新发现|我国生活垃圾焚烧厂平均致癌风险高出可接受水平5倍

 

最新研究发现,我国生活垃圾焚烧厂导致的平均致癌风险比美国环保署定义的可接受水平高约5倍。该研究由南京大学和美国埃默里大学联合开展,研究结果发表在著名期刊《环境科学与技术》(Environmental Science andTechnology)上。

主要发现

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  1. 根据现场测试计算发现,我国垃圾焚烧大气二噁英的平均排放因子为1.2 μgTEQ/t(焚烧 1 吨垃圾,向空气释放1.2 μg 毒性当量的二噁英)。

  2. 2015年,中国 222 个垃圾焚烧炉共排放 76449 吨氮氧化物,25725 吨二氧化硫,16937 吨一氧化碳,9279 吨氯化氢,5629 吨颗粒物,33 吨铬,33 吨铅,20 吨汞,6 吨镉,4 吨镍,0.4 吨砷和 94 克毒性当量的二噁英。

  3. 总体而言,我国平均非致癌风险水平为 1.88×10-2, 95% 的置信区间(CI)为 1.87×10-2-1.90×10-2,远远低于最大可接受水平(非致癌风险水平≤1)。

  4. 全国平均致癌风险水平为 5.71×10-6, 95%的置信区间(CI)为 5.70×10-6-5.72×10-6,比美国环保署定义的可接受水平高约5倍(致癌风险水平≤1×10-6)。

  5. 镉、铬和铅对非致癌健康风险贡献最大;而铬因其毒性强且排放量相对较高,对致癌风险的贡献最大,超过了 96%。

  6. 17 个省的致癌风险超过了可接受的水平(致癌风险水平≤1×10-6),其中 7 个甚至高于10-5

研究方法

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截至2016年3月,中国大陆共有 224 家垃圾焚烧厂正常运营(由于缺乏数据,不包括香港,澳门和台湾的垃圾焚烧炉),垃圾焚烧处理能力为 214785 吨/天。224 个生活垃圾焚烧炉中有2 个容量为 2200 吨/天,由于缺乏有关其地理位置的信息而被排除在进一步分析之外。

图 1 显示了研究区内剩余的 222 个焚烧炉的空间位置。大多数焚烧炉集中在中国东部沿海地区。图 1 中红色标记的江苏、浙江和广东省是城市生活垃圾处理能力最强的三大省份。焚烧技术以炉排炉和流化床为主,占总量的 99%(72% 是炉排炉,28% 是流化床)。

图 1:全国垃圾焚烧厂空间分布(截至2016年3月)

研究人员根据文献综述中的局部排放因子和从每个焚烧炉收集的详细运行信息,编制了焚烧厂层面多个污染物的总量。而后,基于焚烧厂排放清单和从距离焚烧炉最近的气象站收集的气象信息构建了高斯羽流分散模型。最后,应用两个健康风险指数,即人口加权危险指数(非致癌风险水平)和致癌风险(致癌风险水平),来衡量中国城市生活垃圾焚烧与空气污染相关的健康风险。

由于缺乏数据,研究人员没有考虑该模型中大气的干湿沉降过程。这可能会产生一些不确定性或高估了环境污染物浓度。由于数据的可用性和方法的可靠性,研究人员也只把呼吸摄入作为描述垃圾焚烧风险特征的特定暴露途径。

研究结果

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1. 污染物总排放量

根据现场测试计算发现,垃圾焚烧大气二噁英的平均排放因子为1.2μgTEQ/t。

如图 2 所示,2015年,中国 222 个垃圾焚烧炉共排放 76449 吨氮氧化物,25725 吨二氧化硫,16937 吨一氧化碳,9279 吨氯化氢,5629 吨颗粒物,33 吨铬,33 吨铅,20 吨汞,6 吨镉,4 吨镍,0.4 吨砷和 94 克毒性当量的二噁英。

图 2:各种污染物的排放总量(红色为本研究结果)

2. 中国各地区的空气污染物排放异质性很强(图3)

如图 3A 所示,具有最高城市生活垃圾处理能力的江苏、浙江、广东和山东也是对中国城市生活垃圾焚烧炉排放的空气污染物排放量最大的四大省份。他们排放了12480 吨二氧化硫,37948 吨氮氧化物,7879 吨碳,4586 吨盐酸盐,2682 吨粒物,17 吨铬,16 吨铅,10 吨汞,3 吨镉,2 吨镍,0.2 吨砷和47 g-TEQ 二噁英,占2015年国家排放量的 47-51%。

而从人均排放量来看,靠前的为江苏、浙江、海南、福建、上海等五省市(图 3B)。

图 3:28省市垃圾焚烧污染物排放总量(A为总量,B为人均量)

3. 风险水平分析

表 1 呈现了全国平均非致癌风险水平(用HI 表示)和致癌风险水平(用 CR 表示)和现有研究的比较。总体而言,中国的全国平均非致癌风险水平为1.88×10-2, 95%的置信区间(CI)为1.87×10-2-1.90×10-2,远远低于最大可接受水平(非致癌风险水平≤1)。然而,全国平均致癌风险水平为5.71×10-6, 95%的置信区间(CI)为5.70×10-6-5.72×10-6,比美国环保署定义的可接受水平高约5倍(致癌风险水平≤1×10-6)。

表 1:全国垃圾焚烧风险水平(与其他研究对比)

风险因素的基本趋势是:

非致癌风险:镉>铬>铅>汞>镍>二噁英, 镉、铬和铅是对非致癌性健康风险贡献最大的主要成分,分别占47%,24% 和 16%。

致癌风险:铬>镉>二噁英>砷>镍, 而铬因其毒性强且排放量相对较高,对致癌风险的贡献超过了 96%。

图 4A 和图 4B 分别显示了在省级和县级可归因于垃圾焚烧的非致癌风险水平和致癌风险水平的空间分布。所有省份的非致癌作用都远低于最大可接受水平(非致癌风险水平≤1)。而华东地区的大部分、京津冀、广东、湖北、重庆、四川的非致癌风险较高。东北地区、河南、云南、海南、江西、湖南、陕西、广西、和山西均有中度非致癌风险。

图4:垃圾焚烧风险空间分布

对于致癌性影响,17 个省的致癌风险超过了可接受的水平(致癌风险水平≤1×10-6),其中 7 个甚至高于 10-5。具体而言,上海的致癌风险水平最高,其次是北京、江苏、浙江、天津、广东和福建。

从健康保护的角度来看,研究人员建议生态环境部(原环保部)采用空间分类策略,在致癌风险超过可接受水平的省份采取更严格的控制措施。

研究人员建议

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1. 推广垃圾的分类收集和粉碎,促进流化床技术的广泛应用

研究人员假设了两种情景,100% 流化床和 100% 炉排炉,从风险管理的角度来进行比较。结果显示(表2)

  • 在 100% 流化床情景下,致癌风险和非致癌风险水平分别下降 5.23×10-7 和 5.60×10-3。

  • 在 100% 炉排炉情景下,致癌风险水平和非致癌风险水平分别增加 2.10×10-6 和2.30×10-3

换句话说,即使技术创新停滞不前,只要在中国实现 100% 的流化床替代技术,哪怕仅在北京、天津、上海、江苏和浙江范围内实现,也可以将城市生活垃圾焚烧带来的风险限制在可接受的水平内。

不过,研究人员指出,流化床技术的应用需要更严格的条件,因为在流化床中燃烧的垃圾需要进行分类和切碎。因此,研究人员建议中国政府进一步推广垃圾的分类收集和粉碎,以促进流化床技术的广泛应用。

表 2:不同情境下全国垃圾焚烧风险水平均值

2. 提高排放标准

研究人员进一步分析, 100% 替换成流化床技术需要相对较长的时间。因此,提高排放标准应当作为协同解决方案。《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)与发达国家制定的标准相比,仍然存在显着差距,特别是在限制重金属排放方面。

为估算提高排放标准对潜在风险的降低量,研究人员将主要分析中的排放因子替换为AP42(空气污染物排放系数汇编)和 EEA-2016(EMEP/EEA 大气污染物排放清单指南2016年版)的排放因子来重新进行风险评估。根据 AP42 和 EEA-2016 替代方案,全国平均致癌风险分别降低 86% 和 96%,到了可接受水平范围内,全国平均非致癌风险水平分别降低 54% 和 90%(表2)。在省级上,北京、天津、上海、江苏、浙江、福建和广东在AP42 替换情景下的致癌风险值高于 10-6,而在  EEA-2016 替换场景下,没有哪个省的致癌风险高于 10-6 

在此基础上,研究人员建议中国政府为新技术创新提供法律和/或金钱激励垃圾焚烧炉生产商通过设定严格的欧洲排放标准。

3. 重设安全距离

研究人员观察到研究中大多数省份存在着人口和垃圾焚烧炉空间叠加分布导致风险放大的问题。例如,全国有 8060 万人居住在垃圾焚烧炉 5 公里范围内,约占这些垃圾焚烧炉所在城市总人口的 11%。如果我们假设生活在垃圾焚烧炉 5 公里、10 公里、20 公里、30 公里、40 公里和 50 公里内的人们搬走了,致癌风险水平将分别减少 10%、29%、60%、75%、83%和88%(图5)。该分析可为中国政府在新的城市生活垃圾焚烧项目中选址的具体距离限制提供了重要信息。

图 5:安全距离与健康风险的关系

原文索引:Toxicological Risk by Inhalation Exposure of Air Pollution Emitted fromChina’s Municipal Solid Waste Incineration. Qi Zhou, Jianxun Yang, Miaomiao Liu, YangLiu, Stefanie Sarnat, and Jun Bi

Environmental Science & Technology 2018 52 (20), 11490-11499

DOI:10.1021/acs.est.8b03352

编译:何玲辉  2018年11月5日

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