中國工業(yè)廢水重金屬關鍵源區(qū)識別及優(yōu)化管控政策研究
重金屬由于其毒性大，一旦形成污染會對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重損害而廣泛受到世界關注。本文基于排放因子法和蒙特卡洛隨機模擬，結合中國330個城市層面的活動水平數據庫和排放因子數據庫，核算了2010年全國向水體排放的工業(yè)重金屬污染物總量。研究發(fā)現，化工、冶煉和采礦業(yè)是廢水重金屬排放的主要來源。中國重金屬污染呈現出比較明顯的地域差異，中東部地區(qū)排放量明顯高于西部，南部又比北部嚴重。
本文將各城市排放總量進行高分辨率的空間量化，并按重金屬排放和風險的排序優(yōu)化其管控策略，結果表明，要控制住中國80%的重點源，需控制排放重金屬的網格數量基本在200-400之間，影響人口不超過10%，同時若按照重金屬風險排序進行控制的話，網格數增加0.3-0.5倍，但受影響人口數增加0.8-1.5倍，這種情況下對人體健康產生的影響會加倍顯著下降。本文的估算可以幫助建立區(qū)域性的重金屬清單和區(qū)域循環(huán)模擬，同樣對于水質管理和水風險管控起到支撐作用。
1.重金屬排放的行業(yè)特征
對于重金屬Hg、Cd、As、Pb而言，化工、冶煉和采礦業(yè)是中國主要排放部門，如圖1所示。這幾個行業(yè)排放之和占全國排放總量的80%以上，尤其是Cd占比達到了98%；金屬制品業(yè)、皮革、化工、冶煉行業(yè)排放幾乎占到了中國工業(yè)鉻排放總量的85%，有色冶煉行業(yè)貢獻了超過60%的Cd排放量。與之前的研究相比，在4大主要排放行業(yè)上是一致的，除Cr排放量差異顯著外，其它重金屬污染排放基本相當，中國Cr排放主要來源于皮革行業(yè)和金屬制品業(yè)。
本研究中對城市層面排放因子的隨機概率分布進行了模擬，從而使排放因子模型更準確的適用于金屬制品、皮革制造活動水平較為集中的南方發(fā)達省區(qū)，這一地區(qū)的特點是廢水涉重處理技術已經在國內保持先進水平，若采用全國的行業(yè)排放平均因子則會使結果被高估許多。本研究中的主要排放部門與《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中明確的重點防控行業(yè)基本一致。
2.重金屬排放的空間特征
中國重金屬污染呈現出比較明顯的地域差異，中東部地區(qū)排放明顯高于西部，南部又比北部嚴重。被稱為“有色金屬之鄉(xiāng)”的湖南省，境內礦采選，冶煉和化工企業(yè)多數分布于湘江流域，產生了嚴重的重金屬污染，導致湘江成為中國重金屬污染最嚴重的河流。此外，華南地區(qū)廣東省也有很高的排放量。
對具體省區(qū)而言，湖南，山東，廣東，江蘇，浙江和江西省對每種重金屬污染物排放量的貢獻都很大，這六大關鍵省份對全國的工業(yè)廢水重金屬排放量貢獻約在47%-56%范圍。本研究中的關鍵省份與規(guī)劃中明確的重點治理省區(qū)基本一致，但略有差異在于本研究中的關鍵省份山東省在規(guī)劃重點治理省區(qū)中沒有得到體現。
需要說明的是，廣東已成為過去三十年來全球重要的電子制造基地，也是中國輕工業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)之一。由于廣東的PCB和電子元件金屬表面處理行業(yè)迅速發(fā)展，其電鍍行業(yè)約占全國產量的三分之一，大量電鍍廢水產生的重金屬污染不容忽視。
為進一步探討重金屬排放的空間特征，本文將城市層面的排放量進行高分辨率空間量化。如圖2所示，以鉻為例，由于在工業(yè)結構、發(fā)展程度和污染源分布上的巨大差異，中國鉻排放的地域分布極不均勻。研究發(fā)現，按照網格排放量大小進行排序，鉻排放量占比超1%的8個網格集中于廣東、江蘇、河北和山東，其排放量占比達到15%，通過鉻的排放量分布圖可以看出，鉻的排放具有較為明顯的沿海分布特征。
延伸閱讀：
3.重金屬優(yōu)化管控策略
按照重金屬排放量進行排序，從高到低對重點網格(排放量累積占比80%的)進行控制，需控制網格數在205-347之間，影響人口占全國總人口的2%-5%，相比較而言，若按照重金屬風險排序對重點網格進行控制的話，需控制網格數會網格數會增加0.3-0.5倍，但影響的人口數會增加0.8-1.5倍，這種情況下對重金屬污染控制的效果更好，對人體健康產生的影響會加倍顯著下降。此處，以人口加權的單位面積重金屬排放量來表征重金屬的環(huán)境風險潛勢。
從污染監(jiān)控的經濟學角度來說，對排放網格進行監(jiān)測并不都是高效的，當監(jiān)測效果增長快于監(jiān)測成本增加時，對此排放網格進行監(jiān)測是經濟高效的。以鉻為例，經監(jiān)測成本-效果評估后監(jiān)測高效網格的排放總量占比約90%左右。
4.政策建議
（1）加快實施針對重金屬污染物的精準治污方式。針對化工、冶煉、金屬制品等重點行業(yè)，開展針對涉重行業(yè)的污染物排放標準研究，及時更新冶煉行業(yè)重金屬排放標準，發(fā)布金屬制品行業(yè)重金屬排放標準，加大對重點行業(yè)和重點省區(qū)的污染綜合治理力度。
（2）轉換基于環(huán)境風險的重金屬管控思路。推進重金屬污染排放-質量-環(huán)境風險綜合管控模式，有效降低重金屬對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的威脅。
（3）建立重金屬風險管控措施費用效益分析技術規(guī)范，開展重金屬風險管控的費效分析研究，提升重金屬污染物風險相關的環(huán)境決策科學化水平。