文献阅读 | 中国燃煤电厂改造措施带来重大汞相关健康效益
题目
China’s retrofitting measures in coal-fired power plants bring significant mercury-related health benefits
作者
Jiashuo Li, Sili Zhou, Wendong Wei, Jianchuan Qi, Yumeng Li, Bin Chen, Ning Zhang, Dabo Guan, Haoqi Qian, Xiaohui Wu, Jiawen Miao, Long Chen, Kuishuang Feng and Sai Liang
期刊
One Earth
时间
2020年12月
一作
单位
Institute of Blue and Green Development, Shandong University, Weihai 264209, P.R. China
链接
https://doi.org/10.1016/j.oneear.2020.11.012
摘要
大气汞排放会严重危害人类健康和生态环境，并且其能够在大气中进行远距离传输，从而对排放源以外的地区造成影响。全世界超过三分之一的重金属排放是由煤炭燃烧引起的，因此为了减少燃煤电厂汞的排放，包括中国在内的全球128个国家参与制定了水俣公约。中国在此承诺做出减少汞排放各种改进措施，主要聚焦在燃煤发电厂的改造，包括关闭小电厂、安装空气污染控制装置和提高发电效率。本研究将大气汞排放清单与中国汞风险源追踪模型相结合，评估了中国“十二五”期间通过改造措施减少汞排放所获得的健康效益。研究发现，2011~2015年期间，改造措施减少了23.51吨汞排放，阻止了114例死亡以及30484.77分智商下降。健康效益主要得益于CFPP的停产和APCD的安装，近50%的省级健康益处来自其他地区汞的减排。研究最后建议减少汞排放应考虑各种因素，如CFPP的地理位置、人口密度，及汞含量与汞离子减少权衡。
Figure 1 Graphical Abstract
引言
汞(Hg)是一种全球公认的污染物，汞是主要的重金属污染物之一，对人类和生态系统都构成巨大风险。汞一旦从排放源(例如燃煤发电厂的烟囱)排放，在大气循环中具有远距离传输的特性，就会随着大气循环参与大气迁移和沉积，在沉降后容易转化为毒性更大的甲基汞，并在陆地作物(如水稻)和水生食物网中(如海鱼)积累，严重危害人体的神经系统和心血管系统。MeHg作为一种剧毒物质，可由母体传播至胎儿，损伤胎儿脑组织，导致神经系统发育障碍，使胎儿智商(IQ)下降。MeHg暴露还可减弱omega-3不饱和脂肪酸的心血管保护作用，导致成人尤其是老年人心血管疾病风险增加。2010年，中国有7360例死于致命性心脏病与摄入甲基汞有关。此外，据报道，汞暴露还会导致其他症状，如健忘、运动功能失调、视野狭窄和生殖功能受损等。为了保护社会减少受汞危害，包括中国在内的128个国家签署了《汞问题水俣公约》(以下简称《水俣公约》)，这是一项旨在控制汞的具有法律约束力的国际条约，于2017年正式生效。
中国政府聚焦对燃煤发电厂CFPP进行改造，改造措施大体上可以分为三类：(1)关停小型火电机组(SUS)；(2)实施超低排放改造 (APCD)；(3) 提高机组发电效率(PGE)，这些改造措施对减少大气污染物和温室气体排放有很大贡献。现有文献大多关注常规污染物，对燃煤电厂汞减排及其健康效益的研究较为缺乏。此外，以往研究集中在国家或省级尺度，不能体现不同参数和技术水平燃煤电厂之间排放的特征差异，无法满足“一厂一策”的精细化管理需求。该研究针对上述研究问题，通过收集数千个燃煤电厂煤炭重金属含量、污控设施汞脱除效率和发电煤耗等特征参数，利用“自下而上”的清单编制方法和中国汞排放健康风险溯源模型，系统评估了中国“十二五”期间燃煤电厂 汞减排健康效益，为制定精细化汞减排政策提供了数据支撑。
研究收集了超过1000个点源燃煤电厂煤炭重金属含量、污控设施汞脱除效率和发电煤耗等特征参数，综合运用“自下而上”的大气汞清单编制方法和中国汞排放健康风险溯源模型，系统评估了“十二五”期间中国关停小火电、超低排放改造和能效提升等措施带来的汞减排及其相关的健康效益。展示了CFPP改造措施的汞减排和相关健康效益的高分辨率地图。然后综合考虑CFPP区位和人口密度等因素，比较不同改造措施的效益，为CFPP不同地区的改造提出针对性建议。这项研究的结果不仅为评估《水俣公约》在中国燃煤发电行业的实施情况提供科学依据，也为更完善的缓解战略提供实践参考。
研究结果
中国“十二五”期间燃煤电厂汞排放减少23.51吨，其中超低排放改造的减排量最大，达到了12.02吨（51.13%），其次是关停小火电（39.09%）和能效提升（9.78%）。从省份的角度来看，汞减排量居前三的省份分别为江苏、内蒙古和山东，占全国减排总量的近三成。此外，中国五大发电集团作为电力生产的主力军，贡献了超过一半的汞减排量。
Figure 2 Reduced Hg emissions by three retrofitting measures
研究发现“十二五”期间中国通过SUS、APCD以及PGE三种减排措施共减少了中国5.10吨的汞沉降，其中关停小火电贡献最大（46.67%），其次为超低排放改造（42.55%）和能效提升（10.78%）。汞沉降量减少最多的省份是内蒙古（0.38吨）、山东（0.36吨）和河北（0.35吨）。虽然江苏汞的减排量比内蒙古多，但内蒙古由于面积是江苏的十倍以上，导致内蒙古的汞沉降减排量是江苏1.5倍。
Figure 3 Spatial distribution of reduced Hg deposition over China and its surrounding areas
人口密度和汞排放形态也是影响健康效益的主要因素。例如，广东和贵州的汞沉降减排量较为相近，但由于广东的人口是贵州的三倍，导致广东获得的汞减排健康效益是贵州的5倍。此外，虽然新增污控设施带来的减排量最大，但安装选择性催化还原法脱硝装置会增加健康风险，导致其健康效益被削弱。
2011-2015年，中国煤电汞减排共避免了30484.77点智商损失和114例心脏病死亡，接近2010年煤电汞排放总量造成健康损失的十分之一。虽然新增污控设施带来的汞减排量最大，但关停小火电贡献了超过一半的健康效益，这是因为部分电厂安装选择性催化还原法脱销装置导致健康风险更大的Hg在排放中占比上升。此外，人口密度也会对健康效益产生较大影响。在关停小火电减排措施中，内蒙古比江苏减少了更多的汞沉降量，但江苏的人口是内蒙古的三倍以上，导致江苏获得的健康效益是内蒙古的十倍。
Figure 4 The spatial distributions of health benefits over China
研究还发现，由于大气传输的影响，全国各省区的汞减排健康效益呈现出显著的关联特性，将近一半的健康效益得益于跨区域影响。从其他地区煤电清洁改造中获得健康效益最大的省份为浙江、广东和江苏，与之相对应的是，山东、江苏和河北则是对汞减排跨区域健康效应贡献最大的省份。例如，山东省健康效益超过50%来源于其他省区的汞减排。同时，得益于山东省的汞减排，江苏、浙江和上海等省区避免了13例死亡。
Figure 5 Prevented deaths attributable to local and external Hg reduction
研究结论
中国燃煤电厂“十二五”期间的减排措施减少了大量汞排放，并带来了显著的健康效益。此外，该研究辨识了影响汞减排健康效益的关键因素，从未来减排重点、污控设施选择、减排效果评估和健康风险管控等角度提出了政策建议，而现存电厂可考虑引进专门针对汞污染的脱除设备，包括活性炭、有机催化剂等。在综合评估燃煤电厂污染物减排效果时，应当将健康效益作为评价指标之一，并分考虑不同省区的能源结构、人口密度、经济发展、技术水平和跨区域影响。研究为制定燃煤电厂精细化汞减排策略提供了数据基础和理论依据。
编辑&排版：潘羽杰
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