大气PM_(2.5)中重金属研究进展

近年来大气PM_(2.5)污染及其危害受到全球关注,我国污染现状尤其严重。作为重要的大气污染物成分,PM_(2.5)富集的重金属对生态环境和人体健康有较大威胁。该文分析总结了我国大气PM_(2.5)中重金属的研究现状,包括污染水平、时空分布特征、来源解析、化学形态、生物有效性和毒理健康效应等方面,提出了现阶段研究的不足,并对今后大气颗粒物污染及其成分研究进行展望,以利于环境空气质量的合理评价及其标准完善,为大气污染防治决策提供科学依据。     

保定市室外环境大气PM_(2.5)中重金属的健康风险及PM_(2.5)来源分析

目的掌握保定市夏季室外环境大气PM_(2.5)中8种重金属健康风险并分析保定市夏季室外环境大气PM_(2.5)的主要来源。方法对保定市6个不同城市背景点及人群活动较频繁的12个室外微环境的PM_(2.5)进行连续监测并进行组分分析;应用美国环境保护署(US EPA)推荐的模型开展健康风险评价,同时利用城市背景点PM_(2.5)中有机碳OC与元素碳EC相关性和二次有机碳SOC的定量分析结果,对保定市夏季环境空气中PM_(2.5)主要来源进行分析。结果城市背景点调查发现,保定市夏季室外环境大气PM_(2.5)污染较轻,但健康风险评价表明,PM_(2.5)中大多数重金属致癌风险仍不可接受,铬的致癌风险最高,为2.10×10-4～7.35×10-4。对人群经常活动的室外微环境精细化风险评估发现,镉致癌风险相比于城市背景点有所增加,并且铬的致癌风险均高达10-4数量级。城市背景点夏季环境大气PM_(2.5)中OC、EC相关性较好并且SOC/OC为40.5%,说明保定市夏季OC主要来源于一次排放。结论对室外微环境进行精细化的健康风险评价,相比于城市背景点更能精确反映人群暴露的真实健康风险。铬对人群的健康危害最大,应引起重视。保定市夏季PM_(2.5)污染以一次源为主,控制一次源排放是保定市整体治理PM_(2.5)污染与控制健康风险来源的关键措施。同时也要考虑人群活动的不同室外微环境的特殊性,进行有针对性的风险防范。     

广州城区大气PM_(10)中二噁英季节分布特征及健康风险评估

目的了解广州城区大气PM_(10)中二噁英(PCDD/Fs)季节分布特征并进行健康风险评估。方法于2013年7月(夏)、10月(秋)采集大气PM_(10)样品,每月连续采样10 d,利用高分辨率气相色谱-高分辨质谱(HRGC/HRMS)分析了颗粒物中二噁英含量,在此基础上分析了PCDD/Fs组成变化特征和来源,并对其进行健康风险评价。结果夏秋两季PM_(10)浓度为0.065~0.208 mg/m~3,PM_(10)中17种PCDD/Fs总浓度为0.483~12.166 pg/m~3。秋季PCDD/Fs总浓度高于夏季,但PCDD/Fs单体含量水平无明显季节变化特征。秋季PCDD/Fs的毒性当量浓度是夏季的2.38倍;PM_(10)中PCDD/Fs致癌风险为4.69×10~(-12)~5.51×10~(-12)。结论本次调查的广州城区大气PM_(10)中二噁英水平有明显季节特征,秋季高于夏季,致癌风险低于可接受水平。     

哈尔滨市大气PM_(2.5)中重金属污染特征及健康风险评价

目的分析哈尔滨市大气PM_(2.5)中重金属的污染特征、来源及其通过呼吸途径对人群的健康风险。方法选择哈尔滨市2个监测点为采样点,采集2015年1月—2016年12月大气PM_(2.5)共457个样品,分析其中汞、铅、锰、硒、锑、砷、镉、铬、镍9种重金属的含量和污染特征,用富集因子对重金属来源进行分类,用健康风险评价模型对重金属进行呼吸暴露健康风险评价。结果2015年1月—2016年12月哈尔滨市2个监测点大气PM_(2.5)中9种重金属元素的年均浓度范围为3.91×10~(-7)~6.25×10~(-5)mg/m~3,由高到低依次为铅锰砷铬锑镍硒镉汞,两监测点PM_(2.5)中砷的年均浓度分别为GB3095—2012《环境空气质量标准》中二级标准限值的2.2和2.7倍。砷、镉、镍、铅的富集因子均大于10。大气PM_(2.5)中重金属对人群的超额危险度为2.77×10~(-10)~2.99×10~(-5),致癌金属的超额危险度由高到低依次为砷铬镉镍,非致癌金属的超额危险度依次为铅锰锑汞硒,其中砷和铬的终生致癌超额危险度高于人群可接受的危险度水平(10~(-6))。结论哈尔滨市大气PM_(2.5)中重金属主要来自人为污染,其中砷和铬对人体健康的潜在危害风险最高,应引起重视。     

广州市大气PM_(2.5)中元素特征及重金属健康风险评价

目的了解广州市大气PM_(2.5)中元素的浓度、时间分布特征及其来源,评价其重金属的人群健康风险。方法于2015年1—11月采集广州市3个点位的大气PM_(2.5)样品,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了16种元素的含量,利用富集因子法和因子分析法识别16种元素的主要来源,采用美国环保署(EPA)推荐的健康风险评价模型进行重金属呼吸途径的人群健康风险评价。结果 PM_(2.5)中地壳元素和重金属的平均浓度从高到低分别为:SiKNaCaAlFeMgTi,ZnPbCuMnAsCrNiCd;As平均浓度(20.17 ng/m3)超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值(6 ng/m3)。地壳元素Na、Ca富集因子(EF)分别为247.45、198.79,富集显著;重金属的EF普遍高于100,其中,Cd的EF高达104。主成分分析结果表明广州市PM_(2.5)元素主要来源于机动车、燃煤排放源、工业源和地壳源。重金属通过呼吸暴露的非致癌风险(HQ和HI)均远小于1,致癌风险均低于10-5。结论广州市普通人群吸入PM_(2.5)中重金属的非致癌风险较低,致癌风险处于可接受水平。     

辽宁沈阳地区大气PM_(2.5)中重金属污染特征及健康风险评价

目的研究辽宁省沈阳地区大气PM_(2.5)浓度和PM_(2.5)中重金属污染特征。方法于2014年2月—2017年10月在沈阳地区采集环境大气PM_(2.5)样品,用10%硝酸溶液60℃水浴超声提取,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定样品中Cr、Mn、Ni、As、Se、Cd、Sb、Pb、Hg等9种重金属的含量,并对沈阳地区大气PM_(2.5)浓度与PM_(2.5)中重金属的污染特征和健康风险进行分析评价。结果沈阳地区PM_(2.5)的日均质量浓度为68.4μg/m3,低于我国环境空气质量二级标准(75μg/m3)。PM_(2.5)中重金属各元素平均浓度从高到低的顺序为:PbMnAsCrSbNiSeHgCd,其中As的浓度值超过国家环境空气质量标准中的参考浓度限值。9种非致癌性重金属非致癌风险商(HQ)值均1。Cr、Ni、As、Cd 4种致癌性重金属健康风险只有Ni的致癌风险低于人类可接受风险水平10–6,而其他3种元素致癌风险10–6。结论沈阳地区大气PM_(2.5)中的重金属非致癌健康风险可忽略,存在一定程度的致癌风险。     

张家港市大气PM_(2.5)中元素成分特征

目的为了解张家港市大气细颗粒物(PM_(2.5))中元素浓度水平及污染特征。方法 2015年每月10—16日对张家港市大气PM_(2.5)样品进行采集,采用重量法检测PM_(2.5)浓度,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法分析PM_(2.5)中12种元素含量并用富集因子法分析污染特征。结果张家港市大气PM_(2.5)中含量前5位的元素依次是Al 117.39 ng/m~3、Pb 49.37 ng/m~3、Mn 32.20 ng/m~3、As 4.66 ng/m~3、Ni 3.81 ng/m~3。Hg、Se、Cd等元素富集因子大于10,属于高度富集级别,锑、铅富集因子在10~5之间,属于轻富集级别。结论 Hg、Se、Cd、Sb、Pb等5种金属是张家港市大气PM_(2.5)中的主要金属污染物,主要是人类活动引起的各种污染所致。     

宁波市某城区大气PM_(2.5)中重金属污染特征及健康风险评价

目的调查宁波市某城区大气PM_(2.5)中重金属污染水平,评估对人体潜在健康风险。方法 2016年每月10～17日在宁波市某区儿童医院4层楼顶平台采集大气中PM_(2.5)颗粒物,采用电感耦合等离子体质谱法测定PM_(2.5)中12种重金属水平,采用美国环境保护署(EPA)经典"四步法"对重金属吸入途径进行人群健康风险评估。结果 PM_(2.5)平均浓度0.046(0.010～0.160)mg/m~3,PM_(2.5)中12种重金属平均总浓度176.44 ng/m~3(35.48 ng/m~3～436.71 ng/m~3),呈冬春季高,夏秋季低。人群吸入PM_(2.5)中重金属致癌风险和非致癌风险呈随季节性变化,总体呈冬季春季秋季夏季。其中砷(As)和镉(Cd)致癌风险分别为6.86×10~(-6)和1.06×10~(-6),12种金属对人群全年和不同季节平均非致癌健康风险值均1。结论宁波市城区大气存在PM_(2.5)污染,应重视As和Cd健康风险。     

兰州市城区大气PM_(2.5)中多环芳烃的分布特征

目的了解兰州市城区大气细颗粒物(PM_(2.5))中多环芳烃(PAHs)的污染水平及分布特征。方法选择兰州市西固区和城关区作为采样点,于2015年1月—2016年12月期间周期性采集大气PM_(2.5)样品342份,利用高效液相色谱仪测定分析其中PAHs含量。结果 PM_(2.5)日平均质量浓度采暖期高于非采暖期,差异具有统计学意义(P0.01)。总PAHs质量浓度2015年高于2016年;城关区高于西固区;采暖期高于非采暖期,差异均具有统计学意义(P0.05)。检出的15种PAHs单体中,苯并[a]芘(Bap)日平均质量浓度约为世界卫生组织规定限值(1.0 ng/m~3)的90倍。结论兰州市城区大气PM_(2.5)中PAHs污染水平较高,PAHs的分布具有时空性。     

上海市虹口区大气PM_(2.5)污染及重金属含量特征分析

【目的】了解上海市虹口区大气PM_(2.5)污染状况及其重金属含量的特征。【方法】2015—2016年,在上海市虹口区某建筑物楼顶采用滤膜称重法采集大气PM_(2.5),每次连续采样24 h,分析PM_(2.5)日平均质量浓度及其重金属含量特征。【结果】大气PM_(2.5)质量浓度范围为0.008～0.246 mg/m~3,平均值为0.052 mg/m~3,超标率为25.0%。PM_(2.5)质量浓度变化规律为冬季春季夏季秋季,2016年低于2015年。大气PM_(2.5)中重金属含量平均值依次为钾铁钙锌铝铅锰铜钒。【结论】该采样点大气PM_(2.5)污染较严重,超标率较高。重金属浓度变化具有季节规律,冬春季节明显高于夏秋季。     

上海市浦东新区大气PM_(2.5)中多环芳烃的分布特征及来源分析

目的了解上海市浦东新区大气PM_(2.5)中15种多环芳烃的分布状况,并初步分析其来源。方法 2014年9月至2015年8月在浦东新区设置5个采样点,采集大气PM_(2.5)样品419件,用高效液相色谱-荧光法测定PM_(2.5)中的15种多环芳烃含量。结果 5个采样点的15种PAHs总浓度范围分别为1.60~41.97、1.95~72.22、1.90~49.58、3.56~59.07、1.43~59.22 ng/m3,均以冬季浓度最高。大气PM_(2.5)中以4~6环PAHs为主,其中美国环境保护局列出的7种PAHs致癌物所占比例为36.8%~71.0%,且5个采样点的最高比例均出现于冬季。采用比值法推测该地区PAHs主要来源于机动车尾气排放。结论需加强冬季大气PM_(2.5)中多环芳烃污染的预防和监测,并控制机动车尾气排放。     

马鞍山市大气PM2.5中重金属污染特征及健康风险评估

目的了解马鞍山市大气PM_(2.5)中重金属污染特征及其对不同人群的健康风险。方法于2018年1—12月采集该市大气PM_(2.5)样品,用电感耦合等离子体质谱仪测定其中Sb、As、Cd、Cr、Pb、Mn、Ni、Se等8种元素,用美国环保署健康风险评估模型对8种元素进行风险评估。结果马鞍山市大气PM_(2.5)中8种元素的年均浓度在1.44～50.13 ng/m~3之间,Pb、Cd的浓度低于《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)限值,As的年平均浓度、春季及冬季平均浓度分别为6.15、7.40、10.06ng/m~3,分别是标准限值的1.03、1.23、1.68倍。8种元素对成人和儿童的非致癌风险均低于1,由高到低依次为PbAsSbMnCdSeCrNi;4种致癌元素对成人和儿童的总致癌风险均高于10~(-6),单一元素致癌风险由高到低依次为CdAsNiCr。重金属元素对儿童的非致癌风险高于成人,对儿童的致癌风险低于成人;重金属元素的非致癌和致癌风险呈现冬季春季夏、秋季的趋势。结论马鞍山市大气PM_(2.5)中重金属元素的健康风险有明显的季节特征,元素Cd和As对人群健康的潜在危害风险较高,应引起重视。     

2017年北京市怀柔区大气PM_(2.5)中重金属污染特征及健康风险评价

目的研究怀柔区大气中PM_(2.5)浓度和PM_(2.5)中重金属污染特征及对人体的危害。方法 2017年1月—12月采集怀柔地区环境大气PM_(2.5)样品,共84份样品,用SPSS 23.0对PM_(2.5)及镉(Cd)、六价铬(Cr)、镍(Ni)、锰(Mn)、铅(Pb)等5种重金属元素的浓度特征进行分析,用美国环境保护署健康风险评价模型对重金属元素进行呼吸暴露的非致癌风险值和致癌风险值进行计算,并评价其健康风险。结果怀柔区大气PM_(2.5)年均浓度为46.39μg/m~3,低于我国环境空气质量二级标准(75μg/m~3);重金属浓度高低依次为Pb>Mn>Cr>Ni>Cd,5种重金属的非致癌风险值HQ儿童>成年男性>成年女性,3种重金属的致癌风险值由高到底依次为Ni>Cd>Cr,成年男性的致癌风险最大,其次是成年女性,对儿童的致癌风险相对最小。结论 5种重金属的非致癌风险值HQ均小于1,表明对人体健康影响较小。     

银川市城区大气PM_(2.5)中金属元素污染特征及来源分析

目的探讨银川市大气PM_(2.5)中金属元素来源及各来源所占比例,为金属元素污染控制提供科学依据。方法在银川市城区设置2个监测点,2015年每月定期采集大气PM_(2.5)样品,共采集样品164份,分析锑(Sb)、铝(Al)、砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、锰(Mn)、镍(Ni)、硒(Se)、铊(Tl)11种金属元素含量及来源。结果 PM_(2.5)质量浓度及部分金属元素含量具有明显的季节变化特征,夏秋低、冬春高。PM_(2.5)中金属元素平均质量浓度顺序:AlPbMnAsTbCdCrSeTlNiHg,环境空气中Pb年均浓度和季平均浓度均未超标。Pb、Tl、Cd、Mn、Se、As主要来源为人为源,主要受到交通源、工业源及燃烧源等人为污染影响。结论银川市大气PM_(2.5)重金属元素的污染特征和来源有其自身的地域性特征。PM_(2.5)质量浓度及金属元素含量受供暖期影响,主要来源于人为污染。     

广州大气PM_(2.5)中重金属污染的健康风险评价

目的了解2015年广州大气PM_(2.5)中重金属污染及对人体的危害。方法选择广州番禺区为采样点,于2015年1—12月定期采集大气PM_(2.5)样品,共得样品325份,分析PM_(2.5)及Pb、Hg、Zn、Cu、Mn、As、Cd、Cr和Ni等9种重金属元素的浓度特征,用美国环境保护署健康风险评价模型对重金属进行呼吸暴露健康风险评价。结果广州番禺区大气PM_(2.5)年均浓度为5.03×10~(-2) mg/m~3,是GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值的1.4倍;PM_(2.5)中9种重金属元素的年均浓度范围为5.10×10~(-8)~5.98×10~(-4) mg/m~3,由高到低依次为ZnPbMnCuAsNiCrCdHg;As浓度为9.52×10~(-6) mg/m~3,是标准限值的1.6倍,Cd、Pb低于限值,Hg远低于限值。非致癌金属Pb、Hg、Zn、Cu和Mn对呼吸暴露人群的终生超额危险度在1.28×10~(-10)~1.44×10~(-8)之间,低于人群可接受的危险度水平(10~(-6)),由高到低依次为PbMnZnCuHg,儿童成年男性成年女性;致癌金属As、Cd、Cr和Ni的终生患癌超额危险度在2.92×10~(-8)~7.06×10~(-6)之间,低于人群癌症风险阈值(10-4),由高到低依次为AsCrCdNi,成年男性成年女性儿童。结论本次调查的广州大气PM_(2.5)中As和Cr对人体健康的潜在危害风险最高。     

成都市大气PM_(2.5)相关的老年人超额死亡风险评估

目的探讨成都市大气颗粒物(PM_(2.5))污染所致老年人超额死亡风险。方法收集2013—2016年成都市大气颗粒物(PM_(2.5))日平均浓度、死亡个案数据及气象因素,利用广义相加模型,控制时间的长期趋势、气象因素等混杂因素,分析PM_(2.5)浓度对老年人死亡的影响。收集2017年成都市大气颗粒物(PM_(2.5))日平均浓度和死亡个案数据,根据健康损失计算模型,估算2017年成都市PM_(2.5)污染造成的老年人超额死亡人数。结果单污染物模型显示成都市PM_(2.5)浓度每升高10μg/m~3,老年人非意外总死亡风险增加0.36%(95%CI:0.25%～0.48%),呼吸系统疾病死亡风险增加0.51%(95%CI:0.30%～0.72%),循环系统疾病死亡风险增加0.36%(95%CI:0.16%～0.56%)。多污染物模型中,成都市PM_(2.5)浓度每升高10μg/m~3,老年人非意外总死亡风险增加0.33%(95%CI:0.21%～0.45%),呼吸系统疾病死亡风险增加0.48%(95%CI:0.26%～0.69%),循环系统疾病死亡风险增加0.29%(95%CI:0.09%～0.49%)。2017年成都市老年人因PM_(2.5)污染造成的非意外、呼吸系统疾病、循环系统疾病超额死亡数分别为1 252、540、409人,占当年老年人同死因别总死亡数的1.95%、2.72%、1.94%。结论 PM_(2.5)污染增加老年人超额死亡风险。     

婺城区大气PM_(2.5)金属元素污染的慢性健康风险评估

目的评估金华市婺城区大气PM_(2.5)中金属元素污染的慢性健康风险。方法于2015—2017年在婺城区开展大气PM_(2.5)采样,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定样品中12种金属元素含量,并采用美国国家环境保护局推荐的环境健康风险评估"四步法"评估PM_(2.5)中金属元素的慢性健康风险。结果婺城区2015—2017年PM_(2.5)平均浓度为(53.42±26.95)μg/m~3,不同季节和年份PM_(2.5)平均浓度差异均有统计学意义(P0.05)。PM_(2.5)中金属元素浓度的M (Q_R)为136.66 (117.14) ng/m~3,其中铝、铅、锰、镉和硒浓度较高;2016—2017年,镉平均浓度均超过参考限值(5.00 ng/m~3)。冬季PM_(2.5)中金属元素浓度最高,M (Q_R)为175.12 (132.45) ng/m~3;夏季最低,M (Q_R)为92.55(52.81) ng/m~3。PM_(2.5)中9种金属元素对成人总非致癌健康风险系数(HQ)为2.90 (1),除镉外,砷、铍、镍、硒、汞、铝、锰和锑的HQ均1;5种金属元素对成人总致癌风险R10~(-6),其中砷和镉的致癌风险R10~(-6),铍、铅和镍的致癌风险均R10~(-6)。结论婺城区大气PM_(2.5)中金属元素铝、铅、锰、镉和硒含量较高;其中镉的浓度超过参考限值,其非致癌风险和致癌风险均较高;砷的致癌风险较高。     

西安市大气PM_(2.5)中无机离子的季节特征

为了解西安市大气PM_(2.5)中无机离子的季节特征,选取2015年11月—2016年7月中的4个时间段共44 d,采用离子色谱联用在线检测系统分析大气PM_(2.5)中8种水溶性无机离子(F~-、Cl~-、NO~(3-)、SO_4~(2-)、Na~+、K~+、NH_4~+和Ca~(2+))的季节分布特征。结果显示,西安大气PM_(2.5)中各离子浓度在四季分布不同,NO_3~-、SO_4~(2-)和NH_4~+是浓度较高的无机水溶性离子。提示该市大气PM_(2.5)可能来源于自然环境、工业、燃煤污染和生物质燃烧,应加强不同季节的环境保护。     

火车站室内空气PM_(10)及PM_(2.5)污染调查

为探讨火车站室内环境质量,于2017年2月对长江三角洲地区6个火车站(4个新建火车站、2个旧式火车站)内不同位置PM_(10)及PM_(2.5)浓度进行检测。结果显示,新建火车站室内PM_(10)的浓度范围为98.5～220.4μg/m~3,PM_(2.5)的浓度范围为46.0～84.6μg/m~3;楼梯和电梯附近采样点设有排气扇,大气颗粒物浓度最低;所测6个车站的室内外颗粒物浓度比值(I/O)均小于1。提示新建火车站空气质量优于旧式火车站,通风设备有利于减弱PM_(10)及PM_(2.5)浓度,且室内空气质量优于室外。     

淄博市大气PM_(2.5)中金属元素污染特征及健康风险评价

为了解2016年9月至2017年12月淄博市大气PM_(2.5)中金属元素的污染特征,并对人群进行健康风险评价,于2016年9月至2017年12月每月10—16日同时在淄博市张店区和高新区采集大气PM_(2.5)样品,共采集样品222份。测定PM_(2.5)的质量浓度及PM_(2.5)中Al、Mn、Ni、As、Se、Cd、Pb等7种金属元素的浓度,并用美国环保局推荐模型进行呼吸暴露健康风险评价。结果显示,淄博市2017年大气PM_(2.5)平均浓度为80.8μg/m3,是GB 3095—2012《环境空气质量标准》中二级标准限值的2.3倍。张店区、高新区PM_(2.5)中As浓度分别为(10.0±5.9)、(7.6±4.8)ng/m3,分别是标准限值的1.7、1.3倍,其中张店区As浓度高于高新区,差异有统计学意义(P0.05);PM_(2.5)中Cd、Pb浓度均低于GB 3095—2012限值。As、Mn的慢性非致癌风险分别为0.59、0.65;As、Cd的致癌风险分别为1.62×10-5、2.24×10-6;而Al、Ni、Se、Pb的健康风险较低。提示淄博市大气PM_(2.5)中As、Mn、Cd的健康风险较高,应予以重视。