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痕量元素（traceelement），在常見的地球化學(xué)文獻(xiàn)中，人們常將地殼中除氧（O）、氫（H）、硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、鈉（Na）、鉀（K）、鉈（Ti）這10種元素（它們的總重量豐度共占99％左右）以外的其他元素統(tǒng)稱微量元素，或痕量元素、雜質(zhì)元素、副元素、稀有元素、次要元素等。

它們在巖石或礦物中的含量一般在1％或0.1％以下，含量單位常以10exp-6或10exp-9表示。1974年，O’Nions等將含量等于或小于1000×10exp-6的任何一種元素稱為痕量元素。

10月8日，國際煙草控制政策評估項目（ITC）組織公布的科研報告顯示，我國13個卷煙品牌被檢測出含有重金屬（砷、鎘、鉛等），其含量與加拿大產(chǎn)香煙相比，最高超出三倍以上。

據(jù)《重慶商報》報道：香煙中的重金屬可能來自煙草產(chǎn)區(qū)土壤中。相關(guān)研究表明：生物從環(huán)境中攝取重金屬，可以經(jīng)過食物鏈的生物放大作用逐級富集，并通過食物等形式進(jìn)入人體，引發(fā)人體某些器官和組織產(chǎn)生病變。

有害痕量元素及其化合物排放已成為大氣污染控制的一個新興而前沿的研究領(lǐng)域。在國家自然科學(xué)基金的資助下，北京師范大學(xué)副教授田賀忠?guī)ьI(lǐng)的研究小組對我國2005～2020年能源利用及有害痕量元素排放發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究，為我國掌握典型有害痕量元素污染排放現(xiàn)狀及空間、行業(yè)分布特征提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為國家和地方政府制定相關(guān)痕量元素污染排放法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)與經(jīng)濟(jì)政策等提供了科學(xué)依據(jù)。

痕量元素引關(guān)注

上世紀(jì)50年代，日本熊本縣水俁灣附近發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的病，這種病最初出現(xiàn)在貓身上，被稱為“貓舞蹈癥”。病貓步態(tài)不穩(wěn)，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被稱為“自殺貓”。隨后不久，發(fā)現(xiàn)也有人患有這種病�；颊哂捎谀X中樞神經(jīng)和末梢神經(jīng)被侵害，口齒不清、步履蹣跚、面部癡呆、手足麻痹或變形、視覺喪失，嚴(yán)重者精神失常，或酣睡，或興奮，身體彎弓高叫直至死亡。這種怪病就是日后轟動世界的“水俁病”。

“日本發(fā)生的水俁�。ü廴荆┖凸峭床。ㄦk污染）等都和有害痕量元素污染有關(guān)。”田賀忠說，“盡管痕量元素在空氣中含量很小，但它的濃度超過一定范圍就會顯示出極大的毒性。許多痕量元素毒性極大，而且化學(xué)穩(wěn)定性好，具有遷徙性、沉積性。它們不僅會引發(fā)人體呼吸系統(tǒng)的嚴(yán)重疾病，而且會污染水資源、土壤，造成生態(tài)環(huán)境的破壞。”

1990年，美國在《清潔空氣法（修正案）》中列出了189種有害空氣污染物，其中包括11種痕量元素（空氣中含量很少的元素，如銻、砷、鈹、鉻、鉛、錳、汞、鎳、硒等）。在這11種痕量元素中，汞、砷、硒三種揮發(fā)性有害痕量元素的排放污染尤其引人關(guān)注。

有研究者發(fā)現(xiàn)，近10年來北歐、北美內(nèi)陸偏遠(yuǎn)地區(qū)無明顯工業(yè)污染源的湖泊中，魚體內(nèi)汞濃度的升高是由于大氣汞沉降造成的。

美國環(huán)境保護(hù)署的報告稱：燃燒裝置排放的大氣污染物中主要是有害的有機(jī)成分如苯并芘（BaP）、硫化物、氮氧化物、未燃燼可燃物以及重金屬元素，它們幾乎是造成所有癌癥的原因，其中尤其以亞微米級顆粒形式存在的重金屬排放物具有最大的威脅性。

汞、砷、硒等屬于揮發(fā)性有害痕量元素，在高溫燃燒或熱解過程中不會被分解，而是揮發(fā)成蒸氣，進(jìn)而在煙道下游溫度降低時通過結(jié)核、凝結(jié)、冷凝等過程形成許多亞微米顆粒。研究表明，盡管亞微米顆粒僅占燃煤總飛灰質(zhì)量的5%左右，卻富集了總痕量元素質(zhì)量的13%～61%。汞、砷、硒等痕量元素主要富集在這些亞微米顆粒表面，這些亞微米顆粒很難被各種常規(guī)的污染控制裝置有效捕獲。它們大部分會隨同亞微米顆粒排放到大氣中，而這些亞微米粒子在大氣中主要以氣溶膠形式存在，不易沉降，而且上面富集的大部分有毒痕量元素也難于被微生物降解，可長時間停留在大氣中，不僅影響大氣能見度，而且通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入動植物和人體內(nèi)并不斷蓄積，并可轉(zhuǎn)化為毒性很強(qiáng)的金屬有機(jī)化合物，還會通過干濕沉降過程進(jìn)入水體和土壤，從而對水和土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染危害。

因此，大氣汞、砷、硒等揮發(fā)性有毒痕量元素污染排放、遷移、沉降及控制等，也成為國際學(xué)術(shù)界關(guān)心的大氣污染防治新興研究熱點(diǎn)之一。

燃煤：排放痕量元素禍?zhǔn)?/p>

美國環(huán)保局（USEPA）科學(xué)家Linak曾指出：元素周期表中幾乎沒有什么元素不存在于煤中，它們都是煤的重要組分，根據(jù)其含量不同，通常可將煤的元素組分劃分為主量元素、次量元素和痕量元素三大類。其中，包括多種有毒痕量元素，如硼、鈹、鍺、鎘、鈷、銅、錳、鉛、鎳、汞、鉻等。其中，汞、砷、硒、鉛、鎘、鉻等元素對環(huán)境的危害最大。

化石燃料和礦物中的痕量元素在高溫燃燒或熔煉過程中因各痕量元素的濃度、賦存狀態(tài)以及操作工況的差異所表現(xiàn)的熱行為不同，其揮發(fā)性也表現(xiàn)不一。但在所有條件下，汞、砷、硒都具有揮發(fā)性。

“由于汞極易揮發(fā),在燃燒過程中極難控制，燃煤排放被認(rèn)為是最大的人為大氣汞污染源。大氣中顆粒汞主要結(jié)合在細(xì)顆粒物上,對人體的危害更大。特別是環(huán)境中任何形式的汞均可在一定條件下轉(zhuǎn)化為劇毒的甲基汞。進(jìn)入環(huán)境中的汞會產(chǎn)生長期的危害,所以汞是煤中最主要的有害微量元素之一。”田賀忠說。

砷是一種蓄積性元素，是當(dāng)前環(huán)境中使人致癌的最普遍、危害性最大的物質(zhì)之一。砷可通過呼吸道、消化道和皮膚接觸等進(jìn)入人體，隨血流分布于肝、腎、肺、脾、骨骼、肌肉等部位，特別易于在毛發(fā)、指甲中蓄積，從而引起慢性中毒。盡管砷在煤中的含量很低，但由于煤消耗量巨大，煤中砷長期排放的積累不僅對燃煤電廠附近產(chǎn)生污染，而且可通過遠(yuǎn)距離的傳輸對比較遙遠(yuǎn)的生物產(chǎn)生負(fù)面影響。

“我們的研究發(fā)現(xiàn)，撫順、沈陽、蘭州、貴陽、成都、重慶等城市的大氣中砷含量高于其他地方就和燃煤有關(guān)。西南地區(qū)由于高砷煤的使用，曾造成3000多例砷中毒事件。”田賀忠說。

燃煤是大氣中硒的主要來源。據(jù)估算，全球發(fā)電用煤所排放的硒量占人為硒排放量的50%以上。燃煤也是造成一些地區(qū)土壤、水、植物中硒含量過高的原因。硒對于動植物和人類來說是一種必需的微量元素，但硒含量過高同樣會危害人體健康。在我國陜西安康、湖北恩施等地發(fā)生的人、畜硒中毒事件，就是由于開采和使用當(dāng)?shù)氐母晃核斐傻摹?/p>

弄清排放總量及時空分布

目前，我國正處于工業(yè)化社會的初期階段，國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和大規(guī)�；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，需要大量的電力、鋼鐵、水泥以及有色金屬等材料，這就需要消耗大量的化石能源和礦物資源。

2008年我國用于直接燃燒的煤炭約27.4億噸。另外，鋼鐵冶煉、有色金屬冶煉、水泥生產(chǎn)、化工等行業(yè)對金屬和非金屬礦物的燒結(jié)熔煉過程也會使礦物中的有害痕量元素?fù)]發(fā)，并富集在微細(xì)顆粒物上釋放到大氣中，從而對人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。

“國外曾有學(xué)者指責(zé)中國燃煤對大氣的影響。然而，由于種種原因，目前我國還缺乏對這些典型有害元素污染現(xiàn)狀的全面認(rèn)識，燃燒和工藝生產(chǎn)設(shè)施上缺少專門的污染控制措施，使得國家制定相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及污染控制對策缺乏有效依據(jù)。另外，有害痕量元素在大氣中的傳輸擴(kuò)散不僅與物理過程有關(guān)，還涉及更復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和二次污染，對有害痕量元素污染排放清單的研究是進(jìn)一步開展有害痕量元素污染物傳輸、沉降、污染源排放標(biāo)準(zhǔn)、控制技術(shù)研究開發(fā)重點(diǎn)，也是制訂控制對策的基礎(chǔ)。因此，非常有必要開展我國有害痕量元素污染排放清單的研究。”田賀忠說。

據(jù)介紹，排放清單研究能定量得到各種源排放總量及其時空分布，是描述污染物排放特征的有效方法。田賀忠等人針對目前我國缺乏對汞、砷、硒等典型有害元素大氣污染排放狀況認(rèn)識的現(xiàn)狀，采用排放因子法，通過現(xiàn)場測試調(diào)查、文獻(xiàn)調(diào)研、專家咨詢等手段，進(jìn)而根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)活動水平、能源生產(chǎn)消費(fèi)狀況、有色冶金等各部門生產(chǎn)活動水平等，以及各種裝置或工藝過程污染控制水平等因素，在國內(nèi)首次比較全面系統(tǒng)地建立了1980～2007年我國典型有害痕量元素汞、砷、硒大氣排放清單及歷史趨勢。

該小組以2005年為基準(zhǔn)年，利用部門分析法對2005年至2020年能源利用及有害元素排放發(fā)展趨勢開展了情景分析。重點(diǎn)研究了各省區(qū)燃煤大氣典型有害痕量元素（汞、砷、硒等）排放量。按經(jīng)濟(jì)部門、燃料類型、燃燒方式和污染控制技術(shù)對排放源進(jìn)行分類，確定各類排放源的排放因子和能源消費(fèi)量。研究各省區(qū)生產(chǎn)原煤、洗精煤、焦炭和型煤的痕量元素含量，建立各省區(qū)間原煤、洗精煤、焦炭和型煤的傳輸矩陣，從而確定各省區(qū)消費(fèi)原煤、洗精煤、焦炭和型煤的有害元素含量。研究人員結(jié)合各省區(qū)內(nèi)各類排放源的排放因子、燃料消費(fèi)量和燃料中痕量元素含量，計算出其排放量，進(jìn)而給出各省區(qū)和全國燃煤大氣典型有害痕量元素污染排放清單。

此外，該小組還將對各地區(qū)的有色金屬冶煉、鋼鐵、水泥生產(chǎn)、廢物處置、生物質(zhì)燃燒等非燃煤源導(dǎo)致的典型有害痕量元素排放情況進(jìn)行估算，進(jìn)而與燃煤源排放清單相加，即可獲得中國人為源導(dǎo)致的大氣典型有害痕量元素污染物排放清單，并進(jìn)一步通過網(wǎng)格化處理，利用GIS技術(shù)得到中國有害痕量元素的空間分布特征。

該研究有助于了解和掌握我國典型有害元素排放現(xiàn)狀、趨勢、時空分布特征等，可作為進(jìn)一步開展有害元素的環(huán)境空氣質(zhì)量模擬和生態(tài)環(huán)境及人體健康影響的基礎(chǔ)，并可為國家和地方政府制定相關(guān)法律、法規(guī)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策提供科學(xué)依據(jù)。

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