵制态度。具有话语权的主流专家一部分是当年引进 “湿法脱硫”工艺并赞成取消烟气升温器的，也不愿面对现实，反而打压不同意见，导致民间 “谈白色变”，大家都回避这个话题，而另一些专家则知识相对老化，理论脱离实际，依靠数字模型，不了解工艺过程，得出的结论和实际不符。在总理基金支持的“大气重污染成因与治理攻关项目”，由于这些专家的把持，没有任何课题研究“白色烟羽”，工业氨排放和水汽的影响，因此五亿的研究经费花完了，对雾霾治理却没有取到实际的帮助。强势部门电力系统，为了维护部门利益，更是抵制超低排放以外的任何深度治理措施，部门内的专家还不断发文辩解，混淆视听。

      那么，如何在半年左右的时间内，采取一些措施来减缓明年冬奥期间的环境压力？根据这几年治理的经验，治理“白色烟羽”成本低，效果好的方法是余热回收利用，通过余热回收，企业能实现治污，节水，减碳和增收多重效益，也是发改委一致在鼓励的，有现成的技术和补贴经费，只是没有强制性要求。对京津冀地区的燃煤，燃气电厂和非电企业烟气采取余热，水汽回收，就能解决主要问题。至于减少大气中的氨含量，将脱硝标准退回到超低以前，企业就能少使用很多氨，氨含量自然就降下来了。但这些简单的措施，在官员保面子，专家保权威，部门保利益的环境下，却难以实施。2020 冬奥会中国会拿很多奖牌，但雾霾的如期而至可能使冬奥会由于大气环境问题陷于困境。

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天津滨环院

罗氏脱硝技术核心为低温催化材料，商品名KLoxTM系列。用于本工作的催化剂为KLox-2，压片材料成型为类球形，直径约4cm，也可能成型为直径4-6mm的挤条材料。在广泛的温度范围(室温至300℃）下即可以将氮氧化物转化为无害的物质，较好地达到排放要求。与传统脱硝装置（SCR或SNCR）相比，KLox低温无氨脱硝装置具有如下优点：

一、投资成本低：

由于不需要储运及喷注氨气或氨水，且在低温区运行，因而装置简单，投资成本降低；

二、运行成本低：

由于不需要喷氨，且无需额外的动力或其他能源，运行维护费用较低；

三、无安全生产隐患：

由于不需要氨，杜绝了运输及运行过程中氨逃逸，催化剂无毒，无安全生产隐患；

四、脱硝效率高且可调：

脱硝效率可调，可以按照客户要求设定脱硝效率。如果需要，甚至可以资源化利用NOx。