雾霾治理：路漫漫其修远

　　前言：

　　我们对雾霾同仇敌忾，却又倍感无奈。除了口罩与净化器，有无快速、高效之法治理雾霾？是何原因导致一城又一城的重重雾霾？出法令、关工厂、停机器，治霾措施一拨又一拨，为何人们却有雾霾愈发严重之感？饱受雾霾困扰的不仅中国，国外成功治霾经验能否借鉴？究竟何时中国才能重回蓝天白云环绕的清洁生活？

　　

　　雾霾成因

　　雾霾的形成需要两个条件：一次排放污染物和气象条件。

　　形成雾霾的内因是一次排放污染物，如二氧化硫、氧氮化物、一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物等。

　　外因是适合上述一次污染物大量二次转化的气象条件，主要有四个：一是风，影响污染物横向扩散；二是逆湿，即高空气温高，地表附近气温低（正常情况下温度会随着高度增加而下降），其影响扩污染物纵向扩散；三是湿度，影响凝结核化学变化的过程；四是光照，加剧化学反应。

　　在内外因共同作用下，一次污染在大气中相互作用，经化学反应或光化反应形成与一次污染物物化性质完全不同的新的大气污染物，即为二次污染物,如臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等。

　　冬季，由于气团稳定、天气较干燥，逆温层气候频繁。晴朗、干燥的静稳天气中，地面散热迅速，近地面气层降温多，从而在低空形成辐射逆温层。一方面，逆温层如同“棉被”将城市的一次污染物阻滞在低空（图1）； 另一方面， 近地面层大量聚积水汽，会在逆温层下形成辐射雾，创造了极好的雾霾生成条件，促使一次污染物大量二次转化。在逆温层与静稳天气等气象条件下，空气中的大气污染物浓度会比对流频繁（有风）的时期提高5-10倍。

　　在同样多雾的气象条件下，南方地区几乎不存在小锅炉取暖，一次污染物排放量相对少，二次转化增量少，霾的指数也相对低；北方地区由于大量燃煤供热，一次污染物排放大大增加，再经过逆温层的二次“发酵”后，大气污染物急剧上升，环境承载力突破临界点而形成雾霾，最终致供暖季北方地区雾霾频发。

　　此外，地形也会对雾霾的形成有影响。

　　如北京东、北、西三面环山，西面、北面的弱冷空气不易进入平原地区，或者途经山脉后强度减弱，而来自北京南面的外来污染物却能长驱直入（图2），且被西北方位群山阻挡，客观上导致雾霾难以快速消散。刮北风时，逆温层被吹散，雾霾也即刻消散。

　　雾霾源头

　　IEA的研究成果表明，超过99%的二氧化硫与氮氧化物、85%的PM2.5、92%的一氧化碳以及66%的挥发性有机化合物排放来自电力、工业、居民生活、交通、农业等领域的能源使用过程（图3）。

　　不同化石能源使用产生的污染物排放种类不同，排放方式也不同，对环境的影响有较大差别（表1）。2015年，煤炭在我国一次能源消费中的比重高达64%，石油消费占18.1%，天然气消费仅为5.9%，一次电力及其他能源占14.5%。

　　科学考虑排放污染对环境的影响不仅要区分能源品种，更要区分各种燃烧设施对雾霾的影响。如煤炭污染应区分电煤与散煤的污染。我国的煤炭消费中约有50%为电煤，散煤主要包括家庭取暖、餐饮等用煤，以及一些水泥厂、玻璃厂、钢厂、工业用的小型锅炉（平均容量在8吨/小时），约占煤炭消费总量的15-20%。电厂对脱硫、脱硝、除尘要求较高，其他种类的煤炭消费排放则相对高，如工业锅炉（65吨/小时以下）中烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放则比普通煤电厂高出2-4倍（图4）。散煤燃烧单体容量小，脱硫、脱硝处理环保成本极高，目前尚未制定散煤排放标准，业内普遍认为散煤燃烧排放一般为电厂排放的10倍。

　　雾霾治理主要措施

　　治理雾霾的主要手段有两类，“源头控制”和“末端治理”。

　　“源头控制”即优化一次能源结构，降低化石能源消费，提高清洁能源占比，从而降低一次污染物排放。该方法行之有效，却耗时漫长。例如，北京依靠天然气优化本地能源结构，2008年前规划气电厂，到2017年四大气电厂才全部投产，历时超过十年；全国范围看，煤炭2010年占我国一次能源的比重为68%，到2015年才降到64%。

　　“源头控制”的难度有二：

　　一是清洁能源经济性差。我国“富煤少油缺气” 的资源禀赋决定煤炭使用的经济性超过其他能源，而环境污染成本无法内部化，使得清洁能源的环保优势无法在价格上体现。如煤电成本最低(图5)，若天然气发电成本与煤电相当，气价需从当前的2.3元/立方米左右降至1.2元/立方米。

　　二是供应不足。天然气方面，当前我国进口供应比重已超过30%；可供经济开发的水电、风电资源已不多，适宜核电站选址也有限；光伏成本下降最快，但因光伏能量密度低与间歇性的局限，在储能未商业化量产前，光伏亦无法大幅增长。

　　因此，如无巨大技术突破，预计到2030年，煤炭仍将是我国最主要的一次能源。

　　“末端治理”即优化生产过程，包括清洁生产、优化工业布局、节能减排等。事实上，“末端治理”只是污染物的转移, 治标不治本。如烟气脱硫、除尘形成大量废渣，废水集中处理产生大量污泥等，不能从根本上解决污染问题。所以，雾霾治理最终还是要减少能源消费与优化消费结构，必须“源头控制”与“末端治理”两手抓。

　　四是狠抓末端治理。由于洛杉矶雾霾的源头是汽车尾气，洛杉矶治理空气污染的主要措施就是控制机动车排放，政府最初的对策是改良汽车，提高发动机的燃烧效率、加装催化转化器。其中，后者效果更为显著。催化转化器通常安装于汽车的尾气排放系统，其主要作用是将尾气中的NOx等有害气体转化为无害物质，从而达到减排效果。英国法律规定在伦敦城内的电厂都必须关闭，只能在大伦敦区重建，并要求工业企业建造高大的烟囱，加强疏散大气污染物，同时大规模改造城市居民的传统炉灶，减少煤炭用量，逐步实现居民生活天然气化，冬季采取集中供暖。

　　五是从源头改善。1970年代，美国政府开始鼓励使用天然气和乙醇,并且提高了汽油的油品标准。而英国和日本相应进行了能源结构优化，英国天然气占一次能源消费比重由1965年的不到0.4%增加到1985年的 23.1%；连几乎100%依赖进口的日本，天然气占比也从1965年的1%提高到1990年的10%。

　　中国治霾效果

　　国外经验充分表明雾霾治理需要系统化工作。我国工业化进程比发达国家晚，雾霾成因更复杂，治霾须在借鉴国际经验的同时充分考虑自身国情。事实上，我国自2013年起已出台一系列治霾政策与法规（表2），有效降低了全国（图6）及京津冀、长三角、珠三角的PM2.5指数，环保治理初见成效。

　　对比北京2013-2016年的空气质量达标天数（图7），优质天气（PM2.5指数在50以下）的天数从2013年的42天上升到68天，而PM2.5大于300的严重污染天气也由13天降为9天。 

　　当前雾霾治理的问题

　　一是雾霾治理是复杂系统工程，当前社会对治霾的难度认识不充分。前两年，政府并没有意识到雾霾治理是一个长期、高难度的过程。“提头来见”的故事不独发生在中国，五十年代洛杉矶市长弗彻·布朗也曾信誓旦旦地宣称四个月内一定永久消除雾霾，然而关停工厂和焚烧炉后，雾霾并未缓解，反而加剧频繁。这说明公众、政府和社会对“雾霾”缺乏足够认知。

　　二是当前缺乏公开、透明、具公信力的平台了解雾霾治理的相关知识、进展与成效，以致当前互联网上充斥了各类跨界“专家”的解读，进一步误导了公众认知。同时由于政府之前设立的目标过高，难免丢失一些公信力。 

　　三是经济效益至上和监管力量薄弱降低了雾霾治理的执行力度与效果。中国的一些环保技术如电厂超低排放已达到甚至超过了国际先进水平，大部分电厂也都安装了在线实时监测系统，但仍然有许多工厂偷排，其实都是经济在作祟。马斯洛需求层次理论下，当工厂负责人或业主还不能完成盈利需求前，根本无暇顾及安全需求，何论自我实现（牺牲小我，亏本实行煤改气），因此，不少被下令关停的工厂偷偷开工的案例屡见不鲜。

　　四是关于雾霾成因的基础研究不够扎实，雾霾治理的技术路线缺乏创新。目前舆论普遍认为散煤是形成大量排放的主要因素，但散煤使用者为数量众多的小企业与个人，所以至今无法科学统计散煤消费量，更勿论科学监管。对散煤的污染因子、排放方式没有科学的研究，就无法研究如何降低散煤排放。

　　五是不考虑中国客观条件，生搬硬套外国经验一刀切。能源结构改善是一个复杂而漫长的过程，需要考虑能源禀赋、能源供应安全、经济性、技术等诸多条件。中国能源消费量庞大、“以煤为主”的能源禀赋、能源生产地与供应地背离以及体制、机制等各种特点决定了中国无法在短期内实现清洁能源主导的能源结构。在清洁能源不具备经济性的情况下，一刀切地煤改气，将导致一些省份“煤改气”、“煤改电”的目标难以实现。

　　对未来雾霾治理的建议

　　首先是政府可制定分阶段目标，定期汇报和检查目标。可制订诸如京津冀地区到2020、2025年PM2.5分别由2016年平均71毫克/立方米分别降至50、45毫克/立方米的目标。公众看到政府不断实现阶段性目标，对治霾成果有量化标准，也会增加对政府的信任。

　　其次，进行准确的雾霾源解析。多方面进行排放污染物统计，公开目前已有的排放统计数据，建立排放清单，找准雾霾产生原因，持续修订完善环保标准、加强技术开发来解决雾霾问题。

　　第三，源头规划与末端治理并重。雾霾治理须依靠政府力量。政府一方面应当做好前端规划：科学制定环境排放总量下的能源结构、产业规划布局，坚决依法关停不达标排放机组，逐步降低燃煤发电机组总量，鼓励公众改进家庭用能方式；另一方面要做好末端治理的管理与执行，从源头提高燃料质量；加强环保技术研究同时，评估相应技术效果，如对脱硫脱硝和超低排放进行绩效评估。

　　第四，完善立法与加强监管并举。一方面加强环保方面的相关立法，制定有科学依据的法律；另一方面要将现有法律执行到位，缩小“自由裁量权”，依法治理雾霾，加强对燃煤电厂及各类工厂等排放源的执行与监管，保证现有先进技术的充分执行。

　　第五，建立合理成本分摊机制。强调环境污染成本内部化，完善环境税制度、碳市场建设等。在科学解析的基础上，优先治理最严重的污染源。如应对散煤造成的污染进行重罚（罚款力度可提高至转换燃烧散煤与使用清洁能源的最低差额），内化环境成本，通过合理的成本分摊机制实现煤炭向清洁能源能源转变，而非依赖无法长期持续的政府补贴。

　　第六，有序推进信息公开力度，调动社会力量，组织公众参与。建立统一的雾霾科学平台，发布包括统计分析、雾霾防治等知识的文章，以及雾霾治理的相关目标与实施效果等；加强社会沟通宣传，形成“雾霾治理，人人有责”的社会共识，向公众宣传从自身减少雾霾排放的措施与手段。培育社会组织，利用社会力量对不合格排放进行监控，利用已有的社会空气监控APP，对高排放单位进行监督，对屡不执行的单位进行重罚。

　　无论是英国、美国还是日本，都经历过从制定标准到标准执行、从技术开发到技术应用的过程，我国也应该从科学研究出发，针对问题，多方参与，尽早重返“蓝天白云”。