工业废水重金属排放区域及行业分布格局

范小杉,罗 宏 (中国环境科学研究院清洁生产与循环经济研究中心,北京 100012)

“十一五”以来,我国重金属污染事件呈现高发态势,对人体健康构成威胁,对区域经济社会持续稳定发展也形成困扰,成为当前我国面临的最严峻的环境问题.为遏制我国重金属污染事件高发态势,2011年2月,我国制定了第一个“十二五”国家规划[1],确定国家总量控制重金属包括汞、镉、铬、铅、砷五类,并提出将对重点地区、重点行业进行集中治理.而目前国内重金属污染研究文献多针对重金属污染形成机制及其危害途径、治理修复技术、控制对策等展开探索[2-9],或对区域性重金属污染状态、特征、生态危害、环境效应等内容展开研究[10-23],而对全国性重金属污染空间、行业格局及其演变趋势缺少关注.工业废水重金属排放是区域重金属污染的主要源头,在此借助GIS数据平台,采用GIS空间分析法对 2003～2010年我国工业废水重金属污染排放空间与行业格局展开分析,使工业废水重金属排放重点地区、重点行业分布格局及演变格局更为直观,以求为有针对性的开展区域和行业重金属污染治理提供借鉴.

1 资料来源与方法

1.1 数据资料来源

资料来源于 2004～2011年中国环境统计年鉴[24](即2003～2010年中国环境统计数据,台湾、香港和澳门资料暂缺).

1.2 研究方法

1.2.1 描述性统计 由于工业废水重五类重金属排放量存在较大差异,有的年排放量达几百 t,有的重金属年排放量仅几 t,全国各省之间排放量难以比较,为更直观的比较省际之间各类重金属排放量的差异,同时为了便于确定不同年度各类重金属排放的重点控制地区,采用行业、地区工业废水重金属排放量占全国排放总量比重的统计方法,对省级行政区、主要行业工业废水重金属汞、镉、铬、铅、砷排放现状及动态变化趋势进行分析.

1.2.2 GIS空间分析 核算2003年、2010年各省区工业废水重金属排放量占全国比重,并结合GIS技术平台、各省区矿产资源分布图[25]予以展示、比较和分析,以确定我国工业废水中重金属排放区域和行业分布格局及演变态势.

2 结果与分析

2.1 研究结果

2.1.1 汞 湖南汞排放量及其占全国比重一直居全国首位;2003年工业废水汞排放在南方的湖南、广西、广东三省和北方的辽宁、甘肃两省较为集中,南方三省所占比重就超过70%,北方两省所占比重约 20%;内蒙、四川、福建以及河北、河南、新疆5省比重都超过1%;至2010年,辽宁、甘肃所占比重大减,北方汞污染范围缩小,但陕西所占比重(18.78%)大增,山西较大幅度增加、新疆也小幅增加;同时湖南、云南、福建、江西所占比重增加,南方污染范围扩大,但广西、广东则呈下降态势,六省所占比重约76%.同时排放量变化省际差异显著,辽宁、湖南、甘肃、广东省排放量逐年大幅下降,而福建、云南两省在2003～2009年间排放量呈下降趋势,但在2010年排放量却高于2003年,而陕西在2008～2010年间却呈持续增长趋势.

行业格局:工业废水重金属汞排放主要集中在有色金属、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属矿采选业、化学原料及化学制品制造业行业(表1).2003～2005年前后,有色金属冶炼及压延加工业、化学原料及化学制品业两大行业占全行业比重大约在78%～83%之间,但在2003～2010年间,两大行业排放量持续大幅度下降,至2010年两行业所占比重已降到 48%;而黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属矿采选业减排进展缓慢,甚至在很多年份排放量还呈增加趋势,以致两大行业所占比重从2003年前后的3.7%增加到2009年的64%.

图1 2003年、2010年工业废水Hg排放省际格局对比Fig.1 Comparison chart of embodied Hg in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

表1 2003～2010年重点行业工业废水汞排放量占全行业比重(%)Table 1 Hg emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

2.1.2 镉 工业废水镉排放主要集中在 2大地区(图2): 一是以湖南、广西、江西为核心、包

图2 2003年、2010年工业废水Cd排放省际格局对比Fig.2 Comparison chart of embodied cadmium in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

括广东等省在内的南方省区,是工业废水镉排放最为集中的分布区,其中湖南省排放量长期占全国首位,并呈向湖北、福建的扩散蔓延态势,2010年上述六省所占比重之和接近 80%;二是以甘肃为核心包括青海、四川、云南在内的西部地区,并扩散到陕西省;而辽宁省2003年时占全国比重的21.02%仅次于湖南,由于产业结构调整辽宁省镉排放量大幅度消减,到2010年排放量占全国比重仅 0.11%.从排放量变化情况看:辽宁省减排速率最高,2003～2010年年递减幅度接近 60%;云南、安徽、青海年递减幅度都超过 20%,甘肃、广西两省年递减幅度也分别为16.37%和18.23%,但广东、湖南年递减率较低,分别为4.66%、5.72%;而江西、陕西两省排放量呈上升趋势,其中陕西2010年工业废水中镉排放量接近2003年的2倍,江西年递增率也超过4%.

镉排放主要集中在有色金属及压延加工业、有色金属矿采选业、化学原料及化学制品制造业、黑色金属冶炼及压延加工业(表2).其中,有色金属冶炼及压延加工业排放量较高,2003年占全行业比重约 77%,此后持续降低,2010年降低到40.69%;其次是有色金属矿采选业, 2003～2010年占全行业比重从 10.62%提高到 39.47%,在 2007年一度超过有色金属冶炼及压延加工业,占 47%的比重.化学原料及化学制品业所占比重 2003～2009年保持稳定,但2010年超过12%.

2.1.3 Cr6+Cr6+排放区域分布格局相对分散(图3).2003年排放量主要集中在湖南、湖北、重庆、河南、四川、陕西为核心的中西部地区和以江苏、浙江、福建、广东为核心的东部沿海地区(图3).2003～2010年,呈现向由中西部地区向东部及沿海省区集中趋势.2010年江苏、浙江、福建、广东沿海四省排放量占全国比重之和约 49.3%.成为全国排放量最高的四省份;同时重庆、辽宁、吉林均有不同程度增加,而2003年时所占比重较高中西部省区比重明显下降.从排放量变化看,福建省排放量增加最为迅速,年递增幅度高达16.5%;江西年递增率也超过3%;江苏、浙江、广东沿海三省波动趋势明显;湖南在2003～2006年4年间Cr6+排放量一直居全国首位,但从2007年开始,沿海四省排放量均超过湖南.

表2 2003～2010年重点行业工业废水镉排放量占全行业比重(%)Table 2 Cd emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

图3 2003年、2010年工业废水Cr6+排放省际格局对比Fig.3 Comparison chart of embodied Cr6+ in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

Cr6+排放行业分布也较为分散(表 3),其中金属制品业2003～2010期间排放量占全行业比重从29%上升到近40%,而皮革、毛皮、羽毛(绒)及其制品业在2005年所占比重超过20%,此后又所下降但在2010年也超过13%;有色金属冶炼及压延加工业、化学原料及化学制品制造业两大行业 2003年时占有比重较高,但减排成效显著;黑色金属冶炼及压延加工业波动态势明显;而非金属矿物制品业排放量年递增幅度超过52%,通用设备制造业、专用设备制造业都呈增加态势.2.1.4 铅 2003年工业废水铅排放主要集中在以湖南、广西、广东、江西在内的南方四省区(占全国比重约55%),和西部甘肃、云南、青海三省,以及内蒙古、辽宁和江苏省,四川、湖北、贵州、安徽、陕西也有一定量排放(图4);到2010年,西部甘肃、陕西省排放量大幅增加,两省排放量占全国比重约 31%,其中甘肃省排放量超过湖南而位居全国首位;而南方四省区所占比重仍超过50%,除湖南省比重降低,广西降幅缓慢,广东、江西及周边的福建、湖北比重增加;而内蒙古和西部青海、四川、贵州、云南四省区则有所降低,整个东部沿海地区,除辽宁、江苏外,排放量占全 国比重都呈上升趋势.

表3 2003～2010年重点行业工业废水Cr6+排放量占全行业比重(%)Table 3 Cr6+ emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

图4 2003年、2010年工业废水Pb排放省际格局对比Fig.4 Comparison chart of embodied lead in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

由表4可见,工业废水铅排放主要集中在有色金属矿采选业、有色金属、黑色金属冶炼及压延加工业、化学原料及化学制品制造业四大部门.其中有色金属冶炼及压延加工业在 2003年工业废水铅排放量占全国首位,而此后排放量逐年下降,到 2010年占全行业比重降低为 20.3%;而有色金属矿采选业,2010年排放量位居首位位,占全行业比重超过61%;黑色金属冶炼及压延加工业2003～2010年间年减排速率最快,超过30%;另外,化学原料及化学制品制造业年减排速率也超过 24%.可见,有色金属矿采选业和其他行业相比,铅排放控制有待加强,年减排速率还有待大幅度提高.

2.1.5 砷 2003年砷排放主要集中在以湖南为核心,包括江西、湖北、广西、广东在内的南方五省区和西部云南、西藏、甘肃三省区以及安徽、江苏等地,其中湖南、甘肃、云南排放量最为大,三省排放量之和占全国比重超过 65%(图5).2003～2010年间,甘肃、云南、西藏等西部省区以及东部的辽宁、江苏省排放量大量减少,占全国比重也大幅缩减,排放重点区域呈向以湖南为核心南方省区集中趋势;2010年湖南、广西、江西三省区排放量占全国比重超过 70%;周边的湖北、广东、福建和陕西省所占比重也有所增加.从排放量变化看,云南省减排速率最快,年递减幅度接近 36%,湖北省次之(23.3%),排放量一直高居全国首位的湖南省年递减率仅为8.3%,江西省接近 8%;甘肃省在 2004～2005年间年递增率约231.6%,而在2009～2010年间递减率达93%;而广西省在 2003～2007年间排放量持续增加,此后逐年减少.

表4 2003～2010年重点行业工业废水Pb排放量占全行业比重(%)Table 4 Pb emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010 (%)

图5 2003年、2010年工业废水As排放省际格局对比Fig.5 Comparison chart of embodied arsenic in provincial industrial waste water between 2003 and 2010

表5 2003～2010年重点行业工业废水As排放量占全行业比重(%)Table 5 As emissions proportions of key industries in national industrial waste water from 2003 to 2010(%)

有色金属冶炼及压延加工业、化学原料及化学制品制造业、有色金属矿采选业是工业废水重金属砷排放的三大行业(表5),在2003～2010年工业废水中砷排放总量占全行业比重一直在 90%以上.但三大行业砷排放波动趋势都十分显著.其中,有色金属冶炼及压延加工业工2003～2006年排放量都占全行业首位,但从2005年开始排放量逐年下降, 2010年占全行业比重为 19.9%;而有色金属矿采选业 2003年排放量占全国比重为19%,但在2007～2009年,排放量占全行业比重超过45%,最高值2009年甚至高达58%;化学原料及化学制品制造业排放总量呈逐年减少趋势,但2010年排放量占全国首位,占全行业比重接近41%.

2.2 研究结果总体分析

从区域分布看,目前我国重金属污染主要集中在三大地区:一时以湖南为核心、包括江西、云南、广西在内的南方省区;二是广东、福建、浙江、江苏在内的东部沿海地区;三是北方甘肃、陕西两省.从各地区重金属污染类别看, Cr6+排放东部沿海省区更为严重,汞、镉、铅、砷排放南方省区以及北方甘肃、陕西省所占比重更高.从2003～2010年变化格局看:汞污染北方辽宁、甘肃、内蒙古、河北、河南四省及广西省有所减轻,但陕西、山西以及湖南、福建、安徽污染加重;镉污染辽宁、甘肃、青海等地有所减轻,但陕西及湖南、福建、江西、广东形势加重;而 Cr6+污染呈现向由中西部地区向东部及沿海省区集中趋势;铅污染北方内蒙、辽宁及青海、云南、江苏有所减轻,但江西、福建有加重趋势;砷污染西部甘肃、云南有所减轻,但湖南、江西、广西、福建和陕西却呈加重趋势.其中有色金属矿资源丰富的湖南省,2003～2010年多种类别重金属排放量长期居全国首位,是我国重金属污染最为严重的地区;而2003年前后多类重金属排放量较高的辽宁省,在2005前后由于产业结构升级减排效率最为显著,但该省 Cr6+排放量占全国比重却呈增加态势.

从重金属污染行业分布看:汞、镉、铅、砷四类重金属污染行业分布主要集中在有色金属、黑色金属采选、冶炼、压延加工业、化学原料及化学制品业;而六价铬污染行业分布相对分散,目前更多集中在金属制品业、皮革、毛皮、羽毛(绒)及其制品业、非金属矿物制品业及有色和黑色金属采选、冶炼、压延加工行业;从2003～2010年行业排放量变化格局看:黑色、有色金属冶炼、压延加工业工业废水重金属排放量比重总体呈减少趋势,而金属矿采选业比重却呈增加趋势;化学原料及化学制品业汞、镉、铬排放比重减少,但砷排放比重呈增加态势,铅排放比重相对保持稳定.

结合区域资源禀赋和产业格局看,南方省区、北方甘肃、陕西等地区的重金属污染主要与当地金属类矿产资源丰富,因此有色金属、黑色金属矿采选、冶炼和加工行业在区域产业结构中占有比重较大密切相关;而东部沿海地区重金属污染则更多与当地电子、电器及运输设备制造业、化工行业,金属制品业、纺织业、皮革制品业等重金属污染型企业分布较为密集有关,另外广东、福建也有金属矿产资源及其采选、冶炼和加工行业分布,因此两省各类重金属减排相对缓慢.

3 结语

我国工业废水汞、镉、铅、砷四类重金属排放主要集中在有色金属矿资源丰富的省区,而六价铬污染则更多分布于东部沿海经济发达地区.2003～2010年各地区不同类别重金属年减排速率存在较大差异,陕西、福建、广西等地区部分类别重金属排放量还呈增加趋势,另有省区排放量年际波动十分剧烈.而行业分析显示:金属矿采选行业减排成效严重滞后于冶炼、压延加工行业,而化学原料及化学制品业砷减排成效滞后于汞、镉、铬减排成效.即区域和行业重金属类别及排放特征及减排成效上存在巨大差异,为更好取得重金属污染治理成效,重金属减排技术、对策研究有待进一步探索.

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