重金属由于其毒性大，一旦形成污染会对人体健康和生态系统造成严重损害而广泛受到世界关注。本文基于排放因子法和蒙特卡洛随机模拟，结合中国330个城市层面的活动水平数据库和排放因子数据库，核算了2010年全国向水体排放的工业重金属污染物总量。研究发现，化工、冶炼和采矿业是废水重金属排放的主要来源。中国重金属污染呈现出比较明显的地域差异，中东部地区排放量明显高于西部，南部又比北部严重。
本文将各城市排放总量进行高分辨率的空间量化，并按重金属排放和风险的排序优化其管控策略，结果表明，要控制住中国80%的重点源，需控制排放重金属的网格数量基本在200-400之间，影响人口不超过10%，同时若按照重金属风险排序进行控制的话，网格数增加0.3-0.5倍，但受影响人口数增加0.8-1.5倍，这种情况下对人体健康产生的影响会加倍显著下降。本文的估算可以帮助建立区域性的重金属清单和区域循环模拟，同样对于水质管理和水风险管控起到支撑作用。
1.重金属排放的行业特征
对于重金属Hg、Cd、As、Pb而言，化工、冶炼和采矿业是中国主要排放部门，如图1所示。这几个行业排放之和占全国排放总量的80%以上，尤其是Cd占比达到了98%；金属制品业、皮革、化工、冶炼行业排放几乎占到了中国工业铬排放总量的85%，有色冶炼行业贡献了超过60%的Cd排放量。与之前的研究相比，在4大主要排放行业上是一致的，除Cr排放量差异显著外，其它重金属污染排放基本相当，中国Cr排放主要来源于皮革行业和金属制品业。
本研究中对城市层面排放因子的随机概率分布进行了模拟，从而使排放因子模型更准确的适用于金属制品、皮革制造活动水平较为集中的南方发达省区，这一地区的特点是废水涉重处理技术已经在国内保持先进水平，若采用全国的行业排放平均因子则会使结果被高估许多。本研究中的主要排放部门与《重金属污染综合防治“十二五”规划》中明确的重点防控行业基本一致。
2.重金属排放的空间特征
中国重金属污染呈现出比较明显的地域差异，中东部地区排放明显高于西部，南部又比北部严重。被称为“有色金属之乡”的湖南省，境内矿采选，冶炼和化工企业多数分布于湘江流域，产生了严重的重金属污染，导致湘江成为中国重金属污染最严重的河流。此外，华南地区广东省也有很高的排放量。
对具体省区而言，湖南，山东，广东，江苏，浙江和江西省对每种重金属污染物排放量的贡献都很大，这六大关键省份对全国的工业废水重金属排放量贡献约在47%-56%范围。本研究中的关键省份与规划中明确的重点治理省区基本一致，但略有差异在于本研究中的关键省份山东省在规划重点治理省区中没有得到体现。
需要说明的是，广东已成为过去三十年来全球重要的电子制造基地，也是中国轻工业发展最快的地区之一。由于广东的PCB和电子元件金属表面处理行业迅速发展，其电镀行业约占全国产量的三分之一，大量电镀废水产生的重金属污染不容忽视。
为进一步探讨重金属排放的空间特征，本文将城市层面的排放量进行高分辨率空间量化。如图2所示，以铬为例，由于在工业结构、发展程度和污染源分布上的巨大差异，中国铬排放的地域分布极不均匀。研究发现，按照网格排放量大小进行排序，铬排放量占比超1%的8个网格集中于广东、江苏、河北和山东，其排放量占比达到15%，通过铬的排放量分布图可以看出，铬的排放具有较为明显的沿海分布特征。
3.重金属优化管控策略
按照重金属排放量进行排序，从高到低对重点网格(排放量累积占比80%的)进行控制，需控制网格数在205-347之间，影响人口占全国总人口的2%-5%，相比较而言，若按照重金属风险排序对重点网格进行控制的话，需控制网格数会网格数会增加0.3-0.5倍，但影响的人口数会增加0.8-1.5倍，这种情况下对重金属污染控制的效果更好，对人体健康产生的影响会加倍显著下降。此处，以人口加权的单位面积重金属排放量来表征重金属的环境风险潜势。
从污染监控的经济学角度来说，对排放网格进行监测并不都是高效的，当监测效果增长快于监测成本增加时，对此排放网格进行监测是经济高效的。以铬为例，经监测成本-效果评估后监测高效网格的排放总量占比约90%左右。
4.政策建议
（1）加快实施针对重金属污染物的精准治污方式。针对化工、冶炼、金属制品等重点行业，开展针对涉重行业的污染物排放标准研究，及时更新冶炼行业重金属排放标准，发布金属制品行业重金属排放标准，加大对重点行业和重点省区的污染综合治理力度。
（2）转换基于环境风险的重金属管控思路。推进重金属污染排放-质量-环境风险综合管控模式，有效降低重金属对人体健康和生态系统的威胁。
（3）建立重金属风险管控措施费用效益分析技术规范，开展重金属风险管控的费效分析研究，提升重金属污染物风险相关的环境决策科学化水平。
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