工業廢水重金屬排放區域及行業分布格局

范小杉,羅 宏 (中國環境科學研究院清潔生產與循環經濟研究中心,北京 100012)

“十一五”以來,我國重金屬污染事件呈現高發態勢,對人體健康構成威脅,對區域經濟社會持續穩定發展也形成困擾,成為當前我國面臨的最嚴峻的環境問題.為遏制我國重金屬污染事件高發態勢,2011年2月,我國制定了第一個“十二五”國家規劃[1],確定國家總量控制重金屬包括汞、鎘、鉻、鉛、砷五類,并提出將對重點地區、重點行業進行集中治理.而目前國內重金屬污染研究文獻多針對重金屬污染形成機制及其危害途徑、治理修復技術、控制對策等展開探索[2-9],或對區域性重金屬污染狀態、特征、生態危害、環境效應等內容展開研究[10-23],而對全國性重金屬污染空間、行業格局及其演變趨勢缺少關注.工業廢水重金屬排放是區域重金屬污染的主要源頭,在此借助GIS數據平臺,采用GIS空間分析法對 2003～2010年我國工業廢水重金屬污染排放空間與行業格局展開分析,使工業廢水重金屬排放重點地區、重點行業分布格局及演變格局更為直觀,以求為有針對性的開展區域和行業重金屬污染治理提供借鑒.

1 資料來源與方法

1.1 數據資料來源

資料來源于 2004～2011年中國環境統計年鑒[24](即2003～2010年中國環境統計數據,臺灣、香港和澳門資料暫缺).

1.2 研究方法

1.2.1 描述性統計 由于工業廢水重五類重金屬排放量存在較大差異,有的年排放量達幾百 t,有的重金屬年排放量僅幾 t,全國各省之間排放量難以比較,為更直觀的比較省際之間各類重金屬排放量的差異,同時為了便于確定不同年度各類重金屬排放的重點控制地區,采用行業、地區工業廢水重金屬排放量占全國排放總量比重的統計方法,對省級行政區、主要行業工業廢水重金屬汞、鎘、鉻、鉛、砷排放現狀及動態變化趨勢進行分析.

1.2.2 GIS空間分析 核算2003年、2010年各省區工業廢水重金屬排放量占全國比重,并結合GIS技術平臺、各省區礦產資源分布圖[25]予以展示、比較和分析,以確定我國工業廢水中重金屬排放區域和行業分布格局及演變態勢.

2 結果與分析

2.1 研究結果

2.1.1 汞 湖南汞排放量及其占全國比重一直居全國首位;2003年工業廢水汞排放在南方的湖南、廣西、廣東三省和北方的遼寧、甘肅兩省較為集中,南方三省所占比重就超過70%,北方兩省所占比重約 20%;內蒙、四川、福建以及河北、河南、新疆5省比重都超過1%;至2010年,遼寧、甘肅所占比重大減,北方汞污染范圍縮小,但陜西所占比重(18.78%)大增,山西較大幅度增加、新疆也小幅增加;同時湖南、云南、福建、江西所占比重增加,南方污染范圍擴大,但廣西、廣東則呈下降態勢,六省所占比重約76%.同時排放量變化省際差異顯著,遼寧、湖南、甘肅、廣東省排放量逐年大幅下降,而福建、云南兩省在2003～2009年間排放量呈下降趨勢,但在2010年排放量卻高于2003年,而陜西在2008～2010年間卻呈持續增長趨勢.

行業格局:工業廢水重金屬汞排放主要集中在有色金屬、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬礦采選業、化學原料及化學制品制造業行業(表1).2003～2005年前后,有色金屬冶煉及壓延加工業、化學原料及化學制品業兩大行業占全行業比重大約在78%～83%之間,但在2003～2010年間,兩大行業排放量持續大幅度下降,至2010年兩行業所占比重已降到 48%;而黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬礦采選業減排進展緩慢,甚至在很多年份排放量還呈增加趨勢,以致兩大行業所占比重從2003年前后的3.7%增加到2009年的64%.

圖1 2003年、2010年工業廢水Hg排放省際格局對比Fig.1 Comparison chart of embodied Hg in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

表1 2003～2010年重點行業工業廢水汞排放量占全行業比重(%)Table 1 Hg emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

2.1.2 鎘 工業廢水鎘排放主要集中在 2大地區(圖2): 一是以湖南、廣西、江西為核心、包

圖2 2003年、2010年工業廢水Cd排放省際格局對比Fig.2 Comparison chart of embodied cadmium in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

括廣東等省在內的南方省區,是工業廢水鎘排放最為集中的分布區,其中湖南省排放量長期占全國首位,并呈向湖北、福建的擴散蔓延態勢,2010年上述六省所占比重之和接近 80%;二是以甘肅為核心包括青海、四川、云南在內的西部地區,并擴散到陜西省;而遼寧省2003年時占全國比重的21.02%僅次于湖南,由于產業結構調整遼寧省鎘排放量大幅度消減,到2010年排放量占全國比重僅 0.11%.從排放量變化情況看:遼寧省減排速率最高,2003～2010年年遞減幅度接近 60%;云南、安徽、青海年遞減幅度都超過 20%,甘肅、廣西兩省年遞減幅度也分別為16.37%和18.23%,但廣東、湖南年遞減率較低,分別為4.66%、5.72%;而江西、陜西兩省排放量呈上升趨勢,其中陜西2010年工業廢水中鎘排放量接近2003年的2倍,江西年遞增率也超過4%.

鎘排放主要集中在有色金屬及壓延加工業、有色金屬礦采選業、化學原料及化學制品制造業、黑色金屬冶煉及壓延加工業(表2).其中,有色金屬冶煉及壓延加工業排放量較高,2003年占全行業比重約 77%,此后持續降低,2010年降低到40.69%;其次是有色金屬礦采選業, 2003～2010年占全行業比重從 10.62%提高到 39.47%,在 2007年一度超過有色金屬冶煉及壓延加工業,占 47%的比重.化學原料及化學制品業所占比重 2003～2009年保持穩定,但2010年超過12%.

2.1.3 Cr6+Cr6+排放區域分布格局相對分散(圖3).2003年排放量主要集中在湖南、湖北、重慶、河南、四川、陜西為核心的中西部地區和以江蘇、浙江、福建、廣東為核心的東部沿海地區(圖3).2003～2010年,呈現向由中西部地區向東部及沿海省區集中趨勢.2010年江蘇、浙江、福建、廣東沿海四省排放量占全國比重之和約 49.3%.成為全國排放量最高的四省份;同時重慶、遼寧、吉林均有不同程度增加,而2003年時所占比重較高中西部省區比重明顯下降.從排放量變化看,福建省排放量增加最為迅速,年遞增幅度高達16.5%;江西年遞增率也超過3%;江蘇、浙江、廣東沿海三省波動趨勢明顯;湖南在2003～2006年4年間Cr6+排放量一直居全國首位,但從2007年開始,沿海四省排放量均超過湖南.

表2 2003～2010年重點行業工業廢水鎘排放量占全行業比重(%)Table 2 Cd emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

圖3 2003年、2010年工業廢水Cr6+排放省際格局對比Fig.3 Comparison chart of embodied Cr6+ in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

Cr6+排放行業分布也較為分散(表 3),其中金屬制品業2003～2010期間排放量占全行業比重從29%上升到近40%,而皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業在2005年所占比重超過20%,此后又所下降但在2010年也超過13%;有色金屬冶煉及壓延加工業、化學原料及化學制品制造業兩大行業 2003年時占有比重較高,但減排成效顯著;黑色金屬冶煉及壓延加工業波動態勢明顯;而非金屬礦物制品業排放量年遞增幅度超過52%,通用設備制造業、專用設備制造業都呈增加態勢.2.1.4 鉛 2003年工業廢水鉛排放主要集中在以湖南、廣西、廣東、江西在內的南方四省區(占全國比重約55%),和西部甘肅、云南、青海三省,以及內蒙古、遼寧和江蘇省,四川、湖北、貴州、安徽、陜西也有一定量排放(圖4);到2010年,西部甘肅、陜西省排放量大幅增加,兩省排放量占全國比重約 31%,其中甘肅省排放量超過湖南而位居全國首位;而南方四省區所占比重仍超過50%,除湖南省比重降低,廣西降幅緩慢,廣東、江西及周邊的福建、湖北比重增加;而內蒙古和西部青海、四川、貴州、云南四省區則有所降低,整個東部沿海地區,除遼寧、江蘇外,排放量占全 國比重都呈上升趨勢.

表3 2003～2010年重點行業工業廢水Cr6+排放量占全行業比重(%)Table 3 Cr6+ emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

圖4 2003年、2010年工業廢水Pb排放省際格局對比Fig.4 Comparison chart of embodied lead in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

由表4可見,工業廢水鉛排放主要集中在有色金屬礦采選業、有色金屬、黑色金屬冶煉及壓延加工業、化學原料及化學制品制造業四大部門.其中有色金屬冶煉及壓延加工業在 2003年工業廢水鉛排放量占全國首位,而此后排放量逐年下降,到 2010年占全行業比重降低為 20.3%;而有色金屬礦采選業,2010年排放量位居首位位,占全行業比重超過61%;黑色金屬冶煉及壓延加工業2003～2010年間年減排速率最快,超過30%;另外,化學原料及化學制品制造業年減排速率也超過 24%.可見,有色金屬礦采選業和其他行業相比,鉛排放控制有待加強,年減排速率還有待大幅度提高.

2.1.5 砷 2003年砷排放主要集中在以湖南為核心,包括江西、湖北、廣西、廣東在內的南方五省區和西部云南、西藏、甘肅三省區以及安徽、江蘇等地,其中湖南、甘肅、云南排放量最為大,三省排放量之和占全國比重超過 65%(圖5).2003～2010年間,甘肅、云南、西藏等西部省區以及東部的遼寧、江蘇省排放量大量減少,占全國比重也大幅縮減,排放重點區域呈向以湖南為核心南方省區集中趨勢;2010年湖南、廣西、江西三省區排放量占全國比重超過 70%;周邊的湖北、廣東、福建和陜西省所占比重也有所增加.從排放量變化看,云南省減排速率最快,年遞減幅度接近 36%,湖北省次之(23.3%),排放量一直高居全國首位的湖南省年遞減率僅為8.3%,江西省接近 8%;甘肅省在 2004～2005年間年遞增率約231.6%,而在2009～2010年間遞減率達93%;而廣西省在 2003～2007年間排放量持續增加,此后逐年減少.

表4 2003～2010年重點行業工業廢水Pb排放量占全行業比重(%)Table 4 Pb emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010 (%)

圖5 2003年、2010年工業廢水As排放省際格局對比Fig.5 Comparison chart of embodied arsenic in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

表5 2003～2010年重點行業工業廢水As排放量占全行業比重(%)Table 5 As emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

有色金屬冶煉及壓延加工業、化學原料及化學制品制造業、有色金屬礦采選業是工業廢水重金屬砷排放的三大行業(表5),在2003～2010年工業廢水中砷排放總量占全行業比重一直在 90%以上.但三大行業砷排放波動趨勢都十分顯著.其中,有色金屬冶煉及壓延加工業工2003～2006年排放量都占全行業首位,但從2005年開始排放量逐年下降, 2010年占全行業比重為 19.9%;而有色金屬礦采選業 2003年排放量占全國比重為19%,但在2007～2009年,排放量占全行業比重超過45%,最高值2009年甚至高達58%;化學原料及化學制品制造業排放總量呈逐年減少趨勢,但2010年排放量占全國首位,占全行業比重接近41%.

2.2 研究結果總體分析

從區域分布看,目前我國重金屬污染主要集中在三大地區:一時以湖南為核心、包括江西、云南、廣西在內的南方省區;二是廣東、福建、浙江、江蘇在內的東部沿海地區;三是北方甘肅、陜西兩省.從各地區重金屬污染類別看, Cr6+排放東部沿海省區更為嚴重,汞、鎘、鉛、砷排放南方省區以及北方甘肅、陜西省所占比重更高.從2003～2010年變化格局看:汞污染北方遼寧、甘肅、內蒙古、河北、河南四省及廣西省有所減輕,但陜西、山西以及湖南、福建、安徽污染加重;鎘污染遼寧、甘肅、青海等地有所減輕,但陜西及湖南、福建、江西、廣東形勢加重;而 Cr6+污染呈現向由中西部地區向東部及沿海省區集中趨勢;鉛污染北方內蒙、遼寧及青海、云南、江蘇有所減輕,但江西、福建有加重趨勢;砷污染西部甘肅、云南有所減輕,但湖南、江西、廣西、福建和陜西卻呈加重趨勢.其中有色金屬礦資源豐富的湖南省,2003～2010年多種類別重金屬排放量長期居全國首位,是我國重金屬污染最為嚴重的地區;而2003年前后多類重金屬排放量較高的遼寧省,在2005前后由于產業結構升級減排效率最為顯著,但該省 Cr6+排放量占全國比重卻呈增加態勢.

從重金屬污染行業分布看:汞、鎘、鉛、砷四類重金屬污染行業分布主要集中在有色金屬、黑色金屬采選、冶煉、壓延加工業、化學原料及化學制品業;而六價鉻污染行業分布相對分散,目前更多集中在金屬制品業、皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業、非金屬礦物制品業及有色和黑色金屬采選、冶煉、壓延加工行業;從2003～2010年行業排放量變化格局看:黑色、有色金屬冶煉、壓延加工業工業廢水重金屬排放量比重總體呈減少趨勢,而金屬礦采選業比重卻呈增加趨勢;化學原料及化學制品業汞、鎘、鉻排放比重減少,但砷排放比重呈增加態勢,鉛排放比重相對保持穩定.

結合區域資源稟賦和產業格局看,南方省區、北方甘肅、陜西等地區的重金屬污染主要與當地金屬類礦產資源豐富,因此有色金屬、黑色金屬礦采選、冶煉和加工行業在區域產業結構中占有比重較大密切相關;而東部沿海地區重金屬污染則更多與當地電子、電器及運輸設備制造業、化工行業,金屬制品業、紡織業、皮革制品業等重金屬污染型企業分布較為密集有關,另外廣東、福建也有金屬礦產資源及其采選、冶煉和加工行業分布,因此兩省各類重金屬減排相對緩慢.

3 結語

我國工業廢水汞、鎘、鉛、砷四類重金屬排放主要集中在有色金屬礦資源豐富的省區,而六價鉻污染則更多分布于東部沿海經濟發達地區.2003～2010年各地區不同類別重金屬年減排速率存在較大差異,陜西、福建、廣西等地區部分類別重金屬排放量還呈增加趨勢,另有省區排放量年際波動十分劇烈.而行業分析顯示:金屬礦采選行業減排成效嚴重滯后于冶煉、壓延加工行業,而化學原料及化學制品業砷減排成效滯后于汞、鎘、鉻減排成效.即區域和行業重金屬類別及排放特征及減排成效上存在巨大差異,為更好取得重金屬污染治理成效,重金屬減排技術、對策研究有待進一步探索.

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