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      控制氮氧化物 改善環境質量
      作者: 時間:2014-03-02

      ​郝吉明,1946年生,山東省梁山人。清華大學教授,中國工程院院士。著名大氣污染控制專家,在酸雨控制方面取得的成果為確定我國酸雨防治對策起到主導作 用;建立了城市機動車污染控制規劃方法,推動我國機動車污染控制的進程;深入開展大氣復合污染特征、成因及控制策略研究,發展了特大城市空氣質量改善的理 論與技術方法。
      為什么對話?
      環境保護部副部長張力軍在近日舉行的第十一屆全國人大三次會議專題記者會上表示,對于“十二五”污染 減排,我們要在污染減排指標領域上,進一步延伸和擴展,適當增加主要污染物總量控制的指標種類。據分析,氮氧化物將成為“十二五”的主要大氣污染物排放約 束性控制指標。那么,為什么要控制氮氧化物?如何控制氮氧化物?我們請一直關注大氣污染的專家進行解讀。
      郝吉明怎么說?
      減少大氣 中的氮氧化物對于保護生態、保持人們身體健康起到重要作用。而減排氮氧化物就是保護環境、改善民生的重大舉措?刂频趸镄枰獌蓚輪子:一是控制機動車 移動源。要不斷加嚴標準,減少機動車排放。要不斷改善機動車性能,提高油品質量,大力發展公共交通;二是控制電廠為主的固定源。要大力推廣低氮燃燒器。同 時,在重點地區還要對燃煤電廠進行煙氣脫硝。
      對話人    郝吉明清華大學教授,中國工程院院士
          采訪人    中國環境報記者 劉蔚
      點擊一
      焦點關注
      氮氧化物減排的緊迫性,對保護環境、改善民生的意義
      關鍵思路
      大氣NO2總負荷仍呈快速增長的趨勢,減排氮氧化物就是保護環境、改善民生的重大舉措
      記者:氮氧化物對大氣環境的具體影響到底有哪些?減排氮氧化物的緊迫性主要體現在哪里?對于保護環境、改善民生的意義是什么?
      郝吉明:大量氮氧化物排放導致主要城市地區近地面大氣氮氧化物濃度水平較高,成為我國大氣污染的主要問題之一。根據監測數據,1990~1999年間, 許多城市的氮氧化物濃度較高,日平均濃度高于國家二級標準(0.10mg/m3)。自2001年起,氮氧化物不再是國家環境空氣質量標準包含的污染物,僅 以NO2為環境空氣質量監測指標,并且把標準放寬。雖然自2001年以來,在全國監測的城市中NO2濃度年均值均達到二級標準,但實際上,2001 年以后實施的標準已與之前有了較大不同,NO2的二級標準已由原來的0.04mg/m3放寬至0.08mg/m3。同時,由于污染源直接排放的NO2非常 少,大量的NO2是通過NO在大氣環境中轉化形成的,而由NO轉化為NO2需要一定時間和條件。因此,NO2的數值不能完全反映城市氮氧化物的污染水平, 甚至在一定程度上掩蓋了氮氧化物污染的問題。
      2005年,權威科學雜志《自然》上刊登了一篇關于NO2的論文,文中的全球衛星遙感圖顯示,中 國東部NO2濃度值增加量明顯高于其他地區,尤其是在華北、長三角和珠三角地區,而北京到上海之間的工業密集地區成為世界上對流層NO2污染較為嚴重的地 區。中國東部和珠江三角洲存在大面積的NO2污染,且大氣NO2總負荷仍呈快速增長的趨勢。
      大氣中氮氧化物濃度增長,造成了氮沉降量的增加。 根據酸雨監測數據,降水中NO3-與SO42-當量濃度比值1999年以來呈現上升趨勢。NO3-與 SO42-當量濃度比值增大,表明氮氧化物對酸性降水的貢獻在增大,我國酸雨正在由硫酸型酸雨向硫酸/硝酸復合型過渡。同時,氮沉降產生更多的硝酸根和氮 的氧化物,使土壤酸化,使水酸化和富營養化。
      氮氧化物的持續增加,還會加速細微顆粒物和二次氣溶膠的形成。氮氧化物是光化學污染的前體物之 一。在陽光照射下,NO2和VOCs(揮發性有機化合物)經由一連串的光化學反應生成O3和甲醛、乙醛等多種二次污染物,導致大氣氧化性增強,并形成光化 學煙霧,對大氣環境和人體健康造成危害。在我國一些人口密集、經濟發達和機動車保有量大的城市,已經發現發生光化學污染的趨勢,尤其是在北京、廣州、上海 等特大城市已經監測到了光化學污染的發生。
      因此,減少大氣中的氮氧化物對于保護生態、保持人們身體健康起到重要作用。而減排氮氧化物就是保護環境、改善民生的重大舉措。
      點擊二
      焦點關注在
      “十二五”期間,控制氮氧化物的重要意義
      關鍵思路
      我國的大氣污染物總量控制若能從SO2擴展到NOx,將是大氣污染控制進程的重大進步
      記者:根據第一次全國污染源普查報告,2007年我國氮氧化物排放總量為1797.7萬噸,據您了解,我國氮氧化物排放量近年來變化趨勢如何?我國在 “十一五”規劃中將二氧化硫確定為大氣污染物進行控制,取得了顯著成效。據悉,“十二五”規劃可能將制定氮氧化物的控制目標。對此,您有何看法?
      郝吉明:氮氧化物是一種關鍵污染物,控制氮氧化物將取得多重環境效益。如降低NO2濃度,減少光化學煙霧、微細顆粒物、酸沉降和水體富營養化等。
      我國在控制SO2、TSP方面已經取得了一定成效。但在一些城市尤其是東部地區,已經出現了區域性復合污染,表現為灰霾和光化學煙霧現象。如廣東省的深 圳、新會和東莞,已經出現150多天的灰霾天氣,京津冀地區城市也超過了100天。一些城市的微細顆粒物甚至已經超過了微細顆粒物的污染重城——墨西哥 城。我國一些地區出現的區域性空氣污染問題,在世界上少見。
      隨著經濟發展和機動車保有量的快速增長,我國的大氣污染問題日趨嚴重。氮氧化物排放不僅使NO2濃度升高,還能夠促進光化學煙霧和微細顆粒物的形成。中國東部地區的大氣污染已經發展成為區域性的復合污染,必須在區域范圍實施多種污染物協同控制。
      “十二五”期間,我國的大氣污染物總量控制若能從SO2擴展到NOx,將是大氣污染控制進程的重大進步。
      嚴格地說,僅僅實施嚴格的機動車標準、要求安裝低氮燃燒器,還不能有效降低氮氧化物的排放。根據計算,2007年全年氮氧化物的排放總量約為1800 萬噸~2000萬噸。但實際上,氮氧化物的排放量估算起來很不容易。二氧化硫的硫主要來自燃料,而氮氧化物的氮來源是燃料和空氣,既與燃燒溫度有關,也與 混合氣體在高溫區停留的時間有關。煙氣中氮氧化物濃度的變化范圍較大,準確測算不容易。隨著燃料使用量和機動車保有量的增加,氮氧化物也會隨之增加。據測 算,全國氮氧化物的排放量年增長率為5%~8%。如果不采取進一步的氮氧化物減排措施,隨著國民經濟繼續發展、人口增長和城市化進程的加快,未來中國氮氧 化物排放量將持續增長。按照目前的發展趨勢,到2030年我國氮氧化物排放量將達到3540萬噸,勢必造成嚴重的環境影響,因此必須切實加強氮氧化物排放 控制。而減少氮氧化物最重要的政策措施就是總量控制。
      點擊三
      焦點關注
      借鑒西方發達國家控制氮氧化物的經驗
      關鍵思路
         采取多種污染物同步控制的手段,控制機動車移動源,控制電廠為主的固定源
      記者:氮氧化物排放主要來自哪些污染源?北美、歐洲等國家在控制氮氧化物方面有哪些經驗值得借鑒?
      郝吉明:氮氧化物排放源劃分為能源轉化類排放源、工業燃燒源、工藝過程源、商業及民用燃燒源和移動源五大類。其中,能源轉化源主要包括電站鍋爐、供熱鍋 爐和其他燃料轉化;工業燃燒源包括工業鍋爐和工業窯爐;商業及民用源包括采暖爐、茶浴爐、民用爐灶等;移動源主要包括道路源和非道路源。
      國外 在控制氮氧化物方面,采取的是多種污染物同步控制的手段。如在美國,為同時控制臭氧和細微粒子PM2.5,要求移動源的PM2.5排放在2000 年51.055萬噸的水平上減少13.47萬噸,氮氧化物排放在2000年1180萬噸的水平上減少370萬噸,VOC排放在2000年770萬噸的水平 上減少190萬噸。
      在歐洲,1988年就提出了氮氧化物控制協議,32個伙伴國從1991年開始嚴格執行。而在此前的1985年,就提出了控 制SO2的協議,并在 1994年增加了關于控制SO2的另一份協議。1991年還提出了控制VOC協議,1999年提出了防止酸化、富營養化和地面臭氧協議,從單一的污染物控 制向復合污染物控制發展。
      通過國外的經驗可以看出,從硫的控制到氮的控制,再涵蓋到VOC的控制。隨著污染物控制種類不斷擴大,環境質量也不斷得到提高。中國在具備一定的經濟能力和可執行力的情況下,應該在控制SO2的基礎上,推進多種污染物特別是氮氧化物的控制。
      控制氮氧化物需要兩個輪子:一是控制機動車移動源。要不斷加嚴標準,減少機動車排放。要不斷改善機動車性能,提高油品質量,大力發展公共交通;二是控制 電廠為主的固定源。要大力推廣低氮燃燒器,低氮燃燒器可把氮氧化物濃度降低30%~40%。同時,在重點地區還要對燃煤電廠進行煙氣脫硝。
      點擊四
      焦點關注
      如何有效削減火電行業的氮氧化物排放
      關鍵思路
      制定電力行業氮氧化物總量目標,出臺行業性污染控制政策,出臺促進氮氧化物減排的經濟政策和產業政策,優化火電電源的燃料構成和地區布局
      記者:火電是氮氧化物排放的主要來源之一,請問如何有效削減火電行業的氮氧化物排放?
      郝吉明:氮氧化物排放和造成的環境影響有明顯的行業和區域特征,需要實施分區域和分行業的聯合控制措施。為有效控制區域性二次大氣污染(O3、 PM2.5、霾、酸雨和酸沉降等),應盡快制定國家氮氧化物排放總量目標和電力行業氮氧化物總量目標。對執行國家總量控制要求和標準后仍達不到國家環境質 量控制目標要求的地區,要根據地區環境質量現狀與環境容量,確定總量控制目標,采取更嚴格的控制措施,在總量減少的同時實現空氣質量的改善。
      電力是氮氧化物排放的主要行業之一,國家應對電力行業出臺行業性污染控制政策。提高環境準入門檻,加嚴排放標準,加快制定重點行業排放強度控制指標,出臺促進氮氧化物減排的經濟政策和產業政策。
      我國的火電廠主要以煤為燃料,煤的氮含量比較高,氮氧化物排放系數也比較高。使用低氮燃燒器,可減少30%~40%氮氧化物,是削減氮氧化物最便宜的技 術。但這只是控制氮氧化物的第一步。而使用選擇性催化還原技術(即SCR)進行煙氣脫硝,可削減80%~90%的氮氧化物。目前,中國的火電廠已經具備了 采用SCR的條件。國內已安裝、在建、通過環評的煙氣脫硝系統有1億千瓦以上,占全國燃煤電廠總量的15%,已經取得了使用SCR的技術和工程經驗。
      我國低氮燃燒技術已經成熟,研發和產業化取得了長足發展,實現了低氮燃燒系統自行設計、制造和安裝調試。通過引進—消化吸收—再創新,國內多家環保工程 公司基本掌握了SCR煙氣脫硝技術。目前國內取得SCR煙氣脫硝業績的公司有10家左右。在煙氣脫硫產業的基礎上,我國煙氣脫硝產業也逐步發展起來,脫硫 工程的工藝技術、設計、設備成套、施工、調試等方面的經驗都為脫硝產業發展打下了良好基礎。國內大型環保公司(脫硫公司)、三大鍋爐廠先后引進了多個國外 公司成熟的脫硝技術,已經具備了大型火電廠脫硝系統的設計、建造、調試及運行能力。脫硝系統絕大部分設備已經能夠國產化,只有部分儀器儀表、關鍵閥門等需 要采用進口設備。SCR技術的核心為催化劑,2008年前主要依賴進口,目前已有多家催化劑生產廠投產,多家催化劑生產廠正在建設。預計到2010年年 底,全國催化劑總產能將達到5萬m3/年~8萬m3/年,基本能夠滿足國內市場要求。為推動中國煙氣脫硝進步,重慶遠達和國電龍源等大企業牽頭組建了中國 煙氣脫硝產業聯盟。在產學研方面形成聯盟,有助于行業整體技術水平的提高。
      此外,應淘汰技術工藝落后、參數低的小火電機組,優化火電電源的燃 料構成;痣姍C組容量小、效率低,供電煤耗高是造成中國火力發電氮氧化物排放量高的重要原因之一。大量低效率的小火電機組不僅浪費大量煤炭資源,而且由于 很難采取降低氮氧化物排放技術措施,致使氮氧化物排放水平較高。中國煤電比重過大,油電和氣電比重很低,造成我國電站鍋爐氮氧化物排放量較大。而天然氣燃 燒時沒有燃料型氮氧化物生成,因此產生相同熱量時氮氧化物排放比煤炭低。因此,中國應加快火電電源結構的調整步伐。
      同時,要調整和優化火電電 源的地區布局。目前,中國火電電源的地區布局不合理也是造成部分地區氮氧化物污染嚴重的重要原因之一。中國絕大部分燃煤電站分布在人口集中、經濟發展速度 較快、地域相對狹小、煤炭資源相對缺乏、高污染負荷,但對酸沉降緩沖能力較弱的中、東部地區。加快煤炭資源豐富的“三西”煤電基地及寧夏和貴州煤電基地建 設,分階段、分批投資建設坑口電廠,積極推進“西電東送”,變輸煤為輸電,實行輸煤與輸電并舉,促進最大范圍資源優化配置和推動全國聯網。
      而在交通方便的沿海和負荷中心地區則要建設若干港口電廠和路口電廠,從而優化火電電源的地區布局,既減輕煤炭運輸負擔,促進西部地區經濟發展,縮小東西部差距,保障東部經濟發展對電力的需求,又可減少中東部地區的氮氧化物排放負荷的增加。
      點擊五
      焦點關注
      如何有效削減機動車氮氧化物排放
      關鍵思路 
          建設綠色交通模式,優先發展公共交通;嚴格新車排放標準限值,提高車輛排放控制水平;完善在用車管理體系,加強在用車污染控制等
      記者:機動車是氮氧化物排放的另一大污染源,如何有效削減機動車氮氧化物排放?
      郝吉明:經濟的快速增長和城市化進程的不斷加快,使得我國機動車保有量迅速增加,年均增長率達15%。在我國經濟相對發達的城市地區,機動車排放已經成 為城市大氣污染的主要來源,并加快了城市大氣污染轉型和新的污染問題出現。加強機動車污染控制,已經成為改善城市大氣環境質量至關重要的舉措。
      一是建設綠色交通模式,優先發展公共交通。我國城市發展與經濟增長的趨勢決定了城市交通需求將在未來很長一段時期內持續保持增長狀態,不斷增長的交通需 求使城市同時面臨著交通擁堵和大氣污染的雙重壓力。因此,通過建立綠色交通發展模式,明確公交優先戰略,謀求城市交通與環境的可持續協調發展,是我國城市 交通發展與環境保護的重要戰略方向。
      二是嚴格新車排放標準限值,提高車輛排放控制水平。不斷加嚴新車排放標準是世界各國提高車輛整體減排水平,降低單車污染物排放的根本措施。從上世紀90年代初實施歐Ⅰ或相當于歐Ⅰ的相關標準開始,發達國家每4~5年將標準提高一級,歐洲已分別于2000
      年和2005年實施了歐Ⅲ和歐Ⅳ標準,并計劃于2010年和2013實施歐Ⅴ和歐Ⅵ標準。我國于2000年開始執行等同于歐洲標準體系的國家第Ⅰ階段 (即國Ⅰ)排放標準,并相繼于2004年和2007年開始執行國Ⅱ和國Ⅲ排放標準,北京、上海等城市出于大氣污染控制的實際需求,分別提前國家1~2年執 行新標準,北京市已于2008年開始執行國Ⅳ排放標準。但是總體上,我國的新車排放標準實施進度與歐美發達國家相比仍存在7年左右的差距。
      三 是完善在用車管理體系,加強在用車污染控制。在用車輛的排放狀況會隨行駛里程增加而不斷劣化。如果車輛不能得到及時的檢查與維護,在用車有可能存在由于故 障而導致的高排放?梢,若缺乏有效的在用車管理體系,加嚴的新車排放標準可能得到的減排效益也會被車輛劣化導致的高排放所抵消。因此,在用車污染監管是 實施新車排放標準的必要保障。同時,完善的在用車排放檢測體系也可以為機動車標識化管理提供必要的技術手段。
      四是合理利用經濟杠桿,引導消費 模式轉變。合理采用經濟政策可以影響機動車的生產、使用和淘汰等各環節,有效控制機動車污染排放。從發達國家的經驗來看,采用經濟政策來控制機動車排放污 染,往往能達到理想效果。目前,我國的機動車污染控制工作主要以政府強制推進為主,在實施效果上依賴于政府的推進力度,部分措施由于缺乏市場考慮難以有效 實施。因此,合理利用經濟政策引導機動車消費模式轉變是我國下一階段機動車污染控制的發展方向。
      五是千萬人口以上城市應實施機動車保有量總量 控制。經濟的快速增長和城市化進程的不斷加快,使得我國機動車保有量迅速增加。2007年,全國機動車保有量為1.6億輛,其中汽車保有量達8200萬 輛,在5年時間內翻了一番,年均增長率達15%。在北京、上海、廣州等經濟發達城市,機動車排放已經成為城市大氣污染的主要來源。加強機動車污染控制,已 經成為改善城市空氣質量至關重要的舉措。僅依靠不斷擴張交通用地和擴充道路不可能解決未來的城市交通問題,因此建議選擇我國機動車保有量增長幅度過快、交 通環境壓力巨大的千萬人口以上城市,啟動特大型城市機動車總量控制計劃,促使城市機動車保有量合理有序發展。
      六是加強柴油車污染控制,合理發 展清潔柴油車輛。柴油車具有油耗低、動力強等特點,在能源日益短缺、油價不斷攀升的背景下具有較大的發展潛力。但是,我國現階段的柴油車排放水平仍然較 高,特別是顆粒物排放遠高于汽油車輛,對公眾健康有一定威脅,大規模發展柴油車輛仍然存在較大環境風險。綜合柴油車發展的利弊問題,研究和制定一套更符合 節能減排要求的柴油車發展路線十分必要。
      七是重視清潔能源汽車研發,鼓勵替代能源多渠道發展。大力發展清潔能源汽車是國際社會應對能源短缺、 環境污染和氣候變化問題在交通領域采取的共同措施。近年來,世界各國依據各自資源條件和產業技術狀況,制定國家交通能源發展戰略、組織國家重大科技開發計 劃、采取鼓勵性政策等措施,推動新能源汽車的發展?梢哉f在我國目前的能源環境形勢下,對清潔能源汽車的發展應給予戰略上的高度重視。
      點擊六
      焦點關注
      借鑒“十一五”經驗,促進氮氧化物減排
      關鍵思路
      突出重點,抓重點地區和重點行業;政府監管,企業努力;利用原有監管隊伍
      記者:“十一五”成功完成了二氧化硫的減排任務,這些經驗能否用于氮氧化物的減排?
      郝吉明:減排二氧化硫的成功經驗,為氮氧化物減排提供了有益借鑒:一是突出重點,抓重點地區和重點行業的經驗值得借鑒。二是政府監管,企業努力,F代企 業要履行環境保護責任,在氮氧化物的減排問題上,企業同樣應體現出應盡的責任。三是在減排二氧化硫工作中,已建立健全了監管隊伍,為控制氮氧化物的環境執 法打下了良好基礎。
      氮氧化物的減排與二氧化硫減排的不同之處在于,二氧化硫減排可選擇使用低硫煤,而氮氧化物的減排卻不行。因為燃煤中氮的含 量差別不太大,而與空氣中氮的反應等因素決定了氮氧化物的產生。因此,氮氧化物減排沒辦法通過控制燃料來實現,但可以通過低氮燃燒器來減少氮氧化物排放。
      點擊七
      焦點關注
      各地政府及環保部門應做的準備
      關鍵思路 
          對本地區進行梳理,找到重點行業的污染源;促進環保產業發展;做好控制氮氧化物的能力和隊伍建設;做好聯防聯控準備
      記者:如果“十二五”規劃將氮氧化物確定為大氣污染物進行控制,從現在開始,各地政府及環保部門應該開始做好哪些準備?
      郝吉明:一是經過第一次全國污染源普查,我們對中國氮氧化物排放總量已有初步了解。各地方要對本地區進行梳理,找到重點行業的污染源,加快制定機動車標 準,抓好環境監測。如果沒有臭氧和顆粒物的監測數據,就很難推動氮氧化物污染控制。目前,國家空氣污染指數中普遍沒有考慮臭氧數值,而歐洲在1984年就 開始建立包括臭氧在內的區域污染監測網,這樣的經驗值得借鑒。
      二是減排氮氧化物也是環保產業發展的良好機遇,各地應該積極支持和推動當地氮氧化物控制設備和技術的發展。
      三是各地政府應積極做好控制氮氧化物的能力和隊伍建設,加大執法力度,提高執行能力。
      四是各地應做好跨行政區域聯防聯控準備。制定多污染物綜合控制方案,建立區域協調機制與管理模式是大氣污染控制的發展趨勢。
      小資料
      氮氧化物的種類及危害
      氮氧化物(nitrogen oxides)包括多種化合物,如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧 化二氮(N2O5)等。除二氧化氮以外,其他氮氧化物均極不穩定,遇光、濕或熱變成二氧化氮及一氧化氮,一氧化氮又變為二氧化氮。
      造成大氣污染的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),因此,環境學中的氮氧化物一般就指這兩者的總稱。氮氧化物具有不同程度的危害。
      氮氧化物與空氣中的水結合最終會轉化成硝酸和硝酸鹽,硝酸是酸雨的成因之一;它與其他污染物在一定條件下能產生光化學煙霧污染。

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