建立排放清單評估變化趨勢

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

　　北京師范大學環境學院教授田賀忠領導的研究團隊，基于經濟發展和技術擴散理論，首次較系統地構建了1949年～2012年間我國人為源導致的12種典型有毒有害重金屬的大氣排放清單，對其排放歷史變化趨勢和空間分布特征進行了分析評估，這將為我國重金屬污染綜合防治提供數據支持。相關研究成果近日發表于大氣環境國際頂級期刊《大氣化學與物理學》。

　　有害重金屬元素以亞微米級顆粒形式存在，對人體危害更大

　　由于工業化和城市化的快速發展，由金屬冶煉、化石燃料燃燒、礦物加工、工業產品制造和固體廢物焚燒等人為活動導致的鉛、砷、鎘、鉻、銻、汞等有毒有害重金屬排放量，近年來不斷增加。

　　中國環境科學院專家曾做過一項綜述性研究，收集近10年來我國44個較大城市和背景點位重金屬在大氣顆粒物中的質量濃度數據，通過對比世界衛生組織重金屬環境空氣質量標準推薦限值，結果顯示，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），但由于我國巨大的煤炭消耗量和工業產品（金屬、非金屬礦物產品等）產量，加之生產工藝水平落后、能源利用率低、先進污染控制設備安裝及實際投入運行比例較低等，導致有毒有害重金屬的大氣排放量逐年增加，對人群健康造成很大影響。

　　通常燃料燃燒和工業高溫過程產生的大部分有害重金屬，總是隨煙氣溫度降低賦存于工業煙塵和粉塵而一起被排放到大氣環境中，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，可長時間停留在大氣中，不僅影響大氣能見度，而且會通過呼吸系統進入動植物和人體內并不斷蓄積，可轉化為毒性很強的有機化合物，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通過大氣干、濕沉降過程進入地表水體和土壤并發生遷移轉化，從而對水和土壤等生態環境產生污染危害。

　　根據美國環保署相關報告，相比苯并（a）芘、硫化物、氮氧化物等有害的有機成分，以亞微米級顆粒形式存在的有害重金屬元素排放物對人體具有更大的危害性。

　　很多有毒有害重金屬對人體具有潛在的健康風險，如砷在人體內含量過高，會出現中樞神經系統紊亂，并有致癌的可能；長期攝入微量鎘則容易引起骨痛病；大量接觸銅可使其在生物內累積并產生毒性作用，銅還會對大量水生動植物有毒，即使少量接觸也會產生不良反應等。

　　根據健康危害風險和污染控制要求，國內外對有毒有害重金屬進行了界定。依此并結合清單構建的可行性等因素，田賀忠領導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人體健康危害嚴重的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，通過對燃煤電廠、工業鍋爐、冶煉企業等典型排放源進行現場調查和實測，探討我國重金屬排放特征。

　　建立動態模型，系統評估建國以來典型有害重金屬大氣排放特征

　　在空氣質量管理決策支持技術體系中，構建準確、完整、更新及時的大氣污染物排放清單是識別污染源、科學有效開展大氣污染防治工作的基礎和前提。如根據源清單，砷、鉛和鋅是京津冀地區標識性能重金屬，其中砷排放主要由燃煤源貢獻，而后兩者主要貢獻源為工業鍋爐燃煤和鋼鐵冶煉行業，這為京津冀地區制定治理對策提供了支撐。

　　由于受實驗條件、技術水平和數據可得性等條件限制，目前我國對人為源大氣重金屬排放特征缺少全面和深刻的認識，其遷移轉化特征和環境健康影響等相關研究尚處于起步階段。

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

　　田賀忠率領的研究團隊基于十幾年的數據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，首次系統評價了新中國成立至2012年60年多間我國各種人為活動導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，其中前者按經濟部門劃分為電力（包括供熱）、工業（包括建筑行業）、生活消費和其他（包括農林牧漁水利業、交通運輸、倉儲和郵政業、批發零售業、住宿餐飲業等）4類。后者則按行業屬性劃分為生物質燃燒、液體燃料燃燒、有色金屬冶煉、非金屬礦物生產、黑色金屬冶煉、生活垃圾焚燒、機動車剎車片和輪胎磨損等7類，共計十一大類33子類。

　　研究結果顯示，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約79570噸。

　　從污染源貢獻看，工業燃煤鍋爐、燃煤電廠、有色冶煉、鋼鐵冶煉和機動車剎車片磨損為主要的有害重金屬大氣排放源。其中工業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于排放清單的不確定性影響很大。此項研究的一大特點，即建立了適合中國國情和反映中國經濟技術發展演變趨勢的各類典型人為源的排放因子動態模型，例如主要工業過程源的大氣重金屬未控制排放因子、當前大氣重金屬最佳排放因子、S型曲線形狀參數等。這在國際上尚屬首次。

　　知識鏈接

　　剎車片磨損為何榜上有名？

　　研究報告顯示，機動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，其平均貢獻比例約為5.3%，其中對銻和銅排放貢獻最高，分別占大氣銻和銅總排放量的42.4%和28.4%。對此，田賀忠解釋說，缺少相關行業標準以及汽車保有量激增等因素，導致其成為主要貢獻源。

　　目前，國內仍沒有剎車片生產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定性，還可以降低摩擦過程中的振動。由于極好的熱傳導性，銅或黃銅也被廣泛應用于剎車片中。

　　另外，隨著機動車保有量和用車需求量迅速增大，同時主要城市均呈現出不同程度的交通擁堵，尤其是在上下班高峰期，使得這一時段機動車行駛速度減慢，發動機怠速頻率顯著增加，且剎車更為頻繁。種種因素導致剎車片磨損成為城市地區大氣環境中銻和銅等有害重金屬排放的主要貢獻源。

　　答疑解惑

　　控制技術不斷進步排放量為何還增長？

　　重金屬大氣排放水平是技術進步和產品產量增加的競爭性結果

　　生產工藝和排放控制技術的進步，使得大氣重金屬排放因子呈現逐年降低趨勢，但為何排放量卻在不斷增長？對此，田賀忠表示，在任何時期，大氣重金屬的排放水平都是技術進步和產品產量增加的競爭性結果，也就是說由技術進步導致的減排量被由工業產品產量快速增加導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動車剎車片磨損所導致。

　　新中國成立以來，我國經歷了不同的歷史發展階段，污染源分配因子中的地區GDP、人口和工業成品產量等也發生了巨大變化，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產品產量迅速增大，導致大氣重金屬排放量在此期間增加了3倍～20倍，特別在大躍進期間，工業產品如鋼鐵、有色金屬、水泥等產量增長驚人。隨后，嚴重自然災害發生和不合理經濟政策的制訂和實施，使得國民經濟結構出現極度的不平衡，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年呈現負增長，但在1963年～1977年期間大氣重金屬排放量的年均增長率仍達到0.2%～8.4%。

　　從1978年開始，中國實施改革開放政策，GDP年均增長率高達9.8%，能源消耗量和工業產品產量也得到空前增加，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、水泥等高耗能產業的快速膨脹，而同期除塵、脫硫、脫硝等大氣污染治理設施的安裝使用嚴重滯后，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4.8%～12.0%。

　　另外，大氣重金屬排放量變化與產業政策和對重金屬造成健康危害的認識不斷深入也有著密切聯系。如汽油中鉛含量的變化，曾隨著國內外對兒童血鉛中毒危害的認識加深，推動了汽油產品鉛含量標準的修訂而出現了兩次急劇波動，分別在1991年和2001年，這主要歸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%。

　　在地區分布上，重金屬空間分布特征與不平衡的地區經濟發展和人口密度有很強的關聯性，主要表現為東部和中部省份地區重金屬排放明顯高于西部地區，沿海省份重金屬排放強度最高。另外，西南和中南地區部分省份由于有色冶煉行業集中，導致部分地區大氣重金屬排放強度和污染狀況較突出。

　　對策建議

　　以行業標準推動技術進步

　　為有效治理大氣重金屬污染，田賀忠建議，在淘汰落后產能的基礎上，制修訂和實施更為嚴格的國家和地方行業污染物排放標準，以標準的實施促進和推動各行業生產工藝和污染控制技術的進步和更新換代。

　　同時，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管確保其穩定高效運行；開展汞專門控制技術的現場試驗或實施示范工程，發展可同時有效去除多種重金屬的綜合排放控制技術；提高清潔能源和可再生能源在發電和供暖行業的使用比例；提高有色金屬和鋼鐵的循環利用率等。

　　田賀忠表示，下一步，課題組將動態更新和擴展完善人為源有害大氣污染物排放清單，并結合典型地區大氣中有害重金屬的賦存時空特征，開展相關的排放、遷移轉化及環境和健康風險的影響研究等。

　　同時，課題組進一步擴展研究目標范圍，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2010年～2050年全球銻大氣排放趨勢進行了預測分析。這是首次全部由中國學者組成的研究團隊對全球尺度的不同行業大氣重金屬銻排放量開展的比較系統的評估分析研究。