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亚青会期间南京大气PM2.5中重金属来源及风险

2016-06-07张晓茹孔少飞南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京10044南京信息工程大学大气物理学院中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京10044

中国环境科学 2016年1期
关键词:大气南京重金属

张晓茹,孔少飞,银 燕*,李 力,袁 亮,李 琦,陈 魁(1.南京信息工程大学,气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏 南京 10044;.南京信息工程大学大气物理学院,中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室,江苏 南京 10044)



亚青会期间南京大气PM2.5中重金属来源及风险

张晓茹1,2,孔少飞1,2,银 燕1,2*,李 力2,袁 亮2,李 琦2,陈 魁2(1.南京信息工程大学,气象灾害预报预警与评估协同创新中心,江苏 南京 210044;2.南京信息工程大学大气物理学院,中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室,江苏 南京 210044)

摘要:为探究亚青会期间南京奥体中心附近大气P M2.5中重金属来源及潜在的健康风险,于2013年8月3~28日对PM2.5中重金属元素V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sn、Sb和Pb进行了观测分析.结果表明:受亚青会污染源调控和气象要素影响,亚青会前、中、后不同时期重金属浓度存在差异,亚青会期间各重金属的浓度均值低于亚青会前期.富集因子分析显示Cu、Zn、Cd、Sn、Sb和Pb为重度富集元素,污染程度为Cd>Cu>Zn>Pb>Sb>Sn.聚类分析表明工业排放、燃煤、道路尘和机动车尾气排放是这些重金属的主要来源.亚青会期间,PM2.5中各重金属通过呼吸途径对运动员造成的非致癌风险均小于1,5种致癌重金属的风险指数均低于致癌风险阈值范围.

关键词:PM2.5;重金属;富集因子;聚类分析;健康风险评价;亚青会

* 责任作者, 教授, yinyan@nuist.edu.cn

重金属是大气颗粒物的重要组分,具有不可自然降解性和生物富集性,通过呼吸道吸入、消化道摄入和皮肤接触等途径进入人体后,能导致人体机能功能性障碍和不可逆性损伤,对人体健康有极大的危害[1].有关研究表明[2-3],Pb的摄入会很大程度上影响人的神经系统、血液系统和认知能力,尤其是易感人群(如婴儿和妊娠妇女等);As中毒会损害人体皮肤;Hg中毒会使人出现呆傻、眼斜等症状;高浓度的Cd、Ni环境会引起呼吸系统疾病;V和癌症发病率有极大的关系.同时,Fe、Co、Zn、Mn和Se的过多摄入也会引发不良反应.过量摄入Zn会引起肠胃不适的症状[4];过量的Se会破坏人体呼吸道[5].

大气细颗粒物PM2.5是我国许多城市大气的首要污染物,由于其比表面积大,在大气中停留时间长,大部分重金属富集在其中[6-7].近年来,国内外学者开展了大量有关PM2.5中重金属的研究,并在重金属的污染水平、分布特征、化学形态、迁移转化和生物有效性等方面积累了较多的研究成果[7-10].目前,我国环境空气质量标准(GB3095-2012)[11]也规定了环境空气中Pb、Cd、Hg、As和Cr6+的浓度限值.因此研究PM2.5中各重金属的污染特征和来源,评价其对人体健康风险对治理重金属污染和防护人类健康具有重要的意义.

南京是华东地区重要产业和中心城市,大气污染严重[12-13].第二届亚洲青年运动会(简称亚青会)于2013年8月16~24 日在南京举行,为做好赛事期间空气质量保障,南京市政府于2013年8月制定实施了《2013年第二届亚青会举办期间环境质量保障临时管控措施》(宁政发[2013]139 号),包括15 家企业实施不同程度的限产,41家企业全部或部分停产,并对不符合环保标准的社会车辆,尤其是黄标车实行限行措施等.这些临时管控措施为研究源排放控制对环境空气质量改善提供了独特的环境条件.对重大赛事期间污染源临时管控措施对空气质量的影响开展了较多的研究,但对于比赛场馆周边大气环境中重金属的来源和对聚集人群的潜在健康风险的研究鲜见报道.

为此本研究于2013年8月3~28日对南京市奥体中心附近大气PM2.5中重金属元素V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sn、Sb 和Pb(As和Sb为类金属,其性质与重金属性质很类似,故将其列入重金属研究中)进行了采样分析,研究其在亚青会前、中、后不同时期的浓度和来源,并借鉴国外已有的健康风险评价方法对其在亚青会期间的人群健康风险进行评估,以期为南京市PM2.5重金属污染控制和重大赛事期间聚集人群的健康防护提供相关数据支持和科学依据.

1 实验与方法

1.1 样品采集

采样点(图1)位于南京市建邺区南京高等职业技术学校(118°46′E,32°03′N),海拔高度为6m,距离奥体中心约1.5km,周围高大建筑物较少,东南和西南方向为公路,车流量呈现早晚高峰.

图1 观测地点示意Fig.1 Location of the observation site

采样时间为2013年8月3~28日,其中8月16~24日为亚青会举行时间.采样仪器为天虹TH-150C智能中流量采样器,用直径为90mm聚丙烯纤维滤膜采集PM2.5样品,采样时间为每天早上08:00,持续24h.

1.2 ICP-MS分析

采样前聚丙乙烯纤维滤膜置于烘箱中,在80℃下烘烤0.5h.样品称量前置于温度为25℃、相对湿度为35%的环境中平衡24h,然后低温保存.

采用Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sn、Sb、Pb和Al.样品剪碎放入100mL带盖的聚四氟乙烯烧杯中,用移液管加入5mL 萃取溶液(pH=5.6),用塑料滴管加一滴HF(pH=5.3),确认萃取溶液体积足以覆盖全部样品,盖好盖,于220℃ 控温电热板上加热回流2.5h,然后取下盖子蒸干,关掉电热板,利用余温,用5mL稀盐酸(pH =5.4)浸取,移入10mL塑料比色管中,以纯水稀释至标线并摇匀,待分析.表1给出了ICP-MS仪器的工作参数.

表1 ICP-MS仪器工作参数Table 1 Operating parameters of ICP-MS

1.3 气象参数

气象参数(温度、湿度、风速、风向、降水、气压和能见度)均来自南京市环境监测中心设置在奥体中心的空气自动监测站于采样期间的实时监测数据.

1.4 数据处理方法

1.4.1 富集因子 元素的富集因子[10]是双重归一化数据处理的结果,可用于研究大气气溶胶粒子中元素的富集程度,判断和评价气溶胶粒子中污染元素的自然来源和人为来源.富集系数定义为:

式中:Ci为研究元素i 的浓度;Cn为参比元素的浓度;下标“环境”是样品中研究元素与参比元素的比值;“背景”是土壤中相应元素与参比元素的比值.参比元素一般选择地壳中含量丰富、各种颗粒物样品中均含有的元素,经常采用的有Al、Fe、Ti.本研究中选择Al作为参比元素,观测期间Al的浓度为(473.02±182.59) ng/m3.“背景”中元素浓度均选取中国土壤背景值[14].

Sutherland[15]根据富集因子的大小将重金属富集(污染)程度详细分级(表2),由此可评价某种污染源的贡献并获得该地区元素的富集程度和污染状况.当某一元素的EF值显著大于10时该元素在大气中被富集,主要由人为源贡献,如果EF值小于1说明该元素在大气中没有富集,主要来自地壳.

表2 富集因子分级Table 2 Standards for contamination level of enrichment factor

1.4.2 聚类分析 聚类分析法[16]是一种多变量统计方法,国内外目前使用最多的聚类分析法为分层聚类法.将研究对象的多个样品各自视为一类,并将几个样品认作同类,计算它们相互间的距离或相似系数,把距离最小或相似最大的样品合并为一类,再计算所得类与其它类的距离或相似系数,并将距离最小或相似最大的样品合并为一类,如此逐步进行类的合并,直至所有的样品归为一类为止,可用树形图直观表达聚类结果.本文采用SPSS 20统计软件对数据进行系统聚类分组,在方法上采用平方欧几里得距离测量,每两个样本间用Average linkage法连结.

1.4.3 重金属暴露模型与参数 大气细颗粒物PM2.5中重金属主要暴露途径为经呼吸暴露[17].故本研究主要考虑呼吸途径下,PM2.5中重金属V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb和Pb在亚青会期间对运动员的潜在健康风险(Sn无参考剂量,本研究不做Sn的健康评价),将经口摄入及皮肤接触产生的健康风险忽略,计算出来的健康风险会比实际偏小.本研究中Mn、Fe、Cu、Zn、Sb、Pb和V属于非致癌物质(有阈化合物),Cr、Co、Ni、As和Cd属于致癌物质(无阈化合物)[18].非致癌物质通常用日均暴露剂量ADD表示,致癌物质用终身日均暴露剂量LADD表示,单位均为mg/(kg⋅d).通过呼吸途径摄入重金属的量计算如下[19-20]:

式中:参数的选择(表3)综合参考美国环境保护局(US EPA)提出的评价标准以及根据我国情况修正后的参数[21].

表3 呼吸途径的健康风险评价参数Table 3 Parameters for health risk assessment through inhalation pathway

对于致癌物质,根据终身日均暴露剂量(LADD),可以得到其致癌风险,以ILCR表示,计算公式如下[20-21]:

式中:ILCR为终身增量致癌风险,表示人群癌症发生的概率.若ILCR在10-6~10-4之间(即每1万人到100万人增加1个癌症患者),认为该物质不具备致癌风险[22];SF为经呼吸暴露的致癌斜率系数,[mg/(kg⋅d)]-1,表示人体暴露于一定剂量的某种污染物下产生致癌效应的最大概率.

对于非致癌物质,根据日均暴露剂量(ADD), 以HQ(危险系数)作为风险评估的衡量指标,得到单一污染物非致癌风险.计算公式[20-21]如下:

式中:RfD为参考剂量,mg/(kg⋅d),表示每天每kg人体摄取重金属元素不会引起人体不良反应的污染物最大量.HQ数值的大小表示风险的大小.当HQ≤1时,风险较小或可以忽略;HQ>1时,存在非致癌风险[23-24].

选取的12种重金属都是大气中有毒且关注度较高的物质,其参考剂量(RfD)和致癌强度系数(SF)可以从美国综合危险度数据库直接获得[25].因经口和呼吸暴露途径摄入的重金属对人体健康的影响可认为一致[18],故该表中Fe和Sb经呼吸摄入的参考剂量分别由各自经口摄入的参考剂量代替.

2 结果与讨论

2.1 气象要素分析

图2为采样期间观测点气象要素的时间变化序列.采样期间,日均气温范围为26.2~35.7℃,平均气温为32.1℃;相对湿度较高,日变化明显,最大值可达88.9%,最小值为27.9%.此外,南京多处于均压场,风向多为偏南风,风速较小,最大值不超过4m/s,不利于污染物扩散和输送.上半月受副热带高压影响,天气形势相对稳定,温度持续偏高,平均温度为34.1℃,下半月整体温度逐渐降低,相对湿度逐渐增加,使得大气扩散条件得到改善.图3给出了采样期间各重金属浓度与相对湿度的相关性,均表现出显著弱相关关系(P<0.05).说明较高相对湿度下,颗粒物容易吸湿增长,沉降速率增加,重金属浓度因此降低.尤其是8月19~22日期间有阵性降水过程,能够一定程度上去除大气中的细颗粒物,进一步改善扩散条件.同时,降水过程之后产生了较明显的轻雾,能见度出现较大变动[26-27].

图2 采样期间气象要素的时间序列Fig.2 Time series of meteorological parameters during sampling period

图3 南京奥体中心附近点位大气PM2.5中重金属元素与相对湿度的相关性Fig.3 Correlation between metals in PM2.5and relative humidity at a site near the Nanjing Olympic Sport Center

2.2 PM2.5中重金属的浓度

将8月3~15日归为亚青会前期,8月16~24日归为亚青会期间,8月25~28日归为亚青会后期.对PM2.5及其中重金属元素各浓度平均值的统计(表4)发现,采样期间PM2.5浓度均值为43.9µg/m3,低于国家二级标准(24h均值<75µg/m3),与喻义勇[28]的观测结果相似.亚青会期间PM2.5浓度为39.8µg/m3,比亚青会前期降低了2.3µg/m3,但亚青会后期又升高了17.8µg/m3.

采样期间PM2.5中各重金属浓度均值相差较大,依次为Fe>Zn>Cu>Pb>Mn>Cr>Ni>Sn>As> V>Sb>Cd>Co.亚青会期间重金属浓度排位较采样期间发生变化,表现为Fe>Zn>Cu>Mn>Pb> Ni>Cr>V>As>Sn>Sb>Cd>Co.此外,亚青会期间Pb、Cd、Sb、Sn、Fe、As、Zn、Cu、Mn、Co、Cr、V和Ni的浓度分别为3.44、0.10、0.26、0.42、59.90、0.46、35.25、16.32、4.33、0.06、1.38、0.82和1.71ng/m3,比亚青会前期相应地降低了94.1%、92.6%、87.1%、87.0%、84.9%、84.4%、78.0%、77.6%、76.7%、73.9%、60.3%、53.1% 和41.0%.与亚青会期间相比,除Sn和Sb的浓度分别升高为0.57和0.58ng/m3外,其他重金属的浓度在亚青会后期又持续降低了0.06~37.55ng/m3,其中Fe的降幅最大(62.7%),As的降幅最小(13.0%).

表4 南京奥体中心附近点位大气PM2.5及其重金属质量浓度Table 4 Concentrations of PM2.5and associated heavy metals at a site near the Nanjing Olympic Sport Center

表5 国内大型活动期间PM2.5中重金属浓度(ng/m3)的比较Table 5 Comparisons of heavy metal¹concentrations(ng/m3) in PM2.5during mega events in China

Tian等[29-30]认为As和Sb是燃煤的标识组分;Pant等[31]认为Zn、Cr、Pb和Cu是机动车尾气的标识组分;Taiwo等[32]指出Fe、Mn、Zn、Pb和Cd与钢铁冶炼过程有关;Kong等[33]指出Zn、Ni、Pb和Cu是电炉、烧结机和窑炉的标识组分.因而这些元素的降低主要由于亚青会期间临时管控措施的执行减少了燃煤、工业过程和机动车尾气的排放.同时,亚青会期间出现的阵性降水也能使重金属元素随颗粒物被清除.分析发现PM2.5的浓度在19~22日的降水后比降水前降低了35.0%,Cr、Mn等13种重金属降低了11.9%~ 92.8%,其中Pb的降幅最大,Ni的降幅最小.

表5比较了本研究与北京奥运会(2008年8 月8~24日)、上海世博会(2010-05-01~ 2010-10-31)期间PM2.5中重金属的浓度.可以看出三个体育赛事期间的重金属浓度差异较大,但排位相似,浓度居于首位的均为Fe和Zn,浓度最小的均为Co.同时南京亚青会期间PM2.5中重金属浓度要低于北京奥运会和上海世博会期间的,表明亚青会期间南京的重金属污染处于较低水平,这也与近年来我国大气污染防控措施的持续制定和实施相关.

2.3 富集因子

采样期间PM2.5中重金属可以分为两类(图4).第一类是富集系数大于10的元素,包括Cd、Cu、Zn、Pb、Sb、Sn、As和Ni,主要来源于人为污染.其中Cd、Cu、Zn、Pb、Sb和Sn的富集系数依次减小,但均大于40,富集程度均为极严重富集,污染级别为最高级.As和Ni的富集系数大于5小于20,属于重度富集.这与杨卫芬等[35]、黄顺生等[36]关于南京大气的研究结果类似.第二类是富集系数在1~10之间的元素,包括Cr、Mn、V、Co和Fe,受地壳和人为源共同影响.其中Fe的污染最轻,富集系数为1.0,主要来自地壳物质.这与卢瑛等[37]对南京城市土壤重金属含量的研究结果相似,即南京城市土壤中元素Cu、Zn、Pb主要受人为输入而污染严重,Fe、Co和V主要源于土壤物质而污染不明显.

图4 南京奥体中心附近点位大气PM2.5中重金属元素的富集系数Fig.4 Enrichment factors of metals in PM2.5at a site near the Nanjing Olympic Sport Center

从图4可以看出,与亚青会前期相比,元素Pb、Cd、Sb、Sn、As、Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Cr、V和Ni的富集系数在亚青会期间分别降低了91%、89%、81%、81%、77%、76%、68%、68%、68%、64%、42%、31%和15%.除Sb外,其他元素的富集系数在亚青会后期又有不同程度地持续降低,反映出亚青会期间管控措施的实施取得了成效,降低了各种人为源贡献的重金属的排放量.

2.4 聚类分析

PM2.5中重金属的聚类分析结果见图5.根据聚类图,可将这13种重金属分为4类.第1类含元素Cd、Pb和Sn;第2类含元素Fe、As、Mn和Sb,其中Fe和As的关系更为密切;第3类含元素Co和Cu;第4类含元素Cr、V、Ni和Zn,其中Cr和V的关系更为密切.一般认为Cd和Pb主要源于冶金化工尘[32,38],As和Sb是燃煤的标识组分[29-30],Mn主要来自燃煤、工业排放和土壤的二次扬尘[39],Co主要源于风沙尘[40],Cu来源于机动车尾气的直接排放、交通引起的二次扬尘、汽车部件和轮胎磨损[41],V为燃料油或石油燃烧的标识物[42],Ni主要源于燃油尘[38],Zn主要源于机动车尾气排放[31,43].因此,上述4类元素组合的污染源可分别对应工业排放、燃煤、道路尘(道路尘的主要来源为机动车磨损、路面磨损和排放源地面沉降等)和机动车尾气排放.

图5 南京奥体中心附近点位大气PM2.5中重金属元素聚类分析Fig.5 Cluster analysis for metals in PM2.5at a site near the Nanjing Olympic Sport Center

本研究与黄顺生等[36]对南京大气沉降和杨卫芬等[35]对南京霾日期间PM2.5中重金属来源分析的结果具有一致性.黄顺生等[36]研究发现南京大气降尘重金属主要源于燃煤、汽车尾气排放、化工污染和土壤颗粒物;杨卫芬等[35]分析表明南京霾日PM2.5中重金属主要源于土壤尘、冶金化工尘和燃煤燃油.但不同研究中部分重金属的主要来源不同,比如具有多种来源的Cu.黄顺生等[36]研究认为Cu主要源于燃煤活动和汽车尾气排放,杨卫芬等[35]则认为Cu主要源于冶金化工尘,而本研究认为Cu主要源于道路尘.这种差异一方面与采样时间和采样对象的不同有关,另一方面也与气象因子有关.如图3所示,Cu与相对湿度呈显著负相关,故采样期间其他来源(比如冶金化工尘和燃煤等)的Cu极有可能会通过颗粒物吸湿增长和阵性降水过程的清除作用而沉降于地面归为道路尘.

2.5 亚青会期间大气PM2.5中重金属的潜在健康风险评价

应用美国 EPA推荐的重金属健康风险评价模型对亚青会期间南京市奥体中心附近大气PM2.5中重金属进行致癌(Cr、Co、Ni、As和Cd)和非致癌(Cr、Mn、Fe等这12种元素)健康风险评价.结果如表6.

从表6可知,亚青会期间,南京市奥体中心附近大气PM2.5中Cr、Mn、Fe等12种重金属,通过呼吸途径的非致癌日均暴露剂量ADD[4.92× 10-10~5.26×10-7mg/(kg·d)]高于终身日均暴露剂量LADD[2.62×10-10~2.80×10-7mg/(kg·d)],两种暴露剂量从大到小均为Fe>Zn>Cu>Mn>Pb>Ni> Cr>V>As>Sb>Cd>Co,与亚青会期间重金属浓度大小顺序一致.从健康风险的角度来看,重金属的成人非致癌风险系数HQ在6.71×10-7~2.49×10-3之间,明显小于US EPA规定限值1,非致癌风险次序为Mn>Cr>Co>As>Pb>Sb>Cu>Zn>V>Cd> Fe>Ni.由此可知,这12种重金属在亚青会期间的非致癌风险较低或可以忽略,不会对运动员造成健康危害.但鉴于Mn的风险系数较其他元素都高,后期应加强对其来源的管控.

通过对呼吸途径致癌风险值的分析,5种致癌重金属风险指数大小依次为Cr>As>Ni>Cd> Co,风险指数介于10-9~10-7,均低于致癌风险阈值范围10-6~10-4.表明这5种致癌重金属在亚青会期间的致癌风险较低,处于可接受风险水平,不会对运动员造成致癌危害.另外,分析发现重金属健康风险指数的大小与暴露剂量的大小并不一致.这是由于健康风险除了和暴露剂量有关外,也受重金属毒性影响[44].比如Cr因其在PM2.5中浓度低而暴露剂量小,但由于毒性大而暴露风险高,因此成为人体内重要的致癌物质之一,其来源也应引起相关重视.需要强调的是,本研究以大气环境中富集于PM2.5上的重金属浓度进行人群健康风险评价,且采样器置于楼顶,与人群的实际活动高度和暴露浓度存在差异,可能会导致风险评价结果的偏差,后续研究应引起注意.

表6 亚青会期间南京奥体中心附近点位PM2.5中重金属经呼吸暴露的风险评价Table 6 Health risks of heavy metals in PM2.5through inhalation during the YAG period at a site near the Nanjing Olympic Sport Center

3 结论

3.1 观测期间,南京市奥体中心附近大气PM2.5中重金属Fe、Zn、Cu、Pb、Mn、Cr、Ni、Sn、As、V、Sb、Cd和Co的浓度均值分别为199.96、86.88、39.48、26.97、10.20、2.20、2.12、1.67、1.53、1.15、1.08、0.64和0.13ng/m3.受亚青会期间污染源调控和气象要素影响,这13种重金属在亚青会期间的浓度均值比亚青会前期低0.17~337.16ng/m3.

3.2 富集因子分析表明:观测期间Cu、Zn、Cd、Sn、Sb和Pb为重度富集元素, 主要受人为源影响,其总体污染程度表现为Cd>Cu>Zn>Pb> Sb>Sn.

3.3 聚类分析表明:南京市奥体中心附近大气PM2.5中Cr、Mn、Fe等13种重金属可分为4类, 第1类含Cd、Pb和Sn,第2类含Fe、As、Mn和Sb,第3类含Co和Cu,第4类含Cr、V、Ni 和Zn,分别对应于工业排放、燃煤、道路尘和机动车尾气排放.

3.4 亚青会期间,PM2.5中重金属通过呼吸途径的非致癌风险均小于1,不会对运动员身体健康造成危害.5种致癌重金属风险指数次序为Cr>As>Ni>Cd>Co,均低于致癌风险阈值范围,不具有致癌风险.鉴于元素Mn的非致癌风险系数和Cr的致癌风险指数较高,后期应对这两种元素的来源加强管控.

参考文献:

[1] Mohanraj R, Azeez P A, Priscilla T.Heavy metals in airborne particulate matter of urban Coimbatore [J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2004,47(2):162-167.

[2] Patel M M, Hoepner L, Garfinkel R, et al.Ambient metals,elemental carbon, and wheeze and cough in New York City children through 24 months of age [J].American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 2009,180(11):1107-1113.

[3] Palmer K T, McNeill-Love R, Poole J R, et al.Inflammatory responses to the occupational inhalation of metal fume [J].European Respiratory Journal, 2006,27(2):366-373.

[4] Adamson I Y R, Prieditis H, Hedgecock C, et al.Zinc is the toxic factor in the lung response to an atmospheric particulate sample [J].Toxicology and Applied Pharmacology, 2000,166(2):111-119.

[5] Manalis N, Grivas G, Protonotarios V, et al.Toxic metal content of particulate matter (PM10), within the Greater Area of Athens [J].Chemosphere, 2005,60(4):557-566.

[6] 王晴晴,马永亮,谭吉华,等.北京市冬季PM2.5中水溶性重金属污染特征 [J].中国环境科学, 2014,34(9):2204-2210.

[7] Lü S, Zhang R, Yao Z, et al.Size distribution of chemical elements and their source apportionment in ambient coarse, fine, and ultrafine particles in Shanghai urban summer atmosphere [J].Journal of Environmental Sciences, 2012,24(5):882-890.

[8] 樊曙先,樊 稻,严培君,等.银川市PM2.5重金属元素的环境污染特征分析 [J].中国沙漠, 2006,26(2):291-294.

[9] 刘 刚,滕卫林,杨忠乔.杭州市大气PM2.5中部分元素的分布[J].环境与健康杂志, 2008(11):890-892.

[10] Zhang W J, Sun Y L, Zhuang G S, et al.Characteristics and seasonal variations of PM2.5, PM10, and TSP aerosol in Beijing [J].Biomedical and Environmental Sciences, 2006,19:461-468.

[11] GB/3095-2012 环境空气质量标准 [S].

[12] 康汉青,朱 彬,樊曙先.南京北郊冬季大气气溶胶及其湿清除特征研究 [J].气候与环境研究, 2009,14(5):523-530.

[13] Zhu B, Wang H L, Shen L J, Aerosol spectra and new particle formation observed in various seasons in Nanjing [J].Advances in Atmospheric Sciences, 2013,30(6):1632-1644.

[14] 魏复盛,陈静生,吴燕玉,等.中国土壤环境背景值研究 [J].环境科学, 1991,12(4):12-19.

[15] Sutherland R A.Bed sediment-associated trace metals in an urban stream, Oahu, Hawaii [J].Environmental Geology, 2000, 39(6):611-627.

[16] 程荣进,张思冲,周晓聪,等.大庆城郊湿地沉积物重金属污染及聚类分析 [J].中国农学通报, 2009,25(2):240-245.

[17] Yu Y J, Wang Q, Nan Z R, et al.Distribution characteristics and risk assessment of heavy metals pollutants in air particulate matters in Lanzhou city [J].Advanced Materials Research, 2012, 518-523:961-969.

[18] DB11/T 656-2009 场地环境评价导则 [S].

[19] 段小丽.暴露参数的研究方法及其在环境健康风险评价中应用[J].新疆农业科学, 2012,2:034.

[20] EPA/1989.Risk assessment guidance for superfund volume I: human health evaluation manual.(Part F, Supplement guidance for inhalation risk assessment) Final [S].

[21] 王宗爽,武 婷,段小丽,等.环境健康风险评价中我国居民呼吸速率暴露参数研究 [J].环境科学研究, 2009,(10):1171-1175.

[22] 唐荣莉,马克明,张育新,等.北京城市道路灰尘重金属污染的健康风险评价 [J].环境科学学报, 2012,32(8):2006-2015.

[23] 李友平,刘慧芳,周 洪,等.成都市PM2.5中有毒重金属污染特征及健康风险评价 [J].中国环境科学, 2015,35(7):2225-2232.

[24] 方文稳,张 丽,叶生霞,等.安庆市降尘重金属的污染评价与健康风险评价 [J].中国环境科学, 2015,35(12):3795-3803.

[25] US EPA.Integrated Risk Information System (IRIS) [EB/OL].http://www.epa.gov/iris/2015-01-25.

[26] 袁 亮,银 燕,李 琦,等.亚青会期间南京地区气溶胶浓度变化及其与能见度的关系 [J].环境科学, 2014,35(11):003.

[27] 李 琦,银 燕,顾雪松,等.南京夏季气溶胶吸湿增长因子和云凝结核的观测研究 [J].中国环境科学, 2015,35(2):337-346.

[28] 喻义勇,谢放尖,陆晓波,等.南京亚青会环境空气质量状况及原因分析 [J].环境监控与预警, 2014,6(1):5-9.

[29] Tian H Z, Wang Y, Xue Z G, et al.Trend and characteristics of atmospheric emissions of Hg, As, and Se from coal combustion in China, 1980–2007 [J].Atmospheric Chemistry and Physics, 2010,10(23):11905-11919.

[30] 田贺忠,赵 丹,何孟常,等.2005年中国燃煤大气锑排放清单[J].中国环境科学, 2010,30(11):1550-1557.

[31] Pant P, Harrison R M.Critical review of receptor modeling for particulate matter: a case study of India [J].Atmospheric Environment, 2012,49:1-12.

[32] Taiwo A M, Harrison R M, Shi Z.A review of receptor modeling of industrially emitted particulate matter [J].Atmospheric Environment, 2014,97:109-120.

[33] Kong S, Ji Y, Lu B, et al.Characterization of PM10source profiles for fugitive dust in Fushun-a city famous for coal [J].Atmospheric Environment, 2011,45(30):5351-5365.

[34] 张 蓉.中国气溶胶中重金属的特征、来源及其长途传输对城市空气质量及海域生态环境的可能影响 [D].上海:复旦大学, 2011.

[35] 杨卫芬,银 燕,魏玉香,等.霾天气下南京PM2.5中金属元素污染特征及来源分析 [J].中国环境科学, 2010,30(1):12-17.

[36] 黄顺生,华 明,金 洋,等.南京市大气降尘重金属含量特征及来源研究 [J].地学前缘, 2008,15(5):161-166.

[37] 卢 瑛,龚子同,张甘霖,等.南京城市土壤重金属含量及其影响因素 [J].应用生态学报, 2004,15(1):123-126.

[38] 焦 姣,姬亚芹,白志鹏,等.重庆市颗粒物中元素分布特征及来源分析 [J].环境污染与防治, 2014,36(3):60-66.

[39] Schneidemesser E, Stone E A, Quraishi T A, et al.Toxic metals in the atmosphere in Lahore, Pakistan [J].Science of the Total Environment, 2010,408(7):1640-1648.

[40] 陈发荣.大气中TSP和PM10采集方法及其元素分析研究 [D].厦门:厦门大学, 2004.

[41] Guo G H, Lei M, Chen T B, et al.Effect of road traffic on heavy metals in road dusts and roadside soils [J].Acta Scientiae Circumstantiate, 2008,28(10):1937-1945.

[42] Lu X, Wang L, Li L Y, et al.Multivariate statistical analysis of heavy metals in street dust of Baoji, NW China [J].Journal of Hazardous Materials, 2010,173(1):744-749.

[43] 姚 青,韩素芹,蔡子颖.天津采暖期大气PM2.5中重金属元素污染及其生态风险评价 [J].中国环境科学, 2013,33(9):1596-1600.

[44] 李 萍,薛粟尹,王胜利,等.兰州市大气降尘重金属污染评价及健康风险评价 [J].环境科学, 2014,35(3):1021-1028.

Sources and risk assessment of heavy metals in ambient PM2.5during Youth Asian Game period in Nanjing.

ZHANG Xiao-ru1,2, KONG Shao-fei1,2, YIN Yan1,2*, LI Li2, YUAN Liang2, LI Qi2, CHEN Kui2(1.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China;2.Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China).China Environmental Science, 2016,36(1):1~11

Abstract:In order to evaluate the sources and health risks of heavy metals in PM2.5around the Youth Asian Game (YAG) period, thirteen heavy elements including V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Sn, Sb and Pb in PM2.5were analyzed for a site near the Nanjing Olympic Sport Center during 3~28 August, 2013.Results indicated that the concentrations of heavy metals are different among the pre-, during- and after- YAG period, influenced by both the pollution control regulations and meteorological parameters.Their concentrations are higher for the pre-YAG period than those for during-YAG period.Enrichment factor index indicated that Cu, Zn, Cd, Sn, Sb and Pb are highly enriched elements, with their pollution level decreasing as Cd> Cu> Zn> Sb> Sn> Pb.Cluster analysis implied that industrial emission, coal combustion, road dust and vehicle emissions were the major sources of these heavy elements.During the YAG period, the non-carcinogenic risks raised by heavy elements in PM2.5through inhalation pathway are less than 1.The risk indexes of five carcinogenic heavy metals are also lower than the thresholds of cancer risk correspondingly.

Key words:PM2.5;heavy metal;enrichment factor;cluster analysis;health risk assessment;Youth Asian Game

中图分类号:X513

文献标识码:A

文章编号:1000-6923(2016)01-0001-11

收稿日期:2015-05-28

基金项目:江苏省高校自然科学研究面上项目(13KJB170010);南京信息工程大学大气物理学院2014年度科研启动费资助项目;江苏省环保科研课题(2014050)

作者简介:张晓茹(1991-),女,宁夏固原人,硕士研究生,主要研究方向为气溶胶化学成分.

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