中元节,我们来聊聊祭品焚烧对环境的污染

焚烧祭品作为一种丧葬习俗,在我国非常普遍。这两天是 “中元节”(七月半,鬼节),各地都有通过焚烧纸钱纸衣等祭品来祭念逝去的先祖和亲人的习俗。而除了中元节,葬礼、“斋七”、上巳节清明节和寒衣节等也要烧祭品。由于死亡人数众多,每年的火化和随之焚烧的祭品数量非常大。


图1 焚化炉焚烧祭品的场所

 

焚烧祭祀用品(如冥纸、花圈、道教纸艺、元宝纸和布)会产生大量有害的空气污染物,包括颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和非甲烷总烃(NMHC)等。这些物质进入大气中将参与大气光化学反应。此外,颗粒物中大量的有机碳、元素碳、无机离子和重金属可以直接或间接地影响太阳辐射,从而改变大气的辐射平衡和光化学性质。这些变化反过来又导致大气雾霾,严重影响环境和人类健康。
2015年,《火葬场空气污染物排放标准》((GB13801-2015)(以下简称“标准”)发布后,部分火葬场已设立特别焚化炉作祭祀用途。然而,无组织的,个人焚烧的祭品仍然普遍。即使在那些专门设立焚化炉焚烧祭品的火葬场,大多数火葬场也没有安装烟气净化系统。结果,污染物未经净化直接排放到大气中,对周边地区的环境和人体健康造成严重影响。

遗物祭品焚烧大气污染物排放限值
虽然祭品的有形排放和污染比较严重,但出于习惯,这种污染往往被忽视,污染排放和排放因素的量化以及污染控制措施的制定也比较欠缺。

最近,来自北京市环境保护研究所国家城市环境污染控制工程技术研究中心和民政部污染控制重点实验室等机构的研究人员,通过对香纸、花圈、道家纸艺和元宝纸这四种常见和典型的祭品进行焚烧实验后发现

 

1. 焚烧祭品所产生的烟气对周围环境有相当大的影响。 一氧化碳和总悬浮颗粒物的排放浓度严重超过国家排放标准。 
2. 非甲烷总烃的排放是火葬场气味的最重要来源,如果人们长期暴露在环境中,他们的健康将受到威胁。

3. 在四种祭品中,元宝纸的平均排放系数最大,这主要是由于其独特的涂层材料所致。

图2 实验中使用的四种祭品
研究结果
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1. 一氧化碳的排放浓度和平均浓度最高

 

从图 3 中可以看出,四种祭祀品焚烧过程中排放的污染物(二氧化硫、氮氧化物、非甲烷总烃、一氧化碳)的变化是相似的。初期污染物浓度迅速增加,但随着温度的逐渐升高,燃烧效率提高,污染物浓度略有下降。在气体污染物中,一氧化碳的排放浓度最高,达 143.52 mg/m3说明祭品不能完全燃烧;紧随其后的是非甲烷总烃和氮氧化物;二氧化硫浓度最低,变化最平稳。

图3 四种祭品焚烧过程中气体污染物排放浓度的变化

对比祭品焚烧产生的大气污染物的平均浓度(图 4)可以发现,一氧化碳的平均浓度最高,为62.14 mg/m3,折算成 11% 的氧含量,则为 621.4 mg/m3,是标准的 3.1 倍总悬浮颗粒物浓度(折算成 11% 的氧含量后,浓度为 142.9 mg/m3)是国家排放标准的 1.8 倍。

 

图4 四种祭品焚烧污染物的平均排放浓度
 
2. 元宝纸的大气污染物排放强度最大
四种典型焚烧祭品的六种污染物的总体平均排放因子中,元宝纸的大气污染物排放强度最大,为 11.33 kg/t,这主要是由于其独特的涂层材料决定的。并且,由于涂层,元宝纸变得更加不易燃。

图 5 显示了四种祭品焚烧过程中二氧化硫、氮氧化物、非甲烷烃类、一氧化碳、PM10和PM2.5 的排放因子,分别为 (0.47 ± 0.17) kg/t, (2.46 ±0.35) kg/t, (5.78 ± 2.41) kg/t, (32.40 ± 8.80) kg/t, (4.23 ± 0.71) kg/t 和 (2.62 ± 0.48) kg/t,其中一氧化碳的排放因子最大,这主要是由于祭品的燃烧不足导致的。而在不同的祭品中,元宝纸一氧化碳的排放因子大于纸钱、花圈和道教纸艺,表明元宝纸的燃烧效率低于其他祭品。此外元宝纸中 PM10 和PM2.5 的排放因子也最大,分别为 5.42 kg/t 和 3.44 kg/t。

 

 
图5 祭品焚烧产生的有害空气污染物排放因子
 
非甲烷总烃的排放因子大于二氧化硫、氮氧化物、PM10 或 PM2.5。元宝纸非甲烷总烃的排放因子最大,为 9.44 kg/t,这一结果可能与元宝纸独特的涂层材料有关。
 
3. PM2.5化学成分分析结果

由于 PM2.5 更容易被吸入,因此研究人员对 PM2.5 进行了化学成分分析。

 

图6 祭品焚烧产生PM2.5的化学成分百分比
 
 
>> PM 2.5 中有机碳所占比例最高

焚烧烟气中有机碳和元素碳的平均质量浓度分别为大气 PM2.5 中有机碳和元素碳的 348 倍和 707 倍。因此,祭品焚烧产生的烟气直接排放到大气中,将对周围的空气和环境产生很大的影响。

 

图7 祭品焚烧产生的 PM2.5 中有机碳和元素碳的浓度
 
此外,PM2.5 的有机碳/元素碳比值可以用来判断二次污染的存在:如果有机碳/元素碳 > 2,则存在二次有机碳;若有机碳/元素碳 < 2,则可忽略二次有机碳。祭品焚烧产生的PM2.5中有机碳/元素碳比值为 2.1,说明烟气中存在二次有机碳,二次形成的气溶胶会对大气造成污染。
>> PM2.5 中氯离子浓度最高

PM2.5中 8 种水溶性无机离子中,氯离子(Cl – 的浓度最高,为 1.40 mg/m3主要来源于表面的塑料保护膜;钠离子(Na其次,为 0.62 mg m−3;Cl –、Na+、Ca2+、NH4+、SO42-的浓度明显高于 K+、Mg2+、NO3-,占无机离子总量的 89.0%。

 

图 8 祭品焚烧产生的PM2.5中水溶性离子的浓度和百分比
 
 
>> PM2.5 中铝元素浓度最高
祭品焚烧产生的PM2.5中检测到的 27 种元素中,铝、钾、钠、铁、镁、钙占总元素的 92.8%,并且铝的浓度最高。
焚烧花圈产生的颗粒物中某些金属的浓度远远高于纸钱、道教纸艺和元宝纸。 例如,铝的浓度是元宝纸的 3.3 倍,钾的浓度是元宝纸的 7.0 倍。这可能是由于花圈制作过程中使用了金属丝。

这说明,祭祀所用的材料对颗粒物的组成有很大的影响。

 

图9 焚烧祭品产生的 PM2.5 中金属元素的浓度
 
4.与其他燃烧源排放量相比较,祭品焚烧造成的污染更大
研究人员将祭品焚烧与火化、秸秆焚烧等类似燃烧源进行对比,发现有害空气污染物的排放水平基本相同,祭品焚烧氮氧化物排放强度略高,颗粒物的排放因子相对较低。然而,秸秆的焚烧大多是季节性的或短期的,而祭品的焚烧更为常见和规律,从而造成的危害更大。

研究人员建议

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1. 建议将非甲烷总烃和挥发性有机化合物列入排放标准,并敦促污染物产生方安装活性炭喷射装置,以减少排放。
 
2. 选择有机物含量较低的材料,减少涂层,从而减少祭品焚烧过程中非甲烷烃类的排放
3. 火葬场应控制祭品的焚烧量,选择具有易燃、危险物质含量低的祭品种类。

4. 为了减少排放,政府应制定相应的文件,监督火葬场安装烟气净化系统。

参考文献:Zhang, S.; Zhong, L.; Chen, X.; Liu, Y.; Zhai, X.; Xue, Y.; Wang, W.; Liu, J.; Xu, K. Emissions Characteristics of Hazardous Air Pollutants from the Incineration of Sacrificial Offerings. Atmosphere 2019, 10, 332.(文末点击“阅读原文”可下载)

翻译:郑悦;校对/编辑:何玲辉。

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