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2022大气排放清单 12种典型有毒有害重金属有了大气排放清单

   日期:2022-04-22    

有毒有害重金属是大气颗粒物危害人体健康的重要组成部分。因此,建立高精度、高时空分辨率的大气重金属排放清单对制定和实施重金属污染控制对策具有重要意义。


基于经济发展和技术传播理论,北京师范大学环境学院教授田贺忠首次系统构建了1949年至2012年由中国人为源引起的12种典型有毒有害重金属大气排放清单,分析评价了其排放历史变化趋势和空间分布特征,为我国重金属污染综合防治提供数据支持。相关研究成果最近发表在大气环境国际顶级期刊《大气化学与物理学》上。

亚微米级颗粒形式存在有害重金属元素,对人体危害更大

由于工业化和城市化的快速发展,近年来金属冶炼、化石燃料燃烧、矿物加工、工业产品制造、固体废物焚烧等有毒有害重金属的排放量不断增加。

中国环境科学院专家进行了综述性研究,收集了近10年来大气颗粒中44个大城市和背景点重金属的质量浓度数据。通过比较世界卫生组织重金属环境空气质量标准的推荐限值,结果表明,除铅外,砷、镉、镍、锰和铬的污染情况并不乐观。

田贺忠告诉记者,虽然煤炭和原料中重金属元素含量很低(ppm等级),但由于我国煤炭消耗和工业产品(金属、非金属矿物产品等。)产量巨大,生产工艺水平落后,能源利用率低,先进污染控制设备安装和实际投入运行比例低,有毒有害重金属的大气排放量逐年增加,对人体健康影响很大。

通常,燃料燃烧和工业高温过程产生的大多数有害重金属总是随着烟气温度的降低而排放到大气环境中。这些痕迹元素主要集中在亚微米颗粒表面,难以被各种传统的空气污染控制装置有效捕获。它们主要以气溶胶的形式存在于大气中,不易沉降,大部分有害痕迹元素难以被微生物降解,可长期停留在大气中,不仅影响大气能见度,而且通过呼吸系统进入动植物和人体积累,可转化为有毒有机化合物,危害人和其他生物。

此外,排放到大气中的重金属也会通过大气干湿沉降进入地表水和土壤,并进行迁移和转化,从而污染水和土壤等生态环境。

根据美国环保署的相关报告,与苯并相比(a)以亚微米级颗粒形式存在的有害重金属元素排放物,如芘、硫化物、氮氧化物等有害有机成分,对人体危害较大。

许多有毒有害重金属对人体有潜在的健康风险,如砷含量过高、中枢神经系统紊乱和致癌;长期摄入微量镉容易引起骨痛;大量接触铜会在生物中积累和有毒作用,铜对大量水生动植物有毒,即使少量接触也会产生不良反应。

根据健康危害风险和污染控制要求,国内外对有毒有害重金属进行了界定。依此并结合清单构建的可行性等因素,田贺忠领导的课题组选取了燃煤和原材料中含量高、人为源排放量大且对人体健康危害严重的12种典型有害重金属(铅、砷、汞、镉、铬、镍、锑、硒、锰、钴、铜、锌)作为代表性元素,通过对燃煤电厂、工业锅炉、冶炼企业等典型排放源进行现场调查和实测,探讨我国重金属排放特征。

建立动态模型,系统评价建国以来典型的有害重金属大气排放特征

在空气质量管理决策支持技术体系中,建立准确、完整、及时更新的空气污染物排放清单是识别污染源、科学有效地开展空气污染防治工作的基础和前提。例如,根据源清单,砷、铅和锌是京津冀地区识别性能的重金属,其中砷排放主要由燃煤源贡献,后两者主要由工业锅炉燃煤和钢铁冶炼行业贡献,为京津冀地区制定治理对策提供了支持。

由于实验条件、技术水平和数据可用性的限制,我国对人工源大气重金属排放特性缺乏全面深入的了解,其迁移转化特性和环境健康影响仍处于起步阶段。

为了建立高精度、高时空分辨率的大气重金属排放清单,中国学者不断探索并取得一定进展。例如,对国家污染源或火电厂、冶炼等典型行业进行了一些清单研究。

基于十多年的数据积累和排放清单研究方法的不断完善,田和忠率领的研究团队利用自上而下的排放因子法,构建了中国12种典型的有害重金属人工大气排放清单,首次系统评价了新中国成立至2012年60年中国各种人为活动造成的有害重金属元素大气排放的历史变化趋势和空间排放特征。

据了解,排放清单包括燃煤源和非燃煤源,前者按经济部门分为电力(包括供热)、工业(包括建筑业)、生活消费等(包括农业、林业、畜牧业、渔业、水利、交通、仓储邮政、批发零售、住宿餐饮等)。后者按行业属性分为生物质燃烧、液体燃料燃烧、有色金属冶炼、非金属矿物生产、黑色金属冶炼、生活垃圾焚烧、机动车制动片、轮胎磨损等7类,共11类33个子类。

研究结果显示,1949年至2012年,12种典型有害重金属元素的大气排放量增加了22倍至128倍。2012年,12种重金属大气排放量约79570吨。

从污染源贡献来看,工业燃煤锅炉、燃煤电厂、有色冶炼、钢铁冶炼、机动车制动片磨损是主要有害重金属大气排放源。其中,工业燃煤锅炉是最大的排放源,约占34.9%。

大气重金属排放因子的选择对排放清单的不确定性有很大的影响。本研究的一个主要特点是建立了各种典型的人为源排放因子动态模型,适合中国国情,反映了中国经济技术的发展和演变趋势,如大气重金属未控制排放因子、大气重金属最佳排放因子、S曲线形状参数等。这是世界上第一次。

知识链接

为什么刹车片磨损榜上有名?

研究报告显示,机动车制动片磨损是基于2012年排放清单的有害重金属大气排放源之一,其平均贡献比例约为5.3%,对锑和铜的排放贡献最高,分别占大气锑和铜的总排放42.4%和28.4%。田贺忠解释说,缺乏相关行业标准和汽车所有权激增,导致其成为主要贡献源。

目前,我国制动片生产过程中重金属含量仍没有最高限值,制动片磨损过程中也没有重金属排放限值。制动盘除钢作为支撑材料外,还含有锑、铜、锌等有害重金属元素,含量高,特别是锑主要以氧化物的形式存在于制动片中,作为润滑剂和填充物不仅可以提高摩擦稳定性,而且可以减少摩擦过程中的振动。铜或黄铜也广泛应用于制动片中。

此外,随着机动车所有权和汽车需求的快速增长,主要城市出现了不同程度的交通拥堵,特别是在高峰时段,机动车行驶速度减慢,发动机怠速频率显著增加,刹车更频繁。由于各种因素,制动片磨损已成为锑、铜等有害重金属排放的主要贡献源。

答疑解惑

为什么控制技术不断进步,排放量还在增加?

重金属大气排放水平是技术进步和产品产量增加的竞争结果

随着生产工艺和排放控制技术的进步,大气重金属排放因子逐年减少,但为什么排放量不断增加?在这方面,田贺忠表示,在任何时候,大气重金属的排放水平都是技术进步和产品产量增长的竞争结果,也就是说,工业产品产量快速增长导致的排放增长抵消或超过了技术进步导致的减排。例如,铜排放量在12种元素中增长最快,主要原因是近年来机动车刹车片磨损的增加。

中华人民共和国成立以来,中国经历了不同的历史发展阶段,污染源分配因素中的地区GDP、人口和工业成品的产量也发生了巨大的变化,各种因素的相互作用决定了大气重金属排放的时空分布特征和变化趋势。

例如,在1949年至1960年,由于能源消耗和工业产品产量的快速增长,大气重金属排放量增加了3~20倍,特别是在大跃进期间,钢铁、有色金属、水泥等工业产品的产量增长惊人。随后,严重的自然灾害和不合理的经济政策的制定和实施使国民经济结构极度不平衡,大气重金属排放量较1960年、1961年和1962年下降了大约27.6%~55.7%。尽管1967年、1974年和1976年出现负增长,但1963年至1977年大气重金属排放量的年均增长率仍然达到0.2%~8.4%。

中国从1978年开始实施改革开放政策,GDP年均增长率高达9.8%,能耗和工业产品产量也空前增加,各种人为源大气重金属(除外)Pb此外)排放也在此期间迅速增长,特别是在十五阶段,由于电力、金属冶炼、水泥等高能耗行业的快速扩张,除尘、脱硫、脱硝等空气污染控制设施安装使用严重滞后,2001年12种有害重金属的空气排放268.0吨~11308.6吨增长到2005年378.9吨~15987.9吨,年均增长率高达4.8%~12.0%。

此外,大气重金属排放量的变化与工业政策和对重金属健康危害的深入了解密切相关。例如,随着国内外对儿童血铅中毒危害认识的加深,汽油产品铅含量标准的修订出现了两次急剧波动,分别是1991年和2001年,这主要是由于中国实施的低铅和无铅汽油政策。大气铅排放量为1990年的17 ** 4吨急速降到1991年的13029.6与2000年相比,2001年铅排放量下降61.6%。但随后,随着汽车保有量和燃油消耗量的快速增加,2001年大气铅排放量增加7747.2吨逐渐增加到2012年14397.6吨,年均增长率为5.8%。

在区域分布方面,重金属空间分布的特点与不平衡的区域经济发展和人口密度密切相关,主要表现为东部和中部省份的重金属排放明显高于西部地区,沿海省份的重金属排放强度最高。此外,由于有色冶炼产业集中,西南部分省份的大气重金属排放强度和污染较为突出。

对策建议

以行业标准推动技术进步

为有效控制大气重金属污染,田建议在淘汰落后产能的基础上,制定、修订和实施更严格的国家和地方行业污染物排放标准,促进各行业生产技术和污染控制技术的进步和升级。

同时,他建议减少或停止开采和燃烧硫和重金属含量高的煤炭,尽量减少或停止开采和燃烧硫和重金属含量高的煤炭;提高原煤洗涤比例,增加洗煤用量;通过有效监督,提高燃煤锅炉空气污染控制装置的安装比例,确保其稳定高效运行;开展汞专用控制技术现场试验或示范工程,开发综合排放控制技术,有效去除各种重金属;提高发电供热行业清洁能源和可再生能源的比例;提高有色金属和钢材的回收率。

田何忠表示,下一步,研究小组将动态更新和扩大和完善人为源有害空气污染物排放清单,结合典型地区大气中有害重金属的时空特点,开展相关排放、迁移转化和环境健康风险影响研究。

同时,研究小组进一步扩大了研究目标范围,以具有全球污染传输特点的典型有害重金属锑为突破点,预测和分析了2010年至2050年全球锑大气排放趋势。这是中国学者中国学者组成的研究团队对不同行业的大气重金属锑排放进行系统的评价和分析。


 
 
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