成都市地表灰塵重金屬污染分布特征及健康風險評價

常仕鐳，葉芝祥

成都信息工程學院資源環境學院，四川成都610225

成都市位于四川盆地西部平原腹地，人口眾多。市區常住人口300多萬，流動人口100多萬，總計約500萬人。環境污染的健康風險評價對于防止污染起到引導性作用，目前對于成都市的健康風險評價已有相關報道，主要環境介質為土壤［9］、飲用水［10］等。但關于成都市地表灰塵重金屬污染情況尚未見報道。筆者主要對成都市中心城區地表灰塵中重金屬的污染特征進行研究，采用潛在生態危害指數法評價重金屬潛在生態危害，為城市環境污染管理和治理提供科學依據。

1 實驗部分

1.1 樣品的采集與分析

選取成都市中心城區具有代表性的區域采集地表灰塵樣品，每個樣品均由該采樣點3個平行樣品均勻混合而成，采樣點位置用GPS定位并做好記錄。用塑料毛刷和塑料鏟子收集樣品，裝入密實袋中，標記。共采集30個樣品。

將樣品用LGJ-10D冷凍干燥機真空冷凍干燥，干燥后過74 μm尼龍篩。重金屬元素(Cu、Zn、Cr、Pb、Ni)采用 XRF-1800 型 X 射線熒光光譜儀測定，由于各樣品中Cd含量較低，故該元素采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度計測定。采用國家標準土壤樣品單點定標方法進行分析，每5個測定樣品間用標準樣檢測結果，以確保測定的準確度，各元素的分析誤差均小于±10%。

1.2 暴露模型與參數

研究表明，地表灰塵污染物主要通過3種暴露途徑進入人體：手-口途徑攝入、皮膚接觸以及呼吸系統吸入。所研究的6種重金屬都具有慢性非致癌健康風險，Ni、Cr和 Cd則具有致癌風險［8］。由于USEPA未給攝入和皮膚接觸致癌暴露量參考值，只給出呼吸途徑的暴露量參考值，因此，實驗只考慮Ni、Cr和Cd經呼吸途徑所導致的致癌風險［8］。不同暴露途徑的計算公式如式(1)～式(4)所示，其中ADDing、ADDinh、ADDderm和LADDinh的單位均為mg/(mg·d)。參考USEPA土壤健康風險評價方法［11-12］，中國場地評價指南［13-14］，以及國外研究［8，15］，具體變量取值及單位如表1所示。

經手-口攝入途徑日平均暴露量(ADDing)為

呼吸吸入途徑日平均暴露量(ADDinh)為

皮膚接觸日平均暴露量(ADDderm)為

國家與相關監理機構必須要加強對違規問題的處罰力度，通過定期或者不定期檢查的方式合理的規避個違規問題，對于一些金額較大的違規問題，要嚴格處理。

致癌重金屬(Ni、Cr和Cd)吸入途徑終生日平均暴露量(LADDinh)為

表1 地表灰塵重金屬日平均暴露量計算參數取值

在暴露計算中，非致癌物和致癌物的取值不同。對于非致癌物，將兒童和成人在特定環境中的平均生活時間分別設定為6a、24a，則AT取值分別為(6×365)d、(24 ×365)d。LADDinh表示作為單獨個體，兒童和成人的加權暴露量，式(4)中的AT表示人體整個生命周期(70a)，取值為(70×365)d。

PEF默認值為1.36×109m3/kg，PEF源于美國EPA場地環境土壤健康風險評價方法［11-12］，表示在風力干擾下，污染物在2種不同介質中的濃度關系，即地表灰塵污染物和灰塵被揚起后污染物的濃度關系。

1.3 健康風險表征

分別考慮污染物每種暴露途徑的致癌效應和非致癌效應［14-15］，如式(5)～式(8)所示。

式中：E為非致癌物質暴露劑量;RfD為參考劑量，mg/(kg·d)，表示單位時間、單位體重攝取的不會引起人體不良反應的污染物最大值［15］;HQ為風險商，即暴露途徑中單個污染物的非致癌風險指數;HI為總非致癌風險指數，是多污染物多暴露途徑綜合的非致癌總風險，當數值小于1時，認為風險較小或可以忽略，大于1時，則認為存在非致癌風險;Risk為致癌風險，表示人群癌癥發生的概率;Dinh為人體暴露于致癌物質的單位時間、單位體重的平均日攝取劑量，即呼吸途徑暴露每日劑量;SF為致癌斜率因子，［mg/(kg·d)］－1;(Risk)T為致癌總風險，為多種致癌風險值之和，對于致癌物質，則要用暴露劑量乘以相應的SF，得到致癌風險。如果致癌風險值在 10－6～10－4之間時，則存在致癌風險［8，11-15］。

2 結果與討論

2.1 重金屬暴露濃度

表2為地表灰塵重金屬濃度統計表。由表2可以看出，6種重金屬污染較為嚴重，均超出了成都市土壤背景值，其中Cr、Ni、Pb和Cu平均值分別為土壤背景值的1～3倍，Zn為背景值的7.26倍，Cd為背景值的77.57倍，污染極為嚴重。

表2 地表灰塵重金屬濃度統計 mg/kg

2.2 成都市地表灰塵重金屬空間分布特征

空間內插可以通過離散點上的地表特征數據得到連續的特征要素的空間數據集，研究采用ArcGIS10.0軟件的IDW(反轉距離權重)方法插值［16］，獲得成都市地表灰塵的重金屬空間分布圖(圖1)。由于國內外目前還沒有統一的城市地表灰塵重金屬污染的界定標準，為了使各重金屬元素的污染分布具有可比性，將成都市各區重金屬含量與土壤背景值不同倍數作為分級標準，表征各重金屬元素含量值，具體分級根據各元素倍數區間而定。將各元素倍數區間劃為5等分，且顏色按倍數增大趨勢遞淺。

圖1 成都市地表灰塵重金屬含量空間分布特征

由圖1可知，地表灰塵重金屬污染的空間分布無明顯規律，不同元素的污染程度高低為Cd＞Zn＞Pb＞Cu＞Cr＞Ni。但在同一地點采集的樣品中，并不完全符合上述規律(如紅星路上為Cd＞Pb＞Zn＞Cu＞Ni)，主要是因為各地區環境不一，污染源引入的污染物不相同，各重金屬富集因子也不同。除Cr外，其他5種元素均在成都東南方向污染嚴重，且均在成都市中心區域具有小面積嚴重污染。

2.2 暴露量計算

表3和表4顯示了地表灰塵重金屬不同途徑兒童和成人的暴露劑量。由表3、表4可知，3種途徑非致癌日平均暴露量均為手-口攝入量＞皮膚吸收量＞吸入灰塵量。說明經手-口攝入是兒童與成人地表灰塵暴露風險的主要途徑。6種重金屬中，Zn的日平均暴露量最高，Pb、Cu、Ni和Cr次之，Cd較低。致癌重金屬Cr最高，其次為Ni和Cd。此外，3種途徑非致癌日均暴露量，兒童均高于成人，致癌重金屬吸入途徑，Ni、Cr的成人暴露量高于兒童，Cd則相反。

表3 地表灰塵重金屬不同途徑兒童暴露劑量 mg/(kg·d)

表4 地表灰塵重金屬不同途徑成人暴露劑量 mg/(kg·d)

2.3 健康風險評價

表5列出了6種重金屬不同暴露途徑的RfD值，SFinh為呼吸途徑暴露的斜率系數。從USEPA 只可獲得 Ni、Cr、Cd 的RfDinh數據，Zn、Pb、Cu的RfDinh可以等同于其相對應的手-口攝入途徑的RfDing［8］。計算6種重金屬不同暴露途徑非致癌風險和3種重金屬吸入途徑致癌風險，結果如表6所示。其中HQing、HQinh和HQderm分別為手-口攝入、呼吸、皮膚接觸途徑暴露的非致癌風險。

表5 地表灰塵重金屬不同暴露途徑RfD和SF

表6 成都地表灰塵重金屬非致癌風險指數與致癌風險

由表6可以看出，6種重金屬不同途徑的HQ值均小于1，其中手-口攝入途徑暴露風險最大，其次為皮膚接觸，經呼吸吸入風險指數最小。就兒童手-口攝入途徑而言，Cr的暴露風險最大(0.25)，其次是Pb(0.17)。兒童、成人不同暴露途徑HI值均小于1，兒童影響順序為Cr＞Pb＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni，成人影響順序為 Pb＞Cr＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni，對人體基本上不會造成健康危害。3種致癌重金屬風險，成人、兒童均為Cr＞Cd＞Ni，影響最大的 Cr含量分別為 1.72 ×10－7、7.64× 10－8，低于癌癥風險閾值范圍(10－6～10－4)，表明致癌風險較低，對人體不會造成健康危害，但其潛在生態危害值得重視。

圖2顯示了兒童與成人重金屬非致癌風險指數比值。

由圖2可以看出，兒童的非致癌風險要大于成人，且經手-口攝入途徑最為明顯，其比值為9～40倍;經皮膚接觸次之，比值為1～7倍;經呼吸吸入的最小，比值多在2倍左右。

圖2 兒童與成人重金屬非致癌風險指數比值

圖3為成都與上海2地成人的地表灰塵重金屬非致癌風險指數與致癌風險的比較。由圖3可見，上海市地表灰塵中 Zn、Pb、Cu、Ni、Cr、和 Cd 的不同途徑下暴露風險均要高于成都市，特別是Pb、Cr體現得較為明顯。Ni的致癌風險成都高于上海，Cr致癌風險反之，Cd致癌風險兩者基本持平。

圖3 成都與上海成人的地表灰塵重金屬非致癌危險指數與致癌風險比較

3 結論

1)成都市中心城區6種重金屬污染較為嚴重，均超出了成都市土壤背景值，其中Cr、Ni、Pb和Cu平均值分別為土壤背景值的1～3倍，Zn為背景值的7.26倍，Cd為背景值的77.57倍，污染極為嚴重。

2)地表灰塵重金屬元素污染的空間分布比較復雜，無明顯規律，不同元素間的污染程度平均水平高低為Cd＞Zn＞Pb＞Cu＞Cr＞Ni。

3)重金屬慢性每日平均暴露量為手-口攝入量＞皮膚吸收量＞吸入空氣量，經手-口接觸行為是人體地表灰塵暴露風險的主要途徑。

4)6種重金屬中Zn的日平均暴露量最高，Pb、Cu、Ni和 Cr次之，Cd較低。致癌重金屬 Cr的日平均暴露量最高，其次為Ni和Cd。

5)兒童的非致癌風險大于成人;重金屬對人體的非致癌風險表現為Cr＞Pb＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni(兒童)，Pb＞Cr＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni(成人)。但兒童和成人各種重金屬的HQ及HI值都小于1，表明成都市地表灰塵重金屬非致癌風險較小，不會對城市人群造成明顯的健康危害。

6)致癌重金屬Ni、Cr、Cd對兒童和成人的致癌風險均小于癌癥風險閾值范圍(10－6～10－4)，均不具有致癌風險，但其潛在生態危害值得重視。

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