溫州城區(qū)地表灰塵重金屬分布特征及健康風險評價

顏子俊，王學(xué)東，孫海羅，朱元勵，戴同仁，周立宗，張明華，徐正褆

(1.溫州醫(yī)學(xué)院 環(huán)境科學(xué)系，浙江 溫州 325035;2.浙江省溫州市溫瑞塘河保護管理委員會，浙江 溫州 325000;3.溫州市環(huán)境科學(xué)學(xué)會，浙江 溫州 325000)

伴隨城市化進程的加快，城市地表灰塵日益成為影響城市環(huán)境質(zhì)量的主要污染因素，同時也是危害人體健康的主要污染物。城市灰塵是指粒徑小于20目，分散于城市的表面固體顆粒物，城市灰塵污染，主要是重金屬污染。城市地表灰塵攜帶的有毒有害重金屬，大大增強了灰塵的危害性［1］。國內(nèi)外研究表明，交通、工業(yè)以及城市建設(shè)等人類活動對城市灰塵中重金屬的含量有很大的影響，此外，城市灰塵容易通過呼吸道和皮膚被人體吸收或直接攝入，對人體健康產(chǎn)生危害［2］。國外對城區(qū)灰塵中重金屬的研究較多，如 Emanuela等［3］對西西里市不同功能區(qū)、不同形態(tài)及不同粒徑中的重金屬進行了研究;Ferreira等［4］2005年在非洲城市羅安達進行了19種地表灰塵重金屬兒童健康風險評價。相比之下，我國對地表灰塵重金屬的研究起步較晚，僅上海、沈陽、重慶等大城市有相關(guān)研究，在溫州地區(qū)還是空白。溫州作為國家14個沿海開放城市之一，是浙江的經(jīng)濟中心之一，浙南經(jīng)濟、文化、交通中心，改革開放以來，溫州經(jīng)濟快速發(fā)展，隨之而來的環(huán)境問題也日益尖銳。因此，研究溫州城區(qū)的不同功能區(qū)的污染特征及健康風險具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

將溫州市城區(qū)分為工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、交通區(qū)、綠地5個不同類型，各區(qū)均選擇最具代表性的點作為采樣點，共14個。工業(yè)區(qū)為上江拉絲園區(qū)、涂田工業(yè)區(qū)的金達電鍍廠和嶼田龍達燃料化工廠;商業(yè)區(qū)為五馬街和溫州商貿(mào)城;居民區(qū)為桃源居和呂浦錦園;交通區(qū)在車流量較大的人民路和小南路交叉路口和桃源居居民區(qū)門前的金橋路;綠地為繡山公園和文化公園。分別于2010年3月20日，4月28日，6月7日和2011年1月13日用毛刷和鏟子進行樣品的采樣，采樣前期干燥天數(shù)分別為7，7，9和9 d，以確保樣品的代表性［5］，共采集樣品56個。每個樣品質(zhì)量約為500 g，樣品采集后放入干凈的自封袋中密封保存。

1.2 樣品處理與分析方法

地表灰塵樣品經(jīng)風干、研磨后，過100目篩(0.149mm);準確稱取0.2 g經(jīng)預(yù)處理后的樣品于消解罐中，加入3mL HF、7mL HNO3、3mL HCl和2mL H2O2，經(jīng)微波消解后，將消解液于電熱板上蒸至近干，用2%HNO3定容于50mL容量瓶中。同時做試劑空白。然后用Varian AA-Duo型原子吸收光譜儀測定重金屬含量。重復(fù)測定3次取平均值。為了保障測試結(jié)果的可靠性，在進行樣品測試時，加人國家標準土壤標樣 (GSS-1)進行分析質(zhì)量控制。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫州地表灰塵重金屬均值

表1為2010年3月20日，4月28日，6月7日和2011年1月13日4次采樣的溫州市不同功能區(qū)地表灰塵重金屬含量，以及浙江省土壤元素背景值。56個地表灰塵樣品中Cr、Cu、Pb、Zn的平均值分別是83.39，161.26，172.21和649.07mg·kg-1。分別是浙江省土壤元素背景值的 2.26，17.01，23.55和7.2倍，通過與浙江省土壤元素背景值比較，發(fā)現(xiàn)溫州城區(qū)重金屬污染已較嚴重。其中Pb達到了近25倍，而Cu的含量也超過了土壤背景值的10倍。

表1 溫州城區(qū)不同區(qū)域地表灰塵重金屬含量

2.2 地表灰塵重金屬分布特征

由圖1可知，Zn在居民區(qū)的含量最高，達798.89mg·kg-1，此外商業(yè)區(qū)、交通區(qū)的含量也較高，說明人類活動對地表灰塵中Zn含量的影響較大。Cr在工業(yè)區(qū)的含量顯著的高于其他功能區(qū)，為145.65mg·kg-1，說明Cr污染主要產(chǎn)生于工業(yè)區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)。Cu在商業(yè)區(qū)的含量最高，達到236.15mg·kg-1，由于商業(yè)區(qū)的選址選在商業(yè)活動頻繁及車流量很大的五馬街和商貿(mào)城，車流量越大，車速越慢，重金屬污染物排放量也越大，汽油、車體的磨損以及人類活動對地表灰塵中Cu的含量都會產(chǎn)生影響。

使用Spearman相關(guān)分析，分析地表灰塵重金屬之間的相關(guān)關(guān)系 (表2)發(fā)現(xiàn)，不同功能區(qū)地表灰塵中重金屬Cu和Zn極顯著相關(guān)，Cr和Cu的含量在各功能區(qū)中也顯著相關(guān)，表現(xiàn)出復(fù)合污染的特征，說明這些重金屬來自相同污染源的概率較大。

圖1 溫州城區(qū)不同功能區(qū)的地表灰塵污染物質(zhì)含量

表2 溫州城區(qū)地表灰塵重金屬含量的Spearman相關(guān)系數(shù)

2.3 城市地表灰塵重金屬潛在生態(tài)風險評價

2.3.1 潛在生態(tài)危害指數(shù)計算方法

多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù) (RI):

式中:Ci為表層沉積物重金屬濃度實測值;為計算所需的參比值，選擇浙江省土壤環(huán)境背景值作為參比值。按照Hakanson制定的標準化重金屬毒性系數(shù)為評價依據(jù)，Cr、Cu、Pb和Zn的值分別取值為2，5，5，1。

重金屬單項污染系數(shù)分級標準參照文獻 ［6-8］。重金屬污染生態(tài)危害系數(shù)和生態(tài)危害指數(shù)分級標準列于表3。

表3 Eiy，RI與污染程度的關(guān)系

2.3.2 溫州市地表灰塵潛在生態(tài)危害水平

根據(jù)公式計算溫州城區(qū)地表灰塵中單個重金屬的平均潛在生態(tài)危害系數(shù)及4種重金屬RI，根據(jù)表2的分級標準得出和RI值所對應(yīng)的生態(tài)風險程度分級，即EiyCr 4.52(Ⅰ)，Cu 85.05(Ⅲ)，Pb 117.75(Ⅳ)，Zn 3.2(Ⅰ)，RI 214.52(Ⅱ)。

從單個重金屬進行評價，潛在生態(tài)危害水平最大的是Pb，其Eiy值達到很強生態(tài)危害 (Ⅳ級)水平;Cu的生態(tài)危害次之，達到了強生態(tài)危害 (Ⅲ級)水平;最低的是Cr和Zn為Ⅰ級水平。4種重金屬的RI值為中等生態(tài)危害，其中Pb對城市土壤和地表灰塵的潛在生態(tài)危害的貢獻最大。

2.4 與國內(nèi)外同類結(jié)果的比較

表4是國內(nèi)外城市地表灰塵重金屬污染含量及變化范圍，從表中可以發(fā)現(xiàn)，與國內(nèi)外的其他城市對比，溫州市的污染是比較重的，溫州市人口數(shù)量與重慶差不多，但是重金屬的含量卻是重慶的6～8倍。溫州的重金屬污染含量與首爾相近，但是溫州的人口數(shù)僅是首爾的1/3。這可能與幾年來溫州市的人口密度、經(jīng)濟快速發(fā)展以及機動車的快速增加有關(guān)。

表4 國內(nèi)外城市地表灰塵重金屬污染含量及范圍

3 小結(jié)

溫州城區(qū)地表灰塵中，Cr、Pb在工業(yè)區(qū)的含量最高，說明工業(yè)區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)和交通排放對溫州市的Cr、Pb貢獻最大。Zn在居民區(qū)的含量是最高的，說明人類活動的對地表灰塵中Zn含量的影響較大。Cu在商業(yè)區(qū)的含量最高，車輛排放和人類活動對Cu影響較大。溫州市地表灰塵重金屬Cr、Cu、Pb、Zn含量均高于浙江省土壤環(huán)境背景值，分別是2.26，17.01，23.55和7.2倍，說明溫州城區(qū)地表灰塵污染較為嚴重，特別是Pb。根據(jù)城市土壤和地表灰塵重金屬潛在生態(tài)風險評價，溫州市地表灰塵重金屬污染為達到中等生態(tài)危害。Pb是其中潛在生態(tài)危害最重的重金屬，其Eiy值達到達到很強生態(tài)危害水平。

利用Spearman相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn) Cu和 Zn，Cu和Cr之間具有顯著的相關(guān)性，說明它們有相同來源的可能性較大。

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