侯丙林：雾霾由水蒸气和颗粒物共同组成 | 大气污染治理对策第二次座谈会记要

发表时间：2020-12-22 　　来源：http://www.binhuanyuan.com/news_article?news_id=64

      摘要：新雾霾理论认为雾霾是由水蒸气和颗粒物共同组成的。雾霾形成的机理是：当空气湿度超过50%，水蒸汽在空气中形成水蒸汽气溶胶，水分子包围、俘获、浸润、胀大污染物颗粒变为雾霾颗粒，雾霾颗粒的增多就形成轻重程度不同的雾霾。
      治理雾霾的方法应该因地制宜，湿度大的南方地区只有减少污染物排放一条路；干燥的北方地区治理水蒸汽排放比单纯治理颗粒物更加有效。
      我讲的题目是“雾霾是怎样形成的？”

      首先弄清四个基本概念：什么是霾？什么是雾？什么是雾霾？什么是气溶胶？讲一讲气溶胶。搞清楚气溶胶就搞清楚了雾霾是怎么形成的。
      这里讲的不是书本上和实验室里的气溶胶，是充满一个大面积区域的气溶胶。气溶胶必须具备三个条件：必须是气体；气体分子之间必须有吸引力，能够形成胶状气团（像云朵和雾团）；必须有一定的量。

      谁才能够形成气溶胶呢？固体、粉尘不是气体，不能算气溶胶；空气里的氧气和氮气量够，但不是气溶胶；水蒸气是有资格形成气溶胶的气体。因为水分子之间有引力，液态水形成张力可以流动，气态水形成内聚力可以在空气中成团漂浮（例如，云和雾）。但是，量不够同样不能形成气溶胶。如果空气湿度低于50%，水蒸汽数量不够，水分子之间距离较大，水分子之间的吸引力不足以形成内聚力，仍然不是气溶胶。只有空气湿度达到50%以上时，水蒸汽浓度增大，水分子之间距离变小，水分子之间的吸引力才能形成内聚力，才能在空气中形成水蒸汽气溶胶。雾霾是混入颗粒物杂质的气溶胶，所以说，只有弄清楚了什么是“气溶胶”，才能弄清雾霾的组成。

下面谈谈雾和雾霾的区别。
      它们的共同点是，雾和雾霾都是水蒸汽气溶胶。雾是水蒸汽气溶胶，大家没有异议。但是，到目前为止雾霾是水蒸汽气溶胶的说法并不被传统雾霾理论承认。
      我打一个比喻，当你来到一个海港，看到海面上停满大大小小的轮船，你能说大海是由轮船组成的吗？不能。谁都知道海水才是大海的主体。同样，当你看到漂浮在雾霾气溶胶中的雾霾颗粒，你能说水蒸汽不是雾霾的基质和主体吗？
雾和雾霾的区别是水蒸汽的量不同。雾是饱和水蒸汽气溶胶；雾霾是不饱和水蒸汽气溶胶。
第二个区别是漂浮在水蒸汽气溶胶中的颗粒物不同。雾中漂浮的是纯净的小水滴；雾霾中漂浮的是被水蒸气泡胀了的污染物颗粒。
      第三个区别是看是否有边界。雾有边界（见左边照片）；雾霾没有边界（见右边照片）。因为杂质破坏了水分子之间的吸引力，内聚力减弱，雾霾在空气中只能以弥漫状态存在，没有明显的边界，只有过度层（上下）或水平过度段。
下边讲一讲两种雾霾理论。
      传统理论认为雾霾纯粹由各种污染物颗粒组成。（简称“颗粒说”雾霾理论）新理论认为雾霾是由水蒸气和颗粒物共同组成的，水蒸气是雾霾气溶胶的基质和溶剂，是雾霾发生的决定因素，污染物颗粒是决定雾霾轻重程度的必要因素。(简称“水汽说”雾霾理论)，传统“颗粒说”雾霾理论，只治理污染物排放，不治理水蒸汽排放。例如，2010年之后在工业比较集中的华北地区大力推广湿法脱硫和煤改气。忽视水蒸汽是发生雾霾的决定因素。
      为什么“颗粒说”传统理论忽视水蒸汽是雾霾形成的决定因素呢？这要从上世纪五十年代说起。严重污染造成严重雾霾的英国伦敦和美国洛杉矶的光化学烟雾，分别在几天之内死了数千人，引起社会震惊和科学家的很大关注。科学家看到的是滚滚黑烟中的污染物颗粒和光化学烟雾中刺鼻的有机气体，忽视了常年亲密接触的看不见摸不着的水蒸汽这个隐性因素。由于发生雾霾的都是湿度大的海滨或沿海城市，我国2005年发生雾霾的广州市也是临海城市。
      为什么2010年之前我国的北方地区很少发生雾霾？
      这是因为北方地区是大陆性气候，终年少雨干燥，空气湿度很低，不能形成水蒸汽气溶胶，污染物颗粒只能形成黑烟（烟霾）和尘霾，可以水平和垂直自由扩散。
      为什么2010年后，我国北方地区污染减少反而雾霾频发呢？

      这就是我说的“颗粒说”传统理论的治理措施“水土不服”。湿法脱硫，煤改气……等西方治理措施拿到中国南方特别有效，照搬到干燥的北方来就不管用。为什么？因为这些治理措施次生了大量水蒸汽，改变了我国北方地区干燥的原生态。仅湿法脱硫一项全国每年排放30亿吨水蒸汽。北京市2018年全年耗天然气180亿m³，采暖季平均每天使用1.1亿m³天然气，高峰期每天1.3亿m³。每燃烧1m³天然气产生的1.577公斤水蒸气。1.1亿m³天然气，每昼夜排放17.347万吨水蒸汽。北京市六环以内面积是2267平方公里，高度分别按100米、200米、300米计算容积空间，我制作了下表来找出水蒸汽排放对北京地区气候的影响。（按0℃时空气饱和湿度的绝对含水量4.8g/m³计算）

      如果我们将北京周围热电厂凉水塔和脱硫塔等其它人为排放的水蒸汽全部回收，就能使环境湿度降到35%以下，即使气温从0℃降到-5℃也不会发生雾霾。
      为什么疫情期间仍发生连续性雾霾？就是因为疫情期间正赶上冬季，虽然污染减少了，可水蒸汽排放一点也没有减少，遇到不利扩散的天气条件，污染就会积累发生轻到重度雾霾。
      传统雾霾理论指导下北方地区雾霾久治不愈。
      请看从我五年记录的北京地区数据中摘出2016年、2017年、2020年三年，每年8、9、10、11月4个月的空气质量和雾霾发生天数做成表格进行对比。（见下表）

      从对比表中可以看出，污染减轻了，雾霾天数减少了。2017年比2016年同期环比雾霾减少了22.2%，但是2017年到2020年三年雾霾只减少了31.3%。充分说明，虽然污染排放措施几乎做到了极限（低指标、错峰、限产、停产、搬迁……），雾霾并没有消除。

      不但中国十年治理污染没有消除北方地区的雾霾，西方治理了70年污染也仍然没有消除雾霾。请看2017-01-23 Liverange 英国大家谈发表一篇“罕见重度雾霾突袭全欧！英法沦陷！污染将持续至周四”
      以上事实不得不引起我们反思，传统雾霾理论是否完全正确？传统治理污染排放的措施是否准确、有效？雾霾的源头究竟在哪里？
      “水汽说”雾霾新理论怎样解释“雾霾形成的机理”？
      2017年在政府工作报告讨论会上，李克强总理跟西安周卫健院士谈话时指出：“要坚持打好蓝天保卫战，加强对雾霾形成机理的研究，提高应对的科学性、准确性”。
      信奉传统“颗粒说”雾霾理论的科学家论动员2000多名科技工作者，花巨资毫时三年没有回答出总理的世纪之问，只是总结出雾霾依然发生的原因是“污染超出容量50%”。
     “水汽说”雾霾新理论首先提出，雾霾由水蒸汽和污染物颗粒共同组成，水蒸汽气溶胶是雾霾的基质和溶剂，是雾霾发生的前提条件和决定因素，空气湿度50%是发生雾霾的临界线。（在我5年1800天的大数据中没有一天例外）
      雾霾的形成机理：当空气相对湿度超过50%，水蒸汽在空气中形成水蒸汽气溶胶，水分子包围、俘获、浸润、胀大污染物颗粒变为雾霾颗粒，雾霾颗粒的增多就形成轻重程度不同的雾霾。
      雾霾的消散过程是，当空气相对湿度下降到50%以下，空气中的水蒸汽气溶胶消退，雾霾颗粒中的水分蒸发后瘦身并重新变回不可见的污染物颗粒，空气中不存在影响视线的大颗粒物，雾霾消失。
      新雾霾理论应该怎样治理雾霾？
      科学、准确治理雾霾的措施是“因地制宜”，我国湿度大的南方地区只有治理污染物排放一条路；干燥的北方地区治理水蒸汽排放比治理污染排放更加有效。
      人为排放的水蒸气有哪些？
      烟囱排放的水蒸汽，特别是烧天然气的烟囱。湿法脱硫。钢铁厂的钢渣淬化、铁渣淬化。第四、钢铁厂、化工厂、热电厂、水泥厂的晾水池和空冷塔、凉水塔。第五、街道洒水车、喷水车、喷雾车。人为排放的水蒸汽可以回收吗？有哪些成功的经验？
人为排放的水蒸汽完全可以回收。参加本次会议的刘晨专家就使用吸收式热泵回收多家热电厂冷却水余热，使用喷淋技术回收烟气中水蒸汽的冷凝热。李崇兴专家就成功的使用空气源热泵技术实现了锅炉烟囱水蒸汽的全回收。我本人参加的包钢6号高炉淬渣蒸汽和高温冲渣水余热回收以及钢渣焖渣坑散蒸汽的回收工程都已经成功运行多年。
      水蒸汽回收有哪些综合效益？消除雾霾。形成雾霾的决定因素抽掉了，雾霾自然就没有了。减少温室效应。余热利用。（我曾经测算过500万吨的钢铁厂，它回收的水蒸汽余热和循环冷却水余热完全够一个县级市供暖、供热。效益显著，回收期不超过5年。）第四、冷凝水利用，节约大量的水资源。第五、回收水蒸汽冷凝热是100%的减碳措施，余热利用是零碳零排放。
      附注：为使未来五年的大气污染治理更加有效，中国绿发会国际环境专项基金分析了近年来大气污染治理的得失，试图找出大气污染治理的短板，并直面当前雾霾治理领域的争议和分歧，希望在“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。基于这一目的，于11月24日在京组织召开了“大气污染准确治理（第二次）座谈会”。上述内容为与会专家发言整理系列分享，欢迎社会各界共同关注、讨论。

以上内容来源：中国绿发会 2020.11.24

滨环研究院观点：
回收烟气中的水蒸气，从经济角度不合适，成本太高，天津滨环院开发的罗氏干法烟气处理技术，不需要水，可以从源头上避免水汽的排放。
罗氏干法脱硫技术、罗氏干法低温无氨脱硝技术、罗氏干法脱硫脱硝一体化技术、垃圾焚烧尾气处理技术、VOCs烟气处理技术等全套烟气处理技术，可以实现超低排放、不排放水汽、不需要消白、不用氨气、不用尿素、不排放可凝性盐类，是治理大气污染的技术方向，可以做到减少雾霾。
脱硫脱硝一体化技术投资成本低，由于设备可以共用、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，投资成本低。
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；相比SDS小苏打干法脱硫，药剂成本低，设备可靠性高。
无安全生产隐患，由于不需要氨，防止了运输及运行过程中氨逃逸，催化剂无毒，无安全生产隐患。
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。