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中国汞污染应对方案

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中国汞污染应对方案
  贵州铜仁的万山特区,这个曾举世闻名的中国“汞都”,在600余年开采历史和近45年的大量开采中,已面临枯竭。图为炼制工人挖二手材料来炼汞。 资料

冯新斌 张华

改革开放30多年以来,中国的经济发展虽然取得了举世瞩目的成就,但其生态环境也为此付出了沉痛的代价。在中国所面临的一系列环境问题中,汞污染问题是一个特殊的、广受世界关注的热点问题之一。在历经四年的艰苦谈判之后,今年1月19日,有关汞问题的政府间会议在瑞士再次召开,包括中国在内的140多个国家的政府谈判代表就限制使用汞的新公约《水俣汞公约》最终达成了一致。公约在汞的生产、流通、使用和排放等多方面进行了限制,将于今年10月在日本熊本县举行的会议上正式通过。

汞污染

为何引起全球性高度关注

与汞相比,其他重金属元素如镉、砷、铅、砷等污染问题同样不容忽视。但为何唯独汞污染问题会引起国际社会如此强烈的关注?这一问题除了与汞具有极强的生物毒性有关以外,还与其独特的“生物蓄积性”、“持久性”及“全球迁移性”等一系列环境化学行为及迁移特征有关。

汞暴露对健康的危害

汞是一种剧毒非必需元素,广泛存在于各类环境介质和食物链(尤其是鱼类)中,其踪迹遍布全球各个角落。所有的汞化合物对人类和动物都具有极强的毒性,其中以有机汞化合物(尤其是甲基汞和二甲基汞)的毒性为最。汞暴露对人体产生的危害程度取决于汞的暴露形式、暴露程度和暴露时间。

人体暴露于甲基汞的最主要途径是食用含有甲基汞的鱼。大部分人食用鱼类并不会引起健康问题,对甲基汞暴露最为敏感的人群主要是孕妇和婴幼儿。研究表明,甲基汞容易穿过血脑屏障,对中枢神经系统造成不可逆的损伤。虽然胎盘屏障可以阻止许多有毒元素,但甲基汞是一个例外,它可以通过胎盘屏障进入胎儿体内,在胎儿大脑和其他组织中蓄积到超过母体的浓度。此外,甲基汞还可以通过乳汁被传输到婴儿体内。由于婴幼儿的神经系统处在发育阶段,因此极容易受到甲基汞的损害,导致学习和处理信息能力的下降。此外,成年人暴露于甲基汞可能会导致遗传性毒性和免疫性毒性后果,并对生殖、肾、心血管和血液系统等产生不利影响。上世纪60年代举世震惊的日本“水俣病”导致了大量畸形婴儿的出生,就是因孕期妇女长期食用含有高含量甲基汞的鱼所造成的,这也是即将正式颁布的《水俣汞公约》命名的深刻寓意所在,旨在提醒人们牢记 “水俣病”公害事件造成的惨痛经验和历史教训。

虽然人体暴露于甲基汞的最主要途径是食用含有甲基汞的鱼或其他食物,但人们还可能暴露于工作场所或家庭危险浓度的汞蒸气。元素汞一旦暴露于空气就会蒸发并被人体吸入。很少量的元素汞(甚至一小滴)都可以使室内空气汞浓度提高到有害水平。人们呼吸受污染的空气时间越长,人体健康受到危害的可能性越大。高度暴露于汞蒸气中会引起严重的肺部、肠胃和神经系统损害。不过通过这种途径暴露于汞危害的人数一般非常少。

汞的长距离迁移、持久性及生物蓄积性

汞被公认为是通过大气进行跨国境传输的全球性有毒污染物。由于特殊的物理化学性质,汞是唯一主要以气态形式赋存于大气中的金属元素。零价态的汞具有较高的蒸气压 (0.18Pa),很容易通过挥发、扩散进入大气。由于汞具有较弱的水溶性和稳定的化学性质,很难进入水相(编注:指的是相似相溶原理,易溶于水的属于水相)或转化成其他易水溶的形态,因此,一旦进入大气,零价态汞就能长时间 (0.5-2年)居留在大气中,完成数万公里的长距离迁移,然后通过各种化学反应转为二价态的汞,并最终通过干湿沉降进入地表生态系统。汞的这一特殊性质导致其可以被传输到距排放源非常遥远的区域,甚至能迁移到远离任何排放源的北极地区发生沉降。

在一定的环境条件下,无机形态的汞可以被微生物活动或非生物作用转化为毒性更强的甲基汞。尽管在水环境中甲基汞含量很低,但在水生食物链中甲基汞容易被生物浓缩放大,其生物蓄积倍数可高达成千上万倍,从而达到对水生生物及人体极具危害性的含量。以上应该就是汞为什么被公认为全球性污染物并受到各国政府高度关注的重要原因。

历史和辩证地看待

中国和全球的汞排放

汞的开采、使用及排放是一个历史的累积过程,目前全球环境中分布的汞有很大一部分来自历史因素。因此,在谈及各个国家和地区对全球汞排放贡献率的问题时,理应用历史的眼光辩证地区别对待。遗憾的是,目前大部分国外(包括我们国内部分)媒体的报道总是简单片面地冠以“中国汞的生产、使用和排放量全球第一”或“中国是世界上汞的生产、使用和排放大国”等等,却很少强调西方发达国家才是历史上对全球汞排放扮演主要角色的这一重要却极容易被忽略的信息,从而可能对公众产生误导,并对中国的环境外交造成不利的国际舆论。

西方等发达国家是全球汞排放的主要贡献者

和工业革命前相比,工业革命后人为活动汞释放强度的不断增加已经导致大气汞浓度显著升高。目前全球大气汞的含量水平较工业革命前平均增加了约3倍左右。需要指出的是,正是经历了工业革命的西方发达国家和地区才是这一变化的直接贡献者。据估算,西方国家和地区在过去的前100多年中累积的排汞量就高达20多万吨,而中国则几乎为零。在上世纪80年代,美国等西方发达国家随着环境意识的觉醒普遍开始采取措施减少汞的排放。在此背景下,尽管中国已经在限制汞使用和排放方面做出了巨大努力,但由于煤电和有色金属冶炼等工业活动对汞需求量的持续增长,在发达国家排放量下降的背景下,中国近几年的人为排汞量在全球排放中的比重持续增大,每年达到600吨左右,被认为是全球第一。然而,这一数值和和西方的20多万吨相比仍然存在很大差距。

降低环境中汞含量是一项长期艰巨的任务

全球环境中的汞主要有三个来源:包括火山运动和岩石风化等因素的自然释放、在工业生产中的人为排放以及之前沉积下来的历史人为汞排放的再释放。近些年来,人们对全球人为源的汞排放清单进行了大量的研究,目前普遍认为,全球人为源每年约向大气排放2100吨汞。自然源汞释放的精确估算还存在一定难度,普遍接受的一个释放量范围是1000-4000吨。一些模型的估算指出,大气汞的再释放每年可向大气排放约2000吨的汞,约占沉降总量的50%左右。在上述三种因素中,人为排放仅占据1/3的份额。因此,即使最大限度地降低人为活动排放,短期之内要想显著地降低环境中汞的含量仍然不容乐观。

发达国家应为中国及其他发展中国家无偿提供技术和资金援助

国际汞公约的谈判和签署,除了环保的因素,更关系到中国政治经济的发展。由于汞的长距离迁移性,需要清醒地认识到实现“降低和恢复全球环境中的汞含量水平,让人类远离汞污染危害”这一目标注定是一项长期而艰巨的任务。由于中国在汞污染减排技术方面的研究才刚刚起步,而西方发达国家在相关领域已经积累了一二十年的发展经验,因此我们应该最大限度地争取让西方发达国家主动承担起他们的历史责任,对包括中国在内的发展中国家和地区的汞减排技术提供免费的技术和资金援助,真正达到“共同但有区别的责任”这一谈判原则。

中国环境汞污染状况

不容乐观

背景汞含量偏高

中国大部分区域(包括西南和东南地区)坐落在环太平洋汞矿化带上,因此土壤环境中汞的地质背景含量本身就偏高,再加上各种矿产开发和冶炼活动,导致大量的汞被释放到周围地表环境中。这些释放的汞还会通过大气排放和迁移的方式在其他一些偏远区域通过干湿沉降再次输入地表。此外,挥发性的汞极容易在一些偏远的对大气沉降极为敏感的高海拔山地形成富集和放大,最终对当地脆弱的生态系统造成威胁。有数据表明中国广义的山地共占全国陆地总面积的三分之二,其中,海拔高于1000米的山地和高原就超过了全国土地总面积的50%。因此,地形的截留效应可能使得中国境内排放的相当一部分汞仅在有限的区域内就完成了沉降。研究数据证实,中国一些偏远高海拔山地森林地区的地表土壤汞含量甚至超过了全国土壤汞平均值的3-5倍。

汞的生产、使用及排放量大

中国有色金属工业协会公布的数据显示,中国汞产量在过去十年来基本处于上升趋势,平均年产量为700吨左右,年产量从2000年的200吨增加到2010年的1600吨左右,年均增长接近150吨。早期汞使用量70%主要靠进口,2001年后随着进口受到限制以及目前在产的陕西旬阳汞矿资源趋于枯竭,导致原生汞产量供不应求。中国的汞大部分主要用于氯化汞触媒(占70%以上)。值得一提的是,与西方多采用石油为燃料不同,中国煤多油少的资源现状决定了中国PVC行业多采用电石法生产工艺。考虑到包括废汞触媒回收循环再利用等环节,中国每年汞的使用量估计超过1000吨。近期的全球人为源汞排放清单的计算结果表明,亚洲是全球人为向大气排汞最多的地区,每年约向大气排放了超过1000吨汞,约占全球排放总量的50%以上。尽管目前对中国的人为活动排汞清单的研究工作还很欠缺,但中国已被认为是全球大气汞排放最多的国家之一。目前学术界初步估算认为,中国人为源的大气汞排放量在500-700吨,其中对能源的较大需求及较为落后的污染排放控制能力是造成中国汞释放较多的主要原因。在各种排放行业中,燃煤和有色金属冶炼是中国两个最大的人为汞释放源,年均释放量约占总释放量的80%。

大气、土壤和水体等环境介质汞污染严重

长期大规模矿产开采/冶炼、部分行业对汞使用量的大量需求以及燃煤发电等行业的持续排放,导致了中国大部分地区大气、土壤和水体环境中的汞含量普遍偏高。监测数据表明,中国城市地区的气态总汞浓度(5.4-18.4 ng m-3)明显高于偏远地区(2.7-7.5 ng m-3),且二者均远高于欧美同类型地区的大气

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