中科院生态环境中心Nature Communications｜1912-2050年全球多氯萘排放

文摘 2025-01-01 11:09 浙江

本文建立了全球多氯萘（PCNs）排放清单，涵盖了 1912 - 2050 年的排放情况，包括历史生产使用、无意排放及未来预测。研究发现历史生产排放量大，无意排放呈先升后降趋势，未来排放受多种因素影响波动大，不同地区排放源差异显著，为 PCNs 的环境管理提供了重要依据。

1 研究背景

PCNs 的危害与管控：PCNs 是持久性有机化合物，具有多种毒性，2015 年被列入《斯德哥尔摩公约》。

PCNs 排放来源：1910 - 1980 年代广泛生产使用，主要用于工业应用，历史生产是环境中 PCNs 的重要来源，当前无意排放也不容忽视，如来自工业过程（垃圾焚烧、钢铁生产等）。

研究目的与意义：建立全球排放清单对了解 PCNs 污染及制定减排政策至关重要，但此前缺乏全面的清单，本研究旨在填补这一空白，为全球 PCNs 的归趋模拟和风险管控提供依据。

2 研究方法

2.1 清单建立

历史生产期（1912 - 1987 年）：采用物质流分析（MFA）模型，结合 CiP - CAFE 模型，考虑 PCNs 的4种终端应用，计算其在产品生命周期各阶段向环境的排放，因缺乏进出口信息未考虑贸易流排放。

无意排放期（2000 - 2020 年）：采用自上而下方法，考虑 20 种无意排放源，分为5类，以国家为单位计算排放，用随机森林模型填补缺失数据，对 2020 年排放数据进行 1km×1km 网格化处理。

未来排放期（2020 - 2050 年）：基于 IPCC 的6种情景假设，用随机森林模型预测未来排放，根据 IPCC SRES 对 GDP、人口和一次能源使用的预测计算增长率，获取特征数据。

2.2 数据来源与处理

PCN 生产数据：收集主要生产国的历史年产量数据，优先选择长序列数据，对缺失数据进行插值处理，计算同系物产量。

活动和排放因子数据：活动水平数据优先来自权威数据库，缺失时用国际组织和文献数据补充；排放因子（EFs）根据测量浓度和假设的技术参数计算，不同排放源采用不同计算方法，考虑技术水平和效率，排放因子多呈对数分布，用几何均值代表整体，部分数据假设分布情况，设定变异区间和系数。

2.3 随机森林模型构建与评估

基于计算的排放数据，选择 GDP、人口和一次能源消耗为驱动因素构建随机森林回归模型，用 Optuna 优化参数，用均方误差（MSE）评估模型性能，将数据集按 8:2 比例分为训练集和测试集。

2.4 模型评估与不确定性分析

模型性能评估：用 BETR Global 模型模拟环境浓度，与文献监测数据对比评估 CiP - CAFE 模型性能，模型将全球环境分为 288 个网格单元，考虑多种过程，输入数据包括 PCNs 的理化性质、降解半衰期估计和排放估计，用非稳态模型模拟，根据历史排放计算月平均排放并分配到网格单元。

不确定性分析：对 CiP - CAFE 估计进行敏感性分析，计算输入参数变化对排放估计的影响，用蒙特卡洛模拟表征无意排放的不确定性，对排放因子考虑多种分布假设，设定变异区间和系数，分析主要排放源对不确定性的贡献。

3 研究结果

3.1 工业生产和使用的全球排放

排放总量与分布：1912 - 1987 年全球 PCNs 累计生产量大，排放主要进入大气，产品使用阶段排放占比高，电容器浸渍剂使用过程是重要排放源，染料和添加剂也有贡献。

同系物排放特征：三氯萘在大气排放中占主导，单氯萘在水和土壤排放中占主导，CN - 21/24 对总排放贡献最大，与环境中检测结果相符，排放趋势与沉积物中检测比例一致，本研究产量估计高于以往研究。

3.2 全球无意排放

模型构建与验证：用随机森林构建回归模型预测全球国家层面 PCN 排放，R2 为 0.82 - 0.99，模型效果良好，关键表征因子因排放源而异，多数为一次能源消耗。

排放现状与区域差异：2020 年全球 PCN 排放总量及毒性当量（TEQ），垃圾焚烧是主要排放源（质量占比 94.5%，TEQ 占比 98.0%），发展中国家排放集中于垃圾焚烧等，发达国家则以电弧炉炼钢等工业源为主，哈萨克斯坦是最大排放国，主要来自垃圾焚烧，其他主要排放国包括俄罗斯、亚美尼亚、孟加拉国和中国。

空间分布特征：全球 PCN 排放空间差异大，在经济欠发达且垃圾管理差的地区（如南美洲、北非等），垃圾焚烧排放集中；经济发达地区工业源贡献相对高，如北美、大洋洲和东亚的钢铁生产排放。

3.3 排放时间趋势

历史趋势：2000 - 2020 年全球无意排放先升后降，与垃圾焚烧量变化有关，本研究估计值高于以往文献，当前无意排放低于历史生产排放，历史排放影响持久但环境效应随时间减弱，近年来燃烧源排放比例增加。

未来趋势：基于 IPCC 情景预测 2020 - 2050 年排放，受多种因素影响波动大，未来排放主要集中在非洲和拉丁美洲地区（ALM），A1G 情景下全球排放增加最多，亚洲在多数情景下排放下降，若垃圾焚烧部门无改善，排放将继续增长。

3.4 模型评估与不确定性分析

模型评估：用 BETR Global 模型评估全球 PCN 排放估计，与监测数据对比显示模型表现满意，多数预测浓度与实测数据相差在两个数量级内，对 MFA 模型参数进行敏感性分析，参数敏感性有限。

不确定性分析：历史生产排放估计受早期数据记录影响不确定性高，无意排放不确定性主要来自活动水平数据和排放因子的不完整，蒙特卡洛模拟显示无意排放概率密度函数呈对数正态分布，95% 置信区间内排放范围为 5.95 - 5398.87 kg，垃圾焚烧是不确定性的主要来源，未来需更精确数据提高研究准确性。

（翻译水平有限，敬请批评指正）

关注“新污染物监测与分析”公众号，获取更多最新文献推送与科研资讯

声明：本文仅供科研交流使用，文中所有观点均来源于已发布的论文，如有侵权或重大问题请通过后台与编辑联系。

欢迎高校、科研单位以及监测同行的朋友们投稿！邮箱6514064@zju.edu.cn。感谢您的点赞、转发、在看，您的鼓励是我们更新的动力！

添加编辑微信 xwrw1234 加入读者交流群，与大咖在线交流

新污染物监测与分析

“新污染物监测与分析”致力于探索和分享新污染物研究动态、前沿热点以及最新发表的学术论文。为科研人员、学者、管理者搭建一个专业的信息交流平台，共同关注和应对新污染物带来的环境和健康挑战。

科研动态：城环所徐耀阳研究组-空间依赖路径量化微塑料远游的“群泵”机制

高级氧化结合液相色谱 - 高分辨质谱：阐明利奈唑胺的转化产物，在废水中发现并进行计算机模拟毒性

傅建捷团队E&H评论文章：加强非靶向筛查的利用，以全面识别人类血液和流行病学中的化学暴露指纹图

固相萃取基础知识：固相萃取小柱材质、原理及应用

上海海洋大学王有基团队JHM｜海洋热浪通过破坏肠-肝轴加剧了纳米二氧化钛对贻贝的生理损伤

重磅！元哉生物推出抗生素残留+抗生素抗性基因（ARGs）一体化检测服务

ES&T：饮用水管道修复技术释放双酚A及其他挥发性化学物质

新加坡国立大学WR：不同运行条件下饮用水处理用聚合超滤膜系统的微塑料释放

暨南大学河流生态与湿地修复团队：水生植物介导的农业径流中阿特拉津与敌草隆原位降解及其污染释放风险减控研究

ACS EST Water：利用 UHPLC-HRMS-MS 鉴定微囊藻毒素生物降解产生的新型肽

中科院生态环境中心Nature Communications｜1912-2050年全球多氯萘排放

2024年度环境保护科学技术奖奖励公告

上海交大环境学院EST：利用非靶向分子网络方法鉴定土壤中的新型碘化多氟烷基醚酸和其他新兴PFAS

海南大学海洋学院EST：1990—2020 年中国化石燃料和食物系统的甲烷排放：动态估算、驱动因素分析及减排政策优化

华南师范大学应光国团队EI｜污染物降解细菌是城市垃圾填埋场中抗生素抗性基因的超级携带者：一项基于宏基因组学的研究

浙江大学核农业科学研究所EST：不同暴露场景下蔬菜对十溴二苯乙烷的吸收、亚细胞分布和代谢

超高效液相色谱-串联质谱法测定运动营养食品中60种类固醇激素

新污染物处理技术：快速、简便、廉价、高效、耐用且安全的（QuEChERS）样品前处理方法的发展及应用综述

欧洲环境科学：污水污泥中全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）的研究综述

欧洲环境科学：捷克饮用水中的塑料微粒污染：综合监测的见解

深化科技体制改革为中国式现代化提供强大科技支撑

珠江三角洲水和沉积物中 PFAS 的分布、分区、来源分配和生态风险评估

斯坦福大学EST Letters：甲型流感病毒在生牛奶中的感染性和持久性

2024年度科技突破-《科学》杂志

香港大学太古研究院EST：海洋酸化下的性别秘密-低 pH 如何影响贝类后代性别比例？

水果脱酸剂/退酸剂

广西医科大学Environ Int：血清代谢组与全氟及多氟烷基物质暴露及甲状腺癌风险的关联：基于机器学习的多模块整合分析

|科研动态| PNAS：iRhizo-Chip——植物根际过程研究微流控芯片新平台

Environ Int：近海沉积物中的新型有机磷酸酯及其转化产物：赋存、时间趋势和风险评估

同济大学ESPR：乡镇污水处理厂中抗生素和抗生素抗性基因（ARGs）的赋存、去除及生态风险

中科院城环所ES&T：细胞外囊泡是室内灰尘中环境过敏原的普遍且有效的载体

|中国药科大学|新污染物分析技术：直接进样 UPLC-MSMS 方法分析废水中的 77 种化合物

北京师范大学环境学院EST：叶面施用氧化锌纳米颗粒减轻菲和镉对生菜的植物毒性-植物 - 根际 - 微生物长距离调控

哈尔滨商业大学：基于绿色溶剂的液相微萃取技术在中药活性成分色谱分析中的研究进展

2023 年Environmental Science & Technology最佳论文奖

科研动态：同济大学环境学院毛舜教授团队——氧还原反应耦合电氧化系统实现高效和可持续的水处理

自然：干细胞迈向临床-癌症、糖尿病和帕金森病的治疗方法或将很快问世

北京大学公共卫生学院E&H新兴全氟化学品GenX-环境和生物归宿与风险

科研动态：城市环境研究所在高通量荧光法解析环境活性耐药微生物研究中取得进展

EST Letters：警惕！氟橡胶表带中的 PFHxA：潜在风险不容忽视

科研动态：王亚韡研究员团队关于环境污染物的暴露与健康影响研究取得新进展

加州大学EST综述：微塑料暴露对人类消化、生殖和呼吸系统健康的影响

ES&T综述丨EDA融合高通量筛查、大数据与人工智能，构建强大的新污染物检测识别体系!

浙江中医药大学生命学院EHP：有机磷阻燃剂与代谢紊乱：一项针对脂联素受体的计算机模拟、体外和体内研究

《Chemosphere》被移出SCI名录，引发学术圈震动

2024年度环境保护科学技术奖（自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖）拟授奖项目公示

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉