最近四年，我们利用空气质量监测数据、气象数据、卫星数据等进行大数据分析，参考国内外期刊上的学术论文，与多个大学、科研机构和企业专家建立了研究网络或联合研究小组，连续几年共同研究雾霾成因。本文涉及所有结论都经过多领域对比研究、多来源数据相互验证，并咨询多个专业专家。即使有局部的、细节性的不确定性，但整体结论应该不会存在问题。
本着雾霾治理，匹夫有责的精神，作为雾霾主因研究的“弱势群体”，对可能来自强势部门的质疑，须遵循举证倒置原则，因为共同目标都是为了雾霾治理。执着于让“弱势群体”去企业或城市验证某些结论，而看不到国内外学术期刊上非常多的研究数据和结论，容易让人产生质疑。把雾霾主因和治理方法的讨论定性为技术和管理范畴的探讨，允许有些许帮助的任何人贡献才智，而不是垄断雾霾治理议题，禁止雾霾主因讨论，是管理部门应有的胸怀。
一、对题目的进一步解读
雾霾（大暴发）：统称能见度小于7.5千米（2012年后自动观测标准）或10千米（2012年前的人工观测标准）的霾、雾、轻雾等。本文中2012年之前人工观测数据中，轻雾都属于雾或霾的统计范围。本研究不再区分霾、雾或轻雾，主要是为了避免因为不同概念或通过定义新的概念，掩盖实际的能见度不达标的天数，造成雾霾大爆发前后霾、雾天数不可比的问题。
（雾霾）大暴发：以每年的霾、雾、轻雾等天数做衡量标准，数倍的突变。2001-2011年间雾霾发生的频率是常规变化，山东在30天左右；2012年是湿烟囱为特征的脱硫脱硝烟气排放范式改变的建设年，由于许多企业在进行技术改造，重雾霾天数变化不大，但轻雾天数开始暴增；2013年至今，包括霾、雾和轻雾的能见度较低的天数开始暴增，且一直在200-300天（山东）的高位徘徊，是雾霾大爆发前的7-10倍，不包括轻雾的雾霾天数也连续两年翻番式暴升，北京之外的华北平原区域类似。这几年雾霾治理的成就，主要表现在重雾霾天数降低，PM2.5质量浓度下降50%。
根本原因：在所有导致雾霾天数暴增的原因中占比70%以上，区别于所有其他贡献很小的原因。
燃煤烟气治理：主要指电力和其它行业采用湿法脱硫、氨法脱硝的大型燃煤烟气治理设施，并非指散煤治理的气代煤、电代煤等零散措施。目前这类大型烟气治理设施大多已进行超低排放改造，但排放的可凝结颗粒物（CPM）和氨过量排放等，照样多到在新冠疫情导致其他经济活动近乎停滞时，仍雾霾频发。燃煤产生但不属于烟气治理技术缺陷的污染物，包括在CPM中。
燃煤（烟气治理）：专门指出燃煤，是为了排除其它因素，如天然气、机动车尾气治理、建筑工地扬尘等其他污染源。
（燃煤）烟气治理：专门指出烟气治理，是为了排除煤炭燃烧量、煤炭燃烧技术、发电技术、建筑工地扬尘、机动车数量等其他变量或环节产生的污染。
缺陷：包括污染物排放治理的技术缺陷、标准缺陷和监管缺陷（或管理缺失）。
技术缺陷，如拆除或没有GGH的湿法脱硫使干烟囱全部变成湿烟囱，湿烟气产生大量可凝结颗粒物（CPM），脱硝过量喷氨导致的多种形式氨/铵排放，有水溶性盐的气溶胶或雾滴被机械携带，湿法脱硫的湿烟羽中形成超细颗粒物等，都属于燃煤烟气治理技术缺陷导致。
标准缺陷，如过低的氮氧化物排放标准导致过量的喷氨，最终通过氨/铵等以多种形式排放到大气中。在雾霾爆发时，严格管控氮氧化物排放而导致过量喷氨，过量氨/铵排放导致更严重雾霾，陷入“死循环”。超低排放要求的过低二氧化硫排放标准，也值得商榷。中国北方属于挥发性有机物（VOCs）控制区，过低的氮氧化物排放标准，导致其过快下降，也导致夏季臭氧浓度升高。
监管缺陷（或管理缺失），二氧化硫、氮氧化物、烟尘等常规污染物（简称常规污染物）治理以酸雨为目标，其治理过程中次生CPM、氨/铵过量排放等污染物，导致危害更大的雾霾。监管只关注三项常规污染物及后来加入的VOCs，忽略了次生污染物对雾霾形成的显著影响，疏于对最重要的污染物管理。除了上面提及的CPM、氨排放外，不受限制的水蒸气排放，会加剧低温季节的相对湿度：不受限制的高空热排放会加剧逆温环境的形成；这两项监管缺陷会加剧低温季节时高湿、静稳气象条件的形成，导致雾霾更早、更多、更严重的发生。另外，广泛使用的冷却塔产生的溶解固相物排放，尤其是采用中水、海水、苦咸水、含盐废水作为补充水，为提高节水率而显著提高循环水浓缩倍率的情况下，也向大气提供了可观的氯离子排放量，氯离子本身就是大气中PM2.5无机盐的重要组成部分。同时，氯离子和氮氧化合物形成的硝酰氯，参与大气中的光化学反应，形成氯自由基，对臭氧形成作用显著。
总之。如果没有燃煤烟气治理多种缺陷造成的非常规污染物的无控制排放，雾霾不会大暴发，也不会持续到现在。
二、2013年中国北方暴发大雾霾并持续至今，是可以确认的事实
首先简要梳理一下电厂和工业燃煤烟气治理的演变过程。
1、2001-2006年：PM2.5质量浓度与煤炭消费量同步上升阶段，PM2.5、二氧化硫、氮氧化物等迅速上升
在这一阶段，随着中国加入WTO，经济快速发展，煤炭消费量快速上升。而PM2.5质量浓度，根据卫星灯光数据和专家数据，也近乎同步迅速上升。卫星捕捉到的华北平原的霾，也从淡淡的霾逐渐变为浓重的霾。2006年成为二氧化硫、烟尘、PM10、PM2.5的峰值年。
由于没有相应的烟气治理措施，煤炭消费在这一阶段与PM2.5质量浓度有很强的因果关系，并同步增长。这一阶段抓控煤的话，就能够明显遏制PM2.5质量浓度的增长。
2、2007-2012：PM2.5质量浓度与煤炭消费量脱钩阶段，脱硫除尘加价政策起了决定性作用
2007年开始，脱硫除尘加价政策作用显现，二氧化硫排放量大幅度下降，卫星灯光数据推算和专家推算的PM2.5质量浓度不再伴随煤炭消费量的上升而上升，而是进入徘徊中逐渐下降的通道。实现这个脱钩，应该说是很重要的胜利。
如果2006年的趋势继续下去，以能见度为代表的雾、霾天数增加，也应该会很快到来，尽管可能与现在的雾霾性质不同，导致的原因不同，更可能是渐变，而不是突变。
这一阶段PM2.5质量浓度与煤炭消费量已经脱钩，抓控煤对遏制PM2.5质量浓度的增长已经开始没有多大效果。
图1 煤炭消费量与PM2.5质量浓度的变化趋势
（图1中PM2.5排放量系根据贺克斌院士图截取的全国数据，煤炭消费量为山东省数据，2000-2006年二者同向变化，2006年之后二者脱钩。山东省PM2.5排放量或质量浓度变化趋势与全国的类似）
3、2013至今：雾霾大暴发并持续阶段，霾、雾和轻雾天数高位徘徊，尽管重雾霾天数下降，PM2.5质量浓度下降50%
进入2013年初，雾霾在华北平原大暴发。2013年1月北京连续25天雾霾。国内外新闻媒体记录了大雾霾的可怕情形。最大的几次雾霾弥漫多个省，横跨上千公里。
这一阶段抓控煤，对PM2.5质量浓度下降50%没有多大贡献，因为上一阶段就脱钩了。散煤治理对PM2.5质量浓度下降应该是作用不小，但散煤燃烧量相对较小，在雾霾大暴发前可能更多，不可能导致雾霾大爆发。
4、以山东为例，2013年和2014年霾和雾的天数连续两年翻番式暴升，能见度低的总天数在雾霾大暴发之后至今没有多少下降。
图2 山东省雾霾天数变化趋势
（图2为几个典型时间段霾和雾日数平均值。2012年后不包括新设的轻雾日数，2011年前为人工观测值，包括能见度小于10千米的轻雾天数）
如果考虑雾霾大暴发后新定义的轻雾（相当于雾霾大暴发之前的雾或霾）天数，2012年后最高年份相当于2001-2011年霾、雾平均天数的10倍暴升，令人难以置信，且持续至今，没有大的下降。
5、铁腕治霾取得一些成绩，但雾霾至今依旧，只是蓝天有所增加，重雾霾天数有较大下降，PM2.5质量浓度下降50%
华北平原在经过8年的铁腕治理后，在超低排放改造、停产限产、大量关闭小散乱污企业、气代煤电代煤等治霾措施下，重雾霾天数有较大下降，PM2.5质量浓度下降50%。只是强调后两者数字变化作为大气治理的成绩，看不到令人难以置信的能见度低的霾、雾和轻雾（轻霾）天数高位徘徊，会导致重大的决策失误。
在北京以外的华北平原城市，在高楼或视野开阔的其他地方，看远处灰蒙蒙是常态。只有在雨雪或大风、降温之后才有几天能见度高的蓝天白云，才似乎回到了雾霾大暴发之前。
山东省发改和环保部门2020年比往年都努力的控煤和监督企业达标排放，当年减煤3800万吨或6000万吨。而大气十条实施期间5年减2000万吨的任务或十三五前4年都没有减下来几吨。但是，山东省的能见度2019年没有明显改善，2020年也差不多，没有收到预期效果，主要还是没有对症下药。
6、以雾霾频发为表征的环境容量大幅降低，是由于非常规污染物浓度和排放量暴升，而常规污染物排放同期大幅度下降，二者由于烟气治理设施的缺陷而成为表面上的因果关系
图3 环境容量大幅降低的真实原因，是非常规污染物浓度暴升
（图3为山东省不考虑2012年后轻雾的雾霾天数，2013年、2014年连续两年翻番式上升，以雾霾天数衡量的污染物排放量是大气环境容量的4倍。如果以超细颗粒物的数浓度暴升来衡量，可能是成百上千倍。这里假设在雾霾大暴发之前污染物排放与环境容量基本持平。如果考虑轻雾天数，上述4倍可能变为8倍，这是需要关注的重点）
取消或不设GGH后，干烟气排放变为湿烟气排放，加上脱硝的过度喷氨，造成雾霾天数大约从30天暴升到120天，加上轻雾天数会更大很多。这相当于技术失误导致致霾污染物大大增加，环境容量相对大大缩小，雾霾暴发。而常规污染物则是大幅度下降，与雾霾大暴发成反向相关关系。
7、在非常显著的突变发生前后寻找突变的原因，远比在雾霾大爆发后的环境中寻找细枝末节的改变容易，种种原因导致错失了快速发现问题的机会
霾、雾天数四倍或N倍暴升，且持续若干年，这是典型的突变，应该很好找到原因。
相对几倍的变化，所有能想到的常规变量变化都相对缓慢。剔除缓慢变化的因素，就可以锁定突变因素，确认是否为雾霾大暴发的根本原因。但是，人为原因造成的缺少2012年之后气象部门发布的霾和雾的天数，以及缺少2013年之前环保部门早就安排若干课题监测的PM2.5数据，错失了通过明显的突变寻找雾霾成因的极好机会，导致雾霾持续暴发到现在。
三、2013年前后与大气污染物排放相关的唯一突变因素，是在新的大气污染物排放标准和脱硝加价刺激政策下的燃煤烟气治理大规模改造
1、常规污染物治理取得辉煌成绩，监测和控制指标国际领先，但导致雾霾大爆发的可凝结颗粒物等是缺项
即使到今天，燃煤烟气治理的主要目标还是延续过去治理酸雨的二氧化硫、氮氧化物、烟尘（可过滤颗粒物）等常规污染物。从2007年开始至今，电力行业的氮氧化物和二氧化硫排放已经下降90%，全社会而言也有大幅度持续下降，排放指标达到国际先进水平。但对标国际标准，可凝结颗粒物等是缺项，也是导致雾霾的主要污染物。
2、2011年之前，燃煤烟气治理设施中部分有GGH或者运行率相对较低，类似干烟气排放模式；该阶段雾霾发生的频次属于常规变化，没有突变
在2011年之前，部分湿法脱硫设施有GGH，许多已经存在的烟气治理设施运行率很低。因此，二氧化硫排放量下降较慢，而氮氧化物还没有开始减排。这期间华北平原的霾和雾天数之和仍然比较稳定，没有发生突变。
2011年出台大气污染物排放新标准，并借鉴2007年开始脱硫加价取得的二氧化硫和烟尘大幅度下降的成功经验，推出针对氮氧化物的脱硝电价加价（简称脱硝加价）政策，并实行严格的实时在线监控和偷排重罚政策，关键时间节点是2013年1月1号开始。原本是要重现2007年的辉煌，但燃煤烟气治理缺陷导致事与愿违，常规污染物排放急速下降，但其治理过程中产生的次生污染物导致雾霾大爆发，危害更严重。
3、2012年是燃煤烟气治理设施集中改造年，许多企业因为GGH存在结垢和烟气泄漏不达标问题而被拆除，新增加或开始正常运转的大量湿烟气排放设施，新上大量氨法脱硝设施，燃煤烟气治理设施发生突变
这一年发生的突变主要有：
原来部分有GGH的湿法脱硫设施被取消GGH，干烟囱变成湿烟囱，干烟气排放变为湿烟气排放
原来没有GGH及后来新建湿法脱硫设施多数都没有GGH，为湿烟气排放
2012年开始大规模脱硝改造，湿法脱硫设施与脱硝串联运行
企业为了实现比国际水平严格得多的氮氧化物排放标准，过量喷氨，增加催化剂层数，加大了二氧化硫转化成三氧化硫的比率；过量的氨与三氧化硫优先进行酸碱中和反应生成硫酸氢铵。这也可以从目前脱硫粉煤灰中含有大量氨盐得到证实
2012年底后，实时在线监控、有力的刺激政策及偷排惩罚措施叠加，彻底扭转2011年之前连续几年烟气治理设施运行率较低的问题，湿烟气排放量暴增
4、从取消GGH带来的变化，可以简要说明燃煤烟气治理缺陷是导致雾霾发生的重要原因之一
取消GGH后发生的突变主要有：
取消GGH后，监测数据显示，造成超细颗粒物数浓度几十倍增加
取消GGH后，湿烟囱可能造成超细颗粒物数浓度成百上千倍的暴升。GGH在加热烘干脱硫后湿烟气时，是在相对密闭的空间里进行的，换热过程会造成烟气剧烈紊流，烟气中的气溶胶会相互撞击长大，压力也比较高，颗粒形状会更近球形，而且密度会比较大，比表面积会相对小；而取消GGH后的烟气排入大气后显著减少了相互撞击长大的机会，而且颗粒物生成过程是自由无压力状态，生成的颗粒物形状疏松，密度小，颗粒小，比表面积大，更容易在大气中长期悬浮富集（孙中强团队诊断沈阳暴发雾霾的原因）
取消GGH后，脱硫塔内工艺条件变化，脱硫塔入口烟气温度上升，有些脱硫设施造成超细颗粒物数浓度增加10-100倍，在实施超低排放改造前都直接排入大气中
取消GGH后，排烟高度降低一半，污染物最大落地点浓度增加一倍（有的话）
取消GGH的湿烟囱在当时都普遍出现石膏雨。而在天气好的时候，不一定有石膏雨，因为脱硫液落不下来，都在天上了。气象条件适合时，重雾霾就会产生。除雾器堵塞，烟气流速或烟囱设计不合理，都属于烟气治理设施的缺陷。
仅仅上述变化造成的PM2.5数浓度变动，就达到下限为上百倍的突变，雾霾不大爆发都困难。取消GGH，暴露出了很多雾霾大爆发的原因。如果所有烟气治理设施都有GGH，处于干烟气排放模式，雾霾不一定会爆发。至于GGH烟气泄漏或结垢问题，属于产品质量问题，一些进口设备就不存在这类问题。如果标准过低导致拆除GGH，则是排放标准存在缺陷，就像氮氧化物标准太低导致过度喷氨类似。
5、2013年前后湿烟气排放、取消GGH、脱硝等烟气治理带来的突变
2013年前后湿烟气排放、取消GGH、脱硝等烟气治理带来的突变还有：
湿法脱硫脱硝后的湿烟气中，有粒径极小、数量极大的可凝结颗粒物（CPM）
脱硝氨（或铵根）全生命周期排放，为以盐为主的霾的生成，提供了原来缺乏的碱性物质
湿烟气中有极小的雾滴被机械携带，雾滴中有水溶性盐
湿法脱硫后的湿烟气，增加了低温时段大气相对湿度，促进致霾气象条件更多更快形成和持续时间增加
湿烟气形成的烟羽有很好的形成硫酸盐的条件，并在其中形成新的超细颗粒物
非常规超细颗粒物在干燥和寒冷的北方秋冬季节长时间累积和传输，表现出数浓度极高，但质量浓度很低
在湿度大的静稳天气，大气中长时间不衰减累积的数浓度很高的超细颗粒物开始凝并，数浓度快速降低，粒径变大，质量浓度迅速升高，并表现出明显的雾霾状态；同时也作为温床和加速器，促成二次细颗粒物的形成；通常是暴发雾霾，有时也可能随着气象条件转好，使得质量浓度高的颗粒物又隐形，看上去天气好转
燃煤烟气治理设施密布的雾霾重点区域，平时每个城市都是超细颗粒物的策源地和输出地，也是相邻城市随风而来的细颗粒物的输入地，在同一个大气场内的城市，细颗粒物能很快进行混合，难以分出是自身产生的或是传输来的，除了禁煤区很大的北京
雾霾发生时多为静稳天气，空气流动缓慢，当地的燃煤烟气治理缺陷导致的非常规污染物，能够迅速加剧当地的雾霾程度；而北京等禁煤区则不会受此拖累
上述因素最终体现在PM2.5数浓度相对雾霾大爆发前的飙升。
