成都市地表灰尘重金属污染分布特征及健康风险评价

常仕镭，叶芝祥

成都信息工程学院资源环境学院，四川成都610225

成都市位于四川盆地西部平原腹地，人口众多。市区常住人口300多万，流动人口100多万，总计约500万人。环境污染的健康风险评价对于防止污染起到引导性作用，目前对于成都市的健康风险评价已有相关报道，主要环境介质为土壤［9］、饮用水［10］等。但关于成都市地表灰尘重金属污染情况尚未见报道。笔者主要对成都市中心城区地表灰尘中重金属的污染特征进行研究，采用潜在生态危害指数法评价重金属潜在生态危害，为城市环境污染管理和治理提供科学依据。

1 实验部分

1.1 样品的采集与分析

选取成都市中心城区具有代表性的区域采集地表灰尘样品，每个样品均由该采样点3个平行样品均匀混合而成，采样点位置用GPS定位并做好记录。用塑料毛刷和塑料铲子收集样品，装入密实袋中，标记。共采集30个样品。

将样品用LGJ-10D冷冻干燥机真空冷冻干燥，干燥后过74 μm尼龙筛。重金属元素(Cu、Zn、Cr、Pb、Ni)采用 XRF-1800 型 X 射线荧光光谱仪测定，由于各样品中Cd含量较低，故该元素采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度计测定。采用国家标准土壤样品单点定标方法进行分析，每5个测定样品间用标准样检测结果，以确保测定的准确度，各元素的分析误差均小于±10%。

1.2 暴露模型与参数

研究表明，地表灰尘污染物主要通过3种暴露途径进入人体：手-口途径摄入、皮肤接触以及呼吸系统吸入。所研究的6种重金属都具有慢性非致癌健康风险，Ni、Cr和 Cd则具有致癌风险［8］。由于USEPA未给摄入和皮肤接触致癌暴露量参考值，只给出呼吸途径的暴露量参考值，因此，实验只考虑Ni、Cr和Cd经呼吸途径所导致的致癌风险［8］。不同暴露途径的计算公式如式(1)～式(4)所示，其中ADDing、ADDinh、ADDderm和LADDinh的单位均为mg/(mg·d)。参考USEPA土壤健康风险评价方法［11-12］，中国场地评价指南［13-14］，以及国外研究［8，15］，具体变量取值及单位如表1所示。

经手-口摄入途径日平均暴露量(ADDing)为

呼吸吸入途径日平均暴露量(ADDinh)为

皮肤接触日平均暴露量(ADDderm)为

国家与相关监理机构必须要加强对违规问题的处罚力度，通过定期或者不定期检查的方式合理的规避个违规问题，对于一些金额较大的违规问题，要严格处理。

致癌重金属(Ni、Cr和Cd)吸入途径终生日平均暴露量(LADDinh)为

表1 地表灰尘重金属日平均暴露量计算参数取值

在暴露计算中，非致癌物和致癌物的取值不同。对于非致癌物，将儿童和成人在特定环境中的平均生活时间分别设定为6a、24a，则AT取值分别为(6×365)d、(24 ×365)d。LADDinh表示作为单独个体，儿童和成人的加权暴露量，式(4)中的AT表示人体整个生命周期(70a)，取值为(70×365)d。

PEF默认值为1.36×109m3/kg，PEF源于美国EPA场地环境土壤健康风险评价方法［11-12］，表示在风力干扰下，污染物在2种不同介质中的浓度关系，即地表灰尘污染物和灰尘被扬起后污染物的浓度关系。

1.3 健康风险表征

分别考虑污染物每种暴露途径的致癌效应和非致癌效应［14-15］，如式(5)～式(8)所示。

式中：E为非致癌物质暴露剂量;RfD为参考剂量，mg/(kg·d)，表示单位时间、单位体重摄取的不会引起人体不良反应的污染物最大值［15］;HQ为风险商，即暴露途径中单个污染物的非致癌风险指数;HI为总非致癌风险指数，是多污染物多暴露途径综合的非致癌总风险，当数值小于1时，认为风险较小或可以忽略，大于1时，则认为存在非致癌风险;Risk为致癌风险，表示人群癌症发生的概率;Dinh为人体暴露于致癌物质的单位时间、单位体重的平均日摄取剂量，即呼吸途径暴露每日剂量;SF为致癌斜率因子，［mg/(kg·d)］－1;(Risk)T为致癌总风险，为多种致癌风险值之和，对于致癌物质，则要用暴露剂量乘以相应的SF，得到致癌风险。如果致癌风险值在 10－6～10－4之间时，则存在致癌风险［8，11-15］。

2 结果与讨论

2.1 重金属暴露浓度

表2为地表灰尘重金属浓度统计表。由表2可以看出，6种重金属污染较为严重，均超出了成都市土壤背景值，其中Cr、Ni、Pb和Cu平均值分别为土壤背景值的1～3倍，Zn为背景值的7.26倍，Cd为背景值的77.57倍，污染极为严重。

表2 地表灰尘重金属浓度统计 mg/kg

2.2 成都市地表灰尘重金属空间分布特征

空间内插可以通过离散点上的地表特征数据得到连续的特征要素的空间数据集，研究采用ArcGIS10.0软件的IDW(反转距离权重)方法插值［16］，获得成都市地表灰尘的重金属空间分布图(图1)。由于国内外目前还没有统一的城市地表灰尘重金属污染的界定标准，为了使各重金属元素的污染分布具有可比性，将成都市各区重金属含量与土壤背景值不同倍数作为分级标准，表征各重金属元素含量值，具体分级根据各元素倍数区间而定。将各元素倍数区间划为5等分，且颜色按倍数增大趋势递浅。

图1 成都市地表灰尘重金属含量空间分布特征

由图1可知，地表灰尘重金属污染的空间分布无明显规律，不同元素的污染程度高低为Cd＞Zn＞Pb＞Cu＞Cr＞Ni。但在同一地点采集的样品中，并不完全符合上述规律(如红星路上为Cd＞Pb＞Zn＞Cu＞Ni)，主要是因为各地区环境不一，污染源引入的污染物不相同，各重金属富集因子也不同。除Cr外，其他5种元素均在成都东南方向污染严重，且均在成都市中心区域具有小面积严重污染。

2.2 暴露量计算

表3和表4显示了地表灰尘重金属不同途径儿童和成人的暴露剂量。由表3、表4可知，3种途径非致癌日平均暴露量均为手-口摄入量＞皮肤吸收量＞吸入灰尘量。说明经手-口摄入是儿童与成人地表灰尘暴露风险的主要途径。6种重金属中，Zn的日平均暴露量最高，Pb、Cu、Ni和Cr次之，Cd较低。致癌重金属Cr最高，其次为Ni和Cd。此外，3种途径非致癌日均暴露量，儿童均高于成人，致癌重金属吸入途径，Ni、Cr的成人暴露量高于儿童，Cd则相反。

表3 地表灰尘重金属不同途径儿童暴露剂量 mg/(kg·d)

表4 地表灰尘重金属不同途径成人暴露剂量 mg/(kg·d)

2.3 健康风险评价

表5列出了6种重金属不同暴露途径的RfD值，SFinh为呼吸途径暴露的斜率系数。从USEPA 只可获得 Ni、Cr、Cd 的RfDinh数据，Zn、Pb、Cu的RfDinh可以等同于其相对应的手-口摄入途径的RfDing［8］。计算6种重金属不同暴露途径非致癌风险和3种重金属吸入途径致癌风险，结果如表6所示。其中HQing、HQinh和HQderm分别为手-口摄入、呼吸、皮肤接触途径暴露的非致癌风险。

表5 地表灰尘重金属不同暴露途径RfD和SF

表6 成都地表灰尘重金属非致癌风险指数与致癌风险

由表6可以看出，6种重金属不同途径的HQ值均小于1，其中手-口摄入途径暴露风险最大，其次为皮肤接触，经呼吸吸入风险指数最小。就儿童手-口摄入途径而言，Cr的暴露风险最大(0.25)，其次是Pb(0.17)。儿童、成人不同暴露途径HI值均小于1，儿童影响顺序为Cr＞Pb＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni，成人影响顺序为 Pb＞Cr＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni，对人体基本上不会造成健康危害。3种致癌重金属风险，成人、儿童均为Cr＞Cd＞Ni，影响最大的 Cr含量分别为 1.72 ×10－7、7.64× 10－8，低于癌症风险阈值范围(10－6～10－4)，表明致癌风险较低，对人体不会造成健康危害，但其潜在生态危害值得重视。

图2显示了儿童与成人重金属非致癌风险指数比值。

由图2可以看出，儿童的非致癌风险要大于成人，且经手-口摄入途径最为明显，其比值为9～40倍;经皮肤接触次之，比值为1～7倍;经呼吸吸入的最小，比值多在2倍左右。

图2 儿童与成人重金属非致癌风险指数比值

图3为成都与上海2地成人的地表灰尘重金属非致癌风险指数与致癌风险的比较。由图3可见，上海市地表灰尘中 Zn、Pb、Cu、Ni、Cr、和 Cd 的不同途径下暴露风险均要高于成都市，特别是Pb、Cr体现得较为明显。Ni的致癌风险成都高于上海，Cr致癌风险反之，Cd致癌风险两者基本持平。

图3 成都与上海成人的地表灰尘重金属非致癌危险指数与致癌风险比较

3 结论

1)成都市中心城区6种重金属污染较为严重，均超出了成都市土壤背景值，其中Cr、Ni、Pb和Cu平均值分别为土壤背景值的1～3倍，Zn为背景值的7.26倍，Cd为背景值的77.57倍，污染极为严重。

2)地表灰尘重金属元素污染的空间分布比较复杂，无明显规律，不同元素间的污染程度平均水平高低为Cd＞Zn＞Pb＞Cu＞Cr＞Ni。

3)重金属慢性每日平均暴露量为手-口摄入量＞皮肤吸收量＞吸入空气量，经手-口接触行为是人体地表灰尘暴露风险的主要途径。

4)6种重金属中Zn的日平均暴露量最高，Pb、Cu、Ni和 Cr次之，Cd较低。致癌重金属 Cr的日平均暴露量最高，其次为Ni和Cd。

5)儿童的非致癌风险大于成人;重金属对人体的非致癌风险表现为Cr＞Pb＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni(儿童)，Pb＞Cr＞Cd＞Cu＞Zn＞Ni(成人)。但儿童和成人各种重金属的HQ及HI值都小于1，表明成都市地表灰尘重金属非致癌风险较小，不会对城市人群造成明显的健康危害。

6)致癌重金属Ni、Cr、Cd对儿童和成人的致癌风险均小于癌症风险阈值范围(10－6～10－4)，均不具有致癌风险，但其潜在生态危害值得重视。

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