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“大烟囱”学名——冷却水塔，它头顶上的也不是烟，而是水蒸气遇冷液化后形成的水雾，一直被认为不存在任何污染。 但是这些水雾其实含溶解性颗粒物，而水蒸汽是形成雾霾的决定因素，水蒸气增加了相对湿度，导致气溶胶中PM2.5积聚。 滚滚白烟里到底有什么？ 为了弄清楚 “白烟”里到底有没有污染，有人五年前就进行了加湿器试验，房间加湿器分别加入纯净水、矿泉水和自来水，监测室内空气污染情况，试验结果如下： 1)加纯净水，室内PM2.5浓度为20微克/立方米 2)加矿泉水，室内PM2.5浓度为30微克/立方米 3)加自来水，室内PM2.5浓度为340微克/立方米 空气质量参考指数标准：PM2.5浓度为 0-50微克/立3空气质量为一级， 51-100微克/立3空气质量为二级，大于300微克/立3已经是重度污染。  为什么会这样？分析原因是与加湿水中的溶解性颗粒物含量TDS有关，纯净水为0-5 mg/L，矿泉水为5-50 mg/L，合格自来水为50-120mg/L,不合格自来水可达300 mg/L。所谓溶解性颗粒物，与悬浮物用眼睛能看到不同，其完全溶于水中，就像糖水盐水一样。相比之下，循环冷却水等各种工业水的TDS控制标准为小于1000 mg/L,而湿法脱硫循环浆液不仅溶解性颗粒物每升几万毫克，还含有20%的不溶性固体颗粒。这个试验容易重复做，也不需要高精尖的检测设备，不妨自己在家做一做。 那“大烟囱”学名——冷却水塔排放的白烟里到底含有什么？ 我国有关雾霾的成因和治理已经争论了多年，争论的焦点就是滚滚白烟这些年来，有关部门一直是紧盯着污染物颗粒物、二氧化硫、氮氧化物，近年又盯上了臭氧、有机污染物VOCs，还有逃逸的氨、溶解性颗粒物CPM，一直就不把白烟当成污染物。 冷却水塔是降低循环水的温度，自来水含盐量有50-120mg/L，循环水含盐量在2000-3000mg/L，会被水蒸汽夹带到大气中，形成溶解性颗粒物，无机有机物都有。  工业循环冷却水、湿法脱硫浆液等工业生产和生活造的白烟，许多情况下是污水的转移排放。按超低排放白烟的冷凝水含溶解性颗粒物300mg/L计算，仅燃煤发电每年滚滚白烟中排放的超细颗粒物就有2460万吨，这已经远远超过可过滤颗粒物的排放总量。 滚滚白烟是否含污染物、含多少，已经事实清楚证据确凿，无需争议，退一步讲，至少白烟是水蒸汽不该有争议，每年100多亿吨水蒸汽能进入大气，并且分布极不均匀。 水蒸汽上天唯一的驱动力是低温余热，余热实际上就是雾霾源头。还以燃煤发电为例，2019年耗煤22亿吨，其中以水蒸汽形式排入大气的余热量超过50%，也就是从胖塔、瘦烟囱两个出口的滚滚白烟上天的，每年100多亿吨的温室气体水蒸汽排入大气。 水蒸气与雾霾 传统雾霾理论只看到了工业污染物排放带来了雾霾，强调雾霾是由污染物颗粒组成的，着重查找污染物的成分和来源以及如何去治理。 有专家提出导致了雾霾发生的两个内因：水蒸汽和污染物颗粒。同时指出，水蒸汽是产生雾霾的决定性因素。雾霾产生的外因是大自然环境因素，例如：地形、风向风力、逆温、阴雨、阳光以及空气温度等。 为什么冬季雾霾多的原因。冬季气温低，空气饱和时的绝对含水量小（-5℃时为3.185g/m³，而35℃时为44.63g/m³）。冬天低温时空气中增加很少一点水蒸汽都会使空气相对湿度提高很多，而且，冬天白天和夜间温度相差12℃以上，凌晨气温最低，空气湿度最大，因此，大雾和雾霾大都发生在凌晨。 空气相对湿度50%是雾霾产生的临界线。当空气相对湿度低于50%，空气中污染物即使爆表也不会发生雾霾，只是会形成黑烟和扬尘。 用一句简单通俗的话说，雾霾就是被微尘颗粒污染了的水蒸汽气溶胶。水蒸汽是雾霾的基质和土壤，是形成雾霾的决定因素，就好比水是溶液的溶剂一样。 产生雾霾的两个内因必须同时存在才能形成雾霾，缺少其中任意一个都无法形成雾霾。在这两个内因中，水蒸汽是形成雾霾的决定因素。 纯净的水蒸汽在空气中是看不到的，除非当空气相对湿度达到饱和（100%）时凝结成小水滴之后才能以雾或云的形式看到。 水分子之间有引力，因此，水才能形成张力以液体的形式流动。 雾是一种气体，是水蒸汽气溶胶，密度远远小于液态水。空气湿度达到饱和，当气温降低时，多余的水蒸汽就会相互结合凝结为小水滴悬浮于水蒸汽气溶胶中。水蒸汽气溶胶中水分子之间的引力以内聚力的形式将水分子聚集在一起。因此，雾和云是有边界的，即使被撕裂也是成团漂浮在空气中。 雾霾的形成类同于雾和云，雾霾也是水蒸汽气溶胶，只是可见的颗粒不是小水滴，而是水分子和微尘颗粒结合的雾霾颗粒。 当空气中相对湿度大于50%，空气中的水分含量增加，水分子之间吸引力将水分子吸引在一起形成气溶胶，水蒸汽气溶胶就像一张大网笼罩着一个地区，污染物颗粒在水蒸汽气溶胶中自由度大大降低，无法自由扩散，只能被水分子俘获水化成为雾霾颗粒，雾霾颗粒近似于云雾中的小水滴，雾霾颗粒增加到一定量就遮挡人们的视线形成雾霾。微尘颗粒破坏了水蒸汽气溶胶之间微弱的内聚力，因此，雾霾没有明显的边界，以弥漫状态存在于空气中，只有边沿过度层。 当空气中相对湿度小于50%，空气中的水分含量相对较少，水分子之间的吸引力无法形成内聚力，无法聚集成水蒸汽气溶胶。因此，微尘颗粒物有充分的自由度，风力可以使其水平扩散，空气的垂直对流可以使其向高空扩散。所以干燥天气里空气质量相对较好，不会有雾霾发生。  纯粹的微尘颗粒是无法形成气溶胶的，因此纯污染物微尘颗粒再多也无法形成雾霾，所以，水蒸汽气溶胶是雾霾的基质和土壤，是形成雾霾的决定因素。 中国兴建于50年代的鞍钢、包钢、武钢、马钢并称为中国四大钢铁基地，哪一个的污染排放都比广州严重，2000年以前并没有发现雾霾。因为内陆大陆性气候终年干燥少雨，空气中自然水分含量很少，人为排放的水蒸汽也没有2010年以后严重，不足以使该地区的空气湿度达到形成气溶胶的程度，缺少产生雾霾的决定因素。因而，这些钢铁基地虽然黑烟滚滚却没有形成雾霾。 中国北方的雾霾发生于2010年之后，80年代和90年代中国的环境治理还仅仅停留在灰尘颗粒物排放上。2000年之后学习国外经验加强了对二氧化硫和氧化氮的排放治理，湿法脱硫脱硝一哄而上，仅湿法脱硫脱硝一项中国每年排放30亿吨水蒸汽。  过去的黑烟、黄烟没有了，所有烟囱白浪滚滚，排放成千上万吨水蒸汽。 煤改气之后，每燃烧1立方米天然气产生1.577kg水蒸汽，2014年冬季，北京市采暖季120天用气量约90亿m³，平均每天用气量0.75亿m³，每天产生水蒸汽量11.82万吨。 这些人为增加的水蒸汽排放改变了中国北方大陆性气候干燥的原生态，使原本小于50%的空气湿度受人为排放的水蒸汽的补充使空气湿度上升到50%以上，达到形成水蒸汽气溶胶的程度，特别是寒冷的冬季。 “大烟囱”上面排放的滚滚白雾，通过回收余热提高能效控制，采用冷凝除湿可以降低采用湿电的成本，甚至不用湿电实现超低近零、除湿脱白排放，燃煤可以比天然气更清洁。湿式静电除尘器，入口风量小了，水蒸汽冷凝了。 为了彻底根除雾霾污染，火电行业大气污染控制标新国标（GB13223-2011）必须增加排烟温湿度控制指标要求，以实现排放烟气的除湿脱白处理。 |
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