“乌—昌—石”区域典型行业大气颗粒物重金属健康风险评价研究.pdf
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1、随着我国城镇化、工业化的快速发展,大气环境污染日益严重。大气污染中主要以大气颗粒物污染为首要污染物的情况尤为突出,其所携带的重金属种类繁多、滞留时间较长、输送范围较广,对水体和土壤等生态环境及人群造成不良影响1。颗粒物中的重金属污染具有隐蔽性、长期性和潜在性等特点,可以通过呼吸进入人体呼吸系统和血液循环,引起呼吸道炎症,免疫系统损伤甚至诱发癌症。当前颗粒物中重金属对人群健康的危害,已成为人们关注的重点。近年来环境中重金属的时空表征、来源解析、健康风险等逐渐成为研究热点。李圣增等以济南市大气PM2.5中重金属为研究对象,评价出重金属的污染特征及其对健康风险影响2;郭日等通过美国环境保护局健康风险
2、评估模型开展生态风险和健康风险评估,来确定中国十省市土壤重金属镉生态风险和健康风险3;雷淼等通过测定PM2.5中的重金属浓度峰值进行健康风险评估4。以上研究都表明重金属健康风险评估的研究,对大气污染防治具有重要意义。新疆“乌昌石”区域重污染事件频发,区域性颗粒物污染问题日趋凸显,不但是新疆大气污染防治重点区域,也是我国新的大气污染高发区5。因此,开展该区域颗粒物中重金属研究,对重点人群的健康风险进行评估,具有十分重要的现实意义。以“乌昌石”区域重点行业排放的大气颗粒物为研究对象,分别分析颗粒物中Zn、As、Pb、Cu、Cr、Ni、Cd等重金属的含量,同时开展健康风险评估,为人群健康防收稿日期:
3、2023-11-13基金项目:自治区重点研发任务专项(2022B03029-1;2022B03029-3)作者简介:祝婕(1987-),女,河北黄烨人,硕士,高级工程师,研究方向为大气污染成因与控制。E-mail:通讯作者:何静(1984-),女,新疆奇台人,硕士,高级工程师,研究方向为区域大气污染防治。E-mail:“乌昌石”区域典型行业大气颗粒物重金属健康风险评价研究祝婕1,2,3,4,邓文叶5,何静1,2,3,4*,翟研鹏5(1.新疆环境保护科学研究院,新疆乌鲁木齐830011;2.新疆环境污染监控与风险预警重点实验室,新疆乌鲁木齐830011;3.新疆清洁生产工程技术研究中心,新疆乌鲁
4、木齐830011;4.国家环境保护准噶尔荒漠绿洲交错区科学观测研究站,新疆乌鲁木齐830011;5.新疆工程学院化学与环境工程学院,新疆乌鲁木齐830023)摘要:针对新疆“乌昌石”重点区域4种典型行业排放的大气颗粒物中7种重金属导致的健康风险进行评估。结果表明:典型行业大气颗粒物中日均暴露量最大的重金属为Zn;原料及纤维制造业的暴露量最大;手口途径暴露是主要的摄入途径;健康风险评价结果表明重点行业大气颗粒物中Cr、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Cd的非致癌风险较小,As、Cr、Ni、Cd中,Cr存在一定致癌风险。关键词:“乌昌石”区域;大气颗粒物;重金属;重点行业;健康风险中图分类号:X51
5、3文献标识码:A文章编号:1008-2301(2024)01-0021-07祝婕,邓文叶,何 静,翟研鹏.“乌-昌-石”区域典型行业大气颗粒物重金属健康风险评价研究 J.新疆环境保护,2024,46(01):21-27.第 46 卷 第 1 期2024 年 3 月新疆环境保护Xinjiang Environmental ProtectionVol.46No.1Mar.2024新疆环境保护第 46卷护策略提供一定的技术支撑。1材料与方法1.1样品采集本研究于2021年8月至9月在新疆“乌昌石”区域内的四大重点行业(金属冶炼及延压业、石油及煤炭加工业、电力热力生产及供应业和化学原料及纤维制造)的聚
6、集区进行大气颗粒物TSP样品采集。1.2样品处理与测试将降尘样品研磨过筛后,放置密封袋在干燥器中干燥,再把处理后的样品放入预先升温至高温的燃烧器中将样品中的无机物质转化为灰烬,然后将灰烬与酸性溶液相溶使其中的金属离子转化为可溶性盐。最后选择Zn、As、Pb、Cu、Cr、Ni、Cd这7种重金属作为研究对象,As的测定采用原子光谱进行分析,其它重金属的测定使用电感耦合等离子体技术进行分析。在每批次试验过程中,空白对照样品和质控样品应当同步进行测定。1.3方法1.3.1评价方法以美国 EPA的土壤健康风险模型为基础,结合中国人群暴露参数手册,开展“乌昌石”区域大气降尘重金属污染的人体健康风险评价研究
7、。旨在评估大气颗粒物中的重金属对研究区人群的非致癌风险和致癌风险。人体从空气中获取重金属的途径主要有3个:手口途径、呼吸和皮肤接触。各途径的暴露量计算公式(1)式(4)6,相关暴露参数的含义以及其取值,见表1。降尘颗粒中的重金属经手口途径的日平均暴露量(ADDing):ADDing=CEFEDBWATIngRCF(1)降尘重金属通过呼吸接触途径的日平均暴露量(ADDinh):ADDinh=CEFEDBWATInhRPEF(2)降尘重金属通过皮肤接触途径的日平均暴露量(ADDderm):ADDderm=CEFEDBWATSLSAABSCF(3)降尘致癌重金属通过呼吸吸入途径的终身日平均暴露量(L
8、ADDinh):LADDinh=CEFPEFATIngRchildEFchildBWchild+IngRaduitEDaduitBWaduit(4)参数CEFEDATBWCFingRinhRPEFSLSAABS含义重金属浓度暴露频率暴露年限平均暴露时间平均体重单位转换摄食降尘速率呼吸速率颗粒物排放因子皮肤黏着度暴露皮肤面积皮肤吸收因子单位mg/kgd/aabkgkg/mgmg/dm3/dm3/kgmg/(m2d)m2无量纲儿童取值95%UCL3506365ED(非致癌作用)36570(致癌作用)15110-62007.61.361092 0000.7130.001成人取值95%UCL35024
9、365ED(非致癌作用)36570(致癌作用)70110-6100201.361097002.3440.001表1降尘重金属不同途径相关暴露参数意义及取值Table 1Significance and values of exposure parameters related to different Pathways of dust and heavy metals22第1期1.3.2风险特征大气颗粒物中重金属的非致癌风险值、非致癌风险总和及致癌风险的计算公式如式(5)式(7),相关参数的含义以及其取值,见表2。HQi,j=ADDi,jRfDi,j(5)当HQi,j1时,认为大气颗粒物中重金
10、属对人体的非致癌风险可接受,当HQi,j1时,存在非致癌风险7。HI=i=1nj=1mHQi,j(6)当HI值1时,表示大气颗粒物中重金属对人体的非致癌风险有可能性更高8、9。Risk=LADDSF(7)当Risk110-6,表示不具有致癌风险;若Risk在110-6110-4之间,表示致癌风险在可接受范围内;若Risk110-4,表示对人体有致癌风险。从式(5)和式(6)可以看出,重金属的非致癌风险的大小不仅与ADDi,j有关,还与每种重金属的RfDi,j有关。重金属元素毒性越大,RfDi,j值就越小;相反,RfDi,j值越大。参数HQi,jADDi,jRfDi,jHIRiskLADDSF含
11、义非致癌风险暴露量非致癌参考剂量非致癌风险总和致癌风险致癌暴露致癌斜率系数表征重金属元素i通过j途径暴露于人体的健康风险重金属i通过暴露途径j的每日暴露量通过暴露途径j暴露于重金属元素i的人体摄取重金属不会引起人体不良反应的最大量/发生癌症的可能性/代表了在特定浓度下,重金属元素对人体产生致癌效应的最高可能性单位/mg/(kgd)mg/(kgd)/(kgd)/mg表2风险特征重的符号参数及含义Table 2Symbol parameters and meanings of risk characteristics2结果与分析2.1健康风险指标分析大气颗粒物中重金属通过不同途径的暴露量计算结果见
12、表3。可知,金属冶炼和延压行业中大气颗粒物中的7种重金属通过3种途径对成人日均暴露量从大到小的顺序为ZnCuPbCrNiAsCd。在石油和煤炭加工业中,大气颗粒物中的7种重金属通过3种途径对成人日均暴露量从大到小的顺序为ZnCuPbCrNiAsCd。电力、热力生产和供应业大气颗粒物中的7种重金属,通过三种途径对成人日均暴露量从大到小的顺序为ZnCuCrNiPbAsCd。化学原料及纤维制造业中,大气颗粒物中的7种重金属通过3种途径对成人日均暴露量从大到小的顺序为ZnCuPbCrNiAsCd。祝婕,等:“乌昌石”区域典型行业大气颗粒物重金属健康风险评价研究23新疆环境保护第 46卷重金属CdZnC
13、rCuAsPbNi样品来源金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业ADDing(mg/(kgd)1.1410-37.271
14、0-47.7310-51.6710-38.9910-53.1610-58.0010-67.0410-53.5010-73.5110-72.9210-74.6610-75.5910-68.4510-61.7010-65.2610-61.3710-41.8110-43.1010-55.2910-44.0410-51.9310-51.9310-53.9610-51.7410-51.2010-58.9210-63.0510-5ADDinh(mg/(kgd)1.6710-71.0710-71.1410-82.4610-71.3210-84.6510-91.1810-91.0410-85.1510-115
15、.1610-114.3010-116.8610-118.2210-101.2410-92.5110-107.7410-102.0110-82.6610-84.5510-97.7810-85.9410-92.8410-92.8410-95.8310-92.5610-91.7710-91.3110-94.4910-9ADDderm(mg/(kgd)1.8710-51.1910-51.2710-62.7410-51.4710-65.1910-71.3110-71.1610-65.7510-95.7610-94.7910-97.6510-99.1710-81.3910-72.8010-88.6310-
16、82.2510-62.9710-65.0810-78.6810-66.6310-73.1710-73.1710-76.5010-72.8510-71.9710-71.4610-75.0110-7LADDinh(mg/(kgd)1.1510-47.3310-57.7910-61.6810-49.0610-63.1910-68.0710-77.1010-63.5310-83.5410-82.9510-84.7010-85.6310-78.5210-71.7210-75.3010-71.3810-51.8210-53.1210-65.3310-54.0710-61.9510-61.9510-64.0
17、010-61.7510-61.2110-69.0010-73.0810-62.2重点行业大气颗粒物健康性评价分析“乌昌石”区域大气降尘重金属RfDi,j及HQi,j计算结果见表4和表5。表3“乌昌石”区域大气颗粒物中重金属不同途径日均暴露量Table 3Daily exposure amounts of heavy metals in atmospheric particulates from different routes in the24第1期重金属AsCuCrNiZnPbCd样品来源金属冶炼及延压业石油及煤炭加工业电力、热力生产及供应业化学原料及纤维制造业金属冶炼及延压业石油及煤炭加工
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