中国大气重金属，砷：现状，来源和控制政策。外文翻译资料

Atmospheric Environment 74 (2013) 93e101

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Atmospheric Environment

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Review

Atmospheric heavy metals and Arsenic in China: Situation, sources

and control policies

a

Jingchun Duan , Jihua Tan

b,*

a State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

h i g h l i g h t s

Atmospheric heavy metals of 44 cities in China were reviewed, the pollution of Cr, As and Cd were rather serious.

Research on emission characteristics and sources of atmospheric heavy metals in China were reviewed.

Coal burning, iron and steel industry and vehicle emission are important sources in China.

Control policies and effects in China were reviewed, and further works for atmospheric heavy metals control were suggested.

a r t i c l e i n f o

a b s t r a c t

Article history:

Received 8 August 2012

Received in revised form

In recent years, heavy metal pollution accidents were reported frequently in China. The atmospheric

heavy metal pollution is drawing all aspects of attention. This paper summarizes the recent research

results from our studies and previous studies in recent years in China. The level, temporal variation,

seasonal variation and size distribution of the heavy metals of atmospheric Lead(Pb), Vanadium(V),

Manganese(Mn), Nickel(Ni), Chromium(Cr), Cadmium(Cd), Copper(Cu), Zinc(Zn) and Arsenic(As) were

characterized in China. The emission characteristics and sources of atmospheric heavy metals and As in

China were reviewed. Coal burning, iron and steel industry and vehicle emission are important sources in

China. Control policies and effects in China were reviewed including emission standards, ambient air

quality standards, phase out of leaded gasoline and so on, and further works for atmospheric heavy

metals control were suggested. The comprehensive heavy metals pollution control measures and sug-

gestions were put forward based on the summarization of the development and experience of the at-

mospheric heavy metal pollution control abroad.

22 February 2013

Accepted 18 March 2013

Keywords:

Emission standards

Source apportionment

Environmental management

Health risk

Control technology

Oacute; 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1. Introduction

Due to the activity of human beings, high anthropogenic emis-

sions of heavy metals enter into the biosphere in China and these

Atmospheric heavy metals and As can not only result in human

dysfunctions and various diseases, but also impose a long term

burden on biogeochemical cycling in the ecosystem (Kelly et al.,

emissions far exceed those of other countries and also show an

increasing trend (Pacyna and Pacyna, 2001). In recent years, heavy

metal pollution accidents have been reported frequently in China

(Zhou, 2011). According to the statistics of the Ministry of Envi-

ronmental Protection (MEP) of China, there were 12 cases of heavy

metals accidents, resulting in 4035 blood lead level (BLLs)

exceedances and 182 Cd exceedances in 2009. In February 2011, to

cope with the situation, the State Council officially approved the

12th Five-Year Plan for comprehensive prevention and control of

heavy metals pollution. The atmosphere is one of the major path-

ways of heavy metal dispersion in the environment; however, little

attention has been paid to it in China. Firstly, the atmospheric heavy

metals pollution situation is unclear, and routine monitoring of

atmospheric heavy metals has not been carried out; Secondly, the

emission sources of atmospheric heavy metals is unclear, and the

1996; Nriagu, 1988; Nriagu and Pacyna, 1988). Among them, Cr,

As, Ni, Pb, Zn, Cu, V and Cd are carcinogenic, Cd and As are poten-

tially mutagenic and Pb and Hg are fetal toxic (Cheng, 2003; He

et al., 2001). Natural emissions (crustal minerals, forest fires and

oceans), traffic and industrial emissions (combustion of fossil fuel

and industrial metallurgical processes) are the principal sources of

atmospheric heavy metals (Park et al., 2008; Fang et al., 2010;

Cheung et al., 2011).

*

Corresponding author. Tel./fax: thorn;86 10 88256333.

E-mail address: tanjh@ucas.ac.cn (J. Tan).

1352-2310/$ e see front matter Oacute; 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2013.03.031

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J. Duan, J. Tan / Atmospheric Environment 74 (2013) 93e101

first national census of pollution sources carried out in 2007 did not

include atmospheric heavy metal emissions; Thirdly, emission

standards and ambient air quality standards are not suitable to

pollution situation in China, and most emission standards exclude

atmospheric heavy metals and the ambient air quality standard

only includes Pb; Fourthly, control technologies of atmospheric

heavy metals are few, and there are no Best Available Technology

Coal combustion emissions are also a major source of emissions for

anthropogenic Pb sources (Duan et al., 2012).

The concentration of atmospheric V is 17.9 AElig; 16.5 ng mAgrave; in

3

China (Table 1), much lower than the limit of WHO of 1000 ng mAgrave; .

3

It indicates that the pollution of atmospheric V is not serious in

China. There is no limit of V in both current and new NAAQS

(GB3095e1996, GB3095 -2012).

The concentration of atmospheric As is 51.0 AElig; 67.0 ng mAgrave; in

3

(

BAT) d

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大气环境

评述

中国大气重金属，砷：现状，来源和控制政策。

强调

回顾了中国44个城市的大气重金属，Cr，As和Cd的污染相当严重。 审查了中国大气重金属的排放特性和来源的研究。

燃煤，钢铁工业和车辆排放是中国的重要来源。

审查了中国的控制政策和效果，并提出了大气重金属控制的进一步工作。

文章信息 ：

文章历史

2012年8月8日修订

2013年2月22日

2013年3月18日

摘要：近年来，中国经常报告重金属污染事故。大气中的重金属污染正在吸引各方面的关注。本文总结了近期我们的研究和近年来在中国的研究结果。大气铅（Pb），钒（V），锰（Mn），镍（Ni），铬（Cr），镉（Cd），铜（Cu）的重金属的水平，时间变化，季节变化和尺寸分布），锌（Zn）和砷（As）。回顾了中国大气重金属和砷的排放特征和来源。燃煤，钢铁工业和车辆排放是中国的重要来源。审查了中国的控制政策和影响，包括排放标准，环境空气质量标准，含铅汽油淘汰等，并提出了大气重金属控制的进一步工作。根据对国外大气重金属污染控制的发展和经验的总结，提出了综合性重金属污染控制措施和建议。

1. 介绍

大气重金属和砷不仅导致人类功能障碍和各种疾病，而且对生态系统中的生物地球化学循环造成长期负担（Kelly等，1996; Nriagu，1988; Nriagu和Pacyna，1988）。 其中，Cr，As，Ni，Pb，Zn，Cu，V和Cd都是致癌的，Cd和As是潜在的诱变，Pb和Hg是胎儿毒性的（Cheng，2003; He等，2001）。 自然排放（地壳矿物，森林火灾和海洋），交通和工业排放（化石燃料的燃烧和工业冶金过程）是大气重金属的主要来源（Park等人，2008; Fang等人，2010; Cheung et al。，2011）。

由于人类的活动，重金属的高人为排放量进入中国的生物圈，这些排放远远超过其他国家，并且也呈现出增长的趋势（Pacyna和Pacyna，2001）。近年来，中国经常报告重金属污染事故（Zhou，2011）。根据中国环境保护部（MEP）的统计，2009年重金属事故共发生12起，导致超过4035例血铅超标和182起超额超标。2011年2月，与此同时，国务院正式批准了“十二五”重金属污染综合预防控制规划。大气是重金属在环境中分散的主要途径之一;然而，在中国很少注意它。首先，大气重金属污染状况不明确，大气重金属的常规监测尚未进行;其次，大气重金属的排放源不清楚，2007年开展的第一次全国污染源普查没有包括大气中的重金属排放; 第三，排放标准和环境空气质量标准不适合中国的污染情况，大多数排放标准排除大气重金属，环境空气质量标准只包括铅; 第四，大气重金属的控制技术很少，在中国没有关于大气中重金属的最佳可用技术（BAT）文件。

近年来在国内外对大气重金属及其来源进行了许多研究。 为了充分了解中国的大气重金属，本研究回顾了其状态，来源，分布特征，控制技术和控制策略。

1. 资料来源

来自科学期刊，大学期刊和政府发布的信息主要集中在Pb，V，As，Cr，Ni，Mn，Cd，Cu和Zn。 因为不是重金属。 考虑到其健康效应，我们与其他重金属讨论。 最近的一项研究表明，Hg含量较高，因此不包括在这项研究中（Fu et al。，2012; Streets et al。，2005） ISI知识网）; （2）ScienceDirect; （3）中国知识基础设施（CNKI）。 组装了Endnote数据库。 我们不能在一些城市直接从纸上获得重金属，并从原始数据计算这些价值。 考虑到一些城市如北京，上海和广州等地有数十种文献，我们只选择最新的高质量和代表性数据。

1. 结果与讨论

3.1大气重金属和As的特征

3.11中国的水平

获得了过去10年中国44个主要城市的大气重金属和砷的收集，包括城市和背景数据（表1和表2）。图1中框图显示了被调查的重金属和As的浓度，中国重金属的空间分布如图2所示。

根据表1，中国大气Pb的平均浓度为261.0 275.7 ng m3，低于中国目前国家环境空气质量标准（GB3095-1996）1000 ng m3的限值，新增NAAQS（GB3095-2012）和世界卫生组织（WHO）500 ng m 3（表3）。这可以归因于自2000年7月1日以来全国禁止含铅汽油。 （2000年）表明，在1998年，天津禁止含铅汽油，年平均铅浓度为440 ng / m3，与1994年的1720 ng / m3相比下降了74％。然而，如表1所示，仍有一些城市，如郑州，杭州和韶关市超过了NAAQS（GB3095-2012）的限值和世界卫生组织500 ng m 3。它表明，除车辆排放外，其他Pb源不被忽略。煤燃烧排放也是人为Pb源的主要排放源（Duan等，2012）。

大气V的浓度为17.9plusmn;16.5 ng 中国（表1），远低于世界卫生组织1000 ng·m-1的限值。

表明大气V的污染在中国不严重。 在当前和新的NAAQS中没有V的限制（GB3095e1996，GB3095-2012）。

大气As的浓度为51.0plusmn;67.0 ng m-3（（BAT）大气中重金属文件。许多关于大气重金属其来源的研究Chihich远高于新NAAQS的限制（GB3095-2012）（6 ng m-）和世界卫生组织的值

3近年来在国内外进行。 完全了解中国大气重金属，地位，来源，分布特性，控制技术和控制pol-在本研究中回顾了。（6.6ng m）（表3）。 所有城市，除了拉萨市超过3在中国NAAQS（GB3095 -2012）限值为6 ng m。 的3最高水平的As在郑州，银川，哈尔滨和佛山。 它表明中国污染非常严重。

3.1.2 尺寸分布

对大气重金属的尺寸分布的了解不仅对理解其对人类健康的影响以及其在大气运输过程中的来源和转化过程，而且对于估计气溶胶的干沉积至关重要（Duan等人，2007 ; Tan等人，2009）。然而，很少有研究集中在中国大气重金属的精细尺寸分布（Duan等，2012; Lu等，2012）。研究表明，Pb，Cd，As和Zn主要表现为累积模式; V，Mn和Cu主要以粗和累积模式存在;并且Ni和Cr存在于所有三种模式中。通过估算，中国北京的PM2.5中的大气重金属与PM10中的重金属的比例分别为Pb（88.5％）gt; Cd（81.8％）gt; Zn（81.5％）gt; As（77.1％）gt; Cu

（75.9％）gt; Cr（71.7％）gt; Ni（67.9％）gt; Mn（63.3％）gt; V（46.8％）（图3）。如果长时间停留在大气中，重金属结合的PM2.5会通过远距离运输造成局部污染，增强对人体健康的危害。另一方面，重金属的活性受颗粒尺寸的影响。一些研究表明，Cd和As的活性随着颗粒尺寸的减小而增加，Pb和Cr活性在不同尺寸的颗粒中是稳定的（Lu等，2012）。

3.1.3。 季节变化

由于气象条件，来源和运输，大气重金属的季节变化显着。 大气重金属的浓度一般冬季夏季低（Duan et al。，2012）。夏季低浓度主要是由于高温度，降雨量和相对较强的扩散能高浓度在冬天发现，这表明增加排放和不利的气象条件冬天的时候。 冬季煤炭消费量增加。 的

浓度的大气颗粒物As，Se，Mo，Cd冬季加热期高于不加热期间提高2倍以上，（Yanget等，2003）。 背景气氛的研究在偏远的内陆亚洲表明，高重金属在夏季发生浓度变化，但EF度增加因子）值（Wu et al。，2009）。相反，重金属的大气沉积物夏季比冬季更高。 学习显示Cr，Cu和Zn的大气沉积显示出统计学意义，中国珠江三角洲的季节差异显着，并且这些金属的平均大气沉积是显着的，与北美报道的相比有显着提高和欧洲（Wong et al。，2003）。

3.2。 中国大气中的排放特性和来源金属和As

研究表明，大气中的重金属可以从品种的来源，和来源可能非常不同不同的重金属（表4）。 虽然污染严重中国，大气重金属不包括在第一2007年中国全国污染源普查。然而，近年研究人员进行了大量的，对人为来源的重金属排放的遗弃，一些重金属的排放量

估计。人为汞排放量已从552.2吨增加1995年至695.6吨，2003年，年均增长率为2.9％（Streets et al。，2005）。 研究（Tian et al。，2012a，2012b，2010）估计了来自燃煤的Cd，Cr和Pb迅速从31.14吨，1019.07吨和2671.73吨。

1980年261.52吨，2008年8593.35吨，12,561.77吨，分别;由于燃煤从635.57迅速增加

吨，1980年为2,205.50吨（2007）（Tian et al。，2010）。人类 - 基本大气Ni排放量从1096.07迅速增加吨在1980e3933.7在2009年以平均年增长率率为4.5％（Tian et al。，2012b）。化石燃料的燃烧是主要人为V排放占95.5％（石油：85.0％煤：10.5％）。自1978年以来，人为V排放增加了4到2010年的31,800吨（郑和腾，2012）。在除了煤炭来源，重金属排放量钢铁工业仍然重要。根据最佳可用技术参考文件铁生产和欧洲委员会钢铁协会（http：//eippcb.jrc.ec.europa。eu / reference /），在钢铁工业中，特别是，排水过程会产生大量的Pb，Hg，Zn等重金属污染物和其他过程，如炼铁和钢铁，也产生含有高浓度的挥发性粉尘

重金属。 Lv et al。 （2006）进行了源分配，武汉大气重金属。 它表明冶炼和钢铁工业是铅的主要大气来源和工业区Cd，As和Cr，以及污染物通过交通影响武汉市城市空气质量。 作为世界上最大的钢铁生产国，粗钢生产在中国已经达到6.267亿吨，在2010年，占44

世界生产的百分比。 钢铁企业在中国2008年已经超过8000家，而且大多数企业都是

位于人口密集的城郊地区，因此大气城市城市重金属污染由钢铁造成行业应在中国认真考虑。

车辆排放是城市大气污染的另一个重要来源，球形重金属污染，重金属可以从六个来源（Guo等人，2008; Harrison等人，2003）：1）直接从排气中排出Pb，Zn，Cu和Cd结合颗粒; 2）通过流动再吸收富含Pb，Zn和Cu的粉尘; 3）燃料含有Pb和Mn的添加剂; 4）润滑油添加剂含Zn和Cd; 5）轮胎中的Zn，Cd，Pb和Cu的排放制动磨损; 6）汽车零件如Zn的磨损和腐蚀从防腐镀锌汽车板。

焚烧和有色金属冶炼等; 但是，那关于这些部门的大气重金属清单的研究在中国仍然非常有限。

3.3大气重金属的控制情况和前景

1998年，根据1979年“日内瓦公约”的框架关于远程越境空气污染（CLRTAP），联合欧洲经济委员会签署了“重金属奥胡斯协议”。 它针对三个特别是有害金属：Cd，Pb和Hg。 世卫组织出版2000年空气质量指南，确定了指南主要重金属如Hg，Pb，V，As，Mn，Ni，Cr（VI）和Cd。 此后，许多国家开始加强控制的大气重金属污染，以及改良的环境空气

质量标准以纳入重金属。 2004年，起诉DIRECTIVE 2004/107 / EC，其涉及As，Cd，Hg，Ni和多环芳烃在环境空气中，并测定2012年其As，Cd，Ni和苯并（a）芘的目标值; 在

2009年，印度修订了环境空气质量标准，限制As和Ni，Pb增强。

大气中重金属的控制尚未付清，中国政府的关注，以及主要控制测量是排放标准和环境空气质量标准。 当前环境空气质量标准为：在2000年门控，只有Pb包括在标准限值内。 之前2008，大气重金属包括Cr，Pb，Hg，Cd，B，Ni和锡只纳入了综合排放标准空气污染物排放标准（GB16297-1996）。 然而，由于GB16297-1996的限值不是基于行业第二 - 并且相当放松，以及地方的监测能力环保部门薄弱，大气重金属污染没有得到很好的控制，除了铅

车辆排放。

1997年6月1日，含铅汽油首先被禁止在八个城市北京地区，然后，生产含铅汽油和1月1日全国禁止含铅汽油的使用，2000及2000年7月1日。 研究诸如（Wang等，

1. 表明，禁止含铅汽油后，中国城市的铅污染明显改善，带来了巨大的公共卫生福利。

近年来，随着重金属的连续出现污染事故，日益强调的重点金属污染控制。 自2010年以来，中国环境保护部加快了修订大气污染物排放标准体系，加强重金属污染物排放的控制。

如表5所示，陶瓷工业的排放标准，有色金属冶炼的Pb，Zn，Cu，Ni，V，玻璃工业和电力

植物，大气重金属包括在。它会的正式实施于2016年1月1日第一次的铅限度，NAAQS（GB3095 -2012）将是包括在附录中的Cd，Hg，As，Cr（VI）的限度内参考地方政府建立地方环境空气质量标准。

至于排放控制技术，大气中的重金属通常由中国的防尘测量控制。研究表明，排放控制设施，静态除尘器，袋式过滤器，旋风分离器，湿式除尘器，湿式脱硫和脱硝工艺能够重

金属去除在一定程度上（Tian等人，2012a）。最近几年，中国煤炭消费量迅速增长;但是，那大气重金属的排放增加得慢得多比煤炭消费，特别是在电力部门

得益于石油气脱硫的显着进步自“十一五”以来电力部门除尘。到2010年，lt;

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