溫州城區地表灰塵重金屬分布特征及健康風險評價

顏子俊，王學東，孫海羅，朱元勵，戴同仁，周立宗，張明華，徐正褆

(1.溫州醫學院 環境科學系，浙江 溫州 325035;2.浙江省溫州市溫瑞塘河保護管理委員會，浙江 溫州 325000;3.溫州市環境科學學會，浙江 溫州 325000)

伴隨城市化進程的加快，城市地表灰塵日益成為影響城市環境質量的主要污染因素，同時也是危害人體健康的主要污染物。城市灰塵是指粒徑小于20目，分散于城市的表面固體顆粒物，城市灰塵污染，主要是重金屬污染。城市地表灰塵攜帶的有毒有害重金屬，大大增強了灰塵的危害性［1］。國內外研究表明，交通、工業以及城市建設等人類活動對城市灰塵中重金屬的含量有很大的影響，此外，城市灰塵容易通過呼吸道和皮膚被人體吸收或直接攝入，對人體健康產生危害［2］。國外對城區灰塵中重金屬的研究較多，如 Emanuela等［3］對西西里市不同功能區、不同形態及不同粒徑中的重金屬進行了研究;Ferreira等［4］2005年在非洲城市羅安達進行了19種地表灰塵重金屬兒童健康風險評價。相比之下，我國對地表灰塵重金屬的研究起步較晚，僅上海、沈陽、重慶等大城市有相關研究，在溫州地區還是空白。溫州作為國家14個沿海開放城市之一，是浙江的經濟中心之一，浙南經濟、文化、交通中心，改革開放以來，溫州經濟快速發展，隨之而來的環境問題也日益尖銳。因此，研究溫州城區的不同功能區的污染特征及健康風險具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

將溫州市城區分為工業區、商業區、居民區、交通區、綠地5個不同類型，各區均選擇最具代表性的點作為采樣點，共14個。工業區為上江拉絲園區、涂田工業區的金達電鍍廠和嶼田龍達燃料化工廠;商業區為五馬街和溫州商貿城;居民區為桃源居和呂浦錦園;交通區在車流量較大的人民路和小南路交叉路口和桃源居居民區門前的金橋路;綠地為繡山公園和文化公園。分別于2010年3月20日，4月28日，6月7日和2011年1月13日用毛刷和鏟子進行樣品的采樣，采樣前期干燥天數分別為7，7，9和9 d，以確保樣品的代表性［5］，共采集樣品56個。每個樣品質量約為500 g，樣品采集后放入干凈的自封袋中密封保存。

1.2 樣品處理與分析方法

地表灰塵樣品經風干、研磨后，過100目篩(0.149mm);準確稱取0.2 g經預處理后的樣品于消解罐中，加入3mL HF、7mL HNO3、3mL HCl和2mL H2O2，經微波消解后，將消解液于電熱板上蒸至近干，用2%HNO3定容于50mL容量瓶中。同時做試劑空白。然后用Varian AA-Duo型原子吸收光譜儀測定重金屬含量。重復測定3次取平均值。為了保障測試結果的可靠性，在進行樣品測試時，加人國家標準土壤標樣 (GSS-1)進行分析質量控制。

2 結果與分析

2.1 溫州地表灰塵重金屬均值

表1為2010年3月20日，4月28日，6月7日和2011年1月13日4次采樣的溫州市不同功能區地表灰塵重金屬含量，以及浙江省土壤元素背景值。56個地表灰塵樣品中Cr、Cu、Pb、Zn的平均值分別是83.39，161.26，172.21和649.07mg·kg-1。分別是浙江省土壤元素背景值的 2.26，17.01，23.55和7.2倍，通過與浙江省土壤元素背景值比較，發現溫州城區重金屬污染已較嚴重。其中Pb達到了近25倍，而Cu的含量也超過了土壤背景值的10倍。

表1 溫州城區不同區域地表灰塵重金屬含量

2.2 地表灰塵重金屬分布特征

由圖1可知，Zn在居民區的含量最高，達798.89mg·kg-1，此外商業區、交通區的含量也較高，說明人類活動對地表灰塵中Zn含量的影響較大。Cr在工業區的含量顯著的高于其他功能區，為145.65mg·kg-1，說明Cr污染主要產生于工業區的工業生產。Cu在商業區的含量最高，達到236.15mg·kg-1，由于商業區的選址選在商業活動頻繁及車流量很大的五馬街和商貿城，車流量越大，車速越慢，重金屬污染物排放量也越大，汽油、車體的磨損以及人類活動對地表灰塵中Cu的含量都會產生影響。

使用Spearman相關分析，分析地表灰塵重金屬之間的相關關系 (表2)發現，不同功能區地表灰塵中重金屬Cu和Zn極顯著相關，Cr和Cu的含量在各功能區中也顯著相關，表現出復合污染的特征，說明這些重金屬來自相同污染源的概率較大。

圖1 溫州城區不同功能區的地表灰塵污染物質含量

表2 溫州城區地表灰塵重金屬含量的Spearman相關系數

2.3 城市地表灰塵重金屬潛在生態風險評價

2.3.1 潛在生態危害指數計算方法

多種重金屬潛在生態危害指數 (RI):

式中:Ci為表層沉積物重金屬濃度實測值;為計算所需的參比值，選擇浙江省土壤環境背景值作為參比值。按照Hakanson制定的標準化重金屬毒性系數為評價依據，Cr、Cu、Pb和Zn的值分別取值為2，5，5，1。

重金屬單項污染系數分級標準參照文獻 ［6-8］。重金屬污染生態危害系數和生態危害指數分級標準列于表3。

表3 Eiy，RI與污染程度的關系

2.3.2 溫州市地表灰塵潛在生態危害水平

根據公式計算溫州城區地表灰塵中單個重金屬的平均潛在生態危害系數及4種重金屬RI，根據表2的分級標準得出和RI值所對應的生態風險程度分級，即EiyCr 4.52(Ⅰ)，Cu 85.05(Ⅲ)，Pb 117.75(Ⅳ)，Zn 3.2(Ⅰ)，RI 214.52(Ⅱ)。

從單個重金屬進行評價，潛在生態危害水平最大的是Pb，其Eiy值達到很強生態危害 (Ⅳ級)水平;Cu的生態危害次之，達到了強生態危害 (Ⅲ級)水平;最低的是Cr和Zn為Ⅰ級水平。4種重金屬的RI值為中等生態危害，其中Pb對城市土壤和地表灰塵的潛在生態危害的貢獻最大。

2.4 與國內外同類結果的比較

表4是國內外城市地表灰塵重金屬污染含量及變化范圍，從表中可以發現，與國內外的其他城市對比，溫州市的污染是比較重的，溫州市人口數量與重慶差不多，但是重金屬的含量卻是重慶的6～8倍。溫州的重金屬污染含量與首爾相近，但是溫州的人口數僅是首爾的1/3。這可能與幾年來溫州市的人口密度、經濟快速發展以及機動車的快速增加有關。

表4 國內外城市地表灰塵重金屬污染含量及范圍

3 小結

溫州城區地表灰塵中，Cr、Pb在工業區的含量最高，說明工業區的工業生產和交通排放對溫州市的Cr、Pb貢獻最大。Zn在居民區的含量是最高的，說明人類活動的對地表灰塵中Zn含量的影響較大。Cu在商業區的含量最高，車輛排放和人類活動對Cu影響較大。溫州市地表灰塵重金屬Cr、Cu、Pb、Zn含量均高于浙江省土壤環境背景值，分別是2.26，17.01，23.55和7.2倍，說明溫州城區地表灰塵污染較為嚴重，特別是Pb。根據城市土壤和地表灰塵重金屬潛在生態風險評價，溫州市地表灰塵重金屬污染為達到中等生態危害。Pb是其中潛在生態危害最重的重金屬，其Eiy值達到達到很強生態危害水平。

利用Spearman相關性分析發現 Cu和 Zn，Cu和Cr之間具有顯著的相關性，說明它們有相同來源的可能性較大。

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