有毒有害重金屬是大氣顆粒物對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的重要成分，因而建立高精度、高時(shí)空分辨率的大氣重金屬排放清單，對(duì)制定和實(shí)施重金屬污染控制對(duì)策具有重要意義。

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授田賀忠領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)擴(kuò)散理論，首次較系統(tǒng)地構(gòu)建了1949年～2012年間我國人為源導(dǎo)致的12種典型有毒有害重金屬的大氣排放清單，對(duì)其排放歷史變化趨勢和空間分布特征進(jìn)行了分析評(píng)估，這將為我國重金屬污染綜合防治提供數(shù)據(jù)支持。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于大氣環(huán)境國際頂級(jí)期刊《大氣化學(xué)與物理學(xué)》。

有害重金屬元素以亞微米級(jí)顆粒形式存在，對(duì)人體危害更大

由于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，由金屬冶煉、化石燃料燃燒、礦物加工、工業(yè)產(chǎn)品制造和固體廢物焚燒等人為活動(dòng)導(dǎo)致的鉛、砷、鎘、鉻、銻、汞等有毒有害重金屬排放量，近年來不斷增加。

中國環(huán)境科學(xué)院專家曾做過一項(xiàng)綜述性研究，收集近10年來我國44個(gè)較大城市和背景點(diǎn)位重金屬在大氣顆粒物中的質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，通過對(duì)比世界衛(wèi)生組織重金屬環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)推薦限值，結(jié)果顯示，我國部分城市大氣顆粒物中除鉛外，砷、鎘、鎳、錳以及鉻的污染形勢均不容樂觀。

田賀忠告訴記者，雖然重金屬元素在煤炭和原材料中含量很低（ppm級(jí)），但由于我國巨大的煤炭消耗量和工業(yè)產(chǎn)品（金屬、非金屬礦物產(chǎn)品等）產(chǎn)量，加之生產(chǎn)工藝水平落后、能源利用率低、先進(jìn)污染控制設(shè)備安裝及實(shí)際投入運(yùn)行比例較低等，導(dǎo)致有毒有害重金屬的大氣排放量逐年增加，對(duì)人群健康造成很大影響。

通常燃料燃燒和工業(yè)高溫過程產(chǎn)生的大部分有害重金屬，總是隨煙氣溫度降低賦存于工業(yè)煙塵和粉塵而一起被排放到大氣環(huán)境中，這些痕量元素主要富集在亞微米顆粒表面，很難被各種常規(guī)大氣污染控制裝置有效捕獲。它們在大氣中主要以氣溶膠形式存在，不易沉降，而且大部分有害痕量元素也難以被微生物降解，可長時(shí)間停留在大氣中，不僅影響大氣能見度，而且會(huì)通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)植物和人體內(nèi)并不斷蓄積，可轉(zhuǎn)化為毒性很強(qiáng)的有機(jī)化合物，使人及其他生物受到危害。

另外，排放到大氣中的重金屬還會(huì)通過大氣干、濕沉降過程進(jìn)入地表水體和土壤并發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，從而對(duì)水和土壤等生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染危害。

根據(jù)美國環(huán)保署相關(guān)報(bào)告，相比苯并（a）芘、硫化物、氮氧化物等有害的有機(jī)成分，以亞微米級(jí)顆粒形式存在的有害重金屬元素排放物對(duì)人體具有更大的危害性。

很多有毒有害重金屬對(duì)人體具有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，如砷在人體內(nèi)含量過高，會(huì)出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，并有致癌的可能；長期攝入微量鎘則容易引起骨痛��；大量接觸銅可使其在生物內(nèi)累積并產(chǎn)生毒性作用，銅還會(huì)對(duì)大量水生動(dòng)植物有毒，即使少量接觸也會(huì)產(chǎn)生不良反應(yīng)等。

根據(jù)健康危害風(fēng)險(xiǎn)和污染控制要求，國內(nèi)外對(duì)有毒有害重金屬進(jìn)行了界定。依此并結(jié)合清單構(gòu)建的可行性等因素，田賀忠領(lǐng)導(dǎo)的課題組選取了燃煤和原材料中含量高、人為源排放量大且對(duì)人體健康危害嚴(yán)重的12種典型有害重金屬（鉛、砷、汞、鎘、鉻、鎳、銻、硒、錳、鈷、銅、鋅）作為代表性元素，通過對(duì)燃煤電廠、工業(yè)鍋爐、冶煉企業(yè)等典型排放源進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和實(shí)測，探討我國重金屬排放特征。

建立動(dòng)態(tài)模型，系統(tǒng)評(píng)估建國以來典型有害重金屬大氣排放特征

在空氣質(zhì)量管理決策支持技術(shù)體系中，構(gòu)建準(zhǔn)確、完整、更新及時(shí)的大氣污染物排放清單是識(shí)別污染源、科學(xué)有效開展大氣污染防治工作的基礎(chǔ)和前提。如根據(jù)源清單，砷、鉛和鋅是京津冀地區(qū)標(biāo)識(shí)性能重金屬，其中砷排放主要由燃煤源貢獻(xiàn)，而后兩者主要貢獻(xiàn)源為工業(yè)鍋爐燃煤和鋼鐵冶煉行業(yè)，這為京津冀地區(qū)制定治理對(duì)策提供了支撐。

由于受實(shí)驗(yàn)條件、技術(shù)水平和數(shù)據(jù)可得性等條件限制，目前我國對(duì)人為源大氣重金屬排放特征缺少全面和深刻的認(rèn)識(shí)，其遷移轉(zhuǎn)化特征和環(huán)境健康影響等相關(guān)研究尚處于起步階段。

為建立高精度和高時(shí)空分辨率的大氣重金屬排放清單，我國學(xué)者不斷探索并取得一定進(jìn)展。如面向全國污染源或針對(duì)火電廠、冶煉等典型行業(yè)進(jìn)行了一些清單研究。

田賀忠率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)基于十幾年的數(shù)據(jù)積累和排放清單研究方法的不斷完善，利用“自上而下”排放因子法，構(gòu)建了我國12種典型有害重金屬人為大氣排放清單，首次系統(tǒng)評(píng)價(jià)了新中國成立至2012年60年多間我國各種人為活動(dòng)導(dǎo)致的有害重金屬元素的大氣排放歷史變化趨勢及空間排放特征。

據(jù)了解，排放清單包含燃煤源和非燃煤源兩大類，其中前者按經(jīng)濟(jì)部門劃分為電力（包括供熱）、工業(yè)（包括建筑行業(yè)）、生活消費(fèi)和其他（包括農(nóng)林牧漁水利業(yè)、交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè)等）4類。后者則按行業(yè)屬性劃分為生物質(zhì)燃燒、液體燃料燃燒、有色金屬冶煉、非金屬礦物生產(chǎn)、黑色金屬冶煉、生活垃圾焚燒、機(jī)動(dòng)車剎車片和輪胎磨損等7類，共計(jì)十一大類33子類。

研究結(jié)果顯示，1949年～2012年間，12種典型有害重金屬元素的大氣排放量增長了22倍～128倍。2012年，12種重金屬大氣排放共計(jì)約79570噸。

從污染源貢獻(xiàn)看，工業(yè)燃煤鍋爐、燃煤電廠、有色冶煉、鋼鐵冶煉和機(jī)動(dòng)車剎車片磨損為主要的有害重金屬大氣排放源。其中工業(yè)燃煤鍋爐是最大排放源，約占34.9%。

大氣重金屬排放因子的選取對(duì)于排放清單的不確定性影響很大。此項(xiàng)研究的一大特點(diǎn)，即建立了適合中國國情和反映中國經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展演變趨勢的各類典型人為源的排放因子動(dòng)態(tài)模型，例如主要工業(yè)過程源的大氣重金屬未控制排放因子、當(dāng)前大氣重金屬最佳排放因子、S型曲線形狀參數(shù)等。這在國際上尚屬首次。

知識(shí)鏈接

剎車片磨損為何榜上有名？

研究報(bào)告顯示，機(jī)動(dòng)車剎車片磨損是有害重金屬大氣排放源之一，如基于2012年的排放清單，其平均貢獻(xiàn)比例約為5.3%，其中對(duì)銻和銅排放貢獻(xiàn)最高，分別占大氣銻和銅總排放量的42.4%和28.4%。對(duì)此，田賀忠解釋說，缺少相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及汽車保有量激增等因素，導(dǎo)致其成為主要貢獻(xiàn)源。

目前，國內(nèi)仍沒有剎車片生產(chǎn)過程中重金屬含量的最高限值，也沒有剎車片磨損過程中重金屬排放限值。剎車盤除了以鋼鐵作為支撐材料外，還包含了銻、銅和鋅等有害重金屬元素，并且含量較高，尤其是銻在剎車片中主要以氧化物形式存在，其作為潤滑劑和填充物不但可以改善摩擦穩(wěn)定性，還可以降低摩擦過程中的振動(dòng)。由于極好的熱傳導(dǎo)性，銅或黃銅也被廣泛應(yīng)用于剎車片中。

另外，隨著機(jī)動(dòng)車保有量和用車需求量迅速增大，同時(shí)主要城市均呈現(xiàn)出不同程度的交通擁堵，尤其是在上下班高峰期，使得這一時(shí)段機(jī)動(dòng)車行駛速度減慢，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率顯著增加，且剎車更為頻繁。種種因素導(dǎo)致剎車片磨損成為城市地區(qū)大氣環(huán)境中銻和銅等有害重金屬排放的主要貢獻(xiàn)源。

答疑解惑

控制技術(shù)不斷進(jìn)步排放量為何還增長？

重金屬大氣排放水平是技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品產(chǎn)量增加的競爭性結(jié)果

生產(chǎn)工藝和排放控制技術(shù)的進(jìn)步，使得大氣重金屬排放因子呈現(xiàn)逐年降低趨勢，但為何排放量卻在不斷增長？對(duì)此，田賀忠表示，在任何時(shí)期，大氣重金屬的排放水平都是技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品產(chǎn)量增加的競爭性結(jié)果，也就是說由技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致的減排量被由工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量快速增加導(dǎo)致的排放升高量抵消或超過。如12種元素中銅排放量增長最快，主要原因就是近年來不斷增加的機(jī)動(dòng)車剎車片磨損所導(dǎo)致。

新中國成立以來，我國經(jīng)歷了不同的歷史發(fā)展階段，污染源分配因子中的地區(qū)GDP、人口和工業(yè)成品產(chǎn)量等也發(fā)生了巨大變化，多種因素的相互作用決定了大氣重金屬排放的時(shí)空分布特征和變化趨勢。

如1949年～1960年期間，由于能源消耗和工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量迅速增大，導(dǎo)致大氣重金屬排放量在此期間增加了3倍～20倍，特別在大躍進(jìn)期間，工業(yè)產(chǎn)品如鋼鐵、有色金屬、水泥等產(chǎn)量增長驚人。隨后，嚴(yán)重自然災(zāi)害發(fā)生和不合理經(jīng)濟(jì)政策的制訂和實(shí)施，使得國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)極度的不平衡，相比1960年、1961年和1962年大氣重金屬排放量下降了約27.6%～55.7%。盡管在1967年、1974和1976年呈現(xiàn)負(fù)增長，但在1963年～1977年期間大氣重金屬排放量的年均增長率仍達(dá)到0.2%～8.4%。

從1978年開始，中國實(shí)施改革開放政策，GDP年均增長率高達(dá)9.8%，能源消耗量和工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量也得到空前增加，各種人為源大氣重金屬（除Pb外）的排放量在此時(shí)期也增長迅速，尤其是“十五”階段，由于電力、金屬冶煉、水泥等高耗能產(chǎn)業(yè)的快速膨脹，而同期除塵、脫硫、脫硝等大氣污染治理設(shè)施的安裝使用嚴(yán)重滯后，使得12種有害重金屬的大氣排放量從2001年的268.0噸～11308.6噸增長到2005年的378.9噸～15987.9噸，年均增長率高達(dá)4.8%～12.0%。

另外，大氣重金屬排放量變化與產(chǎn)業(yè)政策和對(duì)重金屬造成健康危害的認(rèn)識(shí)不斷深入也有著密切聯(lián)系。如汽油中鉛含量的變化，曾隨著國內(nèi)外對(duì)兒童血鉛中毒危害的認(rèn)識(shí)加深，推動(dòng)了汽油產(chǎn)品鉛含量標(biāo)準(zhǔn)的修訂而出現(xiàn)了兩次急劇波動(dòng)，分別在1991年和2001年，這主要?dú)w因于我國施行的低鉛和無鉛汽油政策。大氣鉛排放量從1990年的17644噸急速降到1991年的13029.6噸；相比2000年，2001年鉛排放量下降了61.6%。但隨后，隨著汽車保有量和燃油消耗量的迅速增加，大氣鉛排放量從2001年的7747.2噸又逐漸增長到2012年14397.6噸，年均增長率為5.8%。

在地區(qū)分布上，重金屬空間分布特征與不平衡的地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口密度有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，主要表現(xiàn)為東部和中部省份地區(qū)重金屬排放明顯高于西部地區(qū)，沿海省份重金屬排放強(qiáng)度最高。另外，西南和中南地區(qū)部分省份由于有色冶煉行業(yè)集中，導(dǎo)致部分地區(qū)大氣重金屬排放強(qiáng)度和污染狀況較突出。

對(duì)策建議

以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步

為有效治理大氣重金屬污染，田賀忠建議，在淘汰落后產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，制修訂和實(shí)施更為嚴(yán)格的國家和地方行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施促進(jìn)和推動(dòng)各行業(yè)生產(chǎn)工藝和污染控制技術(shù)的進(jìn)步和更新?lián)Q代。

同時(shí)，他建議在煤炭主要開采自小煤礦的省份（如浙江和廣西），盡量減少或停止開采和燃燒硫和重金屬含量高的煤炭；提高原煤洗選比例和增加洗煤使用量；提升燃煤鍋爐大氣污染控制裝置的安裝比例并通過有效監(jiān)管確保其穩(wěn)定高效運(yùn)行；開展汞專門控制技術(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)或?qū)嵤┦痉豆こ蹋l(fā)展可同時(shí)有效去除多種重金屬的綜合排放控制技術(shù)；提高清潔能源和可再生能源在發(fā)電和供暖行業(yè)的使用比例；提高有色金屬和鋼鐵的循環(huán)利用率等。

田賀忠表示，下一步，課題組將動(dòng)態(tài)更新和擴(kuò)展完善人為源有害大氣污染物排放清單，并結(jié)合典型地區(qū)大氣中有害重金屬的賦存時(shí)空特征，開展相關(guān)的排放、遷移轉(zhuǎn)化及環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)的影響研究等。

同時(shí)，課題組進(jìn)一步擴(kuò)展研究目標(biāo)范圍，以具有全球性污染傳輸特征的典型有害重金屬銻為突破口，對(duì)2010年～2050年全球銻大氣排放趨勢進(jìn)行了預(yù)測分析。這是首次全部由中國學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)全球尺度的不同行業(yè)大氣重金屬銻排放量開展的比較系統(tǒng)的評(píng)估分析研究。

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