武漢市大氣污染物時空分布特征與健康風(fēng)險評價

代知廣，王 毅，金 燦，任俊嫻，黃俊偉

（1.武漢格桑花環(huán)境科技有限公司，武漢430062；2.三川德青科技有限公司，武漢430075；3.武漢智匯元環(huán)保科技有限公司，武漢430079；4.長江航運發(fā)展研究中心，武漢430014）

近年來隨著幾次嚴(yán)重霧霾污染事件的發(fā)生及“APEC藍(lán)”治理成效的顯現(xiàn)，經(jīng)濟增長、城鎮(zhèn)化與工業(yè)化建設(shè)引起的大氣污染問題逐漸引起公眾的廣泛關(guān)注。大氣污染問題不僅會直接影響人類的生產(chǎn)生活質(zhì)量和威脅人體健康，還會反過來制約城鎮(zhèn)化的發(fā)展[1-2]。

近年來武漢市實施工業(yè)發(fā)展“倍增計劃”，其經(jīng)濟總量規(guī)模迅速擴大，但工業(yè)生產(chǎn)引起的大氣污染也越來越成為制約城市發(fā)展不可忽視的一個重要問題[3]，政府部門通過采取改進(jìn)生產(chǎn)工藝、引進(jìn)新能源、遷出污染企業(yè)及超低排放控制等措施對大氣污染進(jìn)行防治，已取得一定的成效。

為進(jìn)一步深入了解武漢市的大氣污染現(xiàn)狀，本研究針對2019年武漢市10個國控點主要大氣污染物（NO2，SO2，PM2.5，PM10，CO和O3）的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行時空分布特征和相關(guān)性風(fēng)險研究，并對PM2.5和PM10開展了健康風(fēng)險評價，以期為武漢市的大氣污染防治決策、區(qū)域綜合防控提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

本研究中各大氣污染物濃度數(shù)據(jù)采集于武漢市生態(tài)環(huán)境局公布的環(huán)境數(shù)據(jù)中空氣質(zhì)量日報指數(shù)信息，監(jiān)測站位包括10個國控點，分別是：東西湖區(qū)的吳家山站；江岸區(qū)的漢口花橋站；江岸區(qū)的漢口江灘站；青山區(qū)的青山鋼花站；東湖生態(tài)旅游風(fēng)景區(qū)的東湖梨園站；武漢經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的沌口新區(qū)站；漢陽區(qū)的漢陽月湖站；武昌區(qū)的武昌紫陽站；東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)的民族大道站；蔡甸區(qū)的沉湖七壕站。監(jiān)測時間為2019年1月1日至2019年12月31日。根據(jù)逐日數(shù)據(jù)可用Excel計算各監(jiān)測點位大氣污染物的月均值，再根據(jù)月均值可求得年均值。大氣污染物濃度變化圖和健康風(fēng)險評價圖借助于Origin8.5繪制，Pearson相關(guān)性分析采用SPSS19.0軟件完成。

1.2 健康風(fēng)險評價方法

按照非致癌效應(yīng)大氣污染物健康風(fēng)險評價模型對武漢市PM2.5和PM10開展健康風(fēng)險評價，具體評價計算表達(dá)式為

式中：R為大氣污染物PM2.5或PM10的健康風(fēng)險值；c為PM2.5或PM10的月均濃度值；crf為參考質(zhì)量濃度。本研究采用世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的PM2.5和PM10參考質(zhì)量濃度，分別為25μg/m3和50μg/m3。

2 大氣污染物的分布特征

圖1為武漢市2019年度大氣污染物質(zhì)量濃度變化情況。

圖1 武漢市2019年大氣污染物質(zhì)量濃度變化情況

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，2019年武漢市不同監(jiān)測站位的NO2質(zhì)量濃度隨月份變化曲線特征相似（見圖1-a），沉湖七壕（背景站位）NO2質(zhì)量濃度顯著低于其他站位；2019年武漢市NO2質(zhì)量濃度變化范圍為12～68μg/m3，武昌紫陽站位的年均NO2質(zhì)量濃度最高，達(dá)到49μg/m3，已有研究表明機動車保有量和城市化率對NO2污染有顯著“貢獻(xiàn)”[4]，武昌紫陽站位周邊是交通樞紐，附近有武昌火車站、宏基客運站、航海客運站及傅家坡客運站等多處車站，因此考慮該站位NO2含量高與機動車尾氣排放等因素有關(guān)；除背景站位外，東湖梨園站位的年均NO2質(zhì)量濃度最低，為34μg/m3；各監(jiān)測站位的NO2質(zhì)量濃度低值均在6月—8月，高值均出現(xiàn)在1月、3月、11月、12月。

SO2質(zhì)量濃度的月度變化特征在2019年武漢市各監(jiān)測站位存在一定的區(qū)域差異性（見圖1-b），但總體呈相似的變化特征，2019年武漢市SO2質(zhì)量濃度變化范圍為4～15μg/m3，武昌紫陽站位的年均SO2質(zhì)量濃度最高，達(dá)到10μg/m3，其原因可能與NO2質(zhì)量濃度高原因類似；漢口江灘站位的年均SO2質(zhì)量濃度最低，為7μg/m3；各監(jiān)測站位的SO2質(zhì)量濃度低值均在6月、7月，高值均出現(xiàn)在9月、12月。

PM2.5質(zhì)量濃度在2019年武漢市各監(jiān)測站位顯示出較好的隨月份變化的一致性特性（見圖1-c），且1—12月呈先降低再升高的趨勢，其最高值在1月，最低值在7月；2019年武漢市PM2.5質(zhì)量濃度變化范圍為21～118μg/m3，青山鋼花站位的年均PM2.5質(zhì)量濃度最高，達(dá)到56μg/m3，這可能與位于青山區(qū)的武漢鋼鐵廠等企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過程中排放大量廢氣有關(guān)；背景站位的年均PM2.5質(zhì)量濃度最低，為40μg/m3。

PM10質(zhì)量濃度在2019年武漢市各監(jiān)測站位隨月份變化特征相似（見圖1-d），且1月—12月總體呈先降低再升高的趨勢，其最高值在1月，最低值在7月；2019年武漢市PM10質(zhì)量濃度變化范圍為34～114μg/m3，吳家山站位的年均PM10質(zhì)量濃度最高，達(dá)到80μg/m3，這可能與吳家山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)聚集的企業(yè)廠區(qū)在生產(chǎn)過程中大量排放廢氣有關(guān)[5]；背景站位的年均PM2.5質(zhì)量濃度最低，為61μg/m3。

CO質(zhì)量濃度的月度變化特征在2019年武漢市各監(jiān)測站位存在較大的區(qū)域差異性（見圖1-e），2019年，武漢市CO質(zhì)量濃度變化范圍為0.7～1.6 mg/m3，漢陽月湖站位的年均CO質(zhì)量濃度最高，達(dá)到1.1 mg/m3，漢口江灘站位的年均CO質(zhì)量濃度最低，為0.9 mg/m3。

O3質(zhì)量濃度的月度變化特征在2019年武漢市各監(jiān)測站位的區(qū)域差異性較小，各站位基本呈一致的變化趨勢（見圖1-f），且1月—12月總體呈先升高再降低的趨勢，其最低值在1月，其高值均出現(xiàn)在5月—9月，這可能與該時間段日照時間增長、太陽輻射增強及溫度升高有關(guān)，NOx，VOCs和CO等前體物在該條件下快速二次轉(zhuǎn)化生成O3[6]；2019年武漢市O3質(zhì)量濃度變化范圍為25～181μg/m3，背景站位的年均O3質(zhì)量濃度最高，達(dá)到110μg/m3；漢口江灘站位的年均O3質(zhì)量濃度最低，為92μg/m3。

3 大氣污染物的相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)性分析可初步分析各大氣污染物間的同源性，可反映人類活動對各污染物的影響[7]。由表1可知，PM2.5與PM10間呈極顯著相關(guān)，且二者與NO2，CO均存在顯著正相關(guān)，表明這些污染物的共同來源可能與機動車尾氣排放及化石燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣有關(guān)，此外NO2，CO還屬于形成PM2.5的主要氣態(tài)物質(zhì)[8]；SO2以往是武漢市的首要大氣污染物之一，該污染物通常也與機動車尾氣排放及化石燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣有關(guān)，但本研究中SO2與PM2.5，CO和O3相關(guān)性均不顯著，與NO2和PM10的相關(guān)性也較弱，這可能與政府采取改進(jìn)生產(chǎn)工藝、引進(jìn)新能源及遷出污染企業(yè)等措施治理SO2有關(guān)；O3與PM2.5，PM10，NO2，CO均呈顯著負(fù)相關(guān)，這是因為NO2，CO等是光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生O3的前體物，而PM2.5可以通過清除NOx自由基和HO2影響產(chǎn)生O3的光化學(xué)反應(yīng)過程[9]而生成。

表1 大氣污染物間的相關(guān)性

4 健康風(fēng)險評價

根據(jù)圖2可知，2019年武漢市各監(jiān)測站位大氣環(huán)境中PM2.5健康風(fēng)險值在0.84×10-6～4.72×10-6之間，PM10健康風(fēng)險值在0.68×10-6～2.28×10-6之間，PM2.5健康風(fēng)險值總體高于PM10，且二者1—12月的健康風(fēng)險值在各監(jiān)測站位均呈先降低再升高趨勢，同時高值均出現(xiàn)在1月和12月，但二者均在美國國家環(huán)境保護(hù)署（USEPA）制定的可接受風(fēng)險范圍（1.00×10-6～1.00×10-4）內(nèi)。與PM10相比，PM2.5比表面積更大，更易于吸附其他污染物，同時在肺內(nèi)的沉積率較高，已有研究表明其對大鼠巨噬細(xì)胞的存活率有更大的影響，這間接表明了其對人類健康可能存在較大風(fēng)險[10]。本研究PM2.5健康風(fēng)險值總體均高于PM10，雖尚在USEPA可接受風(fēng)險范圍內(nèi)，但仍需對其進(jìn)行密切關(guān)注。

圖2 健康風(fēng)險評價

5 結(jié)論

1）2019年武漢市不同監(jiān)測站位NO2，SO2，PM2.5，PM10和O3質(zhì)量濃度隨月份變化特征相似，前4種污染物濃度總體呈先降低再升高的趨勢，O3質(zhì)量濃度總體呈先升高再降低的趨勢；CO質(zhì)量濃度的月度變化特征存在較大的區(qū)域差異性。

2）PM2.5與PM10間呈極顯著相關(guān)，且二者與NO2，CO均存在顯著正相關(guān)，表明這些氣體的共同來源可能與機動車尾氣排放及化石燃料燃燒產(chǎn)生廢氣有關(guān)；SO2與其他污染物的相關(guān)性不顯著或相關(guān)性較弱，可能與政府采取改進(jìn)生產(chǎn)工藝、引進(jìn)新能源及遷出污染企業(yè)等措施治理SO2有關(guān)；O3與PM2.5，PM10，NO2，CO均呈顯著負(fù)相關(guān)，這是因為NO2，CO等是產(chǎn)生O3的前體物，而PM2.5可以通過清除NOx自由基和HO2影響O3的生成。

3）2019年武漢市各監(jiān)測站位大氣環(huán)境中PM2.5健康風(fēng)險值在0.84×10-6～4.72×10-6之間，PM10健康風(fēng)險值在0.68×10-6～2.28×10-6之間，PM2.5健康風(fēng)險值總體高于PM10，二者均在USEPA制定的可接受風(fēng)險范圍內(nèi)，但仍需對PM2.5予以密切關(guān)注。