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三年-終究研究出北京空氣污染的最終原因
【更新日期】:2017-08-04      【文章來源】:冰蟲       【責任編輯】:冰蟲      【文章閱讀】:1907


北京空氣污染1



空氣是人類賴以生存的必要條件,即便不考慮燃油質量差引起的大氣污染后果,產品質量不達標以次充好謀利,廠家和監管機構的職業操守何在?


霧霾深鎖的京城

圖1霧霾深鎖的京城


2015年,央視315晚會中有一檔節目《記者調查:調和汽油的“秘密”》曝光了山東省東營市、濱州市許多不法廠商通過將劣質汽油和石腦油、芳烴等添加劑調和生產較高品號“調和汽油”。調查組記者曾委托中國科學院大學化學與化工學院何裕建教授課題組對各燃油樣品進行了成分分析,證實汽油中含有甲縮醛等非法添加物等。這不僅容易造成汽車動力不足,還會影響人類健康。


近期,我們了解到,何裕建教授課題組一直在關注燃油質量,并用三年多的時間完成了“機動車燃油質量及尾氣排放與北京市大氣污染的相關性”的研究,論文正式發表在近期《中國科學院大學學報》(2017年5月34卷3期,P304-317;http://journal.ucas.ac.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=12467)。通過介紹,我們有幸采訪到何教授,聽他講解這項研究背后的故事和重要結果。


【關于研究的初衷】


近年來,不同研究人員對北京市大氣污染的產生給出了各自的研究結果,不同的研究結果之間存在明顯的差異甚至矛盾。因此,有必要研究清楚北京大氣污染的真實起因。


何裕建說:“作為一名化學科研工作者,有興趣和能力對大氣污染成因進行徹底的分析,為公眾服務。全國范圍內的大氣污染面積很大,我們以北京市為點進行了研究,希望通過我們的努力盡可能了解和接近真相,促進我們生存環境的改善。”


大概從2013年起,“霧霾”成為年度關鍵詞。有報告顯示,中國*大的500個城市中,只有不到1%的城市達到世界衛生組織推薦的空氣質量標準。除此之外,世界上污染*嚴重的10個城市,有7個在中國。2013年1月的北京,只有5天不是霧霾天,全年北京市大氣PM2.5超標189天,年均值為89.5μg/m3。霧霾如此“高調”的闖進人們的生活,被霧霾籠罩著的每個人都有權利知道這背后的成因和真相是什么。


何裕建回憶道:“我們也從2013年起就開始認真關注霧霾為什么如此嚴重的成因。事實上,*初我和楊昆昊等項目主要參與者對汽車燃油質量和汽車尾氣排放是否是造成北京市大氣污染的*主要原因也只是猜想。”


何裕建說,回憶起這三年多的時間里,經歷了許多難忘的故事,因為燃油管控的原因,其中*困難的莫過于如何到各個加油站順利地取到燃油樣品。何教授介紹,他們想盡了各種辦法采取燃油樣品。其中,有一部分樣品來自于2015年央視315記者調查組交由他們進行分析的,還有一部分是通過一些特殊渠道獲得的。北京市區和市郊有近千家加油站,為保證汽油樣品能夠盡可能有代表性,他們共獲取了不同品牌的燃油樣品100多個。


【主要研究結果】


何裕建課題組的研究表明,北京市四種常見品牌的汽油錳含量超標0.5~1.5倍;ZSH、ZSY和S牌汽油鐵含量略超過標準,其中ZSH超標0.42倍;四種常見品牌的汽油鉛含量全部超標,*高超標倍數為2.1倍。(樣品品牌名用符號代替)


課題組測定了北京市不同品牌燃油中硫、氮含量。國V汽油和柴油標準均規定硫含量為10 mg/kg,測定結果顯示S牌汽油的硫含量超過了國家標準;ZSH和BD兩個柴油樣品的硫含量均明顯超標,其中ZSH柴油樣品超標1倍,BD柴油樣品超標高達33倍。北京市售每種燃油樣品中均有較高含量的氮,尤其是S牌汽油其含氮量高達1462 mg/kg。無疑,這將產生較多的氮氧化物污染。但遺憾的是,目前我國燃油標準中沒有氮含量標準。


國V標準規定,汽油中芳烴含量標準為40%(體積分數),折合成質量分數約為50%。課題組研究表明,北京市的ZSH、ZSY和FC三種品牌的汽油芳烴含量分別為56.7%、52.3%和77.1%(質量分數),均不符合國家標準。柴油中芳烴含量標準為11%(質量分數),取樣的兩種柴油中的芳烴含量均較低,符合國標。上面的結果表明,目前北京市面上的汽油基本上芳烴含量明顯超標。


課題組收集了數千個數據,采用統計的方法研究了北京市2013年11月至2015年10月的各主要大氣成分污染狀況,并估算了汽車污染物排放的貢獻率。結果表明,在供暖季,北京市汽車尾氣排放的CO、NO2和SO2分別占總CO、NO2和SO2排放的30.1%、72.4%和6.6%;在非供暖季,汽車尾氣排放的CO、NO2和SO2分別占總CO、NO2和SO2排放的53.3%、74.3%和20.3%,而北京市汽車HC排放全年平均分擔率約為67.8%。供暖季大氣邊界層高度的下降及北京市燃煤排放將協同加劇重污染天氣的出現。在無風無雨的天氣狀態下,一周的積累,大氣污染即可達重度狀態。

排放數據

圖2 在供暖季,所有排放源排放導致的大氣NO2日均增加濃度為41.0 μg/m3,而在非供暖季為28.0 μg/m3


大氣污染物二氧化氮NO2呈棕色;臭氧O3主要為光反應引起,呈現淡藍色;而大氣顆粒物主要為灰黑色。這可合理解釋霧霾天的大氣常呈棕灰色,而有陽光時略帶淡藍色的原因。此外,課題組對PM2.5值進行了定量模擬,得到了較好的經驗式,可較準確地預測北京市大氣污染情況(圖3)。

理論預測與實際值相吻合

圖3 理論預測與實際值相吻合


何裕建和他的團隊進行的這項長達三年之久的研究明確指出,燃油質量不達標和汽車尾氣排放是北京市大氣污染的主要原因,綜合效應超過50%。這與上世紀美國洛杉磯的大氣污染起因是一致的,這結果雖然令人意外,卻也在意料之中。


為有效治理北京市大氣污染,根據研究結果,他們提出如下建議:


1)合理降低燃油使用量;

2)堅決執行對燃油質量的監管與違法問責制,嚴防不合格燃油進入市場;

3)提高燃油芳烴含量標準至國際標準(35%),增補燃油的氮含量標準(

4)實行更加嚴格的汽車尾氣排放標準;

5)淘汰老舊車輛,強制要求廠方給汽車配置三元轉換器并定期更換,降低尾氣污染物(CO、HC和NO2)排放;

6)提高供暖燃煤的質量,降低其S、N含量;

7)提高供暖燃煤的燃燒效率,降低CO和HC的排放。


【結束語】


何裕建說,除上海外,北京市燃油標準和監管比國內其他地區都嚴,但依然普遍存在燃油重金屬含量、硫含量和芳烴含量等的超標現象,國內其它地區和城市的燃油質量更可想而知。何教授憂慮和無奈地說:空氣是人類賴以生存的必要條件,退一萬步講,即便不考慮燃油質量差引起的大氣污染后果,產品質量不達標以次充好謀利,廠家和監管機構的職業操守何在?中國廠家為了謀利出現過連人喝的牛奶也敢做成三聚氰胺毒奶的案例,何況汽車“喝”的燃油?他們什么事不敢干?值得警惕和深思!


在采訪過程中,我們深刻地感受到了何教授課題組在無相關經費資助下完成此項目的難度、努力和堅持,更感受到了他們的強烈社會責任感和良知。


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