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近年来,有害痕量元素大气排放清单的研究越来越受到世界范围内的广泛关注。科学分析和把握我国汞、砷、硒大气排放现状、部门和地区分布特征,对于研究大气痕量元素迁移、沉降、化学循环以及制定合理的大气汞、砷、硒污染控制对策具有重要意义。
本论文采用自下而上的排放因子法,建立了中国典型有害元素汞、砷、硒大气排放清单。其中包括燃煤源和非燃煤源两个部分。
燃煤源按照经济部门、燃料类型、燃烧方式和除尘脱硫污染控制设备等进行分类。基于各省区生产原煤汞、砷、硒平均含量和各省区之间煤炭传输矩阵,得出各省区消费煤炭的汞、砷、硒平均含量,结合不同排放源的煤炭消耗量和排放因子,系统地建立了1980～2007年中国各省区燃煤大气汞、砷、硒排放清单。结果表明,2007年中国燃煤导致的大气汞、砷、硒排放量分别约为306.0t、2205.5 t和2353.0t。大部分燃煤汞、砷、硒排放来自电力和工业部门,二者合计贡献比例分别为94.1％、86.1％和89.6％。1980～2007年,中国燃煤大气汞、砷、硒排放年均增长率分别达到了5.4％、4.7％和4.9％。其中,电力部门燃煤汞、砷、硒排放年均增长率最大,分别达到了7.7％、10.9％和9.2％。自2005年以后,电力部门燃煤汞、砷、硒排放量有逐步下降的趋势,其主要因为是电力部门积极采用污染物联合控制技术,如电除尘器、布袋除尘器和烟气脱硫技术等。工业部门燃煤大气汞、砷、硒排放量保持持续增长,至2007年超过电力部门成为燃煤汞、砷、硒排放贡献最大的部门。2000～2007年,燃煤大气汞、砷、硒排放量一直居于全国前5位的地区包括山东、河北、山西、河南和江苏,均是位于中国中东部、经济发达、人口密集的地区。
除了燃煤源以外,大气汞、砷、硒排放还有另外一个重要来源一非燃煤源。非燃煤源主要包括钢铁冶炼、有色金属冶炼、水泥生产、垃圾焚烧、黄金冶炼、氯碱生产、玻璃生产等部门。根据各省区不同部门的生产活动水平和各类非燃煤源的大气汞、砷、硒排放因子,建立了1980～2007年中国非燃煤源大气汞、砷、硒排放清单。2007年中国非燃煤源大气汞、砷、硒排放量分别约为644.3t、517.2t和794.3t。其中,非燃煤源大气汞排放主要来自锌冶炼和铅冶炼,排放量为312.1t和121.6t,分别占非燃煤源大气汞排放总量的48.4％和18.9％。非燃煤源大气砷排放主要来自铅、铜、锌冶炼过程,分别占非燃煤源大气砷排放总量的40.3％、38.9％和19.0％。非燃煤源大气硒排放主要来自钢铁冶炼部门,为666.9t,约占非燃煤大气硒排放总量的84.0％。1980～2007年,中国非燃煤源大气汞、砷、硒排放量的年均增长率分别为8.8％、9.4％和10.3％。
将燃煤源和非燃煤源有害元素汞、砷、硒大气排放清单进行叠加,即可得到1980～2007年中国典型有害元素汞、砷、硒大气排放清单。1980～2007年燃煤导致的大气汞排放比例介于30.0％～55.O％之间,整体上表现出排放比例下降的趋势,由1980年的52.5％降至2007年的32.2％。非燃煤源导致的大气汞排放比例介于45.0％～68.0％之间,且有不断增长的趋势。1980～2007年燃煤导致的大气砷排放量远大于非燃煤源导致的大气砷排放量。尽管燃煤源大气砷排放比例有下降的趋势,但仍在80.0％～95.0％之间。1980～2007年燃煤导致的大气硒排放量远远高于非燃煤源导致的大气硒排放量。燃煤源大气硒排放比例介于70.0％～95.0％之间。
2007年中国有害元素汞、砷、硒大气排放强度最大的省(市、自治区)主要集中在中东部人口密集、经济发达的地区。大气汞排放强度最大的地区是上海、河南和天津,分别为1.9kg/km2、0.59kg/km2和0.56kg/km2。大气砷排放强度最大的地区是上海、天津和山东,分别达到了5.2 kg/km2、2.2kg/km2和1.4kg/km2。大气硒排放强度最大的地区是上海、天津和江苏,分别为10.4 kg/km2、4.3kg/km2和2.4kg/km2。
排放清单结果表明,未来中国燃煤大气汞、砷、硒排放控制的重点应逐渐由电力部门转向工业部门,主要的控制措施包括燃烧前洗煤、燃烧中加入吸附剂以及燃烧后的多种污染物联合控制措施等。对于非燃煤源,控制有害元素汞、砷、硒大气排放的重点应是有色金属冶炼和钢铁冶炼部门,可通过淘汰落后的生产工艺和产能,积极推进先进的污染物控制技术,削减非燃煤源大气汞、砷、硒排放。