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2.3山东大学PM2.5相关科研监测数据说明2013年雾霾大暴发是突发事件
根据山东大学张庆竹教授在2015年济南市科协雾霾为主题论坛上的报告,济南市在2013年前几个年份测量的PM2.5如图。尽管同一个城市不同监测点的监测数据差异较大,但山大在固定监测点的数据显示,2013年1月的雾霾比前面几个年份的冬季要高得多,也显示是一种突变。尤其是2006和2007年济南煤炭消费达到峰值时,并没有出现雾霾暴发,PM2.5浓度数值远比2013年低。其关键差异是那时烟囱排的多是干烟气,而不是后来的湿法脱硫后的湿烟气(水汽)。这也说明,2013年雾霾大暴发的唯一可能就是湿法脱硫造成的。
3进一步确认湿法脱硫是雾霾暴发的主因
3.1采用环保部监测数据验证湿法脱硫是导致集中供暖季开始时雾霾显著上升的主因
采用环保部1800多个站点300多个城市多种污染物按照小时监测数据,选取京津冀及周边部分通道城市2014、2015、2016年三个集中供暖季(11月15日开始)启动前后和黑龙江省主要城市2016年集中供暖季(10月20日开始)后前后三周的变化,来验证湿法脱硫对雾霾的程度变化是否显著。
由于采暖锅炉大都达到较高的排放标准,像电厂燃煤机组PM2.5去除率已经达到98.98%,国家规定采暖锅炉或其它行业也要达标排放或超低排放。所以,燃煤锅炉启动后多燃烧的煤炭,在经过达到国际水平的除尘设施后,相对其它所有排放源的排放的贡献,可以忽略不计。
计算的结果是,采暖期开始后的三周内,遇到静稳天气,雾霾的程度比前面三周,尤其是前面2-3周高不少,有的是成倍增加。另外,在采暖前一周的第一天,一般会启动50%左右的锅炉,到采暖开始日采暖锅炉逐渐全部启动。
在前后各三周内,其他因素不会发生步调一致的大变化,包括居民散煤采暖,况且城市中居民散煤取暖已经较少。但遇到静稳或逆温天气状况下,采暖日开始后PM2.5浓度迅速提高,说明少数几个超低排放的燃煤锅炉的启动,激发了某种雾霾产生机制——湿法脱硫排出的大量水汽中含有大量超细颗粒物。而其他常规因素,如散煤采暖等,不可能在短期内,在不同地区、不同时间引起同样类型的剧烈变化。
京津冀及周边地区部分城市2014、2015和2016年三个年份的对比也是相同结果。采暖期(11月15日)后,PM2.5浓度在静稳或逆温天气下,跃升到一个新的较高平台。
3.2硫酸行业尾气湿法脱硫排出的水汽检测数据与电站锅炉湿法脱硫排放水汽实验数据相互印证,显示排出的水汽中有大量溶解盐等,进入大气后脱水形成大量超细颗粒物粒子
中国硫酸工业协会在“硫酸雾问题工作简报(2017年第1期)[2]”中指出“2016年3月份后新的硫酸雾检测方法(离子色谱法)实施以来,协会陆续收到企业反映,在应用新的硫酸雾检测方法之后,硫酸装置尾气中硫酸雾数值普遍超标。对于众多采用氨法和钠法(湿法脱硫工艺)处理尾气的硫酸装置来说,尾气中仅可溶性硫酸盐一项,含量就远超排放标准规定的30mg/m3”。据对相关专家的进一步了解,有的企业这一指标达到200mg/m3。而按照现在标准,其它行业湿法脱硫后并不对排出的水汽里面的溶解盐或其他非溶解物进行监测。而恰恰是这些没有被检测的水汽被排往大气中后,产生大量超细颗粒物,成为雾霾暴发时的凝结核,为雾霾暴发常备了一个必要条件。
国家相关标准是,电厂超低排放烟尘为10mg/m3,工业窑炉重点区域烟尘特别排放限为30mg/m3;北京规定2018年1月1日以后工业窑炉为10mg/m。而检测仪器的先进程度对监测结果影响很大。
2015年,李壮等研究人员提供了2012年用其它较先进检测仪器做的湿法脱硫对660MW煤粉炉PM2.5排放影响的实验研究结果[4]。其检测到的PM2.5浓度质量仅为13.2mg/m3,远低于上述硫酸行业尾气处理的湿法脱硫检测数据。而随水汽排往大气中的PM2.5粒子数(不是质量或重量),居然是锅炉出口未经除尘设备时的2.094倍,是除尘设备出口的458.28倍。这些粒子中小于0.38微米(PM0.38)的占到99.969%。经过脱硫工艺后,PM2.5的粒子数在0.07微米出现峰值。这是由于脱硫浆液形成细微颗粒物所致,主要是脱硫工艺中带来的硫酸根、氯离子等形成的矿物质盐。此外,还可能有通过除雾器逃逸的石膏晶粒经过脱水干燥后形成的微粒。目前的相关除尘设施对0.38微米(PM0.38)以下的超细颗粒物没有作用。
这些随着水汽排放到大气中的超细颗粒物形成霾的两个关键因素:湿度条件和凝结核,之后静等静稳或逆温天气的到来,就形成雾霾。而过去,即使是静稳或逆温天气,如果缺少另外这两个因素,也形不成霾。这两个技术层面的证据,进一步使湿法脱硫导致2013年雾霾大暴发等结论无可辩驳。
3.3某著名大学雾霾成因研究团队的研究认同雾霾暴发增长下异常高的硫酸根、氯离子和钙离子来自湿法脱硫
承担雾霾成因研究的某著名大学研究团队研究表明,把湿法脱硫产生的白烟冷凝下来后,可以看到里面的硫酸钙晶体。这些物质飘到天上去就可以转化,脱了水以后就变成超细颗粒物。这些物质里面氯离子高、硫酸根高、钙离子高,一升里面相当于有2.8克的硫酸根。
该团队初步测算,燃煤电厂每吨燃煤排放4公斤左右硫酸根,同一个燃煤电厂湿法脱硫直接排放硫酸根大约是其直接排放SO2二次转化硫酸盐的1.75倍以上。尽管这一数据可能比前述其他方法检测的硫酸盐的数量有差异,在安装湿法脱硫设施企业密布的京津冀及周边地区,燃煤排放的硫酸根数量也已经相当可观。
国家湿法脱硫工艺排放标准中没要求监测“水汽”,其中确实含有大量可溶性离子和高浓度SO3,现有的在线监测设备没有对其进行测量。据了解,上海市已经开展对湿法脱硫排出水汽的检测,他们也已经认识到这是一个雾霾的重要策源地。
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