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为求解治霾之困开出良方以核治霾大有可为收购

2020-05-21 07:39:48来源:励志吧0次阅读

为“求解治霾之困”开出良方:以核治霾大有可为

2013年初以来,中国产生了大范围延续灰霾天气。灰霾事件造成了公路封闭、航班延误、企业停产、学校停课。据统计,上海市的灰霾天数超过全年的61%,而华北多地的瞬时PM2.5浓度超过1000g/m3。从全球来看,PM2.5在所有健康危险因素中排名第8,2010年,全球有322万居民的提早死亡与PM2.5污染相关。在我国,PM2.5已成为威逼中国人生命健康的第四大危险(前三位分别是高血压、不良膳食习惯和吸烟),2010年,我国约有120万居民的死亡与PM2.5污染相干。2013年1月与2014年2月下旬,全国有143万平方千米的地区爆发灰霾,8亿人遭到影响,可谓来势凶悍,始料未及。灰霾天气已经过单个城市的偶然事件变成区域性、持续性的污染状态,对公众身心健康和环境安全造成了很大威胁。消除灰霾已成为政府、各个学科和各行业面临的最为紧急的课题,而运用核技术可以为消除灰霾作出3方面贡献。

治理PM2.5亟待解决问题

灰霾的主要来源是土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶等。雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成,它们与雾气结合在一起,让天空瞬间变得阴沉昏暗。细颗粒物(PM2.5),就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒物。与大粒度颗粒物(PM10)相比, PM2.5所占的重量比并不大,但含有更多的重金属、多环芳烃等有毒物质,可以被直接吸入肺部,对人体的危害更大,对大气的能见度的影响也更大。有数据表明,灰霾天气频发还会致使干旱和生态环境退化。

目前,学术界对我国及其周边地区灰霾成因有一些初步的但尚存争议的认识。国外学者指出,生物质燃烧和化石燃料燃烧一次排放的碳质气溶胶是南亚灰霾形成的主要原因。而我国科学家基于多年观测研究认为,复杂的大气复合污染和二次细颗粒物才是我国灰霾构成的主要原因。国内外污染状态存在的差异,使得我们在灰霾研究和控制方面不能直接鉴戒国外现有成果,需要根据我国的具体污染状态和不同区域的自然环境和经济水平制定灰霾的治理策略。

要治理大气污染,目前有如下问题亟待解决,即PM2.5灰霾污染物的来源问题,局部污染与区域性污染物的传输途径问题,污染物在空气传输进程中所产生的次级反应问题和灰霾的成因问题。在具体技术环节上还存在以下不足:

一是细颗粒物中各组分的时空分布特征不明晰。一些研究机构已在全国不同地区展开了颗粒物的分析。但是,目前仍缺少对细颗粒物的粒径、组成和浓度的时空散布特性的长时间系统监测,还没有取得灰霾天气下致霾颗粒物散布的一般规律。

二是细颗粒物中各组分的物理化学性质及其耦合效应不确定。虽然已定性认识到细颗粒物的粒径、组成、混合状态等对其消光性质有显着影响,但现有研究还没有建立这些参数间的定量关系。

三是细颗粒物的来源不明确、源权重不清楚。基于外场观测的源解析结果存在较大的不确定性,其缘由主要在于我国排放源清单还存在较大的不确定性和强烈的动态变化。

四是细颗粒物的重金属和有机毒物的分析手段不足,相应的毒理学研究较少。

要获得较好的PM2.5灰霾源解析结果,需要做好源解析的输入与输出。输入的数据种类要多,数据要准确,输入单元要有代表性。其中包括具有代表性的PM2.5采样点选择,采样气象数据,样品成分分析种类越多越好、数据越准确越好。而输出则包括灵活使用源解析软件和技术:输出的污染源种类要公道,各种污染源的组成要准确,各种元素在各种源中的比例,元素之间的关联分析,时间序列分析,与气象数据的关系,污染源溯源追踪要具有指纹特点等等。

近年来灰霾频发,也暴露了我国对大气污染源的基础研究不够,使得目前的大气污染治理缺少科学根据,用环保部副部长吴晓青的话说就是底数不清、机理不明、技术不足。在抗霾工作的管理上还欠缺行业和地区间的合作,缺少交换和采样分析方法的标准化,乃至每个单位之间的数据、标准样品和分析仪器都不能同享。灰霾的产生和散布是没有地域界限的。在灰霾时刻对公众健康和国民经济造成严重危害的今天,各行业各地区应当充分发挥各自的优势,团结互助,为尽快消除灰霾贡献力量。

核分析技术可提取PM2.5的指纹

在这方面,核技术可以发挥独特的优势。核技术领域的科学家们早已展开了多年的核分析技术和大气污染的监测治理方面的基础研究工作,开发了一些装备,但是还没有有效途径与环境保护部门沟通交流,使这些国家的重要资源发挥实效。

核分析技术与常规分析需要一段时间缓冲时候技术的不同之处在于,前者可以精准地丈量各种同位素的含量,对各种元素的丈量也要比后者精准近百倍。核分析技术是利用原子核特性所进行的相干分析,以多种核分析技术作为PM2.5源解析输入数据的分析手段,相对化学分析方法具有非常明显的优势。

正如警察抓罪犯需要指纹作证据一样,PM2.5灰霾污染物的源解析也需要同位素和元素化学的指纹分析。综合地优化使用核分析技术,可以获得PM2.5颗粒物样品的元素、同位素、有机物和种态的指纹信息。将上述信息与主要源项的相应的指纹特点进行比对,再根据风向风速,大气压差温差散布等气象数据分析,就可判定造成灰霾天气的主要污染源的种类和具体方位。

固然,核分析技术也有一定局限性。在实践中需要斟酌各种分析技术的特点和价格,肯定采样分析方案,组成核分析技术与常规技术的组合拳。如果该计划得到实行,将大大超过现在国内使用的技术,在国际上也是一个突破。

中国原子能科学研究院具有比较齐全的核分析装备,还有核分析和大气污染源解析专家。早在上世纪6七十年代,该院就展开过核武器大气层实验造成的落下灰和放射性气溶胶的分析检测,其特性与PM2.5灰霾极其相近。2006年,中国国家原子能机构(CAEA)与国际原子能机构(IAEA)联合成立的核保障与核保安联合培训中心落户原子能院,具有200平方米的洁净实验室和二次质谱,各种显微镜和微米级单颗粒物搬移装置和制样设备,平常分析国际国内核材料核查活动收集的环境颗粒物样品。这些样品的研究方法与灰霾的采样分析方法也十分相似。

核分析技术, 包括中子活化技术,全反射X光荧光分析技术和加速器质谱等技术,用于大气污染的监测和相应的源解析技术是10几年以来国际原子能机构长时间支助的国际合作项目,为原子能院培养了一批专家。但是,由于缺乏行业间的沟通交流,这些资源尚未能被有效地利用到国家的抗霾工作中。

自2013年12月以来,在中组部千人计划PM2.5特别防治小组的号令下,原子能院已和中国环境科学院、北京环境监测中心、中科院高能所和应用物理所和一些国外科研机构建立了合作机制,组成了联军,制定了以下计划:

1.把核分析技术和环保部门的监测技术,监测络和常规分析技术紧密结合起来,尽快实行一些科研项目。

2.力争在短期内积累基础数据,逐步把污染物环境样品和源项的指纹积累起来,构成数据库。

3.经过上述的工作取得反馈信息,将已具有雄厚研究基础的X光荧光光谱仪,激光等离子体原子光谱仪,小型加速器质谱仪等设备定型生产,为环保抗霾工作提供方便耐用、精确度高、经济性好的分析仪器。原子能院已将环保部门提供的PM2.5样品进行了初步测试,分析取得了比预期更好的结果。

将电子加速器用于燃煤电厂烟气脱硫脱硝

燃煤电厂释放的二氧化硫SO2 和氮氧化物NOX是PM2.5灰霾颗粒物的重要组成部分。我国70%以上的能源依托燃煤,是世界上的第一煤炭生产和消费大国,每一年燃烧36亿吨煤。一些大型燃煤电厂装配了脱硫装置,但脱硝装置还没有普及。现有的主要的烟气处理法有:(1)石灰石法烟气脱硫法,该方法应用范围最广,是最成熟的脱硫工艺技术,但此方法不能脱硝。(2)旋转喷雾干燥法。(3)循环流化床燃烧法。(4)炉内喷钙法。(5)氨法等常规方法。(6)核技术方法电子束干法。

电子束干法是利用电子加速器产生的电子束处理烟气,同时脱硫脱硝,可到达脱硫率90%,脱硝率80%。此方法最为先进,属于干法处理,又不产生需二次处理的废水、废渣。对不同含硫量的烟气的变化有较好的适应性和负载跟踪能力。其副产品为硫铵和硝铵,可做化肥及制复合肥和硫酸钾的原料, 可下降装置运行费用40%; 系统简单,操作方便,进程容易控制,且装置造价和运行费用低于常规方法(湿法),经济性高。

我国早在1986年就在当时的国家环保局的支助下,在江苏盐城电厂开始了电子束脱硫脱硝的可行性研究,并由当时的核工业部环境保护处主持了技术招标,1997年通过中日合作在成都热电厂100MW机组建立并运行了电子束脱硫脱硝示范工程;还在北京京丰热电厂、杭州协联热电厂、柳州电厂等建设使用电子束烟气脱硫脱硝装置,积累了一些关于电子加速器制造和运行等方面的经验。目前,制约此技术大规模推行应用瓶颈是该技术的核心设备电子加速器,需要从日本进口,维护费用昂贵;电能转化电子束效力低,约为50%,运行本钱较高。为了尽快将该技术用于消除燃煤电厂的污染物排放,国家主管部门需要将此种专用电子加速器的研发列入专项,投入必要的经费,自主研制高效率、大功率、稳定耐用的电子加速器。

以安全清洁的核电取代空气污染大户煤电

我国灰霾频发的一个重要缘由之一是偏重燃煤的能源结构,其中70%以上的电力靠燃煤。中国燃煤电厂密度的散布与PM2.5灰霾年均浓度散布也是大体重合的。

大量燃煤除造成灰霾频发之外,还引发了酸雨,也对农业、林业和公众健康造成了严重危害。另外,煤炭资源濒于枯竭也是燃煤电站发展不可逾越的瓶颈。据估算,按目前的势头,我国将在2049年前后消耗掉所有已探明的煤炭储量。

中国的经济在不断增长,能源的需求也在不断增加。除煤电外,水电和核电也都是可以大规模生产的电力生产方式。但是水电的建造遭到自然条件的限制。核电不会造成二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮的排放。可以相信,核电比例的增加将有助于减少灰霾的产生和温室气体的排放。

除此之外,还有可控热核聚变。此技术相比裂变核能的最大优点是不产生长寿命放射性废物和丰富易得的聚变核燃料氢的同位素氘和氚。我国在此领域许多方面的研究处于国际领先地位。有中国参加的目前最大的国际合作项目、耗资100亿欧元的国际热核聚变实验反应堆(ITER)计划正在紧锣密鼓地进行。一旦此项技术获得成功,人类将取得取之不尽的清洁能源。

本文简单介绍了核技术可以为消除灰霾做出贡献的几个方面,其目的就是希望包括核科技行业在内的各行各业科技人员能在各级环境保护机构的调和下通力合作,充分发挥各自的优势,充分利用各种国有资源,早日消除灰霾,让祖国的天常蓝,水常清。

时间就是金钱。此起彼伏的灰霾正在严重危害着公众的健康,对在各抗霾岗位上拼搏的人们来说,时间就是生命。以核治霾,大有可为。(中国原子能科学研究院国家千人计划特聘专家 崔大庆)

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