近日,中科院“大气灰霾追因与控制”专项课题组披露的一项阶段性报告犹如一枚重磅炸弹,轰向了民众原本脆弱的内心——在1月份中东部地区强霾污染物中,分别检测出了与1952年英国伦敦烟雾事件和上世纪40至50年代美国洛杉矶光化学烟雾事件的相同成分,并叠加了我国特色的沙尘气溶胶。
而其中的“大量含氮有机物颗粒”在经媒体曝光后,舆情更是一时哗变。
空气有毒!面对灰霾这一全民公敌,人们开始担忧,是否,在不久的将来,乾净的空气也会像当下的房子一样,成为需求紧缺品;像LV一样,成为高档奢侈品;甚至,像兵马俑一样,成为历史遗留品。
含氮有机颗粒物
它的真身暂无人知
中科院调查组从京津冀灰霾中检出的所谓“美国南加州上世纪光化学烟雾的主要成分之一”的含氮有机颗粒物到底是什么?
调查组负责人王跃思在接受新华社采访时表示,这种有机含氮细颗粒污染物是由大量二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物或颗粒物中有机组分相互反应、共同产生的。他还特别强调,该种颗粒物不是一种,而是好几十种物质,不仅对人体肺部和心脏的损伤都很严重,并且可能会引起癌症及其他严重疾病,“是一个危险的信号”。
但接受南方日报记者采访的专家均表示,他们并不理解王跃思所称的“含氮有机颗粒物”具体指什么。
虽然从上世纪40年代初开始,洛杉矶的光化学烟雾污染便时有发生,但直到1958年,美国科学家才追查到“主犯”是汽车尾气:其中的挥发性有机物(VOCs)和二氧化氮被排放到大气中后,在强烈的阳光紫外线照射下,经过一系列的化学反应,产生有毒的光化学烟雾。而通常认为,这种烟雾由氮氧化物、臭氧等无机物气体,与过氧乙酰硝酸酯、醛类、酮类等有机气体和有机硝酸盐颗粒物组成。
二氧化氮众所周知,那么生成光化学烟雾的另一种前体物——挥发性有机物又是何物?
“它的来源很多,除了汽车尾气、工业排放,还可能来自喷涂行业、胶合板制造、家具行业、文具制造、家庭装修、餐饮、打印机、复印机、制鞋业粘合剂、电子行业清洗剂,甚至是化妆用的指甲油和摩斯。”中国气象局是广州热带海洋气象研究所二级研究员、中山大学博士生导师吴兑解释说。
就是这个在当今工业文明中几乎无处不在的物质,成了光化学烟雾产生过程中的“关键先生”。
其实,单独的二氧化氮并不会酿出大祸。虽然二氧化氮(NO2)在紫外光的降解下会产生一氧化氮(NO)与氧的游离态(O),氧的游离态又会与氧气(O2)化合成臭氧(O3),但臭氧又会氧化一氧化氮,从而反应生成二氧化氮。
“这原本是一个循环往复的过程,臭氧的浓度保持稳定。”但挥发性有机物(VOCs)的 出现,却打破了这一平衡,“挥发性有机物氧化生成的烷氧自由基会替代与一氧化氮互相作用产生新的气态污染物——过氧乙酰硝酸酯(PAN),而由于消耗了一氧化氮,臭氧失去了氧化对象,无法与一氧化氮合成为二氧化氮,臭氧浓度就会急剧上升。”吴兑说。
有媒体指出,王跃思所说的“含氮有机颗粒物”是PAN,但中国科学院广州地球化学研究所研究员王新明认为,虽然PAN会导致皮肤癌,但在自然环境中呈现为气态,并不以颗粒态的形式出现。不在极端情况下,空气中不会累积到较高浓度。
除此之外,颗粒态的硝基多环芳烃也可能是“大量含氮有机颗粒物”中的有力候选。
虽然无法指明王跃思所说的含氮有机颗粒物是为何物,但王新明认为,单独说含氮有机颗粒物危害大,是不准确的。“大气的颗粒物中虽然有不少是含氮的,但就近五年对广州PM2.5组成的监测来看,含氮的有机物只约占颗粒物有机质的6%,而其中有毒害的仅占一部分。”王新明表示,目前灰霾天气对人体的危害,主要是在各种颗粒的综合影响下形成。“有害的含氮有机颗粒物到底有多危险,关键是看剂量。比如我们在广州检测到含氮的硝酸酯类有机物,但国外研究者在马尔代夫检出其浓度也并不比我们低。目前我们这样高的颗粒物浓度水平肯定不利于健康,但是不是这些含氮物质造成,值得商榷,起码目前没有证据。”
中国命题
降伏新型复合污染
与洛杉矶烟雾事件苦苦追“凶”不同,1952年12月,伦敦在发生严重的煤烟型污染后,很快便查出了凶手:燃煤。经燃煤排放的烟粉尘和二氧化硫在经过化学氧化后,形成硫酸盐和其他非水溶性的粉尘。
为什么在我国的灰霾中,二氧化硫等煤烟型污染物会与光化学污染物扎堆出现?
“从上世纪80年代开始,我国随着工业化发展,先经历粉尘污染,然后马上经历二氧化硫污染,在前两者还没有治理好的情况下,又发现了光化学烟雾,这就是我们所说的‘新型复合污染’。”吴兑解释道。
在王新明看来,复合污染的出现得归咎于我国工业化的“压缩式”发展。“目前燃煤在我国能源结构中占70%,排放出大量二氧化硫和粉尘,同时机动车数量持续增长,排放大量汽车尾气,多种污染物同时高浓度爆发,所以才发生了复合式污染。”那么,工业化的快进会不会带来污染的爆棚,从而招致伦敦悲剧、洛杉矶悲剧在中国重演?
“伦敦烟雾、洛杉矶光化学烟雾事件发生的那个时代,工业排放不采取任何措施,大量的粉尘和二氧化硫直接进入大气,但中国没有发生过这么严重的污染。”吴兑认为,我国现在总体污染最严重时也比当年伦敦、洛杉矶事件时轻得多。
吴兑介绍,伦敦事件发生时,悬浮颗粒物日均值达到了4000微克/m3,而目前我国检测出的PM2.5日均最大值出自华北,约为1000微克/m3,广州记录的历史最高日均值则出现在2003年,约为250微克/m3。
吴兑认为,这要归功于制造业工艺水平的升级,“与上世纪50年代相比,我国工业化时的工艺技术已经在发达国家的基础上更新换代很多次,技术水平大幅度提升,有比较完善的消烟除尘和脱硫设施,能源结构也发生了一些改变,排污量远小于欧美当年。”吴兑介绍,珠三角启动治理灰霾源于2003—2005年,2004年左右是珠三角PM2.5的年度峰值,年均值超过80微克/m3,一年有200个灰霾天,但之后就开始逐年下降。”王新明证实了吴兑的说法。自2007年开始,他的研究团队在万顷沙镇的监测数据表明,PM2.5值每年下降8%左右,尤其是硫酸盐大幅下降。
“珠三角的经验值得向全国推广。”吴兑认为珠三角的治霾经验在于严控排放源,“首先是通过禁摩减少机动车数量,另外通过使用清洁能源改善能源结构,通过消烟除尘、脱硫改善工厂末端污染治理,包括将工厂转移到空气污染容量相对较大的地方,以及亚运会前推出的提升油品质量、改造加油站、减少垃圾焚烧等区域联防联控和多种污染物协同控制措施。”但警钟依然要长鸣。以臭氧为代表性污染物的光化学烟雾事件对珠三角是一个潜在威胁,因为不象灰霾那样大家都看得见,公众的关注度不高,“发达国家颗粒物污染解决得比较好,经常蓝天白云,但很多地方臭氧污染还是一个问题。我国也一样,控制臭氧污染的路有可能比控制灰霾的路更长。”王新明解释道。据广东和香港联合进行的粤港珠江三角洲区域空气监控显示,2006年至2011年,虽然珠三角区域整体空气质量逐步改善,但臭氧浓度上升了21%,这说明珠三角对光化学污染控制仍较薄弱。
空气污染事件列表
马斯河谷事件
1930年12月1日—12月5日,比利时马斯河谷工业区大量工业排放的二氧化碳、二氧化硫等有害气体和粉尘,无法迅速被大气稀释,以致在近地层积累,导致大气烟雾污染。60余人死亡,被污染者出现严重后遗症。
多诺拉烟雾事件
美国宾夕法尼亚州多诺拉从1948年10月27日开始处于雾天和很大范围的逆温层之中,工厂排出的大量二氧化硫和粉尘形成的浓雾和烟尘笼罩地面,一直持续到10月31日。致使17人死亡。
洛杉矶光化学烟雾事件
1943年,美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件。1952年12月,光化学烟雾再次突袭洛杉矶,400多名65岁以上老人因呼吸有毒气体导致呼吸系统衰竭而死亡。直到1958年才发现,洛杉矶市拥有的汽车每天消耗约1600吨汽油,向大气排放1000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物。这些气体受阳光作用,酿成了危害人类的光化学烟雾事件。
伦敦烟雾事件
时间是1952年12月5日-9日,直接原因是燃煤产生的二氧化硫和粉尘污染,间接原因是开始于12月4日的逆温层所造成的大气污染物蓄积。这次事件造成多达12000人因为空气污染而丧生,并推动了英国环境保护立法的进程。
东京光化学烟雾事件
1971年,日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件,使一些学生中毒昏倒。此后,日本一些大城市连续不断出现光化学烟雾。日本环保部门经对东京几个主要污染源排放的主要污染物进行调查后发现,汽车排放的CO、NOx、HC三种污染物约占总排放量的80%。
中国光化学烟雾事件
1974年,中国兰州的西固石油化工区也出现光化学烟雾。据环保总局透露,北京和南宁曾分别于1998年和2001年发生过光化学烟雾现象。上海、南京、广州、济南、兰州等地都曾发生过光化学烟雾污染。
珠三角总体情况
优于京津冀长三角
■三大城市群霾情解读
吴兑认为,中国城市群的PM2.5中,来自人为排放源的可以分为硫酸盐、硝酸盐、有机碳氢化合物这三大类。但京津冀、长三角、珠三角三大城市群PM2.5的构成因为各自气象条件、工业结构的不同又有细微的差别。
京津冀地区由于受到北方沙尘暴的影响,沙尘、土壤粒子等地壳元素的比例较高,同时硫酸盐的比重要高于长三角、珠三角。但有机碳氢化合物的比重则低于长三角、珠三角。
但这并不意味着京津冀地区排放量低于后两个城市群。“北京保有520万辆机动车,光这个,别的城市就无法匹敌,另外围绕着环渤海经济圈,也重点布置了几个大型石化企业。”吴兑判断,三大城市群中,京津冀PM2.5的总体浓度、有机碳氢化合物的含量依然是最高的。
而经过多年的防控治理,珠三角的PM2.5值已经步过拐点,近年来持续下降。虽然硝酸盐与有机碳氢化合物在PM2.5中的占比为三大城市群中最高,但吴兑一再强调,这并不表示这两种颗粒物在珠三角的污染最为严重,“从绝对量来看,珠三角的总体污染,应该好过另两个城市群。”从发展趋势来看,目前,北京与珠三角城市的灰霾天数都在逐年下降。但近几年来,以南京、杭州为代表的长三角城市却处于PM2.5浓度的上升期。
以2011年PM2.5年均值为例,广州为42微克/m3,上海为49微克/m3,而来自江苏省环保厅环境监测中心的数据显示,近年南京PM2.5最高年均值与北京持平,达到70微克/m3。
吴兑分析称,南京成为“中国东部大城市污染之最”除了与其所处的苏南、浙北地区是当今中国经济最发达、工业化水平最高的区域有关外,也与机动车数量、燃煤量有关,更为独特的是,每年两次长达半个月以上的秸秆焚烧对空气质量打击致命。
对此,记者专门向南京大学大气科学学院教授王体健求证。他虽然对南京成为“中国东部大城市污染之最”这一说法持保留意见,但同时承认,目前南京的PM2.5浓度确实高于珠三角,空气质量也不如广州。