华北霾之谜“破解者”：优先减排氮氧化物可令重污染“减速”
近日，一篇发表在《ScienceAdvances》(《科学进展》)、由中德两地科学家对雾霾重要组成成分之一——硫酸盐形成机制探讨的论文引发公众关注。
12月22日晚，该文通讯作者之一、中国工程院院士、清华大学环境学院院长贺克斌在接受澎湃新闻采访时称，学术界此前认为，硫酸盐主要形成的场所是云里的液态水环境(简称“云水环境”)。
然而，该研究发现，在我国华北地区，大气颗粒物表面的“结合水”中可以溶解的二氧化氮是经典云水环境的约50倍，这种高浓度的二氧化氮环境，可以使二氧化硫迅速转化为二次气态污染物硫酸盐。而这才是华北地区硫酸盐形成的主要路径。
贺克斌介绍，该研究意味着，如果能把氮氧化物减排提到更优先的位置上，便可以把硫酸盐的形成有效抑制住，那么重污染天气的快速形成便会“减速”。
据了解，硫酸盐是细颗粒物(PM2.5)的重要“贡献”成分之一。
新华社曾报道称，这项研究“破解了北京及华北地区雾霾最主要组分硫酸盐的形成之谜”。
经典理论：云水环境中臭氧等氧化作用形成硫酸盐
“重霾污染天气的形成，基本不是由于一次排放的颗粒污染物，而主要是因为二次气态污染物的化学转化。其中，在迅速增多的二次污染物中，硫酸盐的质量比大概占到20%，这样的比例是很高的。”22日晚，中国工程院院士、清华大学环境学院院长贺克斌说。
同一天，南开大学环境科学与工程学院教授、国家环境保护城市环境颗粒物污染防治重点实验室主任冯银厂也向澎湃新闻证实，硫酸盐是细颗粒物(PM2.5)的重要“贡献”成分之一。
事实上，硫酸盐构成大气污染物的基本构成原理一直非常明确，即二氧化硫在大气中进行化学反应形成硫酸盐。
据贺克斌介绍，过去欧美研究发展的经典理论是，硫酸盐主要在云水环境中形成。
在这种云水环境里，硫酸盐的形成主要靠过氧化氢和臭氧对二氧化硫进行氧化。相较之下，云水环境中溶解的二氧化氮浓度很低，对二氧化硫的氧化作用几乎可忽略不计。
最新研究：二氧化氮的氧化作用其实被忽视
值得关注的是，此次研究显示，经典云水环境可被忽略的二氧化氮氧化在我国特有的重霾环境下成为作用明显的因素。
22日晚，贺克斌向澎湃新闻解释课题组如何发现了华北地区大气中二氧化氮对硫酸盐形成的重要作用：
“之前大家便有过疑问，观测到二氧化硫作为反应原料(前体物)和臭氧等传统氧化剂浓度很低的情况下，还是能够形成大量的硫酸盐。后来发现二氧化氮的浓度比较高，本研究就是循着这个思路往下进行的。”
“另外，学术界对颗粒物吸湿后表面氧化反应形成硫酸盐的速率更高也有共识，但是具体的原因没有进一步‘缕清楚’”。
“所以说，这次的成果并不是说发现了一个生成硫酸盐的新机制，而是说原来认为排序不重要的机制现在变成目前最重要的了。”
“详细来说，该研究发现，在我国华北地区，大气中存在大量的颗粒物，当湿度较大时，颗粒物的表面便会吸附水分，充分润湿，形成颗粒物‘结合水’。此时，溶解于结合水的二氧化氮的浓度大约是经典云水环境中的50倍左右，可以迅速氧化二氧化硫形成硫酸盐。”
“此外，在重污染天气形成过程中，由于氨、矿物尘等碱性物质在北京及华北地区的大量存在，使得颗粒物结合水的pH远高于美国等地区，呈现出特有的偏中性环境。而在这种中性环境下，二氧化硫的氧化速率也会急速提升。”贺克斌说。
澎湃新闻此前报道，今年11月来自中国中科院及美国、英国和以色列等国多家科研机构联合完成的一项研究也曾有类似结论。该研究指出，硫酸盐在伦敦和中国产生机理的不同主要在于，中国的氨氮排放对硫酸盐的形成有重要作用。
22日，中国环境研究院副院长柴发合也表示，尽管他还尚未详细了解该研究，不过学术界有一种看法是，在二氧化氮的作用下，特别是在湿度增加的时候，硫酸盐的形成速度确实会加快。
精准治霾：应更注重二氧化氮和二氧化硫协同减排
贺克斌表示，大气污染物科学减排应遵从不同成分各自的大气化学规律协同治理，才能起到事半功倍的作用。
而对于抑制硫酸盐快速生成来讲，就应更加注重二氧化氮和二氧化硫的协同减排。
这就意味着，如果能把氮氧化物减排提到更优先的位置上，便可以把硫酸盐的形成有效抑制住，重污染天气的快速形成就会因此“减速”。
澎湃新闻注意到，7月5日，中国工程院曾对过去三年大气污染行动进行中期评估。评估报告显示，二氧化硫减排效果最明显的措施是重点行业提标改造、燃煤锅炉整治和产业结构调整，分别贡献减排量的39%、29%和22%;氮氧化物减排效果显著的措施有重点行业提标改造、产业结构调整和黄标车及老旧车辆淘汰与油品升级，分别贡献减排量的63%、20%和9%。
“氮氧化物的主要来源还是燃煤，其次是机动车，尤其是冬季供暖期，燃煤的占比更高。”贺克斌说道。
值得注意的是，上述评估报告显示，今后将更多利用理论模型进行精准治霾。
“近几年改善主要的贡献是末端治理，其实今后还需要更多延伸到能源和产业结构的调整。”
贺克斌认为，通过数值模拟模型逐步吸纳此类研究成果，并逐渐优化减排应对措施，可以进一步提高实际减排措施的精准度。
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