阜新城區(qū)降塵重金屬污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

趙曉亮, 孫 杰, 李俊華, 呂 雪, 薛 楊, 淑 敏, 畢文藝

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 遼寧 阜新 123000 2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京 100084 3.遼寧省煤炭資源安全開采與潔凈利用工程研究中心, 遼寧 阜新 123000

阜新城區(qū)降塵重金屬污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

趙曉亮1,3, 孫 杰1, 李俊華2*, 呂 雪1, 薛 楊1, 淑 敏1, 畢文藝1

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 遼寧 阜新 123000 2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京 100084 3.遼寧省煤炭資源安全開采與潔凈利用工程研究中心, 遼寧 阜新 123000

為研究阜新市大氣降塵重金屬分布情況及可能存在的健康風(fēng)險(xiǎn)，于2015年3月—2016年3月對(duì)阜新城區(qū)(32個(gè)采樣點(diǎn))及周邊地區(qū)(13個(gè)對(duì)照采樣點(diǎn))進(jìn)行大氣降塵濕法采集，并利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)對(duì)降塵中的7種重金屬元素(Cr、Ni、Zn、Cd、Pb、As、Cu)含量進(jìn)行測(cè)定. 結(jié)果表明：①阜新市大氣降塵中重金屬含量存在明顯差異，表現(xiàn)為w(Zn)>w(Pb)>w(Cr)>w(Cu)>w(Ni)>w(As)>w(Cd).w(Zn)平均值最高，為756.9 mg/kg;w(Cd)平均值最低，為4.8 mg/kg，其他幾種重金屬含量范圍為10～120 mg/kg. ②城區(qū)大氣降塵中Cd的背景比值(H)最高，為44.89，其次為Zn(H=11.92)，城區(qū)大氣降塵重金屬污染受人為活動(dòng)影響顯著. ③地累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，Cd為嚴(yán)重-極度污染，Zn為中度-嚴(yán)重污染，Pb、Cu為中度污染，Cr、Ni為輕度污染，As為無(wú)污染. ④研究區(qū)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，兒童通過3種暴露途徑接觸Cu、Zn、Pb、Cd、Ni的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)水平均高于成人，Cr、As的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)水平低于成人. ⑤Cr經(jīng)呼吸途徑對(duì)成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)(HQinh)達(dá)2.53，非致癌風(fēng)險(xiǎn)總值(HI)達(dá)3.41，均大于限值(1)， 表明Cr經(jīng)呼吸途徑對(duì)于成人存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)，其余6種重金屬元素經(jīng)呼吸途徑對(duì)于成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低. ⑥Cd、Cr、As、Ni經(jīng)呼吸途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)值(10-9～10-7)均低于可接受水平(10-6)，表明致癌元素Cd、Cr、As、Ni經(jīng)呼吸途徑對(duì)人體可能不具有致癌風(fēng)險(xiǎn). 鑒于研究區(qū)大氣降塵重金屬元素經(jīng)3種途徑對(duì)成人、兒童均構(gòu)成一定非致癌風(fēng)險(xiǎn)，阜新市應(yīng)當(dāng)及時(shí)加強(qiáng)對(duì)海州露天礦、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及皮革工業(yè)園等主要大氣顆粒物污染源的排放及監(jiān)測(cè)管控.

大氣降塵； 重金屬； 地累積指數(shù)； 暴露； 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

城市化在帶來(lái)工業(yè)、交通業(yè)、建筑業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，大氣污染問題也日趨凸顯，尤其是降塵所攜帶的重金屬，可通過皮膚接觸、呼吸等方式進(jìn)入人體并蓄積[1- 3]，從而可能對(duì)人體健康帶來(lái)一定危害. 研究表明，Cu積累會(huì)導(dǎo)致惡心、嘔吐、腎小管變形等中毒狀況；Zn積累會(huì)導(dǎo)致食欲減退、貧血；Pb積累會(huì)引起人體血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)的疾?。籆d積累會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)造成損害且可致癌；Cr和Ni為致癌物質(zhì)，過多地?cái)z入將導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)癌變，Cr可導(dǎo)致基因突變；As積累對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，導(dǎo)致皮膚潰瘍，甚至癌變[4- 5]. 因此，大氣降塵重金屬污染及其對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)研究日益受到關(guān)注. 1999年歐盟開展了Pt族金屬污染對(duì)人體和生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[6- 7]；Ferreira等[8]對(duì)非洲洛安達(dá)地區(qū)地表降塵重金屬對(duì)兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià). 吳辰熙等[9- 10]對(duì)福建泉州灣、長(zhǎng)春市區(qū)大氣降塵中的重金屬進(jìn)行了污染特征研究；王呈等[11- 13]對(duì)南京、西安及天津公園降塵重金屬污染及健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)；李萍等[14- 15]對(duì)青島、蘭州市不同功能區(qū)大氣降塵重金屬及健康風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行了評(píng)價(jià). 目前對(duì)大氣降塵重金屬污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究初見報(bào)道，大多針對(duì)大中型城市、人口活動(dòng)密集型區(qū)域、城市公園及功能區(qū)，但對(duì)于氣象動(dòng)力條件不穩(wěn)定、自凈能力差的特殊生態(tài)脆弱地區(qū)的相關(guān)研究鮮見報(bào)道.

阜新市(121°01′E～122°56′E、41°41N′～42°56′N)地處內(nèi)蒙古高原與東北遼河平原之間狹長(zhǎng)過渡帶，是科爾沁沙地南部典型的生態(tài)脆弱地區(qū)；南靠渤海遼東灣，與大連港南北相望；北部連接奈曼旗、庫(kù)倫旗及科爾沁左翼后旗沙地；作為遼蒙地區(qū)特殊的南北生態(tài)廊道，常年平均風(fēng)速高，空氣干燥，風(fēng)沙較大. 該研究擬采用濕法采集阜新市及周邊地區(qū)大氣降塵，測(cè)定其重金屬元素含量，計(jì)算元素背景比值、地累積指數(shù)，分析重金屬元素分布規(guī)律及污染特征；并運(yùn)用US EPA(美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局)土壤污染健康風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)價(jià)研究區(qū)成人與兒童的降塵重金屬的暴露健康風(fēng)險(xiǎn).

1 材料與方法

1.1采樣點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)阜新市城區(qū)及周邊分布情況，依照“隨機(jī)、分布”原則[16- 17]，在阜新市城區(qū)及周邊共布設(shè)采樣點(diǎn)45個(gè)，其中城區(qū)采樣點(diǎn)32個(gè)，周邊采樣點(diǎn)13個(gè)(作為該研究對(duì)照點(diǎn))，如圖1所示.

圖1 阜新市大氣降塵采樣點(diǎn)Fig.1 Sampling point of atmospheric dust fall in Fuxin City

1.2樣品采集

按照GB/T 15265—1994《環(huán)境空氣降塵的測(cè)定(重量法)》，于2015年3月—2016年2月期間采集阜新市城區(qū)及周邊大氣降塵. 采用高30 cm、內(nèi)徑15 cm 的有機(jī)玻璃降塵缸，布設(shè)于居民或辦公樓頂層(保證10 m×10 m范圍內(nèi)沒有高大建筑或局部污染點(diǎn)源)，并且加以固定. 采用濕法采集，在缸內(nèi)加入50 mL乙二醇溶液(夏季可抑制微生物生長(zhǎng)，冬季可防凍). 每月更換集塵缸一次，收集降塵溶液，經(jīng)蒸發(fā)處理，采用專用密封袋保存[18- 19]. 同步收集采樣點(diǎn)附近的土壤樣品，測(cè)定結(jié)果作為土壤背景值，采用密封袋保存. 使用后的集塵缸用去離子水清洗、備用.

1.3樣品分析

降塵樣品經(jīng)瑪瑙研缽研磨，過350 μm篩后，稱取50 mg放入聚四氟乙烯罐中，加入6 mL優(yōu)級(jí)純HNO3，靜置8 h，依次加入1 mL優(yōu)級(jí)純HF、2 mL優(yōu)級(jí)純H2O2，微波消解(ETHOSA)，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯坩堝中，120 ℃趕酸至近干，冷卻至室溫，用5%的HNO3定容至100 mL[20]. 每個(gè)樣品做兩個(gè)空白對(duì)照；用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)(NEXION 350X/D/S，美國(guó)，PerkinElmer)測(cè)定降塵溶液中重金屬濃度. 采用密碼抽查方法(樣品10%)進(jìn)行質(zhì)量控制(QA/QC)；采用ICP-MS測(cè)定Cr、Ni、Zn、Cd、Pb、As、Cu檢出限分別為0.4、0.4、1.0、0.05、0.4、0.05、0.4 μm/L，元素回收率介于96.5%～105.5%之間，每批次試驗(yàn)過程中空白對(duì)照樣品和質(zhì)控樣品進(jìn)行同步測(cè)定. 所采集樣品全部由中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境中心化驗(yàn)分析；數(shù)據(jù)結(jié)果利用Excel 2007、Surfer 11及SPSS 19.0軟件進(jìn)行處理.

2 結(jié)果與討論

2.1降塵重金屬分布特征

對(duì)阜新城區(qū)及周邊大氣降塵樣品及同步采集的土壤樣品中的w(Cr)、w(Ni)、w(Zn)、w(Cd)、w(Pb)、w(As)、w(Cu)進(jìn)行測(cè)定，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)求算變異系數(shù)(CV，標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值之比)、背景比值(H，平均值與背景值之比)(見表1).

表1 阜新城區(qū)及周邊大氣降塵重金屬含量

圖2 阜新城區(qū)大氣降塵重金屬含量空間分布Fig.2 Spatial distribution of heavy metal in atmospheric dust fall in Fuxin City

由表1可見，阜新城區(qū)大氣降塵各重金屬元素含量差異較大. 阜新城區(qū)大氣降塵w(Zn)平均值最高，為756.9 mg/kg；w(Cd)平均值最低，為4.8 mg/kg；其他幾種金屬含量范圍為10～120 mg/kg，大氣降塵重金屬污染情況嚴(yán)重. 與阜新周邊地區(qū)大氣降塵重金屬含量相比，除w(Cu)在兩區(qū)域內(nèi)差異不大，其余6種金屬元素含量差異均較大，城區(qū)與周邊地區(qū)大氣降塵中w(Cd)、w(Zn)、w(As)、w(Pb)、w(Ni)、w(Cr)比值分別為282.3%、222.9%、182.1%、160.5%、148.8%、133.4%. 與阜新周邊區(qū)域相比，城區(qū)大氣降塵中w(Zn)、w(Pb)、w(Cr)極差差異明顯，城區(qū)極差值(最大值與最小值之差)分別為4 449.8、438.2、465.9 mg/kg；周邊區(qū)域極差值分別為1 218.1、142.0、179.1 mg/kg；阜新大氣降塵w(Zn)、w(Pb)、w(Cr) 空間分布差異較大. 根據(jù)阜新城區(qū)大氣降塵重金屬元素含量，利用Surfer 11軟件繪制以上7種重金屬元素的空間分布(見圖2)，以阜新城區(qū)為基點(diǎn)，阜新城區(qū)內(nèi)大氣降塵中Zn、Cr主要分布在城區(qū)的西北部，主要受阜新城區(qū)西部經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、清河門皮革工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)(冶金生產(chǎn)、Cr類鞣制革劑使用等)排污影響嚴(yán)重；Ni、Pb主要分布在城區(qū)南部，主要受阜新城區(qū)南部海州露天礦區(qū)生產(chǎn)及排土場(chǎng)揚(yáng)塵的影響；Cd和As空間分布差異相對(duì)較小，均主要分布于城區(qū)西部.

為進(jìn)一步了解阜新市大氣降塵重金屬含量情況，求算了7重金屬元素的背景比值，結(jié)果顯示，阜新城區(qū)大氣降塵重金屬含量均超過土壤背景值，其中HCd最高，為44.89，其次為HZn(11.92)，其余幾種元素的H范圍為1.39～5.36. 與周邊區(qū)域大氣降塵重金屬相比，除HCd、HZn差異明顯(城區(qū)分別為44.89、11.92，周邊分別為15.96、5.35)外，其余五種元素相差不大. 可見，阜新城區(qū)與周邊區(qū)域大氣降塵均受人為活動(dòng)帶來(lái)的重金屬污染，并且城區(qū)較周邊區(qū)域污染情況嚴(yán)重.

2.2降塵重金屬污染評(píng)價(jià)

目前，大氣降塵重金屬污染評(píng)價(jià)方法主要有地積累指數(shù)法、綜合污染評(píng)價(jià)法及潛在生態(tài)危害指數(shù)法等. 綜合污染評(píng)價(jià)法兼顧到污染指數(shù)最大值對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量影響，強(qiáng)調(diào)了最大綜合污染指數(shù)，與其他方法相比，其綜合指數(shù)常常偏高；潛在生態(tài)危害指數(shù)法加入了對(duì)環(huán)境和人類健康有重要影響的毒性系數(shù)，有一定的實(shí)際意義，但必須注意重金屬毒性間的拮抗與協(xié)同效應(yīng). 地累積指數(shù)法不僅考慮到環(huán)境地球化學(xué)背景值、人為污染影響因素，同時(shí)還考慮到因自然成巖作用可能引起的背景值變動(dòng)因素，具有一定的優(yōu)勢(shì). 地累積指數(shù)(Igeo)的計(jì)算公式[22]：

(1)

式中：ci為重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；Bi為重金屬i的地質(zhì)背景值，mg/kg；k為因成巖運(yùn)動(dòng)可能引起背景值變動(dòng)而設(shè)定的常數(shù)，依據(jù)前期研究[1]取1.5.

根據(jù)Igeo分級(jí)確定重金屬污染程度[23]：Igeo<0，0級(jí)，無(wú)污染；0≤Igeo<1，1級(jí)，輕度污染；1≤Igeo<2，2級(jí)，中度污染；2≤Igeo<3，3級(jí)，中度-嚴(yán)重污染；3≤Igeo<4，4級(jí)，嚴(yán)重污染；4≤Igeo<5，5級(jí)，嚴(yán)重-極度污染；Igeo≥5，6級(jí)，極度污染.

基于此，阜新大氣降塵重金屬污染程度見表2.

表2 阜新大氣降塵重金屬污染程度

由表2可見，阜新城區(qū)大氣降塵中7種重金屬污染程度次序?yàn)镃d>Zn>Pb>Cu>Cr>Ni>As. 其中Cd為嚴(yán)重-極度污染，污染最為嚴(yán)重；Zn為中度-嚴(yán)重污染；Pb、Cu為中度污染；Cr、Ni為輕度污染；As則無(wú)污染. 從Igeo的范圍來(lái)看，部分地區(qū)Cd、Zn已達(dá)到極度污染程度，Pb達(dá)到嚴(yán)重污染程度，Cr、Ni、Cu達(dá)到中度-重度污染程度，而As在部分地區(qū)也存在著輕度污染的情況.

為初步確定大氣降塵重金屬來(lái)源，采用主成分分析法(PCA)對(duì)7種重金屬(Cr、Ni、Zn、Cd、Pb、As、Cu)進(jìn)行來(lái)源分析. 根據(jù)主成分特征累計(jì)百分比(累計(jì)貢獻(xiàn)率)達(dá)到75%及特征值大于1的向量準(zhǔn)則，可提取3個(gè)主成分(特征累積百分比為81.466%)：第一主成分主要由Cu、Ni、Cr、Zn構(gòu)成，因子負(fù)荷分別為0.879、0.779、0.752、0.669；第二主成分為As，因子負(fù)荷為0.793；第三主成分為Cd、Pb，因子負(fù)荷分別為0.955、0.520.

結(jié)合GAO等[24- 25]的前期研究可知，大氣降塵重金屬元素存在三類人為來(lái)源：①工業(yè)污染源，貢獻(xiàn)率為41.239%，是阜新城區(qū)大氣降塵Ni、Cu、Cr、Zn的主要影響因素，可能來(lái)源于阜新南部海州露天礦開采過程、阜新經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)有色冶煉、清河門皮革工業(yè)園制革及大唐(阜新)煤化工制造；②燃煤活動(dòng)源，貢獻(xiàn)率為24.852%，是大氣降塵As的主要影響因素，阜新城區(qū)燃煤電力、供暖鍋爐使用的煤炭主要來(lái)源于內(nèi)蒙古煤礦區(qū)，煤炭w(As)平均值為8.84 mg/kg，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)其他礦區(qū)[26]；③交通運(yùn)輸活動(dòng)源，貢獻(xiàn)率為15.376%，是大氣降塵Cd、Pb的主要影響因素，截至2015年12月，阜新市機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)22.5×104輛，黃標(biāo)車7 716輛，機(jī)動(dòng)車污染防治緊迫性日益凸顯.

2.3健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.1暴露量

依據(jù)US EPA土壤健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，參照《中國(guó)人群暴露參數(shù)手冊(cè)》[27]，對(duì)阜新城區(qū)大氣降塵重金屬的人群健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估. 人體主要通過手-口、呼吸、皮膚接觸3種途徑攝入大氣降塵中的重金屬. 大氣降塵重金屬Cr、Ni、Zn、Cd、Pb、As、Cu具有慢性非致癌風(fēng)險(xiǎn)，其中Cr、Ni、Cd、As具有致癌風(fēng)險(xiǎn). 依據(jù)US EPA提供的經(jīng)呼吸途徑暴露量參考值，該研究擬計(jì)算大氣降塵重金屬對(duì)研究區(qū)人群的非致癌風(fēng)險(xiǎn)與致癌風(fēng)險(xiǎn). 各途徑的暴露量計(jì)算見式(2)～(4)[28]，其相關(guān)暴露參數(shù)的含義及其取值見表3.

降塵顆粒中的重金屬經(jīng)手-口途徑的日平均暴露量(ADDing)：

(2)

經(jīng)呼吸途徑降塵顆粒日平均暴露量(ADDinh)：

(3)

經(jīng)皮膚接觸降塵顆粒日平均暴露量(ADDderm)：

(4)

大氣降塵重金屬不同途徑暴露量如表4所示. 由表4可見，大氣降塵7種重金屬通過3種途徑暴露對(duì)兒童和成人的日均暴露量由大到小均為Zn、Pb、Cr、Cu、Ni、As、Cd. 兒童對(duì)大氣降塵7種重金屬經(jīng)手-口和皮膚接觸途徑的日均暴露量均高于成人，而成人經(jīng)呼吸途徑對(duì)重金屬的日均暴露量遠(yuǎn)高于兒童. 由此可見，對(duì)于兒童而言，手-口和皮膚接觸是對(duì)大氣降塵重金屬暴露的主要途徑，對(duì)于成人，呼吸則是大氣降塵重金屬主要的暴露途徑.

表3 降塵重金屬不同途徑日均暴露量評(píng)價(jià)中相關(guān)暴露參數(shù)意義及其取值[27]

注：1)指重金屬元素含量的95%置信上限.

表4 阜新城區(qū)大氣降塵重金屬不同途徑日均暴露量

2.3.2健康風(fēng)險(xiǎn)表征

大氣降塵中重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值、非致癌風(fēng)險(xiǎn)總和及致癌風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式[28]：

HQi,j=ADDi,j/RfDi,j

(5)

(6)

Risk=LADD×SF

(7)

式中：HQi,j為非致癌風(fēng)險(xiǎn)(Hazard Quotient)，表征重金屬元素i通過j途徑對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)；ADDi,j為重金屬i通過j途徑的日暴露量，mg/(kg·d)；RfDi,j為重金屬元素i通過j途徑暴露的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)參考劑量，表示單位時(shí)間、單位體質(zhì)量人體攝取的重金屬不會(huì)引起人體不良反應(yīng)的最大量，mg/(kg·d)；HI為非致癌風(fēng)險(xiǎn)總和，當(dāng)HQi,j或HI小于1時(shí)，可認(rèn)為大氣降塵中重金屬對(duì)人體的非致癌風(fēng)險(xiǎn)較小或可以忽略，當(dāng)HQi,j或HI大于1時(shí)，則認(rèn)為大氣降塵中重金屬對(duì)人體存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人體健康可能造成損害；Risk表示致癌風(fēng)險(xiǎn)，即癌癥發(fā)生的概率，通常情況下，以單位數(shù)量人口出現(xiàn)患癌者的比例表示，若在10-6～10-4(每1×104～100×104人，增加1位癌癥患者)之間，則認(rèn)為該重金屬元素對(duì)當(dāng)?shù)厝巳涸斐芍掳╋L(fēng)險(xiǎn)處于可接受的水平；SF為斜率系數(shù)，表示人體暴露在一定劑量重金屬元素下產(chǎn)生致癌效應(yīng)的最大概率，(kg·d)/mg.

阜新城區(qū)西北部大氣降塵重金屬中w(Cr) 相對(duì)較高，阜新市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及清河門皮革工業(yè)園區(qū)均位于阜新市西北，分別距市區(qū)3、10 km，經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)電鍍、電池及皮革工業(yè)園區(qū)鞣革、制革等企業(yè)的生產(chǎn)排放是造成該區(qū)域降塵中w(Cr) 較高的直接原因. 應(yīng)嚴(yán)格管控該區(qū)域生產(chǎn)企業(yè)的煙氣達(dá)標(biāo)排放執(zhí)行狀況，加強(qiáng)源排放達(dá)標(biāo)監(jiān)測(cè)，從源頭削減煙塵排放量；強(qiáng)化推進(jìn)開發(fā)區(qū)及工業(yè)園區(qū)污染企業(yè)實(shí)施周期性清潔生產(chǎn)審核項(xiàng)目，提高開發(fā)區(qū)及工業(yè)園區(qū)煙氣治理效率與回收利用率；并加強(qiáng)開發(fā)區(qū)及工業(yè)園區(qū)地表?yè)P(yáng)塵及時(shí)治理. 從暴露方式上，兒童通過手-口暴露途徑、皮膚暴露接觸重金屬的風(fēng)險(xiǎn)較高，而成人通過呼吸途徑接觸重金屬的風(fēng)險(xiǎn)較高.

表5 阜新城區(qū)大氣降塵重金屬非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值

參照已有研究[28]確定SF取值，阜新城區(qū)大氣降塵重金屬經(jīng)呼吸途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)見表6. 由表6可知，阜新城區(qū)大氣降塵中重金屬元素Cd、Cr、As、Ni經(jīng)呼吸途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)值均在10-9～10-7之間，均低于10-6[29]，阜新城區(qū)大氣降塵中的Cd、Cr、As、Ni經(jīng)呼吸途徑對(duì)人體可能不具有致癌風(fēng)險(xiǎn).

表6 阜新城區(qū)大氣降塵重金屬經(jīng)呼吸途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)

2.3.3健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的不確定分析

由于暴露及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程可能受評(píng)價(jià)的模型、樣品采集的代表性、結(jié)果分析的準(zhǔn)確度、模型中相關(guān)暴露參數(shù)的準(zhǔn)確性等因素的影響，其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定的不確定性. 由表1可知，阜新城區(qū)大氣降塵w(Zn)最高，平均值為756.9 mg/kg，其次為Pb、Cr，這3種元素是阜新城區(qū)大氣降塵最主要污染元素. 張應(yīng)華等[30]對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)不確定性量化研究表明，參數(shù)不確定性對(duì)于重金屬暴露非致癌風(fēng)險(xiǎn)值的影響波動(dòng)可信范圍在0.1～0.2，引起致癌風(fēng)險(xiǎn)值的波動(dòng)可信范圍在1個(gè)數(shù)量級(jí)以內(nèi). 上述兒童與成人的HI(Zn)分別為3.26×10-2、3.74×10-3，HI(Pb)分別為7.60×10-1、4.98×10-2，均小于1，參數(shù)不確定性對(duì)Zn、Pb的非致癌風(fēng)險(xiǎn)總和(HI)不會(huì)造成3個(gè)數(shù)量級(jí)的數(shù)值影響，并沒有影響Zn、Pb對(duì)兒童與成人健康風(fēng)險(xiǎn)均相對(duì)較低的評(píng)價(jià)結(jié)論. 上述兒童與成人的HI(Cr)分別為5.49×10-2、3.41，0.1～0.2范圍的參數(shù)不確定性不能影響Cr對(duì)兒童健康風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低的評(píng)價(jià)結(jié)論，但成人的HI(Cr)大于1，通過呼吸途徑過多攝入Cr可能導(dǎo)致呼吸道癌變. 結(jié)合致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中Risk(Cr)為 4.853 61×10-7，參數(shù)不確定性對(duì)Cr的致癌風(fēng)險(xiǎn)(Risk)可造成1個(gè)數(shù)量級(jí)的數(shù)值影響[31]，可能造成Risk(Cr)處于10-6～10-4之間，因此，推測(cè)Cr可能存在一定的致癌風(fēng)險(xiǎn). 該研究中暴露參數(shù)部分參照US EPA的推薦值，并未考慮不同人種間的差異，可能給評(píng)價(jià)結(jié)果帶來(lái)一定誤差；該研究設(shè)置的采樣點(diǎn)數(shù)量相對(duì)有限，未來(lái)可通過增設(shè)采樣點(diǎn)來(lái)更全面評(píng)估大氣降塵中重金屬組分的健康風(fēng)險(xiǎn)水平.

3 結(jié)論

a) 阜新城區(qū)大氣降塵7種目標(biāo)重金屬元素(Cd、Zn、Pb、Cu、Cr、Ni、As)中，w(Zn)最高，Zn是最主要污染元素；w(Cd)最低；阜新大氣降塵重金屬元素在空間分布極為不均；Cd、Zn背景比值(H)相對(duì)較高，阜新城區(qū)大氣降塵較周邊區(qū)域污染情況嚴(yán)重.

b) 阜新城區(qū)大氣降塵中7種重金屬污染程度次序?yàn)镃d>Zn>Pb>Cu>Cr>Ni>As；阜新市大氣降塵中Cd處于嚴(yán)重-極度污染，Zn處于中度-嚴(yán)重污染，部分地區(qū)Pb達(dá)嚴(yán)重污染，Cu達(dá)到中度-重度污染，Cr、Ni處于輕度污染，部分達(dá)中度-重度污染.

c) 兒童經(jīng)3種暴露途徑接觸重金屬(Pb>Cd>Zn>Ni>Cu)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值均大于成人，而Cr、As的非致癌風(fēng)險(xiǎn)則小于成人；兒童經(jīng)手-口和皮膚接觸途徑暴露重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值均大于成人，成人經(jīng)呼吸途徑暴露重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值大于兒童. Cr經(jīng)呼吸途徑對(duì)成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)(HQinh=2.53)、非致癌風(fēng)險(xiǎn)總值(HI=3.41)均大于限值1，Cr經(jīng)呼吸途徑對(duì)成人存在非致癌風(fēng)險(xiǎn). 致癌元素Cd、Cr、As、Ni經(jīng)呼吸途徑對(duì)人體可能不具有致癌風(fēng)險(xiǎn).

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Pollution Evaluation and Health Risk Assessment of Heavy Metals in Atmospheric Deposition in Fuxin City

ZHAO Xiaoliang1,3, SUN Jie1, LI Junhua2*, Lü Xue1, XUE Yang1, SHU Min1, BI Wenyi1

1.Environmental Science and Engineering Department, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China 2.School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China 3.Research Center of Coal Resources Safe Mining and Clean Utilization of Liaoning, Fuxin 123000, China

In order to investigate the contents of heavy metals in atmospheric deposition in Fuxin City and evaluate the health risks posed to local residents, 32 samples of atmospheric deposition from the urban area and 13 samples from the suburban area were collected from March 2015 to February 2016. The concentrations of seven heavy metals (Cr, Ni, Zn, Cd, Pb, As and Cu) were determined using ICP-MS. The results indicated that: (1) The concentrations of the heavy metals differed significantly, in the order ofw(Zn)>w(Pb)>w(Cr)>w(Cu)>w(Ni)>w(As)>w(Cd). Thew(Zn) in the atmospheric deposition was the highest (756.9 mg/kg),w(Cd) was the lowest (4.8 mg/kg), while those of Pb, Cr, Cu, Ni and As were between 10- 120 mg/kg. (2) The ratio of content from atmospheric deposition in the urban area to that of the background values (H) was the highest for Cd (44.89), while that of Zn was 11.92, which suggested that human activities greatly impacted the contamination of heavy metals in atmospheric deposition. (3) The assessment results of geo-accumulation index indicated that the Cd pollution in the atmospheric deposition should be classified as extreme, that of Pb and Cu as between slight and extreme, that of Cr and Ni as slight, while that of As as practically uncontaminated. (4) The result of health risk assessment indicated that the non-cancer risks of five heavy metals (Cu, Zn, Pb, Cd and Ni) were higher for children than for adults, while the risks of Cr and As were higher for adults than for children. (5) The cancer risk (HQinh) of Cr for adults was 2.53, while the total non-cancer hazard index (HI) was 3.41; this was much higher than the threshold value (1). The results suggest that Cr has a non-carcinogenic risk for adults through respiratory pathway. (6) The carcinogen risks of heavy metals (Cd, Cr, As, Ni) were 10-9- 10-7, which were less than threshold values (10-6), indicating that the risks of heavy metal from atmospheric deposition was within the human toleration limit. Cd, Cr, As and Ni might not present carcinogenic risks to the human body through the respiratory pathway. According to non-carcinogenic risk posed by heavy metals in air dust to children and adults through three pathways, Fuxin should promptly strengthen the emission and control of major particulate sources such as the Haizhou open pit, the economic development zone and the leather industrial park.

atmospheric deposition; heavy metal; geo-accumulation index; exposure; health risk assessment

2016-12-22

：2017-06-13

遼寧省煤炭資源安全開采與潔凈利用工程研究中心開放基金資助課題(LNTU15KF13)；遼寧省教育廳科研項(xiàng)目(LJYL020)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201610147000053)

趙曉亮(1981-)，男，安徽淮北人，副教授，博士，主要從事大氣環(huán)境科學(xué)研究，zhaoxiaoliang2008@126.com.

*責(zé)任作者，李俊華(1970-)，男，河南安陽(yáng)人，教授，博士，主要從事大氣環(huán)境科學(xué)研究，lijunhua@tsinghua.edu.cn

X513;X820.4

：1001- 6929(2017)09- 1346- 09

ADOI：10.13198/j.issn.1001- 6929.2017.02.78

趙曉亮,孫杰,李俊華,等.阜新城區(qū)降塵重金屬污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(9):1346- 1354.

ZHAO Xiaoliang,SUN Jie,LI Junhua,etal.Pollution evaluation and health risk assessment of heavy metals in atmospheric deposition in Fuxin City[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(9):1346- 1354.