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制定和實(shí)施重金屬污染控制對策具有重要意義。

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(jià)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(guān)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(xué)與物理學(xué)》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(xué)院專家進(jìn)行了綜述性研究，收集了近10年來大氣顆粒中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(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(jìn)入動植物和人體積累，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通過大氣干濕沉降進(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)美國環(huán)保署的相關(guān)報(bào)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(jī)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(fēng)險(xiǎn)，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(yīng)。

根據(jù)健康危害風(fēng)險(xiǎn)和污染控制要求，國內(nèi)外對有毒有害重金屬進(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。

建立動態(tài)模型，系統(tǒng)評價(jià)建國以來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別污染源、科學(xué)有效地開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(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，中國學(xué)者不斷探索并取得一定進(jìn)展。例如，對國家污染源或火電廠、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(jià)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(jì)部門分為電力（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(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)動車制動片、輪胎磨損等7類，共11類33個(gè)子類。

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)來看，工業(yè)燃煤鍋爐、燃煤電廠、有色冶煉、鋼鐵冶煉、機(jī)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(gè)主要特點(diǎn)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(jì)技術(shù)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(bào)告顯示，機(jī)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(xiàn)比例約為5.3%，對銻和銅的排放貢獻(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，缺乏相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和汽車所有權(quán)激增，導(dǎo)致其成為主要貢獻(xiàn)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(yīng)用于制動片中。

此外，隨著機(jī)動車所有權(quán)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(shí)段，機(jī)動車行駛速度減慢，發(fā)動機(jī)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(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)量增加的競爭結(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)量增長的競爭結(jié)果，也就是說，工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量快速增長導(dǎo)致的排放增長抵消或超過了技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致的減排。例如，銅排放量在12種元素中增長最快，主要原因是近年來機(jī)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(shí)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(jìn)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(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，但1963年至1977年大氣重金屬排放量的年均增長率仍然達(dá)到0.2%～8.4%。

中國從1978年開始實(shí)施改革開放政策，gdp年均增長率高達(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，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噸增長到2005年378.9噸～15987.9噸，年均增長率高達(dá)4.8%～12.0%。

此外，大氣重金屬排放量的變化與工業(yè)政策和對重金屬健康危害的深入了解密切相關(guān)。例如，隨著國內(nèi)外對兒童血鉛中毒危害認(rèn)識的加深，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，分別是1991年和2001年，這主要是由于中國實(shí)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(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。

對策建議

以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推動技術(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。

同時(shí)，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(yùn)行；開展汞專用控制技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)或示范工程，開發(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)測和分析了2010年至2050年全球銻大氣排放趨勢。這是中國學(xué)者中國學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)對不同行業(yè)的大氣重金屬銻排放進(jìn)行系統(tǒng)的評價(jià)和分析。