中国“雾霾”形成机理研究

2015-12-2 12:18 来源: 中新网 |作者: 顾为东

大气中微生物繁殖条件分析



微生物繁殖条件是温度、水分、氧气和养分。研究发现,微生物温度适应能力强,在水分蒸发进入大气,随空气温度降低会再次凝结,冬季成霜,春季成雾;物体悬浮状态接触空气面积最大,使吸附在凝结核表面微生物获得充分氧气。

微生物生长最重要的养分是氨氮,氨氮融入气溶胶与微生物相遇,成为微生物快速繁殖的营养剂。氨氮来源于土壤和水源富营养化污染。改革开放以来,中国经济快速发展,也带来严重环境代价,图7显示中国2012年GDP增长7.8%,外部环境损失占GDP的9.2%。

我国每年化肥使用量4000万吨,是美国、印度总和,亩均施用量是美国3倍。江苏亩均化肥施用量是全国4-5倍。图8为污染状况。我国每年COD排放2400万吨,氨氮排放245万吨,远超环境容量。

有专家指出:“许多土壤污染地区已超过土壤的自净能力,没有外来的治理干预,千百年后土壤也无法自净,有的地块永远都无法自净,甚至出现环境报复。” 我国每年由于土壤污染而导致的粮食减产达到100亿公斤。

富营养水体中的氨氮会随土壤水分蒸发,挥发到大气中,成为微生物营养剂。笔者实验证明了这一点,如图9-12所示。

笔者实验在低温高效热泵型蒸馏装置中进行,对土壤中提取的水在43℃进行真空蒸馏。疾控中心对蒸馏水成份进行鉴定发现,蒸馏水消除原水中矿物质和重金属等物质,而氨氮等富营养物含量较高。这为前面论述提供有力支撑。研究表明,土壤含水量80克/千克,土壤水分散失引起氨挥发量最高 ,如表2所示。图13显示碳铵处理氨挥发动力学曲线。

图14虚线为假设传统雾霾浓度发展趋势,实线为微生物、水分及氨氮作用下雾霾浓度发展趋势线。冬春季节夜间气象条件有利于水份蒸腾凝结和微生物繁殖,尤其冷空气南下造成空气水份加速凝结,极易形成严重雾霾;白天水分蒸腾作用随大气湿度增大而减弱,温度上升也使水分凝结作用减弱,使水分和氨氮减少,微生物活性减弱,雾霾强度下降。

结论

中国雾霾不仅源于工业化进程中工业污染生成的二次气溶胶颗粒,还源于广大农村土壤、水源严重污染导致以微生物为主的二次气溶胶颗粒,两者叠加效应导致中国雾霾快速形成与扩散。

雾霾治理,一是从普遍性角度入手,减少传统二次无机气溶胶等凝结核产生。二是从特殊性角度入手,深入研究雾霾中微生物种群和分类。筛选起主要作用微生物,确定其种群的区域性集聚地,针对性制定治理举措;深入研究控制土壤等面源污染的具体举措,减少和阻断蒸发水分中氨氮等营养物;探索区域性与雾霾相关联的微生物群发生规律和治理办法。同时大力推进城市公共环境卫生,消灭城市卫生死角。

雾霾治理是一把双刃剑,从表征上看,中国雾霾很严重、发生频率高,但PM2.5浓度300-500mg/m3时对人体直接危害远低于欧美国家。这给中国政府治理雾霾提供一定空间,但雾霾特殊性也给中国政府带来治理复杂性,提高治理难度。

中国雾霾生成机理给我们敲响警钟。治理雾霾不仅是针对传统雾霾形成机理,还要根据中国雾霾特殊性,注重包括土壤、水源严重污染的治理修复,减少微生物飘逸和阻断微生物营养供给路径。通过全社会的共同努力,早日将雾霾形成的临界点降下来,治理雾霾的难题就迎刃而解。

作者: 顾为东 江苏省发改委宏观经济研究院院长、江苏省宏观经济学会副会长兼秘书长、国家“973”计划风能项目首席科学家、南京大学首席研究员、教授

作者按:授权中新网财经频道发布,本文得到国家973计划(2007CB210300)和国家科技支撑计划(2013BAB08B04)资助,二〇一四年三月

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