有毒有害重金屬是大氣顆粒物對人體健康產(chǎn)生危害的重要成分，因而建立高精度、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。

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授田賀忠領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，基于經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)擴散理論，首次較系統(tǒng)地構(gòu)建了1949年～2012年間我國人為源導(dǎo)致的12種典型有毒有害重金屬的大氣排放清單，對其排放歷史變化趨勢和空間分布特征進行了分析評估，這將為我國重金屬污染綜合防治提供數(shù)據(jù)支持。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于大氣環(huán)境國際頂級期刊《大氣化學(xué)與物理學(xué)》。

有害重金屬元素以亞微米級顆粒形式存在，對人體危害更大

由于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，由金屬冶煉、化石燃料燃燒、礦物加工、工業(yè)產(chǎn)品制造和固體廢物焚燒等人為活動導(dǎo)致的鉛、砷、鎘、鉻、銻、汞等有毒有害重金屬排放量，近年來不斷增加。

中國環(huán)境科學(xué)院專家曾做過一項綜述性研究，收集近10年來我國44個較大城市和背景點位重金屬在大氣顆粒物中的質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，通過對比世界衛(wèi)生組織重金屬環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)推薦限值，結(jié)果顯示，我國部分城市大氣顆粒物中除鉛外，砷、鎘、鎳、錳以及鉻的污染形勢均不容樂觀。

田賀忠告訴記者，雖然重金屬元素在煤炭和原材料中含量很低（ppm級），但由于我國巨大的煤炭消耗量和工業(yè)產(chǎn)品（金屬、非金屬礦物產(chǎn)品等）產(chǎn)量，加之生產(chǎn)工藝水平落后、能源利用率低、先進污染控制設(shè)備安裝及實際投入運行比例較低等，導(dǎo)致有毒有害重金屬的大氣排放量逐年增加，對人群健康造成很大影響。

通常燃料燃燒和工業(yè)高溫過程產(chǎn)生的大部分有害重金屬，總是隨煙氣溫度降低賦存于工業(yè)煙塵和粉塵而一起被排放到大氣環(huán)境中，這些痕量元素主要富集在亞微米顆粒表面，很難被各種常規(guī)大氣污染控制裝置有效捕獲。它們在大氣中主要以氣溶膠形式存在，不易沉降，而且大部分有害痕量元素也難以被微生物降解，可長時間停留在大氣中，不僅影響大氣能見度，而且會通過呼吸系統(tǒng)進入動植物和人體內(nèi)并不斷蓄積，可轉(zhuǎn)化為毒性很強的有機化合物，使人及其他生物受到危害。

另外，排放到大氣中的重金屬還會通過大氣干、濕沉降過程進入地表水體和土壤并發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，從而對水和土壤等生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染危害。

根據(jù)美國環(huán)保署相關(guān)報告，相比苯并（a）芘、硫化物、氮氧化物等有害的有機成分，以亞微米級顆粒形式存在的有害重金屬元素排放物對人體具有更大的危害性。

很多有毒有害重金屬對人體具有潛在的健康風(fēng)險，如砷在人體內(nèi)含量過高，會出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，并有致癌的可能；長期攝入微量鎘則容易引起骨痛��；大量接觸銅可使其在生物內(nèi)累積并產(chǎn)生毒性作用，銅還會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)等。

根據(jù)健康危害風(fēng)險和污染控制要求，國內(nèi)外對有毒有害重金屬進行了界定。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)等典型排放源進行現(xiàn)場調(diào)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)評估建國以來典型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，構(gòu)建準(zhǔn)確、完整、更新及時的大氣污染物排放清單是識別污染源、科學(xué)有效開展大氣污染防治工作的基礎(chǔ)和前提。如根據(jù)源清單，砷、鉛和鋅是京津冀地區(qū)標(biāo)識性能重金屬，其中砷排放主要由燃煤源貢獻，而后兩者主要貢獻源為工業(yè)鍋爐燃煤和鋼鐵冶煉行業(yè)，這為京津冀地區(qū)制定治理對策提供了支撐。

由于受實驗條件、技術(shù)水平和數(shù)據(jù)可得性等條件限制，目前我國對人為源大氣重金屬排放特征缺少全面和深刻的認(rèn)識，其遷移轉(zhuǎn)化特征和環(huán)境健康影響等相關(guān)研究尚處于起步階段。

為建立高精度和高時空分辨率的大氣重金屬排放清單，我國學(xué)者不斷探索并取得一定進展。如面向全國污染源或針對火電廠、冶煉等典型行業(yè)進行了一些清單研究。

田賀忠率領(lǐng)的研究團隊基于十幾年的數(shù)據(jù)積累和排放清單研究方法的不斷完善，利用“自上而下”排放因子法，構(gòu)建了我國12種典型有害重金屬人為大氣排放清單，首次系統(tǒng)評價了新中國成立至2012年60年多間我國各種人為活動導(dǎo)致的有害重金屬元素的大氣排放歷史變化趨勢及空間排放特征。

據(jù)了解，排放清單包含燃煤源和非燃煤源兩大類，其中前者按經(jīng)濟部門劃分為電力（包括供熱）、工業(yè)（包括建筑行業(yè)）、生活消費和其他（包括農(nóng)林牧漁水利業(yè)、交通運輸、倉儲和郵政業(yè)、批發(fā)零售業(yè)、住宿餐飲業(yè)等）4類。后者則按行業(yè)屬性劃分為生物質(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、機動車剎車片和輪胎磨損等7類，共計十一大類33子類。

研究結(jié)果顯示，1949年～2012年間，12種典型有害重金屬元素的大氣排放量增長了22倍～128倍。2012年，12種重金屬大氣排放共計約79570噸。

從污染源貢獻看，工業(yè)燃煤鍋爐、燃煤電廠、有色冶煉、鋼鐵冶煉和機動車剎車片磨損為主要的有害重金屬大氣排放源。其中工業(yè)燃煤鍋爐是最大排放源，約占34.9%。

大氣重金屬排放因子的選取對于排放清單的不確定性影響很大。此項研究的一大特點，即建立了適合中國國情和反映中國經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展演變趨勢的各類典型人為源的排放因子動態(tài)模型，例如主要工業(yè)過程源的大氣重金屬未控制排放因子、當(dāng)前大氣重金屬最佳排放因子、S型曲線形狀參數(shù)等。這在國際上尚屬首次。

知識鏈接

剎車片磨損為何榜上有名？

研究報告顯示，機動車剎車片磨損是有害重金屬大氣排放源之一，如基于2012年的排放清單，其平均貢獻比例約為5.3%，其中對銻和銅排放貢獻最高，分別占大氣銻和銅總排放量的42.4%和28.4%。對此，田賀忠解釋說，缺少相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及汽車保有量激增等因素，導(dǎo)致其成為主要貢獻源。

目前，國內(nèi)仍沒有剎車片生產(chǎn)過程中重金屬含量的最高限值，也沒有剎車片磨損過程中重金屬排放限值。剎車盤除了以鋼鐵作為支撐材料外，還包含了銻、銅和鋅等有害重金屬元素，并且含量較高，尤其是銻在剎車片中主要以氧化物形式存在，其作為潤滑劑和填充物不但可以改善摩擦穩(wěn)定性，還可以降低摩擦過程中的振動。由于極好的熱傳導(dǎo)性，銅或黃銅也被廣泛應(yīng)用于剎車片中。

另外，隨著機動車保有量和用車需求量迅速增大，同時主要城市均呈現(xiàn)出不同程度的交通擁堵，尤其是在上下班高峰期，使得這一時段機動車行駛速度減慢，發(fā)動機怠速頻率顯著增加，且剎車更為頻繁。種種因素導(dǎo)致剎車片磨損成為城市地區(qū)大氣環(huán)境中銻和銅等有害重金屬排放的主要貢獻源。

答疑解惑

控制技術(shù)不斷進步排放量為何還增長？

重金屬大氣排放水平是技術(shù)進步和產(chǎn)品產(chǎn)量增加的競爭性結(jié)果

生產(chǎn)工藝和排放控制技術(shù)的進步，使得大氣重金屬排放因子呈現(xiàn)逐年降低趨勢，但為何排放量卻在不斷增長？對此，田賀忠表示，在任何時期，大氣重金屬的排放水平都是技術(shù)進步和產(chǎn)品產(chǎn)量增加的競爭性結(jié)果，也就是說由技術(shù)進步導(dǎo)致的減排量被由工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量快速增加導(dǎo)致的排放升高量抵消或超過。如12種元素中銅排放量增長最快，主要原因就是近年來不斷增加的機動車剎車片磨損所導(dǎo)致。

新中國成立以來，我國經(jīng)歷了不同的歷史發(fā)展階段，污染源分配因子中的地區(qū)GDP、人口和工業(yè)成品產(chǎn)量等也發(fā)生了巨大變化，多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。

如1949年～1960年期間，由于能源消耗和工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量迅速增大，導(dǎo)致大氣重金屬排放量在此期間增加了3倍～20倍，特別在大躍進期間，工業(yè)產(chǎn)品如鋼鐵、有色金屬、水泥等產(chǎn)量增長驚人。隨后，嚴(yán)重自然災(zāi)害發(fā)生和不合理經(jīng)濟政策的制訂和實施，使得國民經(jīng)濟結(jié)構(gòu)出現(xiàn)極度的不平衡，相比1960年、1961年和1962年大氣重金屬排放量下降了約27.6%～55.7%。盡管在1967年、1974和1976年呈現(xiàn)負(fù)增長，但在1963年～1977年期間大氣重金屬排放量的年均增長率仍達到0.2%～8.4%。

從1978年開始，中國實施改革開放政策，GDP年均增長率高達9.8%，能源消耗量和工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量也得到空前增加，各種人為源大氣重金屬（除Pb外）的排放量在此時期也增長迅速，尤其是“十五”階段，由于電力、金屬冶煉、水泥等高耗能產(chǎn)業(yè)的快速膨脹，而同期除塵、脫硫、脫硝等大氣污染治理設(shè)施的安裝使用嚴(yán)重滯后，使得12種有害重金屬的大氣排放量從2001年的268.0噸～11308.6噸增長到2005年的378.9噸～15987.9噸，年均增長率高達4.8%～12.0%。

另外，大氣重金屬排放量變化與產(chǎn)業(yè)政策和對重金屬造成健康危害的認(rèn)識不斷深入也有著密切聯(lián)系。如汽油中鉛含量的變化，曾隨著國內(nèi)外對兒童血鉛中毒危害的認(rèn)識加深，推動了汽油產(chǎn)品鉛含量標(biāo)準(zhǔn)的修訂而出現(xiàn)了兩次急劇波動，分別在1991年和2001年，這主要歸因于我國施行的低鉛和無鉛汽油政策。大氣鉛排放量從1990年的17644噸急速降到1991年的13029.6噸；相比2000年，2001年鉛排放量下降了61.6%。但隨后，隨著汽車保有量和燃油消耗量的迅速增加，大氣鉛排放量從2001年的7747.2噸又逐漸增長到2012年14397.6噸，年均增長率為5.8%。

在地區(qū)分布上，重金屬空間分布特征與不平衡的地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和人口密度有很強的關(guān)聯(lián)性，主要表現(xiàn)為東部和中部省份地區(qū)重金屬排放明顯高于西部地區(qū)，沿海省份重金屬排放強度最高。另外，西南和中南地區(qū)部分省份由于有色冶煉行業(yè)集中，導(dǎo)致部分地區(qū)大氣重金屬排放強度和污染狀況較突出。

對策建議

以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推動技術(shù)進步

為有效治理大氣重金屬污染，田賀忠建議，在淘汰落后產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，制修訂和實施更為嚴(yán)格的國家和地方行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)的實施促進和推動各行業(yè)生產(chǎn)工藝和污染控制技術(shù)的進步和更新?lián)Q代。

同時，他建議在煤炭主要開采自小煤礦的省份（如浙江和廣西），盡量減少或停止開采和燃燒硫和重金屬含量高的煤炭；提高原煤洗選比例和增加洗煤使用量；提升燃煤鍋爐大氣污染控制裝置的安裝比例并通過有效監(jiān)管確保其穩(wěn)定高效運行；開展汞專門控制技術(shù)的現(xiàn)場試驗或?qū)嵤┦痉豆こ蹋l(fā)展可同時有效去除多種重金屬的綜合排放控制技術(shù)；提高清潔能源和可再生能源在發(fā)電和供暖行業(yè)的使用比例；提高有色金屬和鋼鐵的循環(huán)利用率等。

田賀忠表示，下一步，課題組將動態(tài)更新和擴展完善人為源有害大氣污染物排放清單，并結(jié)合典型地區(qū)大氣中有害重金屬的賦存時空特征，開展相關(guān)的排放、遷移轉(zhuǎn)化及環(huán)境和健康風(fēng)險的影響研究等。

同時，課題組進一步擴展研究目標(biāo)范圍，以具有全球性污染傳輸特征的典型有害重金屬銻為突破口，對2010年～2050年全球銻大氣排放趨勢進行了預(yù)測分析。這是首次全部由中國學(xué)者組成的研究團隊對全球尺度的不同行業(yè)大氣重金屬銻排放量開展的比較系統(tǒng)的評估分析研究。

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