关于雾霾产生的原因思考和深层探究关于高温

关于雾霾的成因，很多人很多相关科研机构发表过文章，国家也非常重视。但是，就年春节以后一个多月发生的雾霾情况看，以前关于雾霾的观点都难以成立，无法说服大众。

在兰考县，1月25到29号，为轻度污染到中重度污染，在北京也有类似情况。北京2月24号到28号将近一周时间出现轻度到重度雾霾。疫情期间，大多数单位没有生产，道路上车辆稀少，饭馆酒店没有营业，一切接近停滞状态，为什么还有持续的雾霾天气呢？按照以前论述的雾霾成因难以解释。

我们需要认真的探究雾霾产生的真正原因。

雾霾和污染物是两个不同的概念。污染物增多和产生雾霾有关联，但污染物不是雾霾产生的充分条件，而是必要条件。污染物增多不一定产生雾霾，雾霾产生后污染物浓度一定会增加。我们通常把二氧化硫、二氧化氮、微细颗粒物、烟尘（比如油烟）、挥发性有机气体等等看成是污染物或者污染源。雾霾是一定条件下产生的大面积稳定接近静止的不透明空气层，该空气层氧气相对含量较低，密度较高，温差较小。

下面阐述雾霾条件下几个重要指标的成因。

1、空气不透明。原因是阳光被吸收和折射。空气中存在微细颗粒物、液滴、高分子有机物、气溶胶等。形成原因是湿度、微细颗粒物、烟尘等。但是，上述物质悬浮在空气中必须有一个重要条件：空气浮力足够大。空气浮力和空气密度有直接关系。

2、空气密度高。空气密度升高和温度、内容物质含量、扩散流动速度、气压等有关。具体来说，大气内含有密度（或比重）大的物质多、熵值降低的物质多、温室气体多时空气密度肯定升高，比如水汽、二氧化硫、二氧化氮等含量增加。空气密度升高时，浮力会增大，空气中悬浮物不易下沉。熵减小后空气密度会增加，当然扩散流动一定会降低。

3、温差小。大范围内温差变化较小，主要是温室气体引起的。产生温室效应的主要物质有水汽、二氧化碳，其他有甲烷、制冷剂等气体。在现实考虑时，将二氧化碳作为主要物质。温室气体使大气在一定高度范围内温差变化较小，温差小空气扩散对流变慢，难以形成空气流动，形不成大风。即使有外来风吹到锅盖似的温室气体高度集中区域，只能是空气挤压更紧密，类似一层海绵，难以攻破，除非来风比较大而且温度和该区域相差较大。所以，雾霾不能祈求外来大风吹散，要从根本上解决问题。

4、大气中含氧量下降。氧气是大气中的活性物质，是生物界所需的极其重要的物质，氧气含量高时人感觉清爽舒适，重度雾霾时人感觉憋闷。氧活性物质可以和很多物质发生复杂化学反应，并引起大气成分发生变化，产生大气流动。氧含量下降时，温室气体一定会升高，大气流动就会明显减弱。植物的光合作用就是明显例子。北方的冬季绿色植物很少，光合作用微弱，雾霾天气明显比夏季多；南方也是如此，冬季光合作用减弱，雾霾天气也明显增加。所以，特别在北方冬季应确保空气中氧气含量不能太低，因为冬季没有绿色制氧机，仅靠外部空气流动输入。

我们再分析一下上面诸因素的相互关系，最终就可以确定雾霾形成的真正原因了。

我们用图形来说明他们的相互关系。

从上图可以看出，形成雾霾污染天气的过程是一个大气环境无法循环的过程。随着大气氧含量的逐渐降低、温室气体浓度的逐渐升高，温差变小，其他污染物积累加剧了大气密度升高，悬浮物难以下沉，空气流动越来越缓慢，大气透明度越来越差，污染加重。晴朗无雾霾天气，往往有空气流动，形成良性循环。如果空气流动逐渐减弱，氧含量会降低，温室气体浓度慢慢升高，雾霾天气开始萌芽，重复第一个过程。

由此可以确定，雾霾的形成决定于内因，而不是外因。内因是上述诸因素，外因是风。其实，在没有风的情况下，改变内因，大气自身因扩散对流产生风，雾霾会自行消减消失。从上图也可以看出，外来风的风量、风速、温度差不大的话，是难以破坏雾霾环境的。

那么决定雾霾天气的主要因素或者说矛盾的主要方面是什么呢？是含氧量或者说是温室气体浓度。多数人可能不理解，认为雾霾的主要原因一定是微细颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、油烟等，这是只看到表象没有看到本质的原因。我们想一想浓度再高的上述污染物是不是很容易被风吹散？也就是只要对流扩散良好，就不会产生污染的雾霾天气，上述物质仅仅是污染源，不是形成雾霾的充要条件，充要条件是大气的对流扩散情况。我们只要抓住影响对流扩散的主要原因就行了。这个主要原因就是上面说的含氧量，含氧量和温室气体浓度具有几何关系，我们只要分析温室气体产生的原因也就找到了含氧量变化的原因了。我们用温室气体解释更加方便，而温室气体主要由二氧化碳决定，我们分析二氧化碳产生的原因就可以找到形成雾霾的源头了。

二氧化碳的来源于哪些方面呢？

1、高温焚烧。包括有机物燃烧和无机物高温分解。有机物燃烧容易理解，如垃圾焚烧、天然气液化气燃烧、有机尾气燃烧等。无机物分解产生的二氧化碳量也是巨大的。如石灰生产、水泥生产、活性炭等滤料生产、其他矿石类高温分解及合成等。高温焚烧需要大量的氧气，同时产生大量的二氧化碳和水，是温室气体的主要来源之一。

2、好氧生化。微生物好氧分解有机物需要吸收大量的氧气，产生二氧化碳和水。自然界通过微生物分解，达到生态平衡。如果人工干预，强制好氧生化，会大幅度缩短生化时间，短期内消耗大量氧气，并产生大量二氧化碳，打破了自然动态平衡。强制好氧生化是温室气体另一个主要来源。

焚烧和生化，可以用反应式表示为：

1）R+O2=nCO2+mH2O(+YxOy)

2）U+热量=V+mCO2

可以计算，有机物燃烧时，需要的氧气和产生的二氧化碳之比大于0.72。淀粉和纤维素燃烧或生化时需要的氧气质量约为生产二氧化碳的0.7倍，燃烧或生化油脂或蛋白质时需要的氧气质量稍高于生成的二氧化碳质量。高温分解碳酸钙生产石灰或者水泥，需要的氧气远小于产生的二氧化碳，质量比为1：4.4。因为产量很高，消耗的氧气量和产生的二氧化碳量都是非常巨大的。

在焚烧和好氧生化时，在局部环境中氧气的消耗和大量产生的二氧化碳和水，会引起空气中物质含量发生明显变化，最终导致温室效应，大气流动减弱，污染物集聚浓度升高，又引起空气密度增加，悬浮物难以下沉，大气流动性更差，反复影响，导致空气质量严重恶化，雾霾加重。这就是雾霾产生的根本原因。污染气体和微细颗粒只是后来加入的，不是原始因素。

基于上述分析，解决雾霾类的重污染天气应该从下面几个因素想办法。

1、大幅度减少高温焚烧。

有些工业我们目前难以避免，天然气能源一时也难以取消，但是我们可以消灭有违物质生态循环的垃圾焚烧。用于焚烧的厨用垃圾和生活垃圾在北京的数量是相当巨大的。按照每人每天产生克计算（应该不止），万的人口每天产生可焚烧有机垃圾吨。这些垃圾大部分是含有数十个数百个碳原子的纤维、淀粉、油脂、蛋白质等高分子有机物，会产生不低于吨的二氧化碳。消耗不少于吨的氧气。北京的周边密布着廊坊、天津、张家口、保定等城市和城镇，如果均采用焚烧垃圾的办法，这个范围的环境将难以承受。这些垃圾有更科学的办法进行解决。厨用垃圾可以提取有用物质，其余可以进行兼氧发酵制肥。其它生活垃圾大部分为纸制品、塑料制品、电子类和金属。分类后可实现循环利用或无害化处理。简单的垃圾焚烧是有害处理，解决一个污染源，产生更大更深远的污染源，非常不可取。

2、淘汰污染物好氧生化技术。

人工强制好氧生化带来的危害是破坏物质自然循环。好氧生化产生大量的二氧化碳，消耗大量的氧气。由于微生物自身需要一些能量，消耗的氧气稍小于焚烧。但是数量也是巨大的。同样以北京为例，按每人每天排泄的粪尿和洗涤用品等固含总量平均为50克计算，万人每天产生吨污染物。我们目前的生活污水处理全部采用完全生化工艺，上述污染物最终转化为二氧化碳、水、少量小分子含氮物质等，每天消耗的氧气和产生的二氧化碳均不会低于吨。粪尿和洗涤用品等污染物同样有更好的循环利用价值。

和上述生活垃圾、厨用垃圾余料一起经过微生物厌氧发酵后可制成优良的有机肥。北京爱尔斯姆科技有限公司已经研发的“厌氧生化+微核净化+制肥”技术已经成熟，可用于固体污染物和无毒有机污水的生态循环净化处理，净化水可以灌溉、观赏、养殖等。我国耕地自从使用西方引进的化学肥料、农药、除草剂和生物激素后，已经被严重污染了。大力生产推广有机肥，采用生态循环技术，限制上述污染物质使用，具有深远的战略意义。

3、分散疏解产生水汽和二氧化碳的工业生产企业，避免形成大面积产业聚集区。

这个好理解，提升环境容量，扩大外部环境。产业聚集区或者叫工业园区存在人口管理、危害关联、集中污染、资源浪费等诸多缺陷。

4、避免大城市化和城市群。逐步缩小绿草种植，推广固碳效果良好的当地树种。

人口密集、数量众多势必带来温室效应，这是难以避免的。控制合理的人口密度和数量，不要生大城市病。我们的交通如此发达，为什么非要聚集在一团呢？大气中氧气的来源主要是植物，陆地的和海洋的，大的和微小的。植物的光合作用吸收二氧化碳生产氧气。强大的光合作用使北京的夏秋季节空气良好，冬季几乎没有光合作用，污染天气就反反复复出现。植物通过光合作用的固碳效果相差巨大，植物生成的果实越多、生长越快、树叶越多固碳效果越好。同时植物可以吸收二氧化氮、二氧化硫污染物。

下面用一个试验说明人口密度和氧含量的关系。

李汶璟发表的《校园内不同环境氧气含量的研究》的一篇论文，来源于徐州鼓楼小学四年级所做的一个实验。标准状况下，晴好天气的含氧量为21%，二氧化碳含量仅为0.%左右。

上述实验数据说明这样一个问题：空气流通条件下，小环境类同于大环境，氧含量和二氧化碳浓度变化不大。在密封空间，呼吸消耗的氧气是很快的，第六次以后氧含量降低了25.7%，人出现缺氧状态，难以呼吸，同时吸收的氧气全部转化为二氧化碳和水汽，空气透明度下降。这就说明了局部环境和外部大环境的关系。人口密度越大、耗氧工业也多局部环境氧含量越低，没有风的情况下，污染会加重。我国现在的外部大环境主要在工业不发达和较为贫穷的地区，而工业发达和富裕地区又较为集中，势必会形成局部环境和大环境的脱离，城市群越大，被挤压的外部大环境越小，距离越远，中心区域雾霾也会越频繁和严重。

5、根据环境气候条件合理布局全国工业企业，淘汰落后工艺，采用适合我国发展的东方思维新技术。

西方一些技术把世界带进了地球危机的死胡同，如：农药、化肥、石化制品、电子等。我们应该发展具有中华文明特色的新技术，跟在他们屁股后面没有益处。应该学习中西医结合的先进经验，以新的思想思路制定自己的标准规范,（我国现在有这个实力和信心，只要把一些伪专家赶出技术队伍，不拍他不改变标准），敲开迎来光明的大门。

从上述各因素分析和解决办法来看，解决雾霾等污染天气，最快捷有效的办法就是：停止垃圾焚烧的生产和投建；停止采用好氧生化的污水治理工艺。

替代的治理办法就是：完善厨用垃圾收集技术，在厨房这个根上解决问题，而不是消耗大量人力物力强制垃圾分类；革新污染物治理技术，采用绿色生态循环、变废为宝的技术进行污染物治理；相关政府部门改变技术推广的旧模式，信任实践结果，抛开推荐、企业性质、专利、各类证书、纸上谈兵等其他一些东西，靠技术提高门槛。我相信一定会快速涌现一批具有真才实学的团队和技术先进的企业，实现碳排放大幅度降低和污染物危害大幅度下降，我坚信消灭雾霾天气指日可待！