中元節,我們來聊聊祭品焚燒對環境的污染

焚燒祭品作為一種喪葬習俗,在我國非常普遍。這兩天是 “中元節”(七月半,鬼節),各地都有通過焚燒紙錢紙衣等祭品來祭念逝去的先祖和親人的習俗。而除了中元節,葬禮、“齋七”、上巳節、清明節和寒衣節等也要燒祭品。由于死亡人數眾多,每年的火化和隨之焚燒的祭品數量非常大。


圖1 焚化爐焚燒祭品的場所

 

焚燒祭祀用品(如冥紙、花圈、道教紙藝、元寶紙和布)會產生大量有害的空氣污染物,包括顆粒物(PM)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和非甲烷總烴(NMHC)等。這些物質進入大氣中將參與大氣光化學反應。此外,顆粒物中大量的有機碳、元素碳、無機離子和重金屬可以直接或間接地影響太陽輻射,從而改變大氣的輻射平衡和光化學性質。這些變化反過來又導致大氣霧霾,嚴重影響環境和人類健康。
2015年,《火葬場空氣污染物排放標準》((GB13801-2015)(以下簡稱“標準”)發布后,部分火葬場已設立特別焚化爐作祭祀用途。然而,無組織的,個人焚燒的祭品仍然普遍。即使在那些專門設立焚化爐焚燒祭品的火葬場,大多數火葬場也沒有安裝煙氣凈化系統。結果,污染物未經凈化直接排放到大氣中,對周邊地區的環境和人體健康造成嚴重影響。

遺物祭品焚燒大氣污染物排放限值
雖然祭品的有形排放和污染比較嚴重,但出于習慣,這種污染往往被忽視,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較欠缺。

最近,來自北京市環境保護研究所國家城市環境污染控制工程技術研究中心和民政部污染控制重點實驗室等機構的研究人員,通過對香紙、花圈、道家紙藝和元寶紙這四種常見和典型的祭品進行焚燒實驗后發現

 

1. 焚燒祭品所產生的煙氣對周圍環境有相當大的影響。 一氧化碳和總懸浮顆粒物的排放濃度嚴重超過國家排放標準。 
2. 非甲烷總烴的排放是火葬場氣味的最重要來源,如果人們長期暴露在環境中,他們的健康將受到威脅。

3. 在四種祭品中,元寶紙的平均排放系數最大,這主要是由于其獨特的涂層材料所致。

圖2 實驗中使用的四種祭品
研究結果
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1. 一氧化碳的排放濃度和平均濃度最高

 

從圖 3 中可以看出,四種祭祀品焚燒過程中排放的污染物(二氧化硫、氮氧化物、非甲烷總烴、一氧化碳)的變化是相似的。初期污染物濃度迅速增加,但隨著溫度的逐漸升高,燃燒效率提高,污染物濃度略有下降。在氣體污染物中,一氧化碳的排放濃度最高,達 143.52 mg/m3,說明祭品不能完全燃燒;緊隨其后的是非甲烷總烴和氮氧化物;二氧化硫濃度最低,變化最平穩。

圖3 四種祭品焚燒過程中氣體污染物排放濃度的變化

對比祭品焚燒產生的大氣污染物的平均濃度(圖 4)可以發現,一氧化碳的平均濃度最高,為62.14 mg/m3,折算成 11% 的氧含量,則為 621.4 mg/m3,是標準的 3.1 倍;總懸浮顆粒物濃度(折算成 11% 的氧含量后,濃度為 142.9 mg/m3)是國家排放標準的 1.8 倍。

 

圖4 四種祭品焚燒污染物的平均排放濃度
 
2. 元寶紙的大氣污染物排放強度最大
四種典型焚燒祭品的六種污染物的總體平均排放因子中,元寶紙的大氣污染物排放強度最大,為 11.33 kg/t,這主要是由于其獨特的涂層材料決定的。并且,由于涂層,元寶紙變得更加不易燃。

圖 5 顯示了四種祭品焚燒過程中二氧化硫、氮氧化物、非甲烷烴類、一氧化碳、PM10和PM2.5 的排放因子,分別為 (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,這主要是由于祭品的燃燒不足導致的。而在不同的祭品中,元寶紙一氧化碳的排放因子大于紙錢、花圈和道教紙藝,表明元寶紙的燃燒效率低于其他祭品。此外元寶紙中 PM10 和PM2.5 的排放因子也最大,分別為 5.42 kg/t 和 3.44 kg/t。

 

 
圖5 祭品焚燒產生的有害空氣污染物排放因子
 
非甲烷總烴的排放因子大于二氧化硫、氮氧化物、PM10 或 PM2.5。元寶紙非甲烷總烴的排放因子最大,為 9.44 kg/t,這一結果可能與元寶紙獨特的涂層材料有關。
 
3. PM2.5化學成分分析結果

由于 PM2.5 更容易被吸入,因此研究人員對 PM2.5 進行了化學成分分析。

 

圖6 祭品焚燒產生PM2.5的化學成分百分比
 
 
>> PM 2.5 中有機碳所占比例最高

焚燒煙氣中有機碳和元素碳的平均質量濃度分別為大氣 PM2.5 中有機碳和元素碳的 348 倍和 707 倍。因此,祭品焚燒產生的煙氣直接排放到大氣中,將對周圍的空氣和環境產生很大的影響。

 

圖7 祭品焚燒產生的 PM2.5 中有機碳和元素碳的濃度
 
此外,PM2.5 的有機碳/元素碳比值可以用來判斷二次污染的存在:如果有機碳/元素碳 > 2,則存在二次有機碳;若有機碳/元素碳 < 2,則可忽略二次有機碳。祭品焚燒產生的PM2.5中有機碳/元素碳比值為 2.1,說明煙氣中存在二次有機碳,二次形成的氣溶膠會對大氣造成污染。
>> PM2.5 中氯離子濃度最高

PM2.5中 8 種水溶性無機離子中,氯離子(Cl – 的濃度最高,為 1.40 mg/m3,主要來源于表面的塑料保護膜;鈉離子(Na其次,為 0.62 mg m−3;Cl –、Na+、Ca2+、NH4+、SO42-的濃度明顯高于 K+、Mg2+、NO3-,占無機離子總量的 89.0%。

 

圖 8 祭品焚燒產生的PM2.5中水溶性離子的濃度和百分比
 
 
>> PM2.5 中鋁元素濃度最高
祭品焚燒產生的PM2.5中檢測到的 27 種元素中,鋁、鉀、鈉、鐵、鎂、鈣占總元素的 92.8%,并且鋁的濃度最高。
焚燒花圈產生的顆粒物中某些金屬的濃度遠遠高于紙錢、道教紙藝和元寶紙。 例如,鋁的濃度是元寶紙的 3.3 倍,鉀的濃度是元寶紙的 7.0 倍。這可能是由于花圈制作過程中使用了金屬絲。

這說明,祭祀所用的材料對顆粒物的組成有很大的影響。

 

圖9 焚燒祭品產生的 PM2.5 中金屬元素的濃度
 
4.與其他燃燒源排放量相比較,祭品焚燒造成的污染更大
研究人員將祭品焚燒與火化、秸稈焚燒等類似燃燒源進行對比,發現有害空氣污染物的排放水平基本相同,祭品焚燒氮氧化物排放強度略高,顆粒物的排放因子相對較低。然而,秸稈的焚燒大多是季節性的或短期的,而祭品的焚燒更為常見和規律,從而造成的危害更大。

研究人員建議

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1. 建議將非甲烷總烴和揮發性有機化合物列入排放標準,并敦促污染物產生方安裝活性炭噴射裝置,以減少排放。
 
2. 選擇有機物含量較低的材料,減少涂層,從而減少祭品焚燒過程中非甲烷烴類的排放。
3. 火葬場應控制祭品的焚燒量,選擇具有易燃、危險物質含量低的祭品種類。

4. 為了減少排放,政府應制定相應的文件,監督火葬場安裝煙氣凈化系統。

參考文獻: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.(文末點擊“閱讀原文”可下載)

翻譯:鄭悅;校對/編輯:何玲輝。

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