有色冶炼园区道路扬尘中重金属污染特征及健康风险评价

为研究有色冶炼工业园区周边道路扬尘中重金属污染特征及其健康风险,在云南省蒙自地区采集了城市道路、有色冶炼工业园区道路以及隧道尘样品,通过再悬浮设备将尘样悬浮至Teflon滤膜上获得PM_(2.5)和PM_(10)样品,并利用ICP-MS分析了Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb这8种重金属的含量.结果表明,在PM_(2.5)中重金属的平均含量高于PM_(10).Pb、Cd、As和Zn在3种道路扬尘中平均含量最高,且在不同道路扬尘中平均含量差异表现为:隧道工业园区道路城市道路.隧道扬尘中Pb和As的平均含量高于其它重金属,在PM_(2.5)中达到92 338.3 mg·kg~(-1)和12 457.7 mg·kg~(-1);工业园区道路扬尘中Pb和Zn的平均含量最高,在PM_(2.5)中分别是4 381.7 mg·kg~(-1)和4 685.0 mg·kg~(-1);城市道路平均含量最高的重金属是Zn和Pb,在PM_(2.5)中为1 952.6 mg·kg~(-1)和1 944.8 mg·kg~(-1), 3种道路扬尘中Cu、Zn、As、Cd和Pb平均含量均高于云南省土壤背景值.富集因子分析和主成分分析结果显示:Cu、Zn、As、Cd和Pb在3种道路上均有明显富集,受到有色冶炼工业和交通源的显著影响;而Cr、Mn和Ni在3种道路上富集不明显,未受到明显的人为源影响.健康风险评价结果表明,摄食是主要的暴露途径;儿童的非致癌风险高于成人.在PM_(2.5)道路扬尘中所含有的As、Cd和Pb都会对成人和儿童造成非致癌风险,在PM_(10)工业园区道路和隧道扬尘中的As、Cd和Pb对人体有非致癌风险,城市道路中的As仅对儿童有非致癌风险.此外,隧道中的As具有致癌风险.     

海西城市群PM2.5中重金属元素的污染特征及健康风险评价

采集2010~2011年海西城市群PM_(2.5)样品,用粒子激发-X射线发射技术(PIXE)方法测试样品中痕量重金属(Zn、Cu、Pb、Mn、Ni、Cr、As)的浓度,分析痕量重金属的污染特征、富集程度和来源,并进行重金属对人体健康风险的评价.结果表明,PM_(2.5)中重金属总浓度的时空分布特征与PM_(2.5)的不一致,这与PM_(2.5)的某些主要贡献源(如建筑尘和扬尘等)并非痕量重金属的贡献源有关.PM_(2.5)中Zn、Cu、Pb、Mn、Ni、Cr、As等重金属的EF值均高于10,呈明显的人为源富集现象.主成分-多元线性回归(PCA-MLR)解析结果显示,PM_(2.5)中痕量重金属主要有3种来源,即燃煤和机动车尾气(70.59%)、混合源(燃煤、燃油和冶炼行业,17.55%)以及其他工业源(11.86%).健康风险评价结果显示,PM_(2.5)中致癌重金属(Ni、Cr、As)的风险值高于非致癌重金属(Zn、Cu、Pb、Mn)风险值,但均低于一般可接受风险水平(10-6),说明海西城市群大气环境PM_(2.5)中重金属未对人体健康造成危害.     

长春市典型高架公路大气环境颗粒物中重金属污染特征

于2014年4—11月对长春市典型高架公路大气颗粒物PM_(2.5)和PM_(10)进行采样,对颗粒物中主要重金属元素的浓度进行了分析,并采用变异系数法、地积累指数法和富集因子法对大气颗粒物重金属污染情况进行评价.研究表明,道路施工期间,PM_(2.5)和PM_(10)中重金属的浓度普遍低于道路运行通车后的浓度,而采暖期重金属的浓度又高于非采暖期的浓度.重金属元素在PM_(2.5)中的含量占PM_(10)中总含量的比例均超过50%,说明颗粒物越细越容易富集重金属.Zn、Fe和Mn的变异系数较小,说明来源稳定,自然源占主导地位.富集因子法表明,Zn的富集程度极强,Mn无富集.Cr和Cd的变异系数较大,受人为活动干扰严重,在道路施工期间二者富集程度较轻,道路通行加之采暖后富集程度加强,主要来源为汽油和煤的燃烧.Pb、Cu和Ni的变异系数在0.56~0.76之间,有一定的人为干扰,Pb和Ni在高架公路施工期富集程度较轻,道路运行及取暖期富集程度显著,主要来源是交通源;Cu富集程度强,主要来源可能是油燃烧、建筑扬尘.     

中国民用煤燃烧排放细颗粒物中重金属的清单

基于稀释通道采样系统和室内模拟燃烧实测,并搜集全国各省区煤中11种重金属的含量,推算出两种常用民用煤(蜂窝煤和块煤)燃烧排放的细颗粒物(PM_(2.5))中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb和Pb等11种重金属排放因子.计算了2012年全国(除港、澳、台地区)民用燃煤排放PM_(2.5)中重金属的排放量,并建立了全国30 km×30 km的网格化清单.结果表明,蜂窝煤燃烧排放PM2.5中,Pb、Zn、As和Cu的排放因子较高,分别为27.1、16.8、0.99和0.97 mg·kg-1,分别是块煤的56、6、10和2倍.2012年我国民用燃煤燃烧排放PM_(2.5)中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb和Pb的排放总量分别为0.5、30.1、59.5、1.1、29.3、20.0、188.9、64.9、1.6、3.4和176.7 t.湖南、河北、内蒙古、河南和山东等省区民用煤燃烧排放的各种重金属总排放量较高,分别占全国排放总量的12.4%、12.3%、10.4%、9.9%和9.3%.不同重金属的单位面积排放强度与人均排放量显示,北京、河南、山东、湖南、江西、贵州以及内蒙古等地区存在较高的重金属健康风险.空间分布信息显示,Zn和Pb年排放量较大的地区分布较广,主要分布在内蒙古、河北、北京、天津、山东、河南、甘肃、湖南以及江西等省(市)区.本研究所得细粒子中重金属清单可为区域空气质量模拟、人体健康风险评估等提供基础数据.     

南昌市秋季大气PM2.5中金属元素富集特征及来源分析

采集2013年秋季南昌市6个不同区域的大气PM_(2.5)样品,分析PM_(2.5)质量浓度及其中18种金属元素(Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Ba、Co、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg)的富集特征,并用多元统计分析法探讨了PM_(2.5)中上述元素主要来源.结果表明,南昌市秋季大气PM_(2.5)日均质量浓度满足《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)二级标准限值(≤75μg·m~(-3)).Mn、Ti、Al和V的富集因子小于1.0,表明这些元素基本没有富集;Fe、Cr、Co、K、Mg、Ba、Ca、Cu和As的富集因子范围为1.7~7.8,表明这些元素受到自然源和人为源的共同影响;Hg、Zn、Pb、Ni和Cd的富集因子范围为21.9~481.2,表明这些元素受到明显的人为污染.综合相关分析、主成分分析和聚类分析结果表明:PM_(2.5)中Mg、K、Al、Ca、Ti主要来源于土壤及建筑尘;As、Hg主要来自燃煤;Ba、Ni、Mn主要来自金属冶炼排放;V、Cu、Fe、Cd、Pb、Cr、Co主要来自交通源;Zn主要受金属冶炼和燃煤的影响.     

南昌市冬季大气PM2.5中重金属元素来源分析及健康风险评价

采集2015年南昌市冬季大气PM_(2.5)样品,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定样品中重金属(V、Mn、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Ba和Pb)的含量,分析重金属的分布特征和来源,并对重金属健康风险进行评价。结果表明:采样期间PM2.5浓度总平均值为(29.74±16.82)μg/m~3,其中省外办最高,武术学校最低;各重金属元素总体平均浓度从高到低次序为:ZnPbCuMnBaNiVCrCdCo。因子分析结果表明:PM_(2.5)中重金属元素的来源包括道路交通尘和冶金化工排放、机动车尾气以及混合源。健康风险评价结果显示:PM_(2.5)中Mn对人体健康存在非致癌风险,其他元素(Cr、Ba、Co、Pb、Cd、Cu、V、Zn、Ni)基本没有非致癌风险;Cr对人体有较明显的致癌风险,Cd、Ni和Co对部分年龄段的人群(尤其是成年人)存在一定的致癌风险。     

厦门市大气PM_(2.5)中重金属污染特征及健康风险评价

用ICP-MS对厦门市夏冬两季城区和郊区PM_(2.5)(当量直径≤2.5 μm的颗粒物)及其中10种重金属(V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、As、Cd、Pb和Cu)含量进行测定,分析其污染特征,并对重金属的健康风险进行评价。结果表明,采样期间厦门市PM_(2.5)中重金属含量水平表现为ZnPbCuMnVAsNiCrCdCo,其中Zn、Pb、As、Cd和Cu富集因子远远大于10,受人为影响较严重。健康风险评价结果表明,PM_(2.5)中重金属的非致癌健康风险可以忽略;几乎所有重金属的致癌健康风险都高于最大可接受风险值10~(-6)。     

成都西南郊区春季PM2.5中元素特征及重金属潜在生态风险评价

于2012年和2014年春季在成都西南郊区采集PM_(2.5)样品,采用重量法测定PM_(2.5)的浓度,利用X射线荧光光谱法测定PM_(2.5)中24种元素的质量浓度,运用地累积指数法和富集因子法分别讨论了PM_(2.5)中元素的污染特征、富集程度及来源,并用潜在生态风险指数法对PM_(2.5)中重金属的潜在生态风险进行评价.结果表明,成都西南郊区春季PM_(2.5)的质量浓度处于相对较高的水平;PM_(2.5)中元素组成特征表现为K和S的质量分数最高,Ga、Cs、Co、Cd、V的质量分数最低.国内外典型城市比较发现,不同城市PM_(2.5)中元素质量浓度水平存在较大差异.地累积指数结果表明,PM_(2.5)中As、Br、S、Cd、Se、Pb、Cl和Zn污染程度较严重.富集因子分析表明,PM_(2.5)中Se、Cd为超富集,As、Br、Cl、Pb、Zn、S为高度富集,Cu、Cs、Ni、Ga、Co为中度富集,这些元素主要受人为污染影响,受自然源的影响很小;Cr、Mn、Ca、V为轻度富集,受自然源和人为源的共同作用;Na、Ti、Al、Si和Mg为基本无富集或微量富集,主要来自于土壤尘或扬尘源.潜在生态危害指数法评价显示,PM_(2.5)中重金属单因子潜在生态危害程度大小为CdAsPbCuZnNiCoCrMnVTi,重金属联合的潜在生态风险为极强,Cd是多种重金属联合的潜在生态风险指数中的主要贡献因子.     

深圳城市大气PM2.5中金属元素的在线测量与来源特征

大气PM_(2.5)中很多金属元素危害人体健康,且具有源示踪性,因此,开展PM_(2.5)中金属在线监测对污染来源分析和大气污染防治有着重要意义.本研究于2017年4—5月使用美国Cooper环境空气多金属在线监测仪对深圳城市大气PM_(2.5)中金属元素进行连续观测.与同步离线采样测量的金属数据进行比对表明,10种元素(K、Zn、Cu、Mn、Fe、V、Ni、Ti、Pb、Cr)呈现良好的相关性,因而用于后续分析.观测期间大气PM_(2.5)的平均浓度24.8μg·m~(-3),其中10种金属元素总浓度为0.72μg·m~(-3),占比2.9%.Mn、Fe、Cu、Zn和Ti的浓度日变化显示了日间高、夜间低的特征,表明受到本地人为源的显著影响;而K、Pb、Cr浓度日变化无明显波动,说明受区域传输影响较大;Ni与V日变化趋势一致,主要来源为船舶排放.主成分因子分析结果表明,观测期间PM_(2.5)中金属污染来源主要为交通和扬尘源、工业排放/废物燃烧和船舶污染,方差贡献依次为54.3%、19.8%和8.8%.     

成都市PM2.5中有毒重金属污染特征及健康风险评价

2009年4月至2010年1月在成都市城区采集PM2.5样品.采用X射线荧光光谱法分析20种元素,并重点分析As、Cd、Cr、Mn、Ni、Pb和Sb 7种有毒重金属元素.采用富集因子法、地累积指数法、相关性分析法和美国环保局暴露模型分别讨论了有毒重金属的污染特征、来源和健康风险.结果表明:成都市PM2.5中有毒重金属浓度处于较高水平,分别是:As(40.5±30.3),Cd(9.5±13.2),Cr(17.9±10.5)、Mn(137.6±84.3),Ni(5.1±4.1),Pb(320.5±186.0)和Sb(11.0±16.0)ng/m3.As严重超标,Cd和Pb也有超标现象.多数元素均在冬季达到最大值,夏季达到最小值.Cr、Mn、Ni污染程度较低,属于轻微污染,As、Cd、Pb、Sb的污染程度极高.PM2.5中有毒重金属主要来源于土壤尘及其扬尘,机动车排放和煤燃烧,冶金及机械制造和刹车磨损.Mn对儿童、成人均产生较严重的非致癌健康风险,分别为6.01、2.59、2.46,As、Cd、Cr、Ni、Pb、Sb的非致癌风险值均小于1,健康影响较小.As、Cr对人体有致癌健康风险.     

珠海市郊区大气PM2.5中元素特征及重金属健康风险评价

为探讨珠海市郊区大气环境PM_2.5中主要元素尤其是重金属的污染特征及其健康风险,于2014~2015年选取春、夏、秋、冬季4个典型月采集了PM_2.5样品.利用X射线荧光光谱法分析得到15种元素的含量,进一步利用富集因子和主成分分析方法分析其来源,并采用US EPA环境健康风险评价模型评估痕量重金属的健康风险.结果表明：大气PM_2.5中地壳元素（Al、Si、Ca、Fe、Ti）总质量浓度在春、夏、秋、冬季典型月分别为（708±213）、（645±269）、（1155±503）和（1466±492）ng·m^-3,痕量重金属元素（Ba、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Sb、V、Zn）总质量浓度在春、夏、秋、冬典型月分别为（271±124）、（163±87.6）、（424±192）和（546±183）ng·m^-3.富集因子分析显示Sb、Zn、Pb、Cu、Ni、Ba、Ca、Co等元素富集显著,其富集因子均值范围为172~2426.主成分分析显示,区域性输送污染源、船舶源、燃煤和电子工业是PM_2.5中重金属的主要来源,其贡献率分别为53.4%、13.0%、7.6%和6.8%.健康风险评价结果表明,Mn元素对儿童存在一定的非致癌风险,Cr、Pb和Co存在一定的致癌风险.     

云南5城市道路扬尘PM2.5中重金属含量表征及健康风险

为研究云南城市道路扬尘PM_2.5中重金属含量、来源和其健康风险,分别在昆明、保山、文山、昭通和玉溪这5个典型城市区域采集道路扬尘样品,使用颗粒物再悬浮技术将尘样悬浮并采集PM_2.5,利用ICP-MS检测PM_2.5中铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、镉(Cd)和铅(Pb)等8种重金属.结果表明,5城市道路扬尘Cr、 Ni、 Cu、 Zn和Pb含量均严重超过云南土壤背景值;富集因子表明,云南5城市道路扬尘PM_2.5中重金属多数表现为中度富集和强烈富集,受人为活动影响较大.相关性分析和主成分分析结果表明,云南省不同类型城市道路扬尘PM_2.5中重金属均受土壤源和交通源影响;其余来源差异性较大：昆明受钢铁冶炼源影响、保山和玉溪受有色金属冶炼源影响、昭通受燃煤源影响.健康风险分析表明：昆明、玉溪和昭通的道路扬尘PM_2.5中Cr、 Pb和As存在儿童非致癌风险,昆明市的Cr还存在终身致癌风险.     

Size distribution, characteristics and sources of heavy metals in haze episod in Beijing

Size segragated samples were collected during high polluted winter haze days in 2006 in Beijing, China. Twenty nine elements and 9 water soluble ions were determined. Heavy metals of Zn, Pb, Mn, Cu, As, Cr, Ni, V and Cd were deeply studied considering their toxic effect on human being. Among these heavy metals, the levels of Mn, As and Cd exceeded the reference values of National Ambient Air Quality Standard （GB3095-2012） and guidelines of World Health Organization. By estimation, high percentage of atmospheric heavy metals in PM2.5 indicates it is an effective way to control atmospheric heavy metals by PM2.5 controlling. Pb, Cd, and Zn show mostly in accumulation mode, V, Mn and Cu exist mostly in both coarse and accumulation modes, and Ni and Cr exist in all of the three modes. Considering the health effect, the breakthrough rates of atmospheric heavy metals into pulmonary alveoli are： Pb （62.1%） 〉 As （58.1%） 〉 Cd （57.9%） 〉 Zn （57.7%） 〉 Cu （55.8%） 〉 Ni （53.5%） 〉 Cr （52.2%） 〉 Mn （49.2%） 〉 V （43.5%）. Positive matrix factorization method was applied for source apportionment of studied heavy metals combined with some marker elements and ions such as K, As, SO42- etc., and four factors （dust, vehicle, aged and transportation, unknown） are identified and the size distribution contribution of them to atmospheric heavy metals are discussed.     

厦门海沧区PM2.5中金属元素污染评价及来源分析

为了了解金属元素的污染特征和潜在来源,以及重金属元素的风险水平,本研究于2015年4月至2016年1月采集了厦门海沧区不同类型站点四季大气PM_(2.5)样品348份,用X射线荧光分析仪(XRF)测定了其中K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Cu、Fe、Ti、As、V、Mn、Ba、Co等14种金属元素的质量浓度.本研究分析了码头、生活区、工业区和背景区这4个类型站点PM_(2.5)中金属元素的时空分布特征,综合利用富集因子法和健康风险评价模型进行了金属元素的污染评价,并采用相关性分析、主成分分析和后向气团轨迹初步探讨了金属元素的来源.结果表明,采样期间厦门海沧区PM_(2.5)中14种金属元素总质量浓度在PM_(2.5)中的占比为5.4%~10.6%.金属元素总质量浓度的时空变化特征与PM_(2.5)的较为一致,均表现为春冬季浓度高于夏秋季,海润码头和新阳工业区高于海沧分局和市委党校.而夏季海润码头和海沧分局PM_(2.5)日均值超标率较高的现象,与海润码头作业以及风向有关.新阳工业区Zn的质量浓度最高,市委党校次之;海润码头V的质量浓度最高,夏季海沧分局易出现V的浓度高值;均说明污染源站点(新阳工业区和海润码头)排放的污染物对其附近站点的金属元素质量浓度产生了影响.K质量浓度冬季最高,As超标现象出现在冬季和春季,说明冬季生物质燃烧以及燃煤等燃烧排放对大气污染的影响较为严重.Cu、Zn、As、Co、Na和Mn在各站点的富集因子范围为67~8449,富集均较严重.非致癌重金属Zn、Cu、Mn风险值之和低于一般可接受的风险水平(1×10~(-6)a~(-1)),其中Mn对总风险值的贡献范围为74%~88%.综合相关性分析和主成分分析结果表明,厦门海沧区PM_(2.5)中金属元素主要来源于地面扬尘、机动车排放、燃煤和工业排放以及船舶排放,各来源分别可以解释变量的34.5%、12.5%、10.6%、7.8%.后向气团轨迹表明春、秋和冬季均受到局地气团的影响,而夏季气团运动相对较强;春冬季途经长三角内陆的气团可能导致PM_(2.5)浓度偏高.     

东莞市PM1中重金属元素的污染特征及来源解析

采集了2011年8月—2012年7月间东莞市不同区域两点(A:生活区;B:工业区)的PM2.5～10、PM1～2.5和PM1样品,并用ICP-MS分析了颗粒物上Pb、Cu、Zn、As、Cd、V、Mn、Cr、Hg和Al等10种元素,重点研究了PM1中除Al外其它9种重金属元素的污染特征.分析结果显示,工业区B点PM1中的重金属污染明显较生活区A点严重,9种重金属元素在B点PM1中的浓度是A点的2.3～4.4倍.Zn和Pb是A、B两点PM1中主要的重金属元素,同时各重金属元素质量占PM1质量百分比范围为0.0008%～0.3530%.粒径分布、富集因子分析的结果显示,大部分重金属元素主要富集在PM1中,且主要受人为源的影响.因子分析源解析结果表明,A、B两点PM1主要来源于4类污染源:燃煤源、机动车/工厂燃油源、冶金化工源、土壤尘.污染源特征分析表明,偏北风时东莞地区PM1受局地源远距离输送影响更严重,偏南风时受本地污染源影响更严重.     

北京城区PM2.5中致癌重金属季节变化特征及其来源分析

于2009年4、7、10月和2010年1月在北京城区采集了PM2.5样品,采用电感耦合等离子体质谱仪分析得到29种金属元素,对7种致癌重金属浓度、富集程度及其可能的来源进行了分析.结果表明,7种致癌重金属As、Cd、Co、Cr、Ni、Pb和Se年均值浓度分别为(11.6±14.0)、(2.6±2.4)、(1.0±0.7)、(11.3±9.4)、(4.0±2.4)、(142.5±98.9)、(3.3±2.2)ng·m-3,其中仅As年均值浓度超过WHO参考限值的0.8倍.7种致癌重金属仅As、Cd、Pb和Se等4种重金属有明显富集现象,富集因子均超过500,其中夏季富集因子明显高于其它季节.春、秋和冬季4种高富集致癌重金属主要来源于北京周边的燃煤和城区机动车排放,夏季则主要来源于区域性污染源的输送.