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(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。

基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)傳播理論，北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授田賀忠首次系統(tǒng)構(gòu)建了1949年至2012年由中國(guó)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(píng)價(jià)了其排放歷史變化趨勢(shì)和空間分布特征，為我國(guó)重金屬污染綜合防治提供數(shù)據(jù)支持。相關(guān)研究成果最近發(fā)表在大氣環(huán)境國(guó)際頂級(jí)期刊《大氣化學(xué)與物理學(xué)》上。

亞微米級(jí)顆粒形式存在有害重金屬元素，對(duì)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(lái)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(guó)環(huán)境科學(xué)院專(zhuān)家進(jìn)行了綜述性研究，收集了近10年來(lái)大氣顆粒中44個(gè)大城市和背景點(diǎn)重金屬的質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)。通過(guò)比較世界衛(wèi)生組織重金屬環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的推薦限值，結(jié)果表明，除鉛外，砷、鎘、鎳、錳和鉻的污染情況并不樂(lè)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(jí))，但由于我國(guó)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(jìn)污染控制設(shè)備安裝和實(shí)際投入運(yùn)行比例低，有毒有害重金屬的大氣排放量逐年增加，對(duì)人體健康影響很大。

通常，燃料燃燒和工業(yè)高溫過(guò)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(zhǎng)期停留在大氣中，不僅影響大氣能見(jiàn)度，而且通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)植物和人體積累，可轉(zhuǎn)化為有毒有機(jī)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(huì)通過(guò)大氣干濕沉降進(jìn)入地表水和土壤，并進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化，從而污染水和土壤等生態(tài)環(huán)境。

根據(jù)美國(guó)環(huán)保署的相關(guān)報(bào)告，與苯并相比（a）以亞微米級(jí)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(jī)成分，對(duì)人體危害較大。

許多有毒有害重金屬對(duì)人體有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，如砷含量過(guò)高、中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂和致癌；長(zhǎng)期攝入微量鎘容易引起骨痛；大量接觸銅會(huì)在生物中積累和有毒作用，銅對(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)。

根據(jù)健康危害風(fēng)險(xiǎn)和污染控制要求，國(guó)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(guò)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(chǎng)調(diào)查和實(shí)測(cè)，探討我國(guó)重金屬排放特征。

建立動(dòng)態(tài)模型，系統(tǒng)評(píng)價(jià)建國(guó)以來(lái)典型的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，建立準(zhǔn)確、完整、及時(shí)更新的空氣污染物排放清單是識(shí)別污染源、科學(xué)有效地開(kāi)展空氣污染防治工作的基礎(chǔ)和前提。例如，根據(jù)源清單，砷、鉛和鋅是京津冀地區(qū)識(shí)別性能的重金屬，其中砷排放主要由燃煤源貢獻(xiàn)，后兩者主要由工業(yè)鍋爐燃煤和鋼鐵冶煉行業(yè)貢獻(xiàn)，為京津冀地區(qū)制定治理對(duì)策提供了支持。

由于實(shí)驗(yàn)條件、技術(shù)水平和數(shù)據(jù)可用性的限制，我國(guó)對(duì)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(zhuǎn)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(shí)空分辨率的大氣重金屬排放清單，中國(guó)學(xué)者不斷探索并取得一定進(jìn)展。例如，對(duì)國(guó)家污染源或火電廠、冶煉等典型行業(yè)進(jìn)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(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)利用自上而下的排放因子法，構(gòu)建了中國(guó)12種典型的有害重金屬人工大氣排放清單，首次系統(tǒng)評(píng)價(jià)了新中國(guó)成立至2012年60年中國(guó)各種人為活動(dòng)造成的有害重金屬元素大氣排放的歷史變化趨勢(shì)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(jì)部門(mén)分為電力（包括供熱）、工業(yè)（包括建筑業(yè)）、生活消費(fèi)等（包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)、水利、交通、倉(cāng)儲(chǔ)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(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(chē)制動(dòng)片、輪胎磨損等7類(lèi)，共11類(lèi)33個(gè)子類(lèi)。

研究結(jié)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(xiàn)來(lái)看，工業(yè)燃煤鍋爐、燃煤電廠、有色冶煉、鋼鐵冶煉、機(jī)動(dòng)車(chē)制動(dòng)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(duì)排放清單的不確定性有很大的影響。本研究的一個(gè)主要特點(diǎn)是建立了各種典型的人為源排放因子動(dòng)態(tài)模型，適合中國(guó)國(guó)情，反映了中國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和演變趨勢(shì)，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(xiàn)形狀參數(shù)等。這是世界上第一次。

知識(shí)鏈接

為什么剎車(chē)片磨損榜上有名？

研究報(bào)告顯示，機(jī)動(dòng)車(chē)制動(dòng)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(xiàn)比例約為5.3%，對(duì)銻和銅的排放貢獻(xiàn)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(shuō)，缺乏相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和汽車(chē)所有權(quán)激增，導(dǎo)致其成為主要貢獻(xiàn)源。

目前，我國(guó)制動(dòng)片生產(chǎn)過(guò)程中重金屬含量仍沒(méi)有最高限值，制動(dòng)片磨損過(guò)程中也沒(méi)有重金屬排放限值。制動(dòng)盤(pán)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(dòng)片中，作為潤(rùn)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(guò)程中的振動(dòng)。銅或黃銅也廣泛應(yīng)用于制動(dòng)片中。

此外，隨著機(jī)動(dòng)車(chē)所有權(quán)和汽車(chē)需求的快速增長(zhǎng)，主要城市出現(xiàn)了不同程度的交通擁堵，特別是在高峰時(shí)段，機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度減慢，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率顯著增加，剎車(chē)更頻繁。由于各種因素，制動(dòng)片磨損已成為銻、銅等有害重金屬排放的主要貢獻(xiàn)源。

答疑解惑

為什么控制技術(shù)不斷進(jìn)步，排放量還在增加？

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(jìng)爭(zhēng)結(jié)果

隨著生產(chǎn)工藝和排放控制技術(shù)的進(jìn)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(shí)候，大氣重金屬的排放水平都是技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品產(chǎn)量增長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果，也就是說(shuō)，工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量快速增長(zhǎng)導(dǎo)致的排放增長(zhǎng)抵消或超過(guò)了技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致的減排。例如，銅排放量在12種元素中增長(zhǎng)最快，主要原因是近年來(lái)機(jī)動(dòng)車(chē)剎車(chē)片磨損的增加。

中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，中國(guó)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(shí)空分布特征和變化趨勢(shì)。

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(zhǎng)，大氣重金屬排放量增加了3~20倍，特別是在大躍進(jìn)期間，鋼鐵、有色金屬、水泥等工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量增長(zhǎng)驚人。隨后，嚴(yán)重的自然災(zāi)害和不合理的經(jīng)濟(jì)政策的制定和實(shí)施使國(guó)民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)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(fù)增長(zhǎng)，但1963年至1977年大氣重金屬排放量的年均增長(zhǎng)率仍然達(dá)到0.2%～8.4%。

中國(guó)從1978年開(kāi)始實(shí)施改革開(kāi)放政策，gdp年均增長(zhǎng)率高達(dá)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(zhǎng)，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(kuò)張，除塵、脫硫、脫硝等空氣污染控制設(shè)施安裝使用嚴(yán)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(zhǎng)到2005年378.9噸～15987.9噸，年均增長(zhǎng)率高達(dá)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(duì)重金屬健康危害的深入了解密切相關(guān)。例如，隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)兒童血鉛中毒危害認(rèn)識(shí)的加深，汽油產(chǎn)品鉛含量標(biāo)準(zhǔn)的修訂出現(xiàn)了兩次急劇波動(dòng)，分別是1991年和2001年，這主要是由于中國(guó)實(shí)施的低鉛和無(wú)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(chē)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(zhǎng)率為5.8%。

在區(qū)域分布方面，重金屬空間分布的特點(diǎn)與不平衡的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口密度密切相關(guān)，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(qiáng)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(qiáng)度和污染較為突出。

對(duì)策建議

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

為有效控制大氣重金屬污染，田建議在淘汰落后產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，制定、修訂和實(shí)施更嚴(yán)格的國(guó)家和地方行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)各行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和污染控制技術(shù)的進(jìn)步和升級(jí)。

同時(shí)，他建議減少或停止開(kāi)采和燃燒硫和重金屬含量高的煤炭，盡量減少或停止開(kāi)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(guò)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(yùn)行；開(kāi)展汞專(zhuān)用控制技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或示范工程，開(kāi)發(fā)綜合排放控制技術(shù)，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(dòng)態(tài)更新和擴(kuò)大和完善人為源有害空氣污染物排放清單，結(jié)合典型地區(qū)大氣中有害重金屬的時(shí)空特點(diǎn)，開(kāi)展相關(guān)排放、遷移轉(zhuǎn)化和環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)影響研究。

同時(shí)，研究小組進(jìn)一步擴(kuò)大了研究目標(biāo)范圍，以具有全球污染傳輸特點(diǎn)的典型有害重金屬銻為突破點(diǎn)，預(yù)測(cè)和分析了2010年至2050年全球銻大氣排放趨勢(shì)。這是中國(guó)學(xué)者中國(guó)學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)不同行業(yè)的大氣重金屬銻排放進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和分析。