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    霧霾形成機理的“未知因素”找到了!

       日期:2019-04-11     來源:中國節能在線網    瀏覽:34    評論:0    

      中國節能在線: “霧霾”一詞被提出,并被大眾熟知,是從2011年開始的,在此之前,霧霾早已存在,卻不為人知。

      2013年,“霧霾”成為年度關鍵詞。從這一年開始,國家加強大氣環保工作力度,針對工業煙氣、機動車尾氣等主要污染物,從源頭治理,減少污染排放,經多年努力,大氣質量總體上已經明顯改善。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      但無奈的是,時至今日,霧霾并未消失,每年進入寒冷季節,我國多個地區中度甚至重度霧霾天氣仍然接連出現。

      “藥已到而病未除”,霧霾成因似乎略顯詭異,人們不禁要問,我們多年“追查”的霧霾元兇究竟“藏身何處”?

      要從根本上治理霧霾,首先要搞清楚霧霾的形成機理,正如李克強總理所講,要“抓緊把霧霾形成的未知因素找出來,使我們治理霧霾更加有效”。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      針對霧霾形成的“未知因素”,筆者經過近兩年時間的分析和研究,已經形成了比較明確的結論,或者確切地說,霧霾形成的“未知因素”已經找到。面對近期頻繁出現的霧霾天氣,經再三考慮,筆者決定將研究結果公布出來,以供相關部門作為參考,組織力量進行更加系統的分析和研究。

      一、霧霾形成機理概說

      總體而言,霧霾的成因可以歸結為兩個方面,一是污染排放,二是擴散條件。

      人類生產生活帶來的各種大氣污染物的排放,是霧霾形成的根本原因。尤其是伴隨著工業的迅速發展和人民生活水平的日益提高,以及我國城市化進程的不斷推進,各種大氣污染物大量、密集排放,在一定的氣象條件下,這些污染物逐漸累積、相互反應、漂浮彌漫,并最終形成嚴重的霧霾天氣。

      不利于污染物擴散的氣象條件是霧霾形成的重要原因。簡單地說,有風的天氣條件下,空氣中的污染物很容易得以擴散,而即使是無風的天氣,借助近地表的空氣對流,空氣中的污染物仍可向高空擴散,尤其是夏季,近地表空氣對流明顯,更有利于污染物的擴散。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      而冬季近地表溫度較低,低空空氣對流活動較弱,不利于空氣中各種污染物的擴散,繼而形成霧霾天氣。根據有關研究,在一定的氣象條件下,在幾百米高的低空區域,會形成氣溫“上高下低”的“逆溫”現象,就象有一層“被子”蓋在上空一樣,阻止了空氣對流,污染物難以向外擴散,并不斷累積,達到一定濃度,便形成了中度甚至重度霧霾天氣。

      很顯然,擴散條件是一個不可控因素,治理霧霾,關鍵就是要從源頭上控制污染排放。近年來,通過控制工業煙氣及機動車尾氣等主要污染物的排放,霧霾治理已經取得明顯成效。不過,面對霧霾連城,我們必須承認,一定還有某種重要的污染源頭,還未被我們發現。

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      二、探尋霧霾形成的“未知因素”

      工業煙氣和機動車尾氣曾經是最主要的大氣污染源。近些年來,在全國范圍內,以火電、冶金、水泥、化工等為主的“重污染”企業已陸續進行了環保治理,“超凈排放”改造項目相繼實施,工業污染排放已經得到了有效的控制。同時,隨著我國燃油品質的逐步改善和機動車尾氣排放標準的不斷提高,機動車尾氣的污染物排放量總體上也已經大幅減少。

      經過多年治理,工業煙氣和機動車尾氣在大氣污染物中的占比很可能已經大大降低。以北京市為例,作為遠離重工業生產的城市,其大氣霧霾的形成受工業煙氣排放的影響相對較小,同時,北京市的機動車尾氣排放標準在全國范圍內可以說是最為嚴格的,機動車尾氣污染雖然存在,但很可能已經不是霧霾形成的主要因素。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      關于北京的霧霾,還有兩種現象值得思考:其一,即使前一天空氣清新、晴空萬里,次日仍可能有較嚴重的霧霾“突然出現”,“霧霾元兇“似乎如幽靈般潛伏在我們身邊、伺機顯身;其二,重度霧霾發生時,從西山遠眺,或者從飛機上俯瞰,北京城區仿佛被籠罩一個巨大的霧團之中。

      綜合考慮以上現象,我們可以得出以下結論:1、工業煙氣、機動車尾氣很可能已經不是霧霾形成的主要因素,一定有其他重要的污染源未被我們發現;2、在全國范圍內,霧霾形成的“未知因素”在人口密集的地區廣泛存在; 3、大城市霧霾主要是由城市自身產生的,即使部分由外部傳入,也不是主要的污染因素。

      基于上述分析,我們推測,霧霾天氣的出現很可能與中國人的某種生活特點有關,進一步講,很可能與我們中國人的飲食特點以及由此帶來的污染排放有關。我們探尋多年的“未知因素”--形成大氣霧霾(尤其是城市霧霾)的罪魁禍首,有沒有可能就是中餐烹飪產生的油煙!

      三、油煙污染量化分析

      “烹飪油煙是形成大氣霧霾的罪魁禍首!這怎么可能!”

      是的,多數人都會對前述猜測表示懷疑--中餐烹飪的確伴隨著大量油煙的產生和排放,但烹飪產生的油煙能有多少!對于漫無邊際的大氣而言,一點點烹飪油煙又算得了什么!
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      其實,早在2013年,時任北京市政府外事辦主任趙會民就曾經指出,“市民烹飪對PM2.5的貢獻不小”,此言一出,立刻引發熱議,甚至在網上招來謾罵。

      同年,中科院大氣物理研究所王躍思等發表《京津冀大氣霾污染及控制策略思考》一文,文中指出,“餐飲油煙也是霧霾產生不可忽略的原因”。

      2016年10月至11月,霧霾天氣席卷我國30余城,BTV新聞節目《鎖城霧霾哪里來》就居民炒菜對霧霾的影響進行了相關探討,現場演示也證實了烹飪油煙對霧霾的直接影響。

      ……。

      為了弄清油煙污染對霧霾形成的影響,筆者查閱大量資料,并進行了比較深入的研究,而研究的結果完全超乎我們的想象--油煙污染非但不容小覷,而且極有可能就是目前霧霾形成的最主要因素。

      對油煙污染的研究,主要圍繞三個方面的問題展開,一是油煙排放量,也就是每天有多少油煙被我們排入大氣;二是人口密度,一定區域人口密度的大小基本可以反映出油煙排放的集中程度;三是霧霾的擴散高度,油煙污染物進入大氣后在多高范圍內被稀釋和擴散,將直接影響污染物在大氣中的濃度。

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      1、油煙排放量

      每天到底有多少油煙被我們排入大氣,這個問題似乎很少有人關心,關于這方面的研究和數據也很難找到。

      眾所周知,煎炒烹炸是中餐烹飪的特色,我們每個人的一日三餐的烹飪幾乎都伴隨著油煙的排放,每天都有大量油煙從數千萬個家庭、餐館、酒店、食堂的廚房排入大氣。不過,想要知道排出去的油煙究竟有多少,卻并不容易。中餐烹飪,用了多少油,我們可以進行稱量和統計,但究竟有多少油進入了菜肴,又有多少油變成油煙、進入大氣,我們并不清楚。同時,不同的菜系,不同的烹飪習慣,油煙排放量也大小不等,家庭廚房,小餐館,大食堂,人均油煙排放量同樣存在較大差異。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!
     

      (從廚房油煙中回收的未經任何加工處理的廢油)

      針對油煙排放量的問題,我們進行了大量的實驗,包括采用最新科技對烹飪產生的油霧進行全部攔截回收,以及模擬烹飪并計算食用油的揮發量。實驗結果表明,即使是在家庭廚房烹制相對清淡的家常飯菜,產生的油煙量也是相當可觀的,平均到每個人,一日三餐的烹制產生的油煙排放(油煙中油污顆粒的總量)就在4克到6克,而提供同樣人次的用餐,各種餐館、食堂、酒店往往會消耗更多的食用油,同時也會產生更多的油煙排放。當然,各種食品加工企業,尤其是生產油炸類食品的加工廠,其油煙排放也應當被考慮在內。綜合分析相關實驗數據,我們保守估算,平均每個人每天將帶來6克左右的油煙排放。(關于人均油煙排放量的測算數據,以及油煙回收的技術和方法,筆者將于近期撰文公布。)

      客觀地講,一個人一天6克左右的油煙排放,對于廣闊無邊的大氣而言實在太少,幾乎可以忽略不計。但問題在于,每個人的一日三餐都會帶來油煙排放,要知道,北京市總人口有2171萬,每天排入大氣的油煙就有130噸之多。

      2、城市人口密度

      目前,烹飪油煙基本上都被直接排到戶外,進入廣袤無邊的大氣,其實,只要計算一下人口密度,我們就可以發現,大氣雖然漫無邊際,但屬于我們每個人的“地盤”其實非常有限。

      以北京市為例,全境面積16410平方公里,根據2015年的數據,北京市總人口2171萬人,人口密度約為1323人/平方公里;六環以內總面積2267平方公里,居住著約1634萬人,人口密度約為7207人/平方公里;五環以內總面積約706平方公里,居住著約1050萬人,人口密度約為14872人/平方公里。直觀些理解,北京市全境人均占地756平方米,六環內人均占地僅為139平方米,而五環內的人均占地則僅有67平方米。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      回到油煙排放的問題,我們家里都有抽油煙機,餐館、酒店也都有各種排油煙設備,烹飪產生的油煙被排入大氣,然而,大氣雖空曠無邊,但屬于每個人的排放空間在平面分布上僅有幾百平米或者幾十平方米。想象一下,每個人每餐烹制過程產生的全部油煙擴散到幾百甚至是幾十平方米的房間內,其空氣污染會達到什么程度!

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      3、霧霾的擴散高度

      當然,我們不會讓油煙在室內擴散,而是將其排入大氣,油煙進入大氣后,會隨著空氣對流而向高空擴散,有一定的擴散高度,那么霧霾的擴散高度到底有多高呢?

      顯然,不同的季節、不同的氣象條件下,霧霾的擴散高度會有很大差距。仍以北京市為例,在出現輕度霧霾的時候,淡淡的薄霧可以向上擴散到上千米甚至數千米,而在重度霧霾的時候,從西山遠眺,整個城市被一個“大霧包”所籠罩,而這個“大霧包”的高度僅有500米左右。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      綜合上述三個方面,我們對北京市六環范圍內的油煙情況進行一個粗略的計算,假定我們烹飪產生的全部油煙均勻彌漫在六環以內、500米的高度范圍內,那么,即使沒有任何其他污染物進入大氣,只要擴散條件稍差,僅僅是兩天的油煙排放,空氣中的污染物濃度就可以達到172 ppm,而如果以五環內的排放總量和擴散空間來計算,這一數值將達到358ppm。

      當然,在這里有個問題需要說明,大氣霧霾的成分比較復雜,除油煙污染外,還包括各種工業廢氣和機動車尾氣等污染物,這些污染物絕大部分為氣態成分,顆粒物含量極少,而被排入大氣的油煙,則含有大量細小的油霧顆粒,這些油污顆粒很可能作為“凝結元”,與大氣中的二氧化硫、一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物等污染成分結合、反應,生成更為復雜的污染物,這些污染物中較大的顆粒會隨重力沉降,粘附在地面、建筑物、機動車、樹木、花草上面,而較小的顆粒物則在空氣中四處彌漫,形成霧霾天氣。

      根據我們的粗略估算,就北京市而言,油煙對大氣霧霾的貢獻率很可能在50%以上。

      “油煙占霧霾的50%以上?!”這個結論很多人可能很難相信,但沒關系,只要你拆開自家使用了幾個月以上的抽油煙機,順便看一下排煙管內壁的油垢,或者有機會見到從飯店煙道內清理出來的油垢,可能就會對這個結論重新考慮,要知道,你看到的附著在油煙機、排煙管上的油垢,以及每兩個月從飯店煙道內清理出來的幾十公斤甚至幾百公斤的油垢,還只是烹飪油煙中極小的一部分,而絕大部分油煙都被排入了大氣。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      以上只是以北京市為例進行的簡單計算,而所有人口密集的地區也都存在同樣的情況,中餐煎炒烹炸帶來的油煙排放幾乎無處不在,只要天氣條件不利于污染物擴散,排入大氣的油煙快速累積,必然會出現嚴重的霧霾天氣。

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      四、油煙治理,勢在必行

      從2013年霧霾大爆發開始,關于霧霾成因的爭論就沒有停止過。毫無疑問,工業鍋爐、窯爐,機動車尾氣排放,煤炭以及生物質的燃燒,建筑及道路揚塵,這些都是大氣污染的源頭,但問題在于,所有這些成因均已無法解釋目前依然嚴重的霧霾現象。在經過近兩年的研究之后,我們才恍然發現,油煙有可能是所有大氣污染源中分布最廣、最為穩定的一種,也是最為重要的一種。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      根據對餐飲業和家庭廚房油煙排放的研究,已經可以斷定的是,每天被排入大氣的大量烹飪油煙,就是我們尋找多年的霧霾元兇。遺憾的是,油煙污染問題雖然早已被提出,卻始終沒有得到足夠的重視。其實,早在2001年國家就出臺了《飲食業油煙排放標準》,要求各餐飲單位實施油煙凈化,減少油煙排放。近年來,不少省市又陸續制定了嚴于國家標準的地方標準,但根據了解,由于成本、技術等方面的原因,餐飲業油煙凈化的總體效果并不理想,相關的標準尚未得到有效落實。再說家用油煙機,面對每年銷售額超過千億元的家用油煙機市場,眾多廠商為迎合客戶、占領市場,不斷推陳出新,但其創新之處多集中于“智能化”、“大風量”、“自清洗”以及時尚的外觀,并未在油煙的凈化回收方面多下功夫,家用油煙機基本是都還是“直排機”。
     

    霧霾形成的“未知因素”找到了!

      需要補充的是,根據筆者掌握的情況,油煙治理從技術上已經完全成熟,油煙污染“近零排放”也并不困難。筆者認為,在其他各項大氣污染治理繼續穩步推進的同時,如果油煙污染能夠得到全面治理,未來三到五年,整體空氣質量將會取得明顯改善,中度、重度霧霾天氣將不再出現,取而代之的將是清新的空氣和“無霾”的藍天。(行者無疆)

     
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