【摘 要】
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随着我国社会经济的快速发展,包含过量重金属的危险废物排放量持续增加,如果处置不当会导致大量重金属释放进入环境,从而对人体健康和生态环境产生严重危害。水泥生产协同处置危险废物可以有效降低重金属污染,在政策法规、技术规范的支持和引导下,目前已成为危废处置的主流方法。但是,水泥行业每年排放大量的CO2,加速了全球气候的变暖,进而对人体健康和生态系统产生了严重影响。水泥生产协同处置危废行业是重金属富集和高
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随着我国社会经济的快速发展,包含过量重金属的危险废物排放量持续增加,如果处置不当会导致大量重金属释放进入环境,从而对人体健康和生态环境产生严重危害。水泥生产协同处置危险废物可以有效降低重金属污染,在政策法规、技术规范的支持和引导下,目前已成为危废处置的主流方法。但是,水泥行业每年排放大量的CO2,加速了全球气候的变暖,进而对人体健康和生态系统产生了严重影响。水泥生产协同处置危废行业是重金属富集和高碳排放行业,针对本行业中对人体和环境影响最大的重金属和CO2,目前还缺乏准确评价重金属和碳排放影响的综合模型体系。本研究在分析和总结国内外已有的评价重金属污染模型和量化碳排放影响模型的基础上,构建了归趋至统一终点的重金属影响评价模型和碳排放影响本土化模型,并通过实例分析验证了模型的适用性和可靠性,在丰富我国重金属毒性评价和生命周期评价理论体系的同时,为扩展综合模型体系的应用领域提供了理论和实践基础。具体研究内容如下:（1）构建了综合接触途径和稳定性的重金属毒性评价模型。在人体健康方面,区分了重金属通过口腔摄入、呼吸吸入和皮肤接触三种进入人体的途径,并根据中国人口特征得到用于计算重金属日均暴露量的参数取值,结合重金属的参考剂量和致癌斜率因子得到各类重金属的致癌和非致癌健康风险;在生态系统方面,结合中国实际情况改进并完善了重金属的毒性系数,在综合考量重金属种类、数量、毒性及稳定性基础上,确定重金属潜在生态危害指数和风险程度。通过使用垃圾飞灰生产陶粒工艺的实例验证,本模型克服了目前针对工业固废和人工建材中重金属毒性评价方法误差较大的缺点,可以有效评价重金属的风险值。（2）提出了评价重金属毒性的ReCiPe 2016（以下简称ReCiPe）改进模型。在人体健康方面,区分了重金属的排放路径和与人体的接触方式,以疾病伤残调整生命年（Disability Adjusted Life Years,DALY）值作为人体损害的衡量指标,通过重金属损害因子、影响因子和命运因子计算得到人体毒理学表征因子;在生态系统方面,以潜在受影响物种比例（Potentially Disappeared Fraction,PDF）值作为生态系统毒性压力指标,在计算出联合浓度增加量、有效毒性值、环境毒性潜力值和通用尺度参数值的基础上,通过重金属影响因子和命运因子,得到评估生态毒性响应的生命周期评价因子。在引入重金属稳定性计算规则后,依托特征化计算参考物质1,4-DCB（1,4-二氯苯）,得到不同种类重金属的特征化因子。通过毒性终点表征因子计算规则得出致癌毒性作用方式下中间点到终点的转化因子为 3.32×10-6 DALY/kg 1,4-DCB eq,非致癌转化因子为 2.28×10-7 DALY/kg 1,4-DCB eq;陆地生态系统中间点到终点的转化因子为1.14×10-11 Species·year/kg 1,4-DCB eq,淡水生态系统中间点到终点的转化因子为 6.95×10-10 Species·year/kg 1,4-DCB eq。本改进模型能够更精确地评价工业固废和人工建材中重金属的影响。（3）构建了适用于中国本土的CO2影响区域化评价模型。在人体健康方面,通过疾病DALY值和相对风险值量化了温度升高引起的中国境内缺血性心脏病、脑卒中、营养不良、腹泻、疟疾和洪水对人体健康的影响;在生态系统方面,分别计算温升对淡水生态系统和陆地生态系统中潜在物种消失率的变化量,结合中国本土生态系统的物种数,得到单位温升对生态系统的影响因子。综合单位CO2排放量对温升的影响和单位温升对人体健康与生态系统的影响,得到单位质量CO2对人体健康和生态系统的影响因子分别为5.71×10-8DALY/kg CO2和8.73×10-11 Species·year/kg CO2。与参考的ReCiPe模型相比,本模型在人体健康方面的不确定性有了显著下降,评价结果也更加符合中国的实际情况,能够更准确地量化我国水泥生产协同处置危废行业的碳排放影响。（4）通过实证研究验证模型体系的有效性并提出行业优化建议。重金属影响计算结果表明,单位质量熟料中重金属对人体健康和生态系统的影响远低于预处理危险废物;熟料产品中重金属对人体健康的毒性值为6.29×10-9DALY,对生态系统的毒性值为1.87×10-14 Species·year,与改进前的ReCiPe模型相比有了较大幅度的下降。碳排放影响计算结果表明,CO2对人体健康的总影响为4.63×10-5 DALY,对生态系统的总影响为7.07×10-8 Species·year。结合重金属和CO2两方面的影响评价结果,识别出CO2是造成人体健康和生态环境影响最大的物质,在总影响中占比分别超过88%和99%。根据研究结果,本文还为水泥生产协同处置危废工艺向低毒性和低碳化方向改进提供了对策建议。
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