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2022大氣排放清單 12種典型有毒有害重金屬有了大氣排放清單

   日期:2022-04-22     瀏覽:1848    

有毒有害重金屬是大氣顆粒物危害人體健康的重要組成部分。因此,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。


基于經(jīng)濟發(fā)展和技術傳播理論,北京師范大學環(huán)境學院教授田賀忠首次系統(tǒng)構建了1949年至2012年由中國人為源引起的12種典型有毒有害重金屬大氣排放清單,分析評價了其排放歷史變化趨勢和空間分布特征,為我國重金屬污染綜合防治提供數(shù)據(jù)支持。相關研究成果最近發(fā)表在大氣環(huán)境國際頂級期刊《大氣化學與物理學》上。

亞微米級顆粒形式存在有害重金屬元素,對人體危害更大

由于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展,近年來金屬冶煉、化石燃料燃燒、礦物加工、工業(yè)產(chǎn)品制造、固體廢物焚燒等有毒有害重金屬的排放量不斷增加。

中國環(huán)境科學院專家進行了綜述性研究,收集了近10年來大氣顆粒中44個大城市和背景點重金屬的質量濃度數(shù)據(jù)。通過比較世界衛(wèi)生組織重金屬環(huán)境空氣質量標準的推薦限值,結果表明,除鉛外,砷、鎘、鎳、錳和鉻的污染情況并不樂觀。

田賀忠告訴記者,雖然煤炭和原料中重金屬元素含量很低(ppm等級),但由于我國煤炭消耗和工業(yè)產(chǎn)品(金屬、非金屬礦物產(chǎn)品等。)產(chǎn)量巨大,生產(chǎn)工藝水平落后,能源利用率低,先進污染控制設備安裝和實際投入運行比例低,有毒有害重金屬的大氣排放量逐年增加,對人體健康影響很大。

通常,燃料燃燒和工業(yè)高溫過程產(chǎn)生的大多數(shù)有害重金屬總是隨著煙氣溫度的降低而排放到大氣環(huán)境中。這些痕跡元素主要集中在亞微米顆粒表面,難以被各種傳統(tǒng)的空氣污染控制裝置有效捕獲。它們主要以氣溶膠的形式存在于大氣中,不易沉降,大部分有害痕跡元素難以被微生物降解,可長期停留在大氣中,不僅影響大氣能見度,而且通過呼吸系統(tǒng)進入動植物和人體積累,可轉化為有毒有機化合物,危害人和其他生物。

此外,排放到大氣中的重金屬也會通過大氣干濕沉降進入地表水和土壤,并進行遷移和轉化,從而污染水和土壤等生態(tài)環(huán)境。

根據(jù)美國環(huán)保署的相關報告,與苯并相比(a)以亞微米級顆粒形式存在的有害重金屬元素排放物,如芘、硫化物、氮氧化物等有害有機成分,對人體危害較大。

許多有毒有害重金屬對人體有潛在的健康風險,如砷含量過高、中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂和致癌;長期攝入微量鎘容易引起骨痛;大量接觸銅會在生物中積累和有毒作用,銅對大量水生動植物有毒,即使少量接觸也會產(chǎn)生不良反應。

根據(jù)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(yè)鍋爐、冶煉企業(yè)等典型排放源進行現(xiàn)場調查和實測,探討我國重金屬排放特征。

建立動態(tài)模型,系統(tǒng)評價建國以來典型的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,建立準確、完整、及時更新的空氣污染物排放清單是識別污染源、科學有效地開展空氣污染防治工作的基礎和前提。例如,根據(jù)源清單,砷、鉛和鋅是京津冀地區(qū)識別性能的重金屬,其中砷排放主要由燃煤源貢獻,后兩者主要由工業(yè)鍋爐燃煤和鋼鐵冶煉行業(yè)貢獻,為京津冀地區(qū)制定治理對策提供了支持。

由于實驗條件、技術水平和數(shù)據(jù)可用性的限制,我國對人工源大氣重金屬排放特性缺乏全面深入的了解,其遷移轉化特性和環(huán)境健康影響仍處于起步階段。

為了建立高精度、高時空分辨率的大氣重金屬排放清單,中國學者不斷探索并取得一定進展。例如,對國家污染源或火電廠、冶煉等典型行業(yè)進行了一些清單研究。

基于十多年的數(shù)據(jù)積累和排放清單研究方法的不斷完善,田和忠率領的研究團隊利用自上而下的排放因子法,構建了中國12種典型的有害重金屬人工大氣排放清單,首次系統(tǒng)評價了新中國成立至2012年60年中國各種人為活動造成的有害重金屬元素大氣排放的歷史變化趨勢和空間排放特征。

據(jù)了解,排放清單包括燃煤源和非燃煤源,前者按經(jīng)濟部門分為電力(包括供熱)、工業(yè)(包括建筑業(yè))、生活消費等(包括農業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)、水利、交通、倉儲郵政、批發(fā)零售、住宿餐飲等)。后者按行業(yè)屬性分為生物質燃燒、液體燃料燃燒、有色金屬冶煉、非金屬礦物生產(chǎn)、黑色金屬冶煉、生活垃圾焚燒、機動車制動片、輪胎磨損等7類,共11類33個子類。

研究結果顯示,1949年至2012年,12種典型有害重金屬元素的大氣排放量增加了22倍至128倍。2012年,12種重金屬大氣排放量約79570噸。

從污染源貢獻來看,工業(yè)燃煤鍋爐、燃煤電廠、有色冶煉、鋼鐵冶煉、機動車制動片磨損是主要有害重金屬大氣排放源。其中,工業(yè)燃煤鍋爐是最大的排放源,約占34.9%。

大氣重金屬排放因子的選擇對排放清單的不確定性有很大的影響。本研究的一個主要特點是建立了各種典型的人為源排放因子動態(tài)模型,適合中國國情,反映了中國經(jīng)濟技術的發(fā)展和演變趨勢,如大氣重金屬未控制排放因子、大氣重金屬最佳排放因子、s曲線形狀參數(shù)等。這是世界上第一次。

知識鏈接

為什么剎車片磨損榜上有名?

研究報告顯示,機動車制動片磨損是基于2012年排放清單的有害重金屬大氣排放源之一,其平均貢獻比例約為5.3%,對銻和銅的排放貢獻最高,分別占大氣銻和銅的總排放42.4%和28.4%。田賀忠解釋說,缺乏相關行業(yè)標準和汽車所有權激增,導致其成為主要貢獻源。

目前,我國制動片生產(chǎn)過程中重金屬含量仍沒有最高限值,制動片磨損過程中也沒有重金屬排放限值。制動盤除鋼作為支撐材料外,還含有銻、銅、鋅等有害重金屬元素,含量高,特別是銻主要以氧化物的形式存在于制動片中,作為潤滑劑和填充物不僅可以提高摩擦穩(wěn)定性,而且可以減少摩擦過程中的振動。銅或黃銅也廣泛應用于制動片中。

此外,隨著機動車所有權和汽車需求的快速增長,主要城市出現(xiàn)了不同程度的交通擁堵,特別是在高峰時段,機動車行駛速度減慢,發(fā)動機怠速頻率顯著增加,剎車更頻繁。由于各種因素,制動片磨損已成為銻、銅等有害重金屬排放的主要貢獻源。

答疑解惑

為什么控制技術不斷進步,排放量還在增加?

重金屬大氣排放水平是技術進步和產(chǎn)品產(chǎn)量增加的競爭結果

隨著生產(chǎn)工藝和排放控制技術的進步,大氣重金屬排放因子逐年減少,但為什么排放量不斷增加?在這方面,田賀忠表示,在任何時候,大氣重金屬的排放水平都是技術進步和產(chǎn)品產(chǎn)量增長的競爭結果,也就是說,工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量快速增長導致的排放增長抵消或超過了技術進步導致的減排。例如,銅排放量在12種元素中增長最快,主要原因是近年來機動車剎車片磨損的增加。

中華人民共和國成立以來,中國經(jīng)歷了不同的歷史發(fā)展階段,污染源分配因素中的地區(qū)gdp、人口和工業(yè)成品的產(chǎn)量也發(fā)生了巨大的變化,各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。

例如,在1949年至1960年,由于能源消耗和工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量的快速增長,大氣重金屬排放量增加了3~20倍,特別是在大躍進期間,鋼鐵、有色金屬、水泥等工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量增長驚人。隨后,嚴重的自然災害和不合理的經(jīng)濟政策的制定和實施使國民經(jīng)濟結構極度不平衡,大氣重金屬排放量較1960年、1961年和1962年下降了大約27.6%~55.7%。盡管1967年、1974年和1976年出現(xiàn)負增長,但1963年至1977年大氣重金屬排放量的年均增長率仍然達到0.2%~8.4%。

中國從1978年開始實施改革開放政策,gdp年均增長率高達9.8%,能耗和工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量也空前增加,各種人為源大氣重金屬(除外)pb此外)排放也在此期間迅速增長,特別是在十五階段,由于電力、金屬冶煉、水泥等高能耗行業(yè)的快速擴張,除塵、脫硫、脫硝等空氣污染控制設施安裝使用嚴重滯后,2001年12種有害重金屬的空氣排放268.0噸~11308.6噸增長到2005年378.9噸~15987.9噸,年均增長率高達4.8%~12.0%。

此外,大氣重金屬排放量的變化與工業(yè)政策和對重金屬健康危害的深入了解密切相關。例如,隨著國內外對兒童血鉛中毒危害認識的加深,汽油產(chǎn)品鉛含量標準的修訂出現(xiàn)了兩次急劇波動,分別是1991年和2001年,這主要是由于中國實施的低鉛和無鉛汽油政策。大氣鉛排放量為1990年的17 ** 4噸急速降到1991年的13029.6與2000年相比,2001年鉛排放量下降61.6%。但隨后,隨著汽車保有量和燃油消耗量的快速增加,2001年大氣鉛排放量增加7747.2噸逐漸增加到2012年14397.6噸,年均增長率為5.8%。

在區(qū)域分布方面,重金屬空間分布的特點與不平衡的區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和人口密度密切相關,主要表現(xiàn)為東部和中部省份的重金屬排放明顯高于西部地區(qū),沿海省份的重金屬排放強度最高。此外,由于有色冶煉產(chǎn)業(yè)集中,西南部分省份的大氣重金屬排放強度和污染較為突出。

對策建議

以行業(yè)標準推動技術進步

為有效控制大氣重金屬污染,田建議在淘汰落后產(chǎn)能的基礎上,制定、修訂和實施更嚴格的國家和地方行業(yè)污染物排放標準,促進各行業(yè)生產(chǎn)技術和污染控制技術的進步和升級。

同時,他建議減少或停止開采和燃燒硫和重金屬含量高的煤炭,盡量減少或停止開采和燃燒硫和重金屬含量高的煤炭;提高原煤洗滌比例,增加洗煤用量;通過有效監(jiān)督,提高燃煤鍋爐空氣污染控制裝置的安裝比例,確保其穩(wěn)定高效運行;開展汞專用控制技術現(xiàn)場試驗或示范工程,開發(fā)綜合排放控制技術,有效去除各種重金屬;提高發(fā)電供熱行業(yè)清潔能源和可再生能源的比例;提高有色金屬和鋼材的回收率。

田何忠表示,下一步,研究小組將動態(tài)更新和擴大和完善人為源有害空氣污染物排放清單,結合典型地區(qū)大氣中有害重金屬的時空特點,開展相關排放、遷移轉化和環(huán)境健康風險影響研究。

同時,研究小組進一步擴大了研究目標范圍,以具有全球污染傳輸特點的典型有害重金屬銻為突破點,預測和分析了2010年至2050年全球銻大氣排放趨勢。這是中國學者中國學者組成的研究團隊對不同行業(yè)的大氣重金屬銻排放進行系統(tǒng)的評價和分析。


 
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