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开博时间:2016-07-01 14:43:00

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雾霾成因新发现和治理

2017-05-18 09:58:00

  2015年11月底和12月上旬京津冀和中国其他地区经历了两次大面积重度雾霾,让中国人苦不堪言,雾霾再次成为热点话题。

  北京和华北的两次重度雾霾

  北京第一次重度雾霾产生的时间是2015年11月27日~30日,与此同时,华北中南部以及黄淮中西部、江淮等地出现大范围霾和大雾天气。

  11月27日,北京市空气重污染应急指挥部办公室启动空气重污染黄色预警。29日上午10时,升级为2015年首个橙色预警。北京市教委要求全市小学、幼儿园停止户外活动,中学停止室外体育课。30日,雾霾持续加重。午后,北京中心城区PM2.5维持500微克/立方米的高污染浓度,当晚南部部分站点出现PM2.5超过900微克/立方米的极端峰值污染浓度。

  至12月1日上午,北京重污染持续5天,重污染橙色预警逾40小时,经历了2015年最严重的污染过程。30日晚,多个监测站PM2.5浓度超过500微克/立方米,峰值接近1000微克/立方米。

  京津冀的第二次重度雾霾产生时间是2015年12月7日~10日。12月8日早上7点,北京正式启动3年来首个重污染红色预警信号,到12月9日中午12点,北京都处在重污染红色预警之中,红色预警持续时间达53个小时。12月8日下午,北京市环保监测中心的预报显示,从7日到8日,北京市污染水平在区域背景下进一步上升,从5级重度污染跃升至6级严重污染,PM2.5浓度到达此次污染过程的峰值。

  8日白天,北京淹没在灰白色雾霾中,PM2.5浓度在二三百微克/立方米的范围,空气质量维持在5级重度污染。截至8日18时,北京城六区PM2.5浓度为280微克/立方米;西北部209微克/立方米;东北部246微克/立方米;污染最严重的西南部达310微克/立方米。

  雾霾主要原因

  过去对中国雾霾产生的原因有种种调查和研究,归因的对象也五花八门,如工业生产、汽车尾气排放、居民烹调油烟、农村烧秸秆,甚至居民制作腊肉排放烟雾等。但是,2015年12月14日,环保部通报对华北地区22个城市(区)的环保综合督察结果,全国PM2.5浓度之所以严重超标,与燃煤有直接关系,燃煤对PM2.5浓度贡献率在61%左右。

  原因在于,“一钢独大”“一煤独大”“产业围城”等现象在华北地区一些城市比较普遍。除北京、天津外,华北地区煤炭在能源消费结构中占比近90%,远远超过全国平均水平。

  例如,唐山、邯郸“钢铁围城”现象突出,邢台重化工业四面布局,包头城区呈现“东铝、西钢、南化、北机、四周电”的格局,阳泉、晋中、乌海、平顶山、焦作等城市“一煤独大”等。以2015年11月底发生的华北地区持续的雾霾而言,原煤燃烧和工业排放是此次重污染过程最主要的来源。

  原煤燃烧的主要问题是不清洁用煤。2014年全国用煤42亿吨,其中,火电用煤19.4亿吨左右,非电行业用煤约为22.6亿吨。现在,火电燃煤使用的优质煤较多,排放的治理较好,而非电行业的不清洁燃煤排放,如炼钢是造成雾霾的重要原因,而重化产业是华北地区很多城市的支柱产业,也是造成环境污染的重要因素。这种情况既影响了城市的可持续发展,也给环境治理带来巨大困难。

  散煤煤质的质量也是污染源的重要组成部分。例如,北京市在售散煤煤质超标率为22.2%,天津市超标率为26.7%,河北省唐山、廊坊、保定、沧州4市平均超标率为37.5%。

  另一方面,企业的治污方案弄虚作假也造成工业和燃煤对大气严重污染。许多地方有方案,没措施;有部署,没落实;有考核,没问责。例如,河北省部分地市制定的压钢减煤计划内容不实,可操作性不强,难以实现确定的减煤压钢的目标;河南南阳市虽然制订了蓝天工程等系列实施方案,但与河南省政府有关要求相比,在目标、任务和措施等方面均存在不小差距;郑州市制订的14个大气污染治理专案,在被约谈前基本没有落实。焦作、安阳、呼和浩特、通州等地制订的治理方案实际落实情况并不到位。

  环保部调查的雾霾主要因果关系显然更符合事实,也符合人们的认知和观感。也即是说,尽管汽车对雾霾的形成有贡献,但真正产生主要贡献的是“一钢独大”“一煤独大”。

  治霾不能等待

  在如此恶劣的空气中呼吸求生,是每一位生活在京津冀的人的噩梦。环保专家对京津冀空气质量的解答又让人们陷入噩梦永无梦醒时分的严重焦虑之中,因为,京津冀的人要呼吸到最低达标的空气还要等15年。

  清华大学环境学院院长贺克斌的研究显示,在京津冀、长三角、珠三角三大地区中,京津冀地区实现空气质量达标的时间最晚,要等到2030年。具体而言,京津冀地区2013年的PM2.5年均浓度为106微克/立方米,预计2020年可以削减40%达到64微克/立方米,2030年可以削减67%实现达标。

  2030年京津冀空气达标的标准是多少呢?按照2012年3月2日环保部公布的《环境空气质量标准》(新国标)中的PM2.5浓度限值是,二级标准年和24小时平均浓度限值分别为35微克/立方米和75微克/立方米,与世界卫生组织(WHO)过渡期第一阶段目标接轨。

  其实,这个标准已经是最低的了,世界卫生组织的PM2.5浓度标准是24小时平均浓度限值为10微克/立方米,中国的标准离世界卫生组织的标准还差一大截,同时也与2008年的“奥运蓝”标准存在差距,后者的标准是55微克/立方米。

  雾霾引发人的多种疾病,如心血管病、呼吸系统疾病、肺癌和其他癌症已经有大量的研究结果证明。现在,又有一项以15年为时间段的研究结果显示,治霾和不治霾的结果大不一样。

  如果要让京津冀的人等待15年(2030年)才能呼吸到最低合格标准的空气,最等不及的是一些有心脑血管病、呼吸系统疾病、过敏症和可能患癌的人。中国医学科学院的研究人员在2015年11月于美国佛罗里达州奥兰多举行的美国心脏病协会心血管年会上公布的一项研究结果称,如果中国能保持2008年的“奥运蓝”空气质量,可在2030年之前防止中国城市地区大约90万人死于心脑血管病、呼吸系统疾病等,并使千百万人延长生命。

  反过来理解,如果中国的空气不能达到“奥运蓝”的质量,在15年内,就有90万人死于空气质量不合格诱发的多种疾病。尽管这是一个全国的数量,而非京津冀地区的人数,但是,考虑到京津冀地区人口密度是全国较高的(484人/平方千米),人口数量也是全国较多的(1.11亿人,占全国的8.1%),空气质量不达标造成的死亡数也是较大的。简单地以8.1%计,空气质量不达标在15年内也可能造成7.29万人死亡。如果再加上雾霾引发的其他疾病,以及雾霾对更多人的健康危害,人们付出的代价将会更大。

  雾霾危害健康的认知在深化

  雾霾危害人们健康的科学机理也在不断深化,让人们感到治霾的紧迫和时不我待。

  例如,大气颗粒物(PM)暴露可增加哮喘、慢阻肺和肺癌等呼吸道疾病的发病率和病死率,现在,这一致病机理已经初步弄清。浙江大学医学院附属二院、浙江大学呼吸疾病研究所、呼吸疾病国家重点实验室的课题组研究人员不久前通过高倍电子显微镜观察发现,只有头发丝1/500~1/100的超细颗粒物能被内吞进入人体的气道上皮细胞,在细胞内沉积形成黑暗颗粒,继而诱发炎症反应和黏液高分泌,这是造成呼吸道疾病的重要原因。这一成果已在国际权威的细胞生物学专业期刊——《自噬》杂志在线发表。

  由于人体具有“细胞自噬”的自我保护行为,细胞会试图通过自噬包裹住吸入体内的超细颗粒并降解这些侵入的超细颗粒以及无用蛋白质等。实施细胞自噬的既有呼吸道的上皮细胞,也有血液中的巨噬细胞,但是,由于这些超细颗粒含有大量无机碳、重金属等有毒物质,很难被细胞自噬降解。在一系列复杂过程中,最终导致了气道炎症和黏液的大量分泌,引发慢性呼吸道疾病。

  例如,PM2.5经呼吸到达肺部,再经气血交换进入血液,血液中的巨噬细胞会把它们当作异物和有害物质来吞噬。与巨噬细胞吞噬细菌不同的是,细菌是生命体,可以成为巨噬细胞的食物并被降解。但是,PM2.5是没有生命的,巨噬细胞吞噬了它们,如同老虎吞石头,无法消化,巨噬细胞最终会被噎死。结果是,巨噬细胞作为一种重要的免疫细胞大量减少,人的免疫力也会随之下降。

  被噎死的巨噬细胞还会释放出一些有害物质,导致细胞及组织的炎症。也就是说,PM2.5比细菌更致病,进入血液的PM2.5越多,人就越容易生病。这一研究也清楚地解释了细胞自噬行为与雾霾导致的气道疾病之间的关系。

  尽管研究人员认为,阻断细胞的自噬过程能有效降低气道疾病反应,而且已在小鼠等小动物模型中,通过阻断细胞自噬行为降低了疾病反应,但是,如果能根治雾霾,显然是釜底抽薪。

  “阅兵蓝”和“APEC蓝”的启示

  环保部的结论已经提出了治霾的线索,即减少钢铁和其他生产中的燃煤,尤其是不清洁的劣质煤炭的使用。显然,这会触及“一钢独大”“一煤独大”的利益和地方的GDP。因此,未必会达成一致意见。但是,实践也提供了一些治理雾霾可以达到立竿见影效果的样板,这就是“阅兵蓝”和“APEC蓝”,因为找到了根源,治理的措施也非常对头。

  从“阅兵蓝”和“APEC蓝”的做法和经验来看,要让公众马上享受蓝天白云可以归纳为两点:一是停止或减少过度生产和消费,二是产业转移。这就要从“阅兵蓝”和“APEC蓝”是如何实现谈起。

  2014年11月3日0时~11日24时,北京、天津、河北、山西、内蒙古、山东等6省区市停产企业9298家,限产企业3900家,停工工地4万余处。此外,北京市以及河北全省机动车单双号限行。结果是,APEC会议期间,北京多项污染物指标比2013年同期下降约50%,车速提升了50%。具体为,二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)、挥发性有机物等减排比例分别达到54%、41%、68%、63%和35%左右,周边5省区市主要大气污染物排放量也明显下降。

  2015年8月28日0时~9月4日24时,北京等7省区市(增加河南)统一实施6大临时强化减排措施,将燃煤电厂和燃煤锅炉作为重点控制对象,7地停产、限产企业总数达1万多家;近9000个建筑工地暂停施工。8月28日~31日重点控制区域钢铁等企业减排50%以上;9月1日~4日所有区域钢铁等企业减排50%以上。

  结果是,8月20日~9月3日,二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物等各项污染物平均浓度分别为3.2微克/立方米、22.7微克/立方米和25.3微克/立方米,同比分别下降46.7%、52.1%和69.2%,均达到了监测历史以来的最低水平。2015年8月20日~9月3日,北京市PM2.5平均浓度为17.8微克/立方米,同比下降73.2%,连续15天达到一级优水平,相当于世界发达国家大城市水平。

  特别是9月3日上午阅兵期间,北京市PM2.5平均浓度仅为8微克/立方米,完美呈现“阅兵蓝”。

  减少过度生产和消费

  有人认为“阅兵蓝”和“APEC蓝”是极端管制措施造成的,短期可行,长期下去难以办到,因为少了钢铁、燃煤等的生产和消耗,中国的GDP就要下降,人们的生活水平会降低。事实并非如此。因为,中国的钢和煤等产量已经是过度生产和过度消耗。

  以钢产量为例,2014年《世界钢铁统计数据》显示,2013年全球粗钢总产量为16.07亿吨,中国是世界第一产钢大国,粗钢产量占全球粗钢产量的48.5%,达到7.79亿吨。俗语称,“世界钢产量中国第一,河北第二、石家庄第三”。

  中国的钢产量严重过剩也是事实。2014年全球粗钢产量达16.62亿吨,中国粗钢产量为8.227亿吨,同比上年增长0.9%。然而,2014年中国折合粗钢消费量为7.38亿吨,同比下降2.25%。也就是说,还有8470万吨钢无法消化。出口当然是一个重要的化解渠道。2014年中国出口钢材9378.38万吨,同比2013年增长50.45%。尽管钢材出口能化解部分产能,但从性价比看,出口创新高并不能给整个行业发展带来对等利润,钢材超低的价格使得整个钢铁行业陷入增产不增收的困境。而这又是以高污染、高能耗、破坏环境,毁掉资源和可持续性发展为代价的,主要原因就是使用化石燃料,即煤来生产钢材。

  从钢铁产业已经看出,停产、减产高污染、高能耗的钢铁和煤炭生产是一举多得的行为,可以让蓝天白云马上呈现,保护公众健康,同时减少负增值的生产反而能让GDP升值。

  另一方面,产业转移更是众多有识者的共识。例如,美国未来发展和能源研究专家艾默里·洛文斯在其新作《重新发明火》中提到3个原则,减少用量、调节需求、优化供应。本质是,在不降低生产能力、生活水准的前提下,尽量少用甚至不用化石能源,同时发展低碳绿色技术。例如,大力鼓励光伏发电、利用风能、太阳能,甚至对煤炭的绿色改造等。这显然是长期的任务。

  如果能把这些措施结合起来,京津冀和全国的蓝天白云就不会是童话,而是现实并且能唾手可得。

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