1 引言(Introduction)

铅是一种分布广泛且毒性没有阈值的重金属, 在环境中可长期蓄积, 主要通过空气、土壤、食物、饮水进入人体(Defra et al., 2002;Kabata-Pendias et al., 2014).铅污染物长期暴露, 往往造成体内血铅浓度升高, 引起贫血、认知缺损、听力减弱和维生素D代谢紊乱、腹部疼痛等, 而儿童和婴幼儿是铅污染的敏感人群(WHO, 2000; 任慧敏等, 2005; 原环境保护部, 2009; WHO, 2010; Liu et al., 2018).环境空气中的铅是重要的铅暴露来源之一(原环境保护部, 2009), 因而发达国家、地区和组织都制定了铅大气污染物的环境质量标准和排放标准, 以有效控制铅大气污染物排放和保护公众健康. 1997年我国禁止含铅汽油使用后, 机动车排放对大气铅的贡献显著降低(奚甡, 2007; 李军等, 2009; 秦俊法, 2010), 但随着我国铅产量和消费量的迅速攀升, 燃煤源、有色金属冶炼等产铅企业以及含铅制品生产等用铅企业排放的铅, 对局地铅污染贡献持续增加(李军等, 2009; Cheng, 2015; 王艳等, 2016), 在环境中连续累积导致近年我国铅污染事件发生, 引起国内外环境和卫生领域专家广泛关注. 《“十三五”生态环境保护规划》(国务院, 2016)要求进一步加大重金属污染防治力度, 其中铅污染防治是重中之重. 《关于加强涉重金属行业污染防控的意见》(生态环境部, 2018a)把铅列入重点防控污染物.铅大气污染物环境保护标准是开展铅污染防治工作的重要手段和依据, 国际上铅的环境空气质量标准和排放标准已有新的进展, 因此针对铅大气污染物环境保护标准限值开展研究, 对于我国制修订铅大气污染物相关标准和防治铅污染具有重要意义.本研究对比分析了国内外铅大气污染物质量标准与排放标准限值及二者之间的关系, 提出了今后我国制修订铅大气污染物环境保护标准的建议.

2 资料收集(Data collection)

通过文献检索, 收集了WHO的基准, 以及中国、中国香港、中国台湾、美国、欧盟、英国、法国、瑞典、波兰、澳大利亚、韩国、印度、南非、泰国、埃及等国家、地区和组织的铅大气污染物环境空气质量标准和排放标准.

3 结果与分析(Results and analysis) 3.1 铅的环境空气质量标准

铅的环境空气质量标准是铅大气污染防治和保护公众健康的核心标准. 图 1是美国、欧盟、WHO等国家、地区和组织发布的环境空气质量标准中铅浓度限值.

由图 1可见, 国际上铅的环境空气质量标准采用了年均浓度限值、季均浓度限值、3个月滑动均值、月均浓度限值和日均浓度限值共5种取值时间.由于环境空气低浓度铅暴露具有长期慢性累积健康效应, 环境空气中铅的短期暴露对人体内血铅水平影响不显著(US EPA, 2006), 因此国际上主要采用年平均值. WHO基于保护儿童及成人健康的血铅临界水平, 制定了指导世界各国铅环境空气质量标准制定的年均准则值0.5 μg · m^-3(王作元等, 2003).除英国和法国铅年均目标值是WHO准则值的50%以及埃及、泰国铅年均值是WHO准则值的2倍和3倍之外, 我国及其他国家、地区和组织的铅年均值与WHO准则值一致.我国环境空气质量标准铅季均值为1 μg · m^-3, 是美国3月滑动平均值(0.15 μg · m^-3)的6倍以上.美国于1978年首次制定铅环境空气质量标准, 规定季平均浓度限值为1.5 μg · m^-3(US EPA, 2016), 但基于环境空气铅暴露对儿童智商影响的研究结果, 为了进一步保护公众健康及儿童智商, 于2008年将铅浓度限值收紧为原标准的1/10(US EPA, 2008).中国台湾采用了月均值, 印度采用了日均值, 均与我国季均值相同.由此可见, 我国铅环境空气质量标准年均值与WHO的指导值及欧盟等大多数国家和地区限值相同, 我国季均值高于美国.今后修订标准时可考虑铅暴露对儿童智商影响, 对铅年均浓度和季均浓度限值进一步加严.

3.2 铅大气污染物排放标准 3.2.1 我国铅大气污染物排放标准执行情况

排放铅大气污染物的固定排放源主要集中在有色金属冶炼和压延加工业, 尤其是铅精矿采选、熔炼以及精炼铅产品的加工、使用与再生等铅产业链上.固定排放源产生的铅大气污染物主要有两类, 一是熔炼过程中蒸汽冷凝形成的粒度在0.01~0.05 μm之间的细颗粒物(主要为铅及其化合物), 其产生浓度在1000 mg · m^-3以下, 对公众健康危害性较大, 但较难控制；二是备料等非熔炼过程中产生的粒度在5~100 μm之间的粗颗粒物(含铅及其化合物), 其产生浓度在10000 mg · m^-3以下, 相对较易控制. 表 1为国内外各类型固定排放源执行的铅大气污染物排放标准.

根据表 1, 当前我国铅大气污染物排放标准主要分为4类, 工业炉窑、有色工业、焚烧炉和其他工业.我国金属熔炼炉窑和非金属熔炼炉窑均执行《工业炉窑大气污染物排放标准》, 其铅排放限值分别为10 mg · m^-3和0.1 mg · m^-3；有色工业包括铅、锌、铜、镍、钴、锡、锑、汞、钒及再生铅、铜、铝、锌工业, 其中铅锌工业的铅排放限值为8.0 mg · m^-3(特别排放限值为2.0 mg · m^-3), 其他有色工业的铅排放限值为0.5~2.0 mg · m^-3；焚烧炉包括生活垃圾焚烧炉和危险废物焚烧炉, 其铅大气污染物的控制分别执行《危险废物焚烧污染控制标准》和《生活垃圾焚烧污染控制标准》, 限值均为1.0 mg · m^-3, 其中后者为7种重金属加和总浓度；其他污染源的铅排放限值为0.1~2.0 mg · m^-3.我国现行铅大气污染物排放标准体系, 基本覆盖了排放铅大气污染物的绝大部分固定排放源, 体系较为完整.

3.2.2 我国铅大气排放标准存在的问题

国际上, 目前各类固定源铅大气污染物排放浓度限值在0.04~2 mg · m^-3之间, 对于金属冶炼源等主要源的排放浓度限值在1~2 mg · m^-3, 其他排放源均在0.5 mg · m^-3以下.与国际标准相比, 当前我国铅锌工业、工业炉窑、焚烧炉等部分标准中的熔炼炉窑铅大气污染物排放限值较为宽松.欧盟采用覆膜布袋除尘技术将有色工业生产全过程排放的颗粒物中的铅控制在1~2 mg · m^-3(EC, 2010；EC, 2012；EC, 2013；EC, 2017), 从而实现对铅大气污染物的排放控制, 与欧盟和德国的有色工业限值一致, 是我国当前执行铅、锌熔炼炉窑铅排放限值的12.5%~25%.美国和欧盟危险废物和生活垃圾焚烧炉适用标准的限值为0.04~0.5 mg · m^-3, 是我国标准限值的2.5%~50%.

3.3 我国铅大气污染物排放浓度限值的确定 3.3.1 排放浓度限值的分类

铅是典型的有毒有害污染物, 理论上只有统一其大气排放限值, 即所有各类污染源的排放限值相同, 才能公平的保护公众健康.然而根据表 1, 当前我国排放标准中4类大气固定排放源铅的限值各不相同, 最大限值是最小限值的100倍, 如果较高的浓度限值对于保护公众健康科学合理, 则较低的限值就属于过保护；反之则保护力度不足.

考虑到经济技术可行性, 对不同类型污染源应有所差别.对于产生铅烟浓度高, 治理技术难度较大的铅熔炼源, 在技术可达及经济可承受范围内, 最大限度地收严排放限值, 促进政府和企业加大防治力度, 显著降低排放水平；对于产生铅烟浓度低的污染源或生产工艺过程, 如非铅熔炼炉或铅再熔过程, 应制定较低浓度限值；对于产生含铅及其化合物粒径较大的粉尘的污染源或工艺过程, 因技术相对容易达到, 而且铅含量较低, 则也应制定较低的浓度限值.因此, 对于固定排放源排放的铅大气污染物理论上应制定两类排放限值, 一类是能够有效保护公众健康的较低的排放浓度限值, 另一类是限于当前阶段技术经济性的排放水平较高的浓度限值.随着技术经济水平的进步, 为了保护公众健康, 两类限值最终应一致.

3.3.2 排放浓度限值确定的理论方法

为保护公众健康, 制定有毒有害污染物排放限值时, 应首先根据适用的环境空气质量标准限值确定排放限值的理论限值, 然后结合经济技术可行性确定出合理的排放限值.根据我国大气污染物排放标准制定的基本原理(原国家环境保护局科技标准司, 1996), 排放标准限值与质量标准限值之间的关系如式(1)和式(2)所示.

(1)

(2)

式中, Q为排放源单一排气筒允许排放速率(kg · h^-1)；C_m为国家二类地区环境空气质量标准限值(mg · m^-3)；R为排放系数；K_e为地区经济技术系数, 取值为0.5~1.5, 通常取1.0；Q_a为排气筒废气排放速率(m³ · h^-1)；C_e为最高允许排放浓度(mg · m^-3).

作为大气污染物, 铅污染物通常以粉尘或烟尘颗粒物的形式排放.尘的排放系数R与污染源排气筒高度、排气口处的平均风速等气象参数、尘的沉降速度等相关.根据我国20世纪90年代经济发展较快地区气象参数、企业实际排放资料等, 计算出的二类区排放系数R以及对应的排气量见表 2.理论上对于铅等毒性可累积的重金属污染物, C_m应取日平均容许浓度限值.

根据表 2可以发现, 各种情况下C_e与C_m的比值在4200左右, 最高不超过4900, 最低不小于2400, 也就是说, 排放浓度限值理论上应为环境空气质量标准限值的4200倍左右.分析发达国家和地区的排放标准与相应质量标准的关系可以发现, 他们的比例关系大多在此范围内, 例如德国有色金属工业现有源与新建源的铅排放浓度限值C_e与环境空气质量浓度限值C_m的比值分别为2000和4000, 基本与上述比例关系一致.

我国铅的环境空气质量标准中没有日均浓度限值, 基于我国现行环境空气质量标准的年均值, 按上述比例关系, 我国铅大气污染物排放浓度限值理论上应在1.2 ~2.4 mg · m^-3之间, 平均值为2.1 mg · m^-3.

3.3.3 铅大气污染物排放浓度限值的确定

根据表 1, 当前国际上对金属熔炼等主要源的铅排放限值为1~2 mg · m^-3, 而我国现行铅锌工业炉窑以及工业炉窑污染物排放标准金属熔炼执行的排放限值分别为8 mg · m^-3和10 mg · m^-3, 高于国际水平, 铜、镍、钴等其他7种重金属的排放限值为0.5~2 mg · m^-3, 与国际水平相当.按照我国现行《铅锌工业污染物排放标准》, 难以保证企业周边环境空气质量中铅浓度限值达标, 建议对其进行修订, 其限值应达到先进控制技术水平, 基于理论限值为1.2~2.4 mg · m^-3, 建议新建企业可定为2 mg · m^-3, 现有企业排放经过过渡期后最终达到2 mg · m^-3的控制水平.原环境保护部于2013年制定铅锌工业的铅特别排放限值为2 mg · m^-3(原环境保护部, 2013a).建议各地优先执行特别排放限值, 未来《铅锌工业污染物排放标准》修订时可将新建企业排放限值收严至2 mg · m^-3.

危险废物和生活垃圾焚烧被认为是伴铅物料的热化学过程, 产生的铅烟含铅量都相对较低, 因此废物焚烧及水泥窑协同处置固体废物的发达国家和地区限值水平均在0.5 mg · m^-3以下, 但我国相关标准的限值为1 mg · m^-3, 随着技术进步, 建议我国限值应适当加严至0.5 mg · m^-3, 与国际接轨.

对于铅蓄电池、涉铅重金属无机化合物工业等其它固定排放源, 我国现行标准执行的限值为0.1~2.0 mg · m^-3.国际上其他涉铅源的铅排放基本上处于较为先进的控制水平, 限值多在0.5 mg · m^-3以下.随着技术进步, 我国铅排放标准限值较高的其他涉铅新建企业应适当加严至0.5 mg · m^-3, 以促进生产工艺和污染控制技术进步；现有企业经过过渡期后, 也应达到新建企业的排放控制要求.

3.3.4 铅企业边界浓度限值的确定

污染物的无组织排放是指大气污染物不经过排气筒的无规则排放, 包括开放式作业场所逸散, 以及通过缝隙、通风口、敞开门窗和类似开口(孔)的排放等, 从而造成周围环境空气污染.企业边界浓度限值制订的根本目的是保护企业边界附近的公众健康.基于大气污染防治法的有关规定, 企业污染物排放在企业边界处应达到环境质量标准1 h平均浓度的要求.将我国现行环境空气质量标准中铅年均值按照环评导则折算系数(生态环境部, 2018b)折算, 铅企业边界理论浓度限值(1 h浓度限值)为0.003 mg · m^-3.

我国现行的国家污染物排放标准规定铅的企业边界浓度限值除电池工业为0.001 mg · m^-3外, 其他均为0.006 mg · m^-3, 该值制定时是基于1987年制定的居住区铅大气污染物小时浓度限值(原中华人民共和国卫生部, 1987)的4倍确定的, 是铅企业边界理论浓度限值的2倍, 一定时期内对保护企业周边公众免受铅污染发挥了重要作用.未来标准修订时, 建议铅的企业边界浓度限值可加严至0.003 mg · m^-3.

4 讨论(Discussion)

铅大气污染物环境质量标准和排放标准是开展铅污染防治工作的重要手段和依据, 其大气污染物标准限值的合理性与可行性极为重要.对于大气污染物铅的有组织排放限值, 目前国际上主要基于污染控制技术来确定, 如欧盟基于最佳可行技术(BAT)、美国基于最大可达控制技术(MACT)来确定.为保护公众健康, 本研究基于铅环境空气质量标准提出铅有组织排放限值的理论值与企业边界浓度限值, 然后再根据涉铅固定污染源类别及相应的经济技术可行性, 确定有组织排放建议限值, 既满足公众健康和生态环境的保护要求, 又具有经济技术可行性与可操作性.本研究提出的铅、锌熔炼炉窑与其他源的新建企业建议限值分别为2 mg · m^-3和0.5 mg · m^-3, 与当前国际上相应行业的排放限值基本一致.

严格执行铅大气污染物有组织排放浓度限值和企业边界浓度限值的规定, 能实现对企业铅污染的有效控制与公众健康的保护.但考虑到我国各地区环境特征(环境容量、地形地貌、气象条件等)千差万别, 对具体建设项目的污染控制应根据各污染源排放特性和周边环境特征通过环境影响评价提出明确要求, 例如项目选址选线、大气环境防护距离、烟囱高度及防护距离等, 以确保周边环境质量达标.同时在涉铅固定污染源集中度高、铅污染环境问题突出的地区, 地方应制定更加严格的污染控制和烟囱高度标准要求等, 以确保对周边环境空气质量及公众健康的有效保护.鉴于铅具有蓄积性, 即使企业达到了上述要求, 但在某一区域内长期排放, 会使污染逐渐加剧, 因此生态环境行政主管部门应对周围敏感区域环境质量(大气、土壤、水体等)定期开展监视性监测, 并适时开展环境后评估.达标排放只是最低、最基本的要求, 要防止发生“血铅超标”之类的环境健康问题, 必须采取综合防治措施, 通过加强产业结构调整、提升涉铅行业清洁生产水平、鼓励研发推广含铅烟气的高效收集与除铅技术、健全铅环境风险评估与防控体系、强化铅污染防治宣传教育等措施, 防治环境铅污染, 保障生态安全和公众健康.

5 结论(Conclusions)

1) 目前国际上铅大气污染物环境空气质量标准浓度限值在0.00015~0.0015 mg · m^-3, 主要分为两类, 一类是基于保护人体健康血铅临界水平的年均浓度限值0.0005 mg · m^-3, 以WHO为代表；另一类是基于大气铅暴露对儿童智商影响的季均浓度限值0.00015 mg · m^-3, 以美国为代表.我国铅环境空气质量标准年均限值与WHO的指导值一致.

2) 我国现行铅大气污染物排放标准体系基本覆盖了排放铅大气污染物的绝大部分固定排放源, 体系较为完整.与国际标准相比, 我国铅锌工业、工业炉窑、危险废物和生活垃圾焚烧大气污染物排放标准限值较为宽松, 其他源铅的大气排放浓度限值与国际水平基本一致.

3) 建议今后修订我国环境空气质量标准时考虑铅暴露对儿童智商影响, 对铅年均浓度和季均浓度限值进一步加严.

4) 为保护公众健康, 基于环境空气质量标准的铅大气污染物的理论排放限值为1.2~2.4 mg · m^-3, 考虑到我国的经济技术水平, 建议铅、锌熔炼源的铅大气污染物新建企业排放浓度限值为2 mg · m^-3；其他源的新建企业排放浓度建议限值为0.5 mg · m^-3.

5) 铅的企业边界无组织排放限值是保护企业边界附近公众健康的有效屏障, 建议铅的企业边界浓度限值(1 h浓度限值)为0.003 mg · m^-3.同时鉴于铅具有蓄积性, 建议加强环评力度及对企业周边环境敏感点的环境监测, 铅污染严重的地区应制定更加严格的污染控制和烟囱高度标准要求等, 并采取加强产业结构调整、提升涉铅行业清洁生产水平等其他综合措施, 防治环境铅污染, 保障生态安全和公众健康.