中國工業廢水重金屬關鍵源區識別及優化管控政策研究
重金屬由于其毒性大，一旦形成污染會對人體健康和生態系統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重金屬污染物總量。研究發現，化工、冶煉和采礦業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域性的重金屬清單和區域循環模擬，同樣對于水質管理和水風險管控起到支撐作用。
1.重金屬排放的行業特征
對于重金屬Hg、Cd、As、Pb而言，化工、冶煉和采礦業是中國主要排放部門，如圖1所示。這幾個行業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、皮革、化工、冶煉行業排放幾乎占到了中國工業鉻排放總量的85%，有色冶煉行業貢獻了超過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和金屬制品業。
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達省區，這一地區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”規劃》中明確的重點防控行業基本一致。
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”的湖南省，境內礦采選，冶煉和化工企業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，華南地區廣東省也有很高的排放量。
對具體省區而言，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劃中明確的重點治理省區基本一致，但略有差異在于本研究中的關鍵省份山東省在規劃重點治理省區中沒有得到體現。
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，也是中國輕工業發展最快的地區之一。由于廣東的PCB和電子元件金屬表面處理行業迅速發展，其電鍍行業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，由于在工業結構、發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。
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3.重金屬優化管控策略
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境風險潛勢。
從污染監控的經濟學角度來說，對排放網格進行監測并不都是高效的，當監測效果增長快于監測成本增加時，對此排放網格進行監測是經濟高效的。以鉻為例，經監測成本-效果評估后監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，開展針對涉重行業的污染物排放標準研究，及時更新冶煉行業重金屬排放標準，發布金屬制品行業重金屬排放標準，加大對重點行業和重點省區的污染綜合治理力度。
（2）轉換基于環境風險的重金屬管控思路。推進重金屬污染排放-質量-環境風險綜合管控模式，有效降低重金屬對人體健康和生態系統的威脅。
（3）建立重金屬風險管控措施費用效益分析技術規范，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境決策科學化水平。