重慶市主城區(qū)地表灰塵中As、Cr、Cd的污染研究

左竟成+楊力

摘 要：按功能區(qū)在重慶市主城區(qū)范圍內(nèi)采集了15個(gè)街道地表灰塵，分析了其中As、Cd、Cr的含量，并評(píng)價(jià)了重慶市主城區(qū)地表灰塵As、Cd、Cr的污染特征。結(jié)果表明，地表灰塵中As、Cr、Cd平均含量分別為261.38、104.82、5.02g/g，重慶市地表灰塵重金屬As、Cd、Cr的污染程度與國(guó)內(nèi)外其他城市相比并沒(méi)有明顯的差異。地表物重金屬的污染程度顯著受到交通與功能定位的影響，即車(chē)流量越大，污染越重，且繁華區(qū)>工業(yè)區(qū)>其他功能區(qū)。

關(guān)鍵詞：城市污染；地表灰塵；重金屬

中圖分類(lèi)號(hào)：S132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170833217

近年來(lái)，重慶經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)快速增長(zhǎng)，伴隨而來(lái)的環(huán)境污染也逐步顯現(xiàn)。街道灰塵是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣與城市生態(tài)環(huán)境及民眾健康等具有較大關(guān)聯(lián)性[1]。雖有學(xué)者已開(kāi)展城市街道灰塵的相關(guān)研究工作，但由于起步較晚，研究不夠深入，特別是對(duì)街道灰塵中重金屬污染的研究更少。

城市地表塵土中污染物來(lái)源很多，如汽車(chē)排放、工業(yè)企業(yè)、人為活動(dòng)、大氣污染物沉降等[2-5]。這些污染物逐漸積累、沉積于城市街道表面，形成地表灰塵。因此，地表灰塵是城市地表最重要的容納和提供地，可直接反映城市的污染特征和狀況，地表灰塵成為城市污染研究中一個(gè)極為重要的課題。通過(guò)對(duì)重慶市地表灰塵重金屬及相關(guān)環(huán)境因素的測(cè)定，能夠準(zhǔn)確全面地反映重慶市的環(huán)境質(zhì)量及其發(fā)展趨勢(shì)，為其環(huán)境管理、污染源控制和環(huán)境規(guī)劃提供科學(xué)的依據(jù)。

1 研究方法

1.1 采樣點(diǎn)選取

重慶市主城區(qū)包括渝中區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)等，其基本特征見(jiàn)表1。

地表灰塵的積累遷移受大氣沉降、地形地貌、土地利用、交通、地面覆蓋物等諸多因素共同影響，具有隨機(jī)性、間歇性和突發(fā)性等特征。因此，對(duì)采樣點(diǎn)周?chē)牡乩憝h(huán)境、交通等狀況進(jìn)行事前調(diào)查是地表灰塵研究中的重要環(huán)節(jié)[2]。本研究按功能屬性進(jìn)行布點(diǎn)和采樣，將功能屬性分成3大類(lèi)：繁華區(qū)包括商貿(mào)區(qū)和交通區(qū)；工業(yè)區(qū)；其他功能區(qū)包括居民區(qū)、醫(yī)院、旅游區(qū)、文教區(qū)。采樣的地點(diǎn)分布在能代表各行政區(qū)功能屬性的地點(diǎn)，包括：沙坪公園、大渡口、工學(xué)院、李家坨、工商大學(xué)、新牌坊、朝天門(mén)、紅巖村、北碚新城、學(xué)田灣、五里店、菜園壩、銅元局、花卉園、高灘巖。各采樣點(diǎn)的行政屬性和功能屬性見(jiàn)表2。

1.2 樣品采集

主城區(qū)街道清掃時(shí)間多在06：00—14：00之間，故本研究采樣時(shí)間為15：00—17：00，且時(shí)間固定。采樣季節(jié)和天數(shù)可隨研究需要任選。采樣時(shí)應(yīng)記錄采樣點(diǎn)位置與環(huán)境特征等。Sartor等研究表明，在距街道邊坎約15.2cm范圍內(nèi)，聚集了街道近80%的地表物總量，因此采樣在距離街道邊坎25cm的范圍內(nèi)進(jìn)行。樣點(diǎn)收集范圍一般為2～5m2，采用人工清掃采樣，先用毛刷收集采樣區(qū)域內(nèi)的地表物，再收入塑料帶中。樣品取回實(shí)驗(yàn)室后，可用自然風(fēng)干或烘干，烘干時(shí)溫度約60～100℃。待干燥以后，將樣品過(guò)篩，裝瓶待測(cè)。灰塵樣品分析方法與土壤分析類(lèi)似 [3]。

1.3 樣品化學(xué)分析

1.3.1 分析方法來(lái)源

本研究中，針對(duì)不同的重金屬采用不用的分析測(cè)定方法：地表灰塵中Cr、Cd使用原子吸收分光光度法；地表灰塵中As采用比色法測(cè)定[3-4]。

1.3.2 分析方法步驟

樣品中的As，經(jīng)HNO3、H2SO4分解后，轉(zhuǎn)變成H3AsO4·1/2H2O，它在酸性溶液中還原。產(chǎn)生砷化氫氣體（AsH3），將此氣體凈化后與AgDDC經(jīng)過(guò)作用身成紅色膠體銀。經(jīng)吸光度測(cè)定其濃度。測(cè)定鉻時(shí)，用磷酸、硫酸、硝酸混合液消煮土樣，使鉻轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)進(jìn)入溶液。濾去殘留物質(zhì)后，用高錳酸鉀將鉻氧化成六價(jià)鉻，除去多余的高錳酸鉀后，使六價(jià)鉻在酸性環(huán)境下與DPC反應(yīng)，生成穩(wěn)定的紫紅色絡(luò)合物，在540nm波長(zhǎng)進(jìn)行分光光度測(cè)定。

測(cè)定鎘時(shí)，先稱取1.00g樣品，放入150mL三角瓶中，加少量去離子水潤(rùn)濕。緩慢加入王水，使其與樣品充分混勻。放在電熱板上保持微沸，直至近干，再加入5mL濃鹽酸，繼續(xù)消煮至樣品呈白色。取下三角瓶并加入10mL去離子水。用濾紙過(guò)濾于50mL容量瓶定容、搖勻、備測(cè)。

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）規(guī)定的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（表3）作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 污染評(píng)價(jià)方法

采用多重比較、聚類(lèi)分析法、富集系數(shù)評(píng)價(jià)和對(duì)應(yīng)分析4種分析方法對(duì)本研究得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 重慶市地表灰塵As、Cd、Cr的賦存量分析

通過(guò)對(duì)各采樣點(diǎn)樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，可知重慶市地表灰塵As、Cd、Cr的賦存量（表4）。由表4可知，重慶市地表灰塵中As濃度為108.61～527.76μg/g，Cd為2.20～7.80μg/g，Cr為14.64～318.16μg/g，不同區(qū)域街塵中3種重金屬的濃度差異巨大，這可能與各區(qū)域的功能屬性、人為活動(dòng)程度和汽車(chē)排放等有關(guān)。

2.2 污染特征及評(píng)價(jià)

表4反映各采樣點(diǎn)重金屬含量在0.5%顯著水平下的顯著性關(guān)系，有相同字母表示無(wú)顯著性，反之。

由表4可知，大渡口和五里店與其他采樣點(diǎn)存在顯著性差異，也說(shuō)明各城區(qū)地表灰塵中重金屬污染比較平均，工業(yè)和交通集中區(qū)域比其他地區(qū)污染嚴(yán)重。

圖1 聚類(lèi)分析

根據(jù)表4對(duì)砷、鎘、鉻進(jìn)行聚類(lèi)分析法分析得圖1。由圖1可知，工商大學(xué)的地表灰塵中重金屬綜合污染最嚴(yán)重，其次是大渡口、銅元局，地表灰塵中重金屬中度污染，分為第二檔；最后工學(xué)院、學(xué)田灣、五里店、新牌坊、沙坪公園、北碚新城、李家坨、高灘巖、花卉園、菜園壩、朝天門(mén)，紅巖村地區(qū)組成第三檔，第三檔地區(qū)所受As、Cd、Cr重金屬污染程度相對(duì)較低。endprint

采用內(nèi)梅羅評(píng)價(jià)方法計(jì)算富集系數(shù)，表5是以采樣點(diǎn)土壤中相關(guān)重金屬含量作為標(biāo)準(zhǔn)值，分析可知重慶城區(qū)地表灰塵As、Cr、Cd污染較為嚴(yán)重，其中As污染最嚴(yán)重，而Cr、Cd污染相對(duì)較輕。

根據(jù)2.1節(jié)測(cè)試結(jié)果，對(duì)重慶主城區(qū)地表灰塵As、Cr、Cd污染進(jìn)行分析，可得圖2、圖3和圖4。分析可知，重慶市地表灰塵中重金屬污染有以下特征：

重金屬含量受交通影響巨大。所測(cè)3種重金屬中，As、Cd、Cr重金屬含量，在作為交通繁華區(qū)的地區(qū)，重金屬含量明顯高于其他采樣點(diǎn)。而同樣是車(chē)流量較大的南岸，重金屬含量也比其他采樣點(diǎn)偏高。而作為文教區(qū)重金屬含量較高，估計(jì)也與該區(qū)距離交通繁華區(qū)較近的緣故。

工業(yè)區(qū)重金屬含量高于其他區(qū)域，但低于交通繁華區(qū)。除個(gè)別值以外，重金屬含量交通繁華區(qū)>工業(yè)區(qū)>其他功能區(qū)。

與重慶市土壤背景值相比，地表灰塵重金屬濃度以As與Cr最高，其次為Cd。除個(gè)別污染嚴(yán)重地區(qū)以外，大都接近或低于土壤背景值。

將重慶市主要重金屬污染物同其他城市比較（表6、圖5），結(jié)果表明，重慶市地表灰塵As、Cd、Cr的污染程度與國(guó)內(nèi)外其他城市相比沒(méi)有顯著差異[6]。

3 結(jié)論

對(duì)重慶市主城區(qū)15個(gè)采樣點(diǎn)的地表灰塵樣品進(jìn)行分析，得到地表灰塵中Cr、Cd、As平均含量分別為104.82、5.02、261.38μg/g。對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯著性分析表明，大渡口和五里店與重慶城區(qū)其他采樣點(diǎn)存在顯著性差異，其中大渡口的地表灰塵匯總Cr、Cd、As最為嚴(yán)重。進(jìn)行聚類(lèi)分析、富集系數(shù)評(píng)價(jià)后發(fā)現(xiàn)，重慶市地表灰塵中As的污染情況最嚴(yán)重，且繁華區(qū)和工業(yè)區(qū)污染較重，順序依次是交通繁華區(qū)>工業(yè)區(qū)>其他功能區(qū)。與國(guó)內(nèi)及世界上緯度相近的城市相比，污染程度接近。

參考文獻(xiàn)

[1]張從.環(huán)境評(píng)價(jià)教程[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[2]奚旦力.環(huán)境監(jiān)測(cè)[M].北京：高等教育出版社，1987.

[3]何增耀.環(huán)境監(jiān)測(cè)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002.

[4] Darren D.，R.Tomlinson and P.Williams，Pollutant concentration in road runoff：Southeast Queensland case stu- dy，j.of Envir.Engrg[J].ASCE，2000，126（4）：313-320.

[5] J.B.Ellis，D.M.Revitt et al.，The contribution of highway surface to urban storm water sediments and metal Loa-ding[J].The Science of the Total Environment，1987（59）：339-349.

[6]環(huán)境污染物分析方法研究協(xié)作組編.環(huán)境污染分析法[M].北京：科學(xué)出版社，1979.endprint