摘 要：中科院地球環(huán)境研究所安芷生院士領(lǐng)銜的一項(xiàng)研究表明，關(guān)中平原燃燒產(chǎn)生水平均占到大氣濕度的6.2%，最高貢獻(xiàn)達(dá)到16.2%。在PM2.5上升期間，其份額與PM2.5和相對(duì)濕度呈現(xiàn)出正相關(guān)。安院士的研究并不包括濕法脫硫蒸發(fā)和冷卻塔蒸發(fā)等人為活動(dòng)產(chǎn)生的水蒸氣排放量。而這部分水蒸氣排放量遠(yuǎn)大于化石燃燒源的產(chǎn)生量。以燃煤電廠為例進(jìn)行分析，粗略分析濕法脫硫蒸發(fā)和冷卻塔水蒸氣排放量的影響后，人為水蒸氣的排放量應(yīng)該明顯大于24.8%。相應(yīng)推算，人為的水蒸氣排放對(duì)關(guān)中地區(qū)大氣總PM2.5的平均貢獻(xiàn)應(yīng)該達(dá)到11.2%;而對(duì)人為貢獻(xiàn)的PM2.5的占比平均應(yīng)該達(dá)到20.4%。這一數(shù)字十分驚人，但過(guò)去沒(méi)有考慮。傳統(tǒng)的說(shuō)法是這類水蒸汽相對(duì)很少，完全忽略不計(jì)。如果排放的水汽中沒(méi)有機(jī)械攜帶的水溶性鹽，或者大氣中沒(méi)有2013年初開(kāi)始暴升的PM2.5粒子，再多的水汽排放都沒(méi)有多大問(wèn)題。但是，有了這些凝結(jié)核，排放到大氣中的水汽在成霾條件下，成為這些一次顆粒物凝結(jié)膨脹的關(guān)鍵，成為二次顆粒物生成的加速器和溫床。

關(guān)鍵詞：煤炭 水蒸氣 濕度 PM2.5 污染物

粒數(shù)龐大的超細(xì)顆粒物因?yàn)槿济簾煔庵卫碓O(shè)施缺陷，從2013年開(kāi)始在大氣中暴增，成為霧霾大暴發(fā)的溫床。如果沒(méi)有這些數(shù)濃度很高，且暴升的一次排放、二次生成的超細(xì)顆粒物，再多的水氣排到大氣中也沒(méi)有太大問(wèn)題。在天氣晴好的時(shí)候，不斷累積的脫水后的超細(xì)顆粒物雖然數(shù)量龐大，但分布在更高的大氣邊界層內(nèi)，相當(dāng)于質(zhì)量濃度、粒數(shù)濃度都被顯著稀釋了，不易被覺(jué)察。等到低溫、靜穩(wěn)氣象條件出現(xiàn)的時(shí)候，人為排放的水蒸氣能夠顯著提高區(qū)域的相對(duì)濕度。這些隱身，且僅僅是表現(xiàn)在數(shù)濃度大、但質(zhì)量濃度極小的超細(xì)顆粒物，吸濕后產(chǎn)生黏連并粒徑變大，數(shù)濃度大幅度下降，質(zhì)量濃度迅速上升，同時(shí)也成為產(chǎn)生二次顆粒物的溫床，促進(jìn)二次顆粒物的大量產(chǎn)生，很快體現(xiàn)出霧霾特征，并促進(jìn)宜霾氣象條件的進(jìn)一步正反饋生成。

人為排放水蒸氣目前不受限制。不受限制的這些水蒸氣排放，對(duì)中國(guó)北方區(qū)域的霧霾形成影響顯著。

1、霧霾顆粒物不會(huì)自動(dòng)消失

已經(jīng)排放入大氣中的一次超細(xì)顆粒物、已經(jīng)形成的二次超細(xì)顆粒物不會(huì)自動(dòng)消失。即使隨風(fēng)發(fā)生流動(dòng)擴(kuò)散，只是表現(xiàn)為存在地表的空間位置的變化，除非發(fā)生濕沉降。在氣象條件良好的情況下，這些顆粒物能夠在更高的大氣邊界層內(nèi)存在，得到大氣的稀釋;細(xì)顆粒物中的水分蒸發(fā)后，顆粒物粒徑變小，表現(xiàn)出的PM2.5質(zhì)量濃度低。

當(dāng)?shù)蜏?、高濕、靜穩(wěn)這樣的宜霾氣象條件出現(xiàn)的時(shí)候，這些業(yè)已存在的顆粒物，加上新排放的各類污染物二次復(fù)合，會(huì)重新表現(xiàn)為霧霾顆粒物。

2、水蒸氣排放對(duì)低溫季節(jié)大氣相對(duì)濕度影響顯著

北方低溫季節(jié)原本非常干燥。人為排放水蒸氣量少的情況下，北方地區(qū)冬季溫度低，降水量很少，地表土含墑量很低，水蒸發(fā)量顯著低于其它季節(jié)，絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度都比較低。

在較高溫度季節(jié)，人為水蒸氣排放對(duì)大氣濕度的影響幾乎可以忽略。北方地區(qū)在低溫季節(jié)，清潔能源發(fā)電量下降顯著，因?yàn)槿∨仍?，?duì)化石能源的消耗處于年度高峰期內(nèi)。低溫季節(jié)水蒸氣不受限制排放，能夠提高大氣相對(duì)濕度，對(duì)霧霾生成的作用應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。蘇躍進(jìn)等人較早地分析了人為水蒸氣排放對(duì)霧霾的影響。

資料來(lái)源：2019.02科學(xué)與管理，水蒸氣和水溶性離子排放對(duì)霧霾暴發(fā)的影響分析

使用煤炭、天然氣等化石能源過(guò)程中，經(jīng)煙氣、冷卻塔排放大量的水蒸氣。2000年以來(lái)，火電裝機(jī)容量、發(fā)電量快速增長(zhǎng)，濕法脫硫普及，相應(yīng)的水蒸氣排放量顯著增長(zhǎng)。天然氣發(fā)電、氣代煤，也同樣產(chǎn)生大量水蒸氣排放。有必要認(rèn)真研究2013年前后低溫季節(jié)大氣相對(duì)濕度的變化情況;大氣相對(duì)變化的成因，以及對(duì)期間霧霾形成的影響。

3、試驗(yàn)研究表明，燃燒產(chǎn)生水蒸氣排放對(duì)大氣相對(duì)濕度、霧霾影響顯著

中科院地球環(huán)境研究所安芷生院士領(lǐng)銜的一項(xiàng)研究表明，燃燒產(chǎn)生水汽與霧霾交互作用明顯。實(shí)驗(yàn)測(cè)定了煤、天然氣、汽油等化石燃料的氫同位素氘、氧同位素δ18O，通過(guò)處于封閉盆地的西安當(dāng)?shù)氐哪茉辞鍐斡?jì)算出了燃燒產(chǎn)生水的加權(quán)端元同位素組成。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，燃燒產(chǎn)生水平均占到大氣濕度的6.2%，最高貢獻(xiàn)達(dá)到16.2%。在PM2.5上升期間，其份額與PM2.5和相對(duì)濕度呈現(xiàn)出正相關(guān)。模型表明，在當(dāng)?shù)乜諝庵匚廴酒陂g，燃燒產(chǎn)生的水蒸氣平均增加了每立方米4.6 微克的PM2.5，相當(dāng)于當(dāng)?shù)厝斯ぴ碢M2.5的5.1%，最高則可能貢獻(xiàn)18.2%。

4、濕法脫硫和冷卻塔蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣排放量更大

安院士的研究并不包括濕法脫硫蒸發(fā)和冷卻塔蒸發(fā)等人為活動(dòng)產(chǎn)生的水蒸氣排放量。而這部分水蒸氣排放量遠(yuǎn)大于化石燃燒源產(chǎn)生量。以燃煤電廠為例進(jìn)行分析，粗略分析濕法脫硫蒸發(fā)和冷卻塔水蒸氣排放量的影響。

燃煤電廠的省煤器后干煙氣中，通過(guò)燃料帶來(lái)的水分量約9%;濕法脫硫后，煙氣含濕量約12%，濕法脫硫帶入的煙氣含濕量約3%。冷卻塔排放水蒸氣量約為飽和濕煙氣量的4~5倍，低溫季節(jié)冷卻塔蒸發(fā)量少，按照4倍考慮，相當(dāng)于折合煙氣含濕量48%。冷卻塔+濕法脫硫增加的折合煙氣含濕量為51%，是省煤器干煙氣含濕量9%的約5.7倍。

2017年，陜西關(guān)中地區(qū)煤炭消耗總量為4000-5000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，發(fā)電量800億千瓦左右時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)煤耗300克/千瓦時(shí)計(jì)算，消耗標(biāo)準(zhǔn)煤約2400萬(wàn)噸左右，電廠的耗煤量占區(qū)域耗煤量的約51.7%。關(guān)中地區(qū)嚴(yán)重缺水，冷卻方式基本為自然通風(fēng)循環(huán)冷卻塔，脫硫方式基本為石灰石-石膏法。濕法脫硫+冷卻塔排放的水蒸氣量按照燃燒產(chǎn)生水蒸氣量的3倍考慮，對(duì)應(yīng)占到影響大氣濕度6.2%*3=18.6%，加上燃燒產(chǎn)生的6.2%，總計(jì)約24.8%。

考慮其它煤炭燃燒煙氣處理采用濕法脫硫產(chǎn)生的水蒸氣排放量，大量其它工業(yè)產(chǎn)生的冷卻塔排放水量，人為水蒸氣的排放量應(yīng)該明顯大于24.8%。

相應(yīng)推算，人為的水蒸氣排放對(duì)關(guān)中地區(qū)大氣總PM2.5的平均貢獻(xiàn)應(yīng)該達(dá)到11.2%;而對(duì)人為貢獻(xiàn)的PM2.5的占比平均應(yīng)該達(dá)到20.4%。

5、冷卻塔同時(shí)排放了包括氯鹽在內(nèi)的大量溶解固形物

冷卻塔補(bǔ)充水采用含鹽量高的中水、提高循環(huán)濃縮倍率，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水中含包括氯離子在內(nèi)的溶解固形物濃度顯著提高。冷卻塔必然產(chǎn)生的風(fēng)吹損失導(dǎo)致霧滴攜帶溶解固形物排放至大氣，這部分鹽排放量巨大，也是目前未監(jiān)測(cè)的污染物排放的重要源頭。如果采用工業(yè)廢水、海水、高鹽水作為循環(huán)水補(bǔ)充水，問(wèn)題會(huì)更為突出。

循環(huán)冷卻水中無(wú)機(jī)鹽的主要成分是氯根，由此可以解釋非沿海區(qū)域大氣中的氯根主要來(lái)源。冷卻塔霧滴產(chǎn)生的氯根排放量和化石燃料的使用量正相關(guān)。大氣中的氯根對(duì)臭氧的形成作用明顯。

6、結(jié)論

人為排放水蒸氣可以顯著提高大氣相對(duì)濕度，改變北方低溫季節(jié)的氣象條件，加上不受控制氨排放等其它排放物，對(duì)北方霧霾的形成有顯著影響，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。