新發現|我國生活垃圾焚燒廠平均致癌風險高出可接受水平5倍

 

最新研究發現,我國生活垃圾焚燒廠導致的平均致癌風險比美國環保署定義的可接受水平高約5倍。該研究由南京大學和美國埃默里大學聯合開展,研究結果發表在著名期刊《環境科學與技術》(Environmental Science andTechnology)上。

主要發現

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  1. 根據現場測試計算發現,我國垃圾焚燒大氣二噁英的平均排放因子為1.2 μgTEQ/t(焚燒 1 噸垃圾,向空氣釋放1.2 μg 毒性當量的二噁英)。

  2. 2015年,中國 222 個垃圾焚燒爐共排放 76449 噸氮氧化物,25725 噸二氧化硫,16937 噸一氧化碳,9279 噸氯化氫,5629 噸顆粒物,33 噸鉻,33 噸鉛,20 噸汞,6 噸鎘,4 噸鎳,0.4 噸砷和 94 克毒性當量的二噁英。

  3. 總體而言,我國平均非致癌風險水平為 1.88×10-2, 95% 的置信區間(CI)為 1.87×10-2-1.90×10-2,遠遠低于最大可接受水平(非致癌風險水平≤1)。

  4. 全國平均致癌風險水平為 5.71×10-6, 95%的置信區間(CI)為 5.70×10-6-5.72×10-6,比美國環保署定義的可接受水平高約5倍(致癌風險水平≤1×10-6)。

  5. 鎘、鉻和鉛對非致癌健康風險貢獻最大;而鉻因其毒性強且排放量相對較高,對致癌風險的貢獻最大,超過了 96%。

  6. 17 個省的致癌風險超過了可接受的水平(致癌風險水平≤1×10-6),其中 7 個甚至高于10-5

研究方法

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截至2016年3月,中國大陸共有 224 家垃圾焚燒廠正常運營(由于缺乏數據,不包括香港,澳門和臺灣的垃圾焚燒爐),垃圾焚燒處理能力為 214785 噸/天。224 個生活垃圾焚燒爐中有2 個容量為 2200 噸/天,由于缺乏有關其地理位置的信息而被排除在進一步分析之外。

圖 1 顯示了研究區內剩余的 222 個焚燒爐的空間位置。大多數焚燒爐集中在中國東部沿海地區。圖 1 中紅色標記的江蘇、浙江和廣東省是城市生活垃圾處理能力最強的三大省份。焚燒技術以爐排爐和流化床為主,占總量的 99%(72% 是爐排爐,28% 是流化床)。

圖 1:全國垃圾焚燒廠空間分布(截至2016年3月)

研究人員根據文獻綜述中的局部排放因子和從每個焚燒爐收集的詳細運行信息,編制了焚燒廠層面多個污染物的總量。而后,基于焚燒廠排放清單和從距離焚燒爐最近的氣象站收集的氣象信息構建了高斯羽流分散模型。最后,應用兩個健康風險指數,即人口加權危險指數(非致癌風險水平)和致癌風險(致癌風險水平),來衡量中國城市生活垃圾焚燒與空氣污染相關的健康風險。

由于缺乏數據,研究人員沒有考慮該模型中大氣的干濕沉降過程。這可能會產生一些不確定性或高估了環境污染物濃度。由于數據的可用性和方法的可靠性,研究人員也只把呼吸攝入作為描述垃圾焚燒風險特征的特定暴露途徑。

研究結果

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1. 污染物總排放量

根據現場測試計算發現,垃圾焚燒大氣二噁英的平均排放因子為1.2μgTEQ/t。

如圖 2 所示,2015年,中國 222 個垃圾焚燒爐共排放 76449 噸氮氧化物,25725 噸二氧化硫,16937 噸一氧化碳,9279 噸氯化氫,5629 噸顆粒物,33 噸鉻,33 噸鉛,20 噸汞,6 噸鎘,4 噸鎳,0.4 噸砷和 94 克毒性當量的二噁英。

圖 2:各種污染物的排放總量(紅色為本研究結果)

2. 中國各地區的空氣污染物排放異質性很強(圖3)

如圖 3A 所示,具有最高城市生活垃圾處理能力的江蘇、浙江、廣東和山東也是對中國城市生活垃圾焚燒爐排放的空氣污染物排放量最大的四大省份。他們排放了12480 噸二氧化硫,37948 噸氮氧化物,7879 噸碳,4586 噸鹽酸鹽,2682 噸粒物,17 噸鉻,16 噸鉛,10 噸汞,3 噸鎘,2 噸鎳,0.2 噸砷和47 g-TEQ 二噁英,占2015年國家排放量的 47-51%。

而從人均排放量來看,靠前的為江蘇、浙江、海南、福建、上海等五省市(圖 3B)。

圖 3:28省市垃圾焚燒污染物排放總量(A為總量,B為人均量)

3. 風險水平分析

表 1 呈現了全國平均非致癌風險水平(用HI 表示)和致癌風險水平(用 CR 表示)和現有研究的比較。總體而言,中國的全國平均非致癌風險水平為1.88×10-2, 95%的置信區間(CI)為1.87×10-2-1.90×10-2,遠遠低于最大可接受水平(非致癌風險水平≤1)。然而,全國平均致癌風險水平為5.71×10-6, 95%的置信區間(CI)為5.70×10-6-5.72×10-6,比美國環保署定義的可接受水平高約5倍(致癌風險水平≤1×10-6)。

表 1:全國垃圾焚燒風險水平(與其他研究對比)

風險因素的基本趨勢是:

非致癌風險:鎘>鉻>鉛>汞>鎳>二噁英, 鎘、鉻和鉛是對非致癌性健康風險貢獻最大的主要成分,分別占47%,24% 和 16%。

致癌風險:鉻>鎘>二噁英>砷>鎳, 而鉻因其毒性強且排放量相對較高,對致癌風險的貢獻超過了 96%。

圖 4A 和圖 4B 分別顯示了在省級和縣級可歸因于垃圾焚燒的非致癌風險水平和致癌風險水平的空間分布。所有省份的非致癌作用都遠低于最大可接受水平(非致癌風險水平≤1)。而華東地區的大部分、京津冀、廣東、湖北、重慶、四川的非致癌風險較高。東北地區、河南、云南、海南、江西、湖南、陜西、廣西、和山西均有中度非致癌風險。

圖4:垃圾焚燒風險空間分布

對于致癌性影響,17 個省的致癌風險超過了可接受的水平(致癌風險水平≤1×10-6),其中 7 個甚至高于 10-5。具體而言,上海的致癌風險水平最高,其次是北京、江蘇、浙江、天津、廣東和福建。

從健康保護的角度來看,研究人員建議生態環境部(原環保部)采用空間分類策略,在致癌風險超過可接受水平的省份采取更嚴格的控制措施。

研究人員建議

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1. 推廣垃圾的分類收集和粉碎,促進流化床技術的廣泛應用

研究人員假設了兩種情景,100% 流化床和 100% 爐排爐,從風險管理的角度來進行比較。結果顯示(表2)

  • 在 100% 流化床情景下,致癌風險和非致癌風險水平分別下降 5.23×10-7 和 5.60×10-3。

  • 在 100% 爐排爐情景下,致癌風險水平和非致癌風險水平分別增加 2.10×10-6 和2.30×10-3

換句話說,即使技術創新停滯不前,只要在中國實現 100% 的流化床替代技術,哪怕僅在北京、天津、上海、江蘇和浙江范圍內實現,也可以將城市生活垃圾焚燒帶來的風險限制在可接受的水平內。

不過,研究人員指出,流化床技術的應用需要更嚴格的條件,因為在流化床中燃燒的垃圾需要進行分類和切碎。因此,研究人員建議中國政府進一步推廣垃圾的分類收集和粉碎,以促進流化床技術的廣泛應用。

表 2:不同情境下全國垃圾焚燒風險水平均值

2. 提高排放標準

研究人員進一步分析, 100% 替換成流化床技術需要相對較長的時間。因此,提高排放標準應當作為協同解決方案。《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485-2014)與發達國家制定的標準相比,仍然存在顯著差距,特別是在限制重金屬排放方面。

為估算提高排放標準對潛在風險的降低量,研究人員將主要分析中的排放因子替換為AP42(空氣污染物排放系數匯編)和 EEA-2016(EMEP/EEA 大氣污染物排放清單指南2016年版)的排放因子來重新進行風險評估。根據 AP42 和 EEA-2016 替代方案,全國平均致癌風險分別降低 86% 和 96%,到了可接受水平范圍內,全國平均非致癌風險水平分別降低 54% 和 90%(表2)。在省級上,北京、天津、上海、江蘇、浙江、福建和廣東在AP42 替換情景下的致癌風險值高于 10-6,而在  EEA-2016 替換場景下,沒有哪個省的致癌風險高于 10-6 

在此基礎上,研究人員建議中國政府為新技術創新提供法律和/或金錢激勵垃圾焚燒爐生產商通過設定嚴格的歐洲排放標準。

3. 重設安全距離

研究人員觀察到研究中大多數省份存在著人口和垃圾焚燒爐空間疊加分布導致風險放大的問題。例如,全國有 8060 萬人居住在垃圾焚燒爐 5 公里范圍內,約占這些垃圾焚燒爐所在城市總人口的 11%。如果我們假設生活在垃圾焚燒爐 5 公里、10 公里、20 公里、30 公里、40 公里和 50 公里內的人們搬走了,致癌風險水平將分別減少 10%、29%、60%、75%、83%和88%(圖5)。該分析可為中國政府在新的城市生活垃圾焚燒項目中選址的具體距離限制提供了重要信息。

圖 5:安全距離與健康風險的關系

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

編譯:何玲輝  2018年11月5日

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