贺克斌,清华大学环境学院教授、环境学院院长、中国工程院院士。国家自然科学基金委杰出青年基金获得者和“多介质复合污染与控制化学”创新群体带头人,教育部长江学者特聘教授和“区域复合大气污染与控制”创新团队带头人。担任国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室主任,全球排放研究计划中国工作委员会主席,全球能源评估研究计划环境组组长,国际清洁交通技术委员会委员,亚洲城市清洁空气行动中心理事会理事等。
5月18日~19日京津冀及周边地区的空气污染过程中,臭氧(O3)成为首要污染物。为什么臭氧污染会超越PM2.5成为首要污染物?为什么当前“散乱污”企业成大气污染治理重点?在河北省廊坊市近日举行的“京津冀大气污染防治高峰论坛”上,记者采访了贺克斌院士。
对话人:清华大学环境学院院长、中国工程院院士贺克斌
采访人:中国环境报记者刘蔚
科学治理臭氧污染有哪些应对之策?
首先减排既是臭氧前体物,又是PM2.5前体物的VOC
中国环境报:在5月18日~19日京津冀及周边地区的空气污染过程中,臭氧(O3)成为首要污染物。为什么臭氧污染会超越PM2.5成为首要污染物?防治臭氧超标,如何从科学角度提出应对之策?
贺克斌:治理臭氧污染,控制好前体物VOC和氮氧化物是重点,因为VOC和氮氧化物的比值关系是决定臭氧浓度高低的关键。2012年以来,全国氮氧化物排放总量有所下降,但VOC排放总量还在上升。在京津冀及周边地区,从2013年以后,VOC和氮氧化物排放量的比值一直上升。其实,全国很多地区的情况也是如此。这是当前臭氧污染发生的根本原因。
需要说明的是,我国当前执行的臭氧标准已是世界卫生组织最严标准,但PM2.5离世界卫生组织最严标准还差3个阶段。全国大多数地区最主要的问题还是颗粒物,然后才是臭氧。值得重视的是,许多地区PM2.5浓度下降,但臭氧浓度上升。
我们知道,VOC防治比氮氧化物更复杂。VOC后面有一个S,表示VOC有好几百种。那么,现在减排哪些VOC是最佳的选择?我们认为,应该首先减排既是臭氧前体物,又是PM2.5前体物的VOC,比如甲苯、二甲苯等。我们要弄清楚这些VOC主要分布在什么行业,从这些行业入手实施减排。
研究表明,对于臭氧的生成,烯烃(乙烯、丙烯)、芳香烃(二甲苯、甲苯)和含氧有机物(甲醛、乙二醛、乙醛)贡献较大,而民用、交通和工业部门对上述污染物排放贡献率较高。目前,我们已经建立了重点地区分行业、分VOC种类的区域排放清单。下一步,还需要建立重点城市高分辨率的排放清单,这样才能进行更精确的控制,才能实现多污染物协同控制的路径。我认为,这是从理念到实践之间科技支撑非常关键的一环。
对于重污染天气形成的科学研究有哪些进展?
协同控制理念已经得到共识,在治理实践中必须有更多的落地应用
中国环境报:我们知道,随着PM2.5减排的不断推进,蓝天白云的天数越来越多。但在气象等老天不给力的情况下,还是会出现重污染天气过程。对此,也有些人不理解。那么,对于雾霾成因以及重污染天气的形成,从科学研究的角度来看,有哪些进展?
贺克斌:在污染物排放同等情况下,有时会出现重污染,有时就是蓝天白云。为什么会出现这样的情况?目前基本共识认为,内因是排放,外因是气象,转化是动力。把这3个因素掌控得比较清晰,是解决大气污染问题非常重要的基础。
先说内因,也就是排放。我们通过长期的科研成果和业务化数据集成了一个中国多尺度排放清单模型与数据库。数据覆盖1990年到2015年,包括800多种污染源、十几种污染物。从这个数据库我们可以看到一些特征。在我国过去的20年中,主要污染物处于快速上升的趋势。2010年之前,除了二氧化硫略有下降,其他都是非常明显的上升趋势。而如果这些污染物排放量能够均分到960万平方公里,大气污染问题不会这么突出。实际上,这些污染物排放量不是均分而是向东部聚集,特别是聚集在京津冀地区。
二氧化硫排放量从2005年实施总量控制之后开始下降,到2010年下降了14%。最大的贡献者是火电厂,下降了40%左右。2013年“大气十条”确定PM2.5浓度控制目标,要求京津冀下降25%,长三角下降20%。在这个过程中,大家逐步认识到二次污染物硫酸盐的重要性,前体物二氧化硫的排放量继续大幅度下降。数据显示,1990~2005年间,全国火电厂数量和总装机容量一直快速增长,但2005年以后,火电厂二氧化硫都逐步执行了更严的排放标准甚至超低排放标准。因此,不是说火电厂多了就一定会造成排放量增加。
氮氧化物总量控制比二氧化硫晚5年实施,从2005年到2010年排放量又上涨了30%多。总量控制实施后,2012年排放量开始下降,2013年开始针对PM2.5浓度质量实施减排后,下降得更加明显。
一次PM2.5排放量在2015年达到顶点,然后开始下降。2016年上半年,中国工程院做的“大气十条”实施效果中期评估认为,2013~2015年间,全国74个重点城市、京津冀、长三角和珠三角PM2.5浓度下降的主要贡献来自一次颗粒物减排,分别占62%、68%、59%和60%。
因此,我们认为,当前,在二次颗粒物控制上还有很大的潜力。当然,在掌握协同控制规律上还有很多工作要做。
中国环境报:二次颗粒物控制就是您所说的转化过程的控制吧?那么,如何做好二次颗粒物的减排?
贺克斌:转化是动力,对于怎么转化要有更多的科学认知。清华大学校园里有一个长期观测点,从1998年就开始运转。通过对这个观测点的数据分析,我们可以从每一次污染过程获得更多的认知。比如今年2月21日北京下了一场雪。下雪之前因边界层高度降低等气象因素,使PM2.5浓度快速上升,降雪开始后PM2.5浓度迅速下降。按照以往经验,降雪后污染物会维持低浓度一段时间。但这次却不一样,雪停了以后第二天上午PM2.5浓度却一下子明显升高了。通过观测数据分析发现,硫酸盐、硝酸盐上升得很快,因为雪化得快,相对湿度也涨得比较快,明显促进了二次颗粒物的快速形成。中国气象局专家长期数据分析发现,在京津冀地区凡是出现PM2.5浓度500ug/m3以上的时候,湿度都在80%以上。严重污染的时候湿度约75%。湿度超过65%,就会成为二次颗粒物形成的一个重要的因素。
高校和中科院的一批研究成果表明,重污染过程往往伴随着高湿度且静稳天气,使得颗粒物结合水含量及二氧化氮浓度显著增高。同时,由于存在大量氨、矿物质颗粒等碱性物质,使得我国城市细颗粒物结合水的pH值远高于美国等地区,直接改变了NO2氧化路径的相对重要性。因此,二氧化硫被颗粒物结合水中的二氧化氮氧化反应,很可能是当前我国华北重雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。虽然这方面我们已经有了一些初步的认知,但目前对二次颗粒物成因的研究还有很多问题值得深入探究。
在多污染物协同控制方面,我们正在进行更深入的研究和探索。比如,数据分析显示,2013~2015年间,京津冀二氧化硫和氮氧化物排放量比值持续下降,是否说明硫氮减排协同度不够?基于上述关于二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸盐的认知,是否应该加大对氮氧化物的减排力度?又如,数据分析表明,京津冀地区黑碳和PM2.5排放量比值2013~2015年一直在升高。最近有研究成果表明,黑碳会通过反馈机制使边界层高度降低,从而推高PM2.5浓度。这是否说明我们需要加大黑碳减排的针对性,从而提升黑碳和PM2.5减排的协同度?
总之,协同控制理念已经得到共识,在治理实践中必须有更多的落地应用。目前,对于这些科学研究还都限于不同时空范围,尚缺乏针对重污染过程的大范围系统研究。下一步,需要统一组织科研攻关,尽快形成实施协同控制的技术方法,解决当前大气污染问题。
为什么“散乱污”企业成大气污染治理重点?
随着硫和氮逐步得到控制,排放源的格局也在发生转变
中国环境报:当前,整治“散乱污”企业已经成为大气污染治理工作的重点。那么,“散乱污”企业的排放对于大气污染物的贡献到底有多少?有没有初步的估算?
贺克斌:我们曾经对散煤进行了计算,但之前“散乱污”企业不在统计分析范围之内。环境保护部正在组织对“2+26”个城市编制新一轮的排放源清单,我们也在进行相关的技术支持。现在还没有全面完成数据分析,但不同的城市可能差异也比较大。现在正处于“散乱污”企业调查阶段,对于大气污染的总体贡献率,需要在调研分析结果出来以后才能够计算出来。
我们知道,从2005年开始控制硫的总量,火电厂二氧化硫的总量减排非常显著,特别是在实施了超低排放标准以后。随着硫和氮逐步得到控制,排放源的格局也在发生转变。通过对京津冀地区“2+26”传输通道污染源解析发现,每年春夏秋都是工业源排第一位,而冬季则是民用源排第一位。因此,加强“散乱污”企业的治理非常重要。
中国环境报:在“2+26”城市中,对于不符合产业政策,没有治理能力和治理措施的要清除,其他的要上治理设施和设备。那么,这些要清除的占比有多少?现在一些地方上报的数字比较庞大,是否意味着“散乱污”企业的占比会比较大?
贺克斌:上报、核对、梳理,需要一个过程,现在还处于收集信息阶段。现在看到的是上报的个数比较多,但个数不代表排放量,还是需要经过核算后才能确定排放量。比如,1辆机动车比火电厂排放量要小得多,但500万辆机动车的排放就不是一个小的数字,因为这是一个巨大的群体。
中国环境报:对于“散乱污”企业的治理,由于涉及面较广,整治过程中有的地方群众可能存在不理解的现象。对此,您有何见解?
贺克斌:很多地方查处的“散乱污”企业,不仅涉及污染问题,很多还存在合法、合规上的问题。比如,没有合法的工商管理许可,在安全生产方面存在较多隐患等。现在正在对“散乱污”企业情况进行调查统计,但不合法、不合规,又污染环境的生产行为,肯定要受到约束。现在还只是收集、分析信息阶段,下一步要根据信息和数据的分析,制定相应的政策和措施。
中国环境报:为了保障冬季取暖期空气质量,在大气污染防治方面还应该采取哪些新的措施?
贺克斌:这个问题在《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》里有全面具体的答案。简而言之,除了加大对“散乱污”企业的治理力度,今年还将加大错峰生产措施力度。在去年已经开展部分错峰生产的基础上,今年将在行业和地域范围上加大加强。
此外,还要调整交通结构上加力。比如,运煤要减少使用大货车公路运输,而转向铁路运输。
总体来看,冬季的气象条件和取暖刚需两个因素,使得我们在冬季可以调控的空间非常小。为了保障供暖民生,冬季就必须在加大生产错峰、调整交通运输,以及治理“散乱污”企业等方面下功夫。
