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“起底”有毒有害痕量元素大氣排放
作者：張雙虎 來源：中國科學報
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不管是資源利用還是污染控制，摸清家底都是基礎(chǔ)且必須的工作。
近日，北京師范大學教授田賀忠團隊基于多源數(shù)據(jù)融合，評估了“大氣十條”（《大氣污染防治行動計劃》）實施期間，不同排放控制措施對各部門有毒有害痕量元素大氣排放變化的驅(qū)動。并利用大氣傳輸模型及暴露風險評價模型，量化分析了典型行業(yè)（燃煤、冶金等）排放變化對有毒有害痕量元素大氣暴露濃度及健康風險的影響。5月1日，相關(guān)論文在《一個地球》在線發(fā)表。
痕量元素大氣傳輸及暴露風險示意。受訪者供圖
痕量元素關(guān)乎健康
國際癌癥研究機構(gòu)（IARC）曾將砷、鎳、鎘、六價鉻、鉛、鈷、銻及其化合物認定為致癌物質(zhì)。這些重金屬元素在大氣中含量極少，但具有毒性、累積性和致癌性的特點，長期暴露在較高濃度有害痕量元素大氣環(huán)境中，會對人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等構(gòu)成嚴重威脅。
2013年9月，國務(wù)院印發(fā)《大氣污染防治行動計劃》，多措并舉展開大氣污染防治。從重點行業(yè)整改關(guān)停，到全面整治小鍋爐、控制機動車保有量、治理餐飲污染，再到大力發(fā)展清潔新能源。一系列舉措很快顯現(xiàn)成效，我國重點區(qū)域空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，重污染天氣大幅度減少。2017年，第一次全國污染源普查對減排效果有了整體了解，但這些減排措施如何影響我國大氣中有害痕量元素排放、其暴露濃度水平及相關(guān)健康風險仍不清楚。
“‘大氣十條’中的治理措施和圍繞該措施進行的普查主要針對顆粒物、二氧化硫和氮氧化物等常規(guī)大氣污染物，實際上我們還應(yīng)該關(guān)注其中對人體健康危害較大的有毒有害微量元素，比如砷、鉛、鎘等�！碧镔R忠告訴《中國科學報》，“這項研究基于多源數(shù)據(jù)融合，建立了中國有毒有害痕量元素網(wǎng)格化大氣排放清單模型，評估了不同排放控制措施對各部門、各省區(qū)有毒有害痕量元素排放變化的驅(qū)動，并利用大氣傳輸模型及暴露風險評價模型，量化分析研究了典型行業(yè)排放變化對有害痕量元素暴露濃度及健康風險的影響�！�
“協(xié)同減排”效益明顯
“總體來講，‘大氣十條’實施期間有毒有害痕量元素的排放減少成效明顯，但其風險依然值得關(guān)注。”田賀忠說。
通過調(diào)查研究全國燃煤電廠、黑色金屬冶煉、有色金屬冶煉、水泥生產(chǎn)、垃圾焚燒電廠等典型工業(yè)排放源的點源排放量及各省煤炭消耗量和裝機容量空間分布，研究人員發(fā)現(xiàn)，中國五大城市群（華北平原、長三角、珠三角、川—渝和汾渭平原）有害痕量元素排放量占全國總排放量的42%；五大城市群以外，湖南、內(nèi)蒙古、云南、遼寧及河南省也是有害痕量元素排放量較高省份；“大氣十條”期間，全國11種有害痕量元素年均暴露濃度約減少28.1%。其中，燃煤部門的排放削減對鈷、砷、硒、鉻和鋅濃度減少的驅(qū)動最顯著，貢獻在50%以上；而黑色金屬冶煉部門的排放變化則主導(dǎo)了鎘和鉛濃度的降低。
“盡管如此，2017年中國有毒有害痕量元素污染依然嚴重。較高的痕量元素濃度主要集中在中國東部、華北和西南部分地區(qū)�！痹撜撐牡谝蛔髡�、海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室副研究員劉姝涵（北師大環(huán)境學院博士）說，“此外，六價鉻的全國年均濃度比國家空氣質(zhì)量標準高出15倍，其中最大值出現(xiàn)在山東省。砷、鎳元素濃度在山東省和上海市略高于標準限值。”
研究發(fā)現(xiàn)，“大氣十條”期間，7種致癌元素的全國年均致癌風險下降了約39.5%。其中鈷、六價鉻和砷元素下降幅度最大。然而，2017年，有害痕量元素年均致癌風險值仍超過閾值，較高致癌風險主要出現(xiàn)在中國東部。山東和上海砷和鎳元素致癌風險分別達風險閾值的9倍和1.6倍。
情景分析表明，2012年至2017年，燃煤部門排放變化主導(dǎo)了致癌風險降低，帶來了1.5×10-6 致癌風險的下降。黑色金屬冶煉和有色金屬冶煉部門排放變化分別帶來了0.8×10-6和0.3×10-6 致癌風險的下降。
“‘大氣十條’主要針對PM2.5等常規(guī)污染物展開，但對有害痕量元素起到了很好的‘協(xié)同減排效益’�！碧镔R忠解釋說，“燃煤電廠超低排放改造等重點工業(yè)行業(yè)的除塵、脫硫、脫硝工藝升級改造同時減少了有害痕量元素排放�！�
多源數(shù)據(jù)融合顯威力
“‘大氣十條’的施行，不但減排效果顯著，還推動了各行業(yè)部門相關(guān)信息的公開，這為我們進行定量研究提供了很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，地理信息技術(shù)、數(shù)字化和人工智能技術(shù)的發(fā)展，也讓我們使用‘多源數(shù)據(jù)融合’，進行更精細的‘點源化’研究成為可能�！碧镔R忠說。
進行污染物調(diào)查研究，過去的數(shù)據(jù)來源單一，通常統(tǒng)計年鑒等宏觀數(shù)據(jù)不顯示排放源的具體位置。近年來，隨著各行業(yè)信息公開化程度不斷提高，各省、區(qū)，各行業(yè)、企業(yè)，甚至一些協(xié)會、組織也會從不同的角度披露一些重點排放源的信息和數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)雖然源自不同部門，服務(wù)于不同對象，甚至數(shù)據(jù)側(cè)重點、統(tǒng)計方法、呈現(xiàn)方式各不相同，但經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗和技術(shù)處理，這些不同來源的數(shù)據(jù)卻可以相互補充驗證。
“比如，各省的統(tǒng)計年鑒和月度統(tǒng)計公報中有每年和每月水泥產(chǎn)量數(shù)據(jù)，我們會結(jié)合當?shù)氐慕?jīng)濟數(shù)據(jù)，結(jié)合水、煤、電量等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，排污許可證允許排量等，通過多渠道分析研究，弄清它的排放量。”田賀忠補充說，“了解一家企業(yè)使用什么生產(chǎn)工藝裝備，掌握它的除塵、脫硫、脫硝技術(shù)路徑，知道它消耗了多少煤和原材料等信息，就可以建立一套技術(shù)方法去核算它排放多少砷、鉛、鎘等元素，這就是‘多源數(shù)據(jù)融合’。”
利用這些數(shù)據(jù)，研究人員將我國主要燃煤電廠、黑色冶煉、有色冶煉、水泥生產(chǎn)、垃圾焚燒等重點工業(yè)源進行精確經(jīng)緯度定位，利用各種直接和間接的數(shù)據(jù)，結(jié)合當?shù)谿DP、人口、土地利用、交通流等數(shù)據(jù)，再通過實地調(diào)研和現(xiàn)場實測等抽樣驗證，利用數(shù)理統(tǒng)計分析方法精確核算出趨近實際的排放量，并將其精準定位在網(wǎng)格上。
“重金屬成分的健康風險是精細控制空氣污染的先決條件�！痹撜撐哪涿麑徃迦嗽u價說，“本文的創(chuàng)新貢獻在于提供了最新的排放清單和健康風險估計。該研究基于對具體措施的效益評估，為減緩有毒有害痕量元素污染和相關(guān)健康風險提供了關(guān)鍵見解。為中國實施清潔空氣和低碳政策下精準控制有毒痕量元素提供了科學依據(jù)，也為其他國家和地區(qū)量化痕量元素排放提供了參考。”
相關(guān)論文信息：https:// doi.org/10.1016/j.oneear.2023.04.006
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