1、前言

　　高強度氣體放電燈(HID)是繼白熾燈、熒光燈后的第三代光源，是電光源發展史上的一大革命。HID使光源的光效得到大幅度提高，功率范圍也顯著擴大。幾十年來，各種HID光源如高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈都得到了長足的進展。

　　HID光源離不開汞的使用，或者說現代光源包括高壓汞燈、高壓鈉燈、金鹵燈，乃至超高壓汞燈在內的各種HID無一不是汞蒸汽的杰出效應。隨著人們對汞危害認識的提高，對HID光源的使用也提出了疑問。并引出一系列相關問題：如何全面評價HID光源中的汞?從環保角度看含汞燈的汞含量是多少可以接受?如何評價無汞的HID光源?

　　這些問題在社會上甚至在業界內引起了很大反響，有些學者把燈內無汞作為綠色光源的首要標志而不談光效與壽命，某些權威部門甚至想出臺限制含汞光源的措施。

　　為此，本文就HID光源及其汞含量問題進行如下分析。

　　2、HID光源中汞的來源

　　污染環境的汞來自兩個方面，一個當然是制燈消耗和燈廢棄時燈內的汞;另一個未被大眾所認識的來源是點燈耗電時，火電廠燃燒煤炭燃料中也有汞釋放到大氣中。而電光源在全壽命期間造成環境污染的總汞量為這二者之和。

　　為了定量分析燈中對環境造成污染的汞主要來源，我們必須先計算電光源每消耗1kWh的電能，發電廠的排汞量，而這取決于每千克煤炭內的含汞量、每發1kWh電的耗煤量以及火力發電的比例(基本上認為非火力發電不存在汞的散發)。

　　汞是煤炭中的伴生雜質，各種煤炭的汞含量也不盡相同，通常含量為0.096~2.67ppm，綜合值為0.55ppm，即每燃燒1kg煤就有0.55mg汞排向大氣。

　　火力發電煤耗為0.337kg/kWh標煤(600MW機組)到0.406kg/kWh標煤(100MW機組)，平均標煤耗量為0.375kg/kWh。

　　目前，中國火力發電占總發電量的比例為73.7%，(水力占24.55%，其他占1.75%)，這三者的乘積為：

　　c=0.55×0.375×73.7%=0.152mg/kWh

　　當然在不同的國家有不同的值。隨著發電技術的進步和燃煤電站比例的減少，此值呈下降趨勢。

　　為了能夠比較不同類型的光源，我們引入一個參數M，表示一個燈在單位時間內發出單位光通量的總釋汞量。筆者用每千流明每千小時釋汞的毫克數表示，稱為總釋汞度。

　　總釋汞度公式：M=H/LT+c/e

　　式中:H—燈內的含汞量;

　　L—該光源壽命期間的平均總光通量(kLm);

　　T—光源的壽命(kh);

　　c—每發1kWh電發電廠向大氣排放的汞量為0.152mg/kWh;

　　e—光源最基本的一個參數“發光效能”(Lm/W)。

　　3、不同類型的HID有不同的總釋汞度

　　我們分別計算不同燈(也包括了無汞的白熾燈和熒光燈作為參照)的釋汞度，結果如下表所示。

　　4、大功率長壽命HID燈可近似看作無汞光源

　　在總釋汞公式中，當H/LT　<

　　只要燈的功率p足夠大，壽命T足夠長，這個條件總能滿足。對功率為250W，壽命為12000h的任何HID光源，cpT=500mg，燈內含汞量小于50mg，比它低了一個數量級，可以忽略不計。

　　這時總釋汞量為M=c/e，因此大功率長壽命的HID燈可以近似地看成無汞光源，它的首要環保目標不是降低燈內的汞，而是提高光效e。

　　從上表中最右一列可以清楚地看出：

　　(1)環境總的汞污染不能只看燈內的含汞量，無汞的白熾燈實際上比任何光源的汞污染都高;

　　(2)與熒光燈(包括緊湊熒光燈)的汞污染相比，標準高壓汞燈與之相當，而高壓鈉燈、金鹵燈要好得多;

　　(3)在HID中，自鎮流高壓汞燈的汞污染最高;

　　(4)總的來說，HID對環境總汞污染最低。

　　5、無汞光源必須達到的光效

　　如何評價新的無汞HID光源?

　　首先，無汞光源應該代表HID光源特別是小功率的HID燈的一個發展方向，真正有意義的無汞光源必須達到一定的發光效能。

　　上面我們計算了每種燈的總釋汞度，相應的無汞燈的總釋汞度至少不能比這個數值高。

　　根據M=H/LT+c/e，當H=0時，公式變成M=c/e，得出無汞燈應達到的最低光效：

　　e=c/M

　　對于無汞高壓鈉燈，e=0.152/0.0016=95Lm/W;

　　對于無汞金鹵燈，e=0.152/0.0023=66Lm/W。

　　然而，市場上某些自詡封為綠色HID燈的市售無汞高壓鈉燈，光效還不到80Lm/W。

　　6、含汞HID燈的回收

　　HID燈的使用范圍一直在不斷擴大，已從室外照明延伸到室內照明和汽車照明，因此，生產量以極快的速度發展著，到2005年我國年產量就已經超過1億只。因為每只燈的絕對用汞量依然比較高，所以，如果能夠回收壽命終了的含汞HID光源中的汞，對環境保護非常有利。其實關于含汞廢HID光源的回收，世界上已有較成熟的工藝設備，其原理無外乎高溫蒸發、過濾收集和水沖擊沉淀收集幾種方法。

　　汞的回收率接近100%，并且回收分離出來的玻璃和金屬仍具有利用價值。對于雙層玻殼的HID，由于燈中的汞只存在于放電管內，回收設備的原理其實并不太復雜。占總重量60%以上的玻璃的回收率可高達95%。但是，目前在我國還沒有那個HID企業設立了廢HID光源的回收線，這與回收成本太高，并且缺少法律約束有關。從國外的經驗看，較為合理的解決辦法是在政府的指導下，用經濟杠桿讓廢HID光源的回收成為一種獨立的產業。