雾霾 找对办法就不难 ——一个化工专家对雾霾的浅见

摘要：“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。

跳出环保的框框，换个角度探讨雾霾的形成机理，分析现有治理技术的实际效果，参考西方发达国家雾霾治理的历史经验，以一个化工专家的身份谈些浅见，一个非环保的思路！

雾霾治理的最大难度不是这个问题的本身，关键在于人心。要想找对办法，必须从人心深处去研究，改变一切向钱看的唯利是图，让人心的雾霾首先消散，才能有现实雾霾的彻底消散！

文中有三点建议，如果能真正落实的话，最保守估计，雾霾天气三年减少50%，五年减少三分之二将会成为实际效果。

多年实践与思考，一天成稿，仓促中不周之处，敬请批评指正。更希望能收藏此文，在3年后、5年后、10年后的诸多时间段可以来检验相关观点。

实践是检验真理的唯一标准！

正文：

雾霾，找对办法就不难——一个化工专家对雾霾的浅见

这段时间关于雾霾的各种文章、段子铺天盖地，还有各种怀疑和建议。作为一个2006年被评为江苏省有突出贡献的中青年专家，希望能将实践与思考的浅见贡献给雾霾治理的大业，敬请批评指正。

一、西方发达国家雾霾治理的历史经验：

雾霾问题，西方发达国家也经历过，如美国的洛杉矶，英国的伦敦，法国的巴黎，日本的东部沿海工业带以及德国的鲁尔工业区。为治理大气污染问题，采取了一系列举措：

（一）立法保障大气污染治理

（二）制定针对大气污染治理的战略和计划

（三）针对主要污染源分类实施综合治理

（四）实施分阶段、跨区域的治理政策措施

（五）引入市场机制，以市场手段减少污染物排放

同时在治理雾霾等大气污染的过程中均十分重视科学技术的作用，充分利用科技手段控制污染源，加强对污染的监测。

总的来说，西方发达国家1940年代开始雾霾，1990年代后基本消除了雾霾，其历史经验值得学习和思考（作者不谈虚的，请不要立即拍砖，至少在全部看完后再拍砖）：

首先西方国家的雾霾治理历程50年。注意一下治理好的时间点；1990年代，当时中国的改革开放已经10多年了，几乎所有污染大的产业都从西方发达国家转移出去了，有心的话可以查到大量的数据，不想看50年的数据对比的话，还有个简单办法，看现在各地的美丽照片，不管冒不冒烟，数一数还有多少根烟囱？再简单举个例子，1991年之后没有再响起雾霾警报的德国，现在的钢产量是4000万吨左右，而且基本上没有铁矿石炼铁这部分（炼铁污染比从铁炼钢重10倍以上），直接从铁开始炼钢，而2013年数据显示我国7.8亿吨钢铁，除废钢外几乎全部是从铁矿石开始的。虽然很多人说严格的法律和措施，再加上民众强烈的环保意识，让德国彻底摆脱了雾霾的困扰，是雾霾从德国神奇消失的深层次原因，但是从客观事实来说，污染产业转移出去才是西方发达国家雾霾消除的最关键的因素！

其次，如果西方发达国家能通过技术、措施、法律、行政管理、道德等综合手段来解决雾霾问题，就不需要50年的时间，更不需要进行大量的污染产业转移。

再次，采用西方发达国家都没法真正成功治理雾霾的那些技术，加上一切向钱看的唯利是图，缺乏道德和法律约束，面对排放量是西方发达国家最高峰值数倍强度的客观事实，能治理好雾霾吗？

还有一点，我国能源以煤为主的现实决定了雾霾治理的难度更大，而人口众多的国情，没法复制西方发达国家产业转移的模式。

所以，西方发达国家治理雾霾的历史经验需要多角度思考。

二、我国雾霾治理的现状分析：

实践是检验真理的唯一标准。

雾霾治理的首要难题是排放量过大（现在我国的排放强度已经是德国最高峰值的2-3倍以上，二氧化硫、氮氧化物每年各2000万吨的排放数量级），其次是环保设施运行与监督管理的方面（面广量大，这个问题过于复杂，不谈），第三是现有治理技术与雾霾治理要求的差距较大，有报导称，2016年下半年开始的专项检查中，国家发改委和环保部却发现，被检查的759家燃煤发电企业中，竟然有605家企业在排放方面出了问题，占比接近八成，违法违规企业受到经济制裁金额共计3.28亿元，这么严的督查之下，有环保补贴的众多国企的火电厂超排，这就能说明传统技术难以满足需求，因为国企没有任何违规的主观意图，除了非能力范围内的技术问题。

所以，这里只从治理技术方面讨论。首先简单回顾一下历史：

1，1990年前，所有烟囱冒黑烟时没有雾霾，当然那时排放总量不大…

2，2000年前，烟囱黑烟少了，酸雨问题突出，雾霾还没有…

3，2010年前，脱硫全部上了，酸雨也没有了，冬天的雾霾有了，但是范围局限于北方，而且至少夏天没有…

4，2010年前后脱硝开始迅速上马，2012年冬天第一次严重雾霾…

5，之后，环保管理越来越严，但是老百姓的感受上看，雾霾好像越来越多了（一年四季都有），范围越来越大了（2016年12月重度雾霾扩大到12个省市71个城市），从警报次数和严重程度上看今年冬天超过去年冬天，也超过以前年份，特别值得注意的是河北调度令很多行业停产45天和环保部严格督查的背景。

延伸阅读：

人民日报七问雾霾：什么时候才能一直呼吸到洁净空气？

从上面的回顾可以发现，雾霾是意料之外的产物。

客观上，这么多年一直在努力，从环保层面看，粉尘、二氧化硫、氮氧化物的空气中含量每年都有很大比例的下降，但是环保数据和老百姓的感受不一致。并不是说谁错了，只能说雾霾天气的感受与某些污染物下降数据没有直接的线性关系，雾霾是不利气象条件下的复杂的化学、物理、生物学过程，并不是某些污染物下降就会减少雾霾的。

为了说明现有治理技术存在的不利影响，简单引用两个研究：

1、清华大学贺克斌院士和德国马克斯˙普朗克化学研究所的程雅芳教授等人在最近一期美国《科学进展》杂志上报告说，随着PM2.5污染程度上升，硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。他们发现，在北京及华北地区雾霾期间，硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”，在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。此外，北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地，呈现出特有的偏中性环境，而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。这一分析将雾霾源直接指向了电厂的烟囱，因为经过脱硫脱硝的烟气同时满足了三个条件：颗粒物结合水、氨（脱硝逃逸）和矿物粉尘（细煤灰和残留石灰）。

2、上海交通大学的缪正清教授最近三年发表了四篇论文，认为脱硫脱硝导致雾霾加剧证据确凿。缪教授指出，尽管95%的二氧化硫和氮氧化物被脱硫脱硝工艺转化成硫酸盐和硝酸盐，但在高效转化过程中并没有实现高效收集。因此，脱硫脱硝工艺通过水雾这个媒介，增加了排向大气的硫酸盐和硝酸盐，这些颗粒不仅粒径细，而且数量巨大。他估算出45天干燥时段，据最保守的估计，电厂排放到大气的烟尘和硫酸盐达到134ug/m3。而以前没有经过脱硫脱硝的干烟气，污染物难以持久停留在空气中，对雾霾的贡献估算为8ug/m3。

上述两篇文章仅作引用，并且过于专业，读者可以自行选择自己喜欢的方式。

再引用一篇网上可以查到的报导：

2011年的一次论坛上，陈吉宁曾表示，他曾用“单位土地第二产业增加值”来表征经济增长带来的环境压力，对国内外的分析比对发现，如果没有“十倍”的技术进步的话，那今天所有复制欧洲和美国的治理模式都将很难成功，今后必然会遇到问题。他更预测说，2030年前后依然是中国环境压力阶段。“2030年之前我们想把环境压力减下去很难，这是发展阶段决定的，这是发展过程、人口决定的，这种高的环境压力会持续到2030年甚至2040年……”

从上可见，2011年就有远见卓识！现在看来，我国雾霾治理确实需要“十倍技术进步”！

三、从物质转化与扩散的研究方向探讨雾霾的形成机理：

社会上分析了很多雾霾来源：燃煤、工业（各种烟囱）、汽车、烧烤、秸秆、烹饪等等。

雾霾的形成机理复杂，各种角度的研究很多，国内外文章也很多，不一一列举。

“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，这句诗给出了哲学高度的看问题视角。这里不从环保角度，甚至跳出环保、跳出雾霾，撇开纠葛，只从物质转化方向，以化学角度结合物理学、生物学、气象学的多个角度来看雾霾形成机理：

先简单科普一下：雾霾是指各种源排放的污染物：CO、SO2、NOx、NH3、VOCs、O3、细粉尘等等，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。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。

再强调两个原则：物质转化、物质不灭：

然后从雾霾的物质组成角度分析：

1，雾霾是固体细颗粒和液体细颗粒物的综合体。

2，液体很好理解，主要是水，挥发性有机物（VOC）。

3，固体比较复杂，可以分成三类，第一类：本来就是固体的物质：有工业粉尘（包括烟气粉尘，无组织排放的粉尘），工程施工粉尘，移动源粉尘、道路上因交通形成的粉尘，扬尘，人为烧秸秆垃圾形成的粉尘等，其中包括了微生物。第二类：初时不是固体，后来变成固体的物质，如各种无机盐，硫酸铵类，硝酸铵类，碳酸氢铵类，主要原理是空气中大量存在的氨与二氧化硫，氮氧化物优先成盐，过量的氨与二氧化碳反应形成碳酸氢铵。当然还有少量由矿物质粉尘与二氧化硫、氮氧化物形成的盐类物质。前面这两类都遵循化学与物理的规律，在物质不灭的同时物质转化。重点讲第三类：微生物，空气中的微生物在合适的湿度，温度条件下，大量繁殖，繁殖的营养源就是硫酸铵类，硝酸铵类，硝酸盐类，碳酸氢铵等化肥成份。而空气中的生物学是最难研究的现象，情况复杂而且瞬间万变，如微生物菌种（初次粉尘中携带，可多达几百上千种）不同，各种微生物繁殖的温度不同，湿度不同，对肥料的需求量不同，繁殖速度不同，存在时间不同，微生物代谢的产物不同，微生物的残留不同等诸多因素。微生物的不断繁殖和死亡关系决定了其自然的复杂变化，一般来说，条件合适时微生物很容易繁殖到一个恐怖的数量级，但是因代谢导致的肥料消耗及微生物死亡使相应的固体量不会再继续累加（这能解释雾霾一夜之间突如其来，却会平稳好多天。如果不是微生物，其他物质会每天累加）。上面讲的有点复杂，简单举个例子：理论上，一个大肠杆菌，在条件满足时，48小时可以繁殖一个地球大小。

我们的微生物观点至少有两个研究可以佐证：瑞典科学家JoakimLarsson最近在国际期刊《微生物》发表论文，承认微生物是北京雾霾重要组成，是微生物“储存库”和“传播途径”，清华大学研究也表明北京雾霾中含1300种类微生物。

上述分析可以看出，雾霾就是空气中各种物质在不断进行物理、化学、生物学转化的诸多变化的表现形式，并且在动态变化中。

在此建立一个静态分析的模型：从上面的化学、物理、生物学角度的分析可以看出，形成雾霾的诸多物质，其积累方式是加成方式的线性关系，只有微生物是由其繁殖与代谢速度决定的非线性关系，而不同种类的微生物繁殖速度从每分钟几倍到几万倍不等。同时值得注意的是铵盐类物质（氨氮），为微生物繁殖提供了营养，而铵盐的原料中最关键的是氨。可以说，微生物繁殖与代谢是雾霾严重程度的最重要决定性因素。

再分析一下动态情况：从物质扩散角度（依据物理和气象学）看，空气扩散的主要方式是不同区域温度梯度形成的风带来的水平方向扩散流动和因地表以上各区段空气的温差使地面空气向上升腾作用的垂直方向的流动，一般情况下这两种作用都是同时存在并共同作用的。在无风情况下，空气如果是透明的，太阳光可以直射到地面，使地面温度升高（当然还有地热的影响），而离地面越高则温度越低，地面热空气不断向上升腾，冷空气逐渐下沉形成循环，扩散了空气中的污染物。而一旦雾霾水汽等阻隔了太阳光，在空中形成了温差异常（大气中出现气温随高度增加而升高现象，气象学称之为逆温，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”），出现逆温层时，它就像大被子那样覆盖在近地面的的稳定层（如飞机上看到的那种雾霾图像），导致这种垂直方向的空气对流运动减弱甚至停滞。这种水平方向的风和垂直方向的对流运动都不能将污染物扩散的情况，就会形成严重雾霾。气象专家指出，逆温形成污染，污染加剧逆温，恶性循环，越来越重，必须要有个天气过程带来的冷空气，才能破坏这个循环。俗话说“等风来”。

从上述化学、物理、生物学、气象学角度的简单分析来看，雾霾形成首先是有大量污染物到空气中并产生了化学物理生物学的各种转化，遇到不利扩散的气象条件，微生物的繁殖成为了决定性因素，PM2.5爆发式增长，形成雾霾或严重雾霾，同时由于微生物的代谢关系使雾霾严重程度不会继续恶化，而是维持在某个水平，直到风来。

延伸阅读：

人民日报七问雾霾：什么时候才能一直呼吸到洁净空气？

四、从化学生物学角度来探讨雾霾治理的技术（十倍进步）：

依据上述的雾霾的形成机理，就能找出解决问题的方向：系统性的减少污染物排放特别是减少影响大的污染物排放（如切断氨源以避免形成铵盐），阻断微生物繁殖的条件是首要任务。

但是现有的雾霾治理技术有其先天的缺陷：

首先，没有切断氨（铵盐）这个关键因素，反而在脱硝环节上因氨逃逸造成空气中存在大量的铵盐（前面引用清华大学的研究中：北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地，呈现出特有的偏中性环境）。理论上来说，没有氨的作用，空气应该是微偏酸性的，因为二氧化硫、氮氧化物都是酸性的。偏中性，说明了大量氨的影响才会如此。

特别值得指出的是，氨的活性很高，能与二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳（烟气中一般含10-15%）反应生成硫酸铵类、硝酸铵类、碳酸氢铵，很难从空气中准确检测出游离氨。同时，空气中的铵盐、硝酸盐会因为微生物的繁殖与代谢而迅速消耗的影响，也很难直接来及时准确的检测。但是，可以推算每年多少氨跑到大气中去，在此选个角度，从空气中的物料平衡测算，最近的报导有说，“目前，全国二氧化硫、氮氧化物等主要大气污染物排放量均在仅两千万吨，而且污染物集中排放在东部、在京津冀及周边地区”，首先现在空气是中性的，就能推算出二氧化硫、氮氧化物的酸性全部被氨和矿物质中和了，其中氨占比更高，即使氨只占50%，也是1000万吨以上的氨量在空气中。如果不考虑矿物质因素，就是2000万吨以上的氨量。如此大量的氨形成的铵盐，再加氮氧化物最终形成的硝酸盐，能为微生物提供多么大的营养源啊？

需要注意的是，空气中的氨还能从农业、污水处理、生活废水等诸多环节产生，不能全部算在脱硝上。

其次，石灰石脱硫的石膏雨现象导致的更多细粉尘（如上面引用的上海交大的研究：脱硫脱硝工艺通过水雾这个媒介，增加了排向大气的硫酸盐和硝酸盐，这些颗粒不仅粒径细，而且数量巨大。）

当然，还有其他方面，限于篇幅，不再阐述。

所以，要解决雾霾的问题，至少必须从上述两个方面入手，大幅度减少空气中的铵盐、硫酸盐和硝酸盐。

陈吉宁部长所倡导的十倍进步的技术，至少需要满足两个条件：

1、能消除二氧化硫并不会带来硫酸盐硝酸盐细粉尘。

2、尽可能减少氮氧化物，又不会导致空气中铵盐的增加。

套用那句话，实践是检验真理的唯一标准，等10倍进步的技术有了实际成果后再行探讨。

五、建议浅见（循天之道治雾霾，力寡功立增福寿）：

雾霾治理的最大难度不是这个问题的本身，关键在于人心。一切向钱看的风气，很难让大家齐心协力的，也就很难找出真正的原因，更难说真正的解决办法。

所以，要想找对办法，必须从人心深度去研究，改变一切向钱看的唯利是图，让人心的雾霾首先消散，才能有现实雾霾的彻底消散！作者信奉：于私，循天之道以养其身，于公，循天则力寡而功立。大自然生病了，不是个小事，只能顺势而为，希望能将天道、人道结合实践，找对雾霾治理的办法，将雾霾治理好，还人民一个晴朗的天空。

简单说，“循天之道治雾霾，力寡功立增福寿”。

在此，以非环保的一个化工专家身份提三点粗浅建议：

建议一：暂停执行各行业环保排放标准，改成附近数省区域内每个行业最差的10-20%末尾淘汰制（两年后可以降低淘汰比例）。按实际效果由环保部直接委托专门机构进行评估，没有信心的企业可以主动停产半年作为整改期，之后再参与评估，评估机构则可以由行业内企业监督。

理由是：现在每家对外都是达标排放甚至超低排放，但是一旦真查就出洋象。环保排放标准是以国家的天气指标为准绳，倒推算出来的，换句话说，如果大家都达标排放了，天气一定好的。现在的实践已经证明每家都达标排放是个故事…

俗话说：不比不知道，一比吓一跳！中国人最喜欢比，又最怕比。行业末尾淘汰，企业相互监督，谁不知道怎么弄虚作假的啊？只要强调弄虚作假首先淘汰，必然能大幅度减少弄虚作假甚至杜绝。

只要严格执行区域末尾淘汰制，就能真正摸清污染排放的家底，更能使企业，地方政府，环保局都更积极主动的去治理。可以说，这个办法能让企业最心疼，政府最在意，环保局最切实压力…

而且行业末尾淘汰，既有利于雾霾治理，更有利于去产能过剩。

建议二：严格监督现有技术效果的基础上，积极采用新技术（10倍进步的技术才是好技术，如能使燃煤比天然气更洁净的技术）。

从现有技术来说，重点是对于脱硝用氨要严格控制，哪怕脱硝效率低些也不能把氨排放到大气中去。空气中如果没有大量氨的话，雾霾就会减少很多。

事实证据之一：脱硝2010年前后才搞的，之后雾霾一年不如一年。而且环保督查越严格时，污染企业脱硝的喷氨量会成倍加大，除了等风来，雾霾没有改善的成功案例。

理论证据：如果没有氨，即使有氮氧化物，二氧化硫，不会成盐，也不会形成大量肥料使微生物指数级爆发式繁殖（雾霾的主要原因）。

同时，鼓励积极开发新技术，特别是十倍以上进步的新技术，并在每个行业建立示范工程，成功后再推广到全行业。

建议三：推行合同环境管理方式，污染企业和环保治理企业变成博弈的两方，相互监督，将地方环保局变成裁判员。

让环保治理企业和污染企业都转变一下，让污染企业付费给环保局，环保治理企业负责烟气治理操作，符合环保局的要求后再从环保局获得费用（如真正达标排放，或者没有被末尾淘汰）。简单的说，既然污染企业付钱了，环保治理企业就要保证其治理设施的运行管理，如环保治理企业不能符合环保局要求就无法获得收益，弄虚作假则重罚直至取消资格，污染企业负责监督，如果监督不力或共同弄虚作假，则全部加倍重罚。

没有环保治理公司愿意的污染企业，自己治理也可以，但是因缺少博弈的另一方，需要更严格要求，做不好就关闭。

此办法首先将那些没有真技术的环保公司吓阻，其次将重污染企业吓阻。这是毫无疑问的，并会减少很多环保局的工作量，能集中到更重要的事情上去。

除上面三点外，还要努力减少其他排放到空气中的氨，如农业、污水处理、生活废水等方面，不详细阐述。换句话说，如果不能切断空气中的铵盐供给，再多的严格管理都是事倍功半甚至劳而无功。

当然，现在环保部大气司计划重点要啃的三块硬骨头，散煤、机动车、小散乱企业还是要坚定的做下去。

以上三点建议，仅作抛砖引玉。更多的是需要从人心深处来找出的办法，将改变企业片面追求经济效益的思路，更多的靠社会效益实现企业生存、经济效益实现企业发展的目的。如果能真正落实的话，最保守估计，雾霾天气三年减少50%，五年减少三分之二将会成为实际效果。

多年实践与思考，一天成稿，仓促中不周之处，敬请批评指正。更希望能收藏此文，在3年后、5年后、10年后的诸多时间段可以来检验相关观点，实践是检验真理的唯一标准！

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延伸阅读：

人民日报七问雾霾：什么时候才能一直呼吸到洁净空气？

原标题：雾霾，找对办法就不难 ——一个化工专家对雾霾的浅见