沈阳市大学校园室内外灰尘铅暴露研究

贺 彬, 郑冬梅,b, 金 丹

(沈阳大学 a. 环境学院, b. 沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)



沈阳市大学校园室内外灰尘铅暴露研究

贺 彬a, 郑冬梅a,b, 金 丹a

(沈阳大学 a. 环境学院, b. 沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)

通过分析沈阳市城区11个代表性的大学校园室内和街道的灰尘样品的Pb含量,采用美国EPA健康风险评价模型,对沈阳市大学校园灰尘Pb污染状况进行了健康风险评价.结果表明,沈阳市校园灰尘在不同程度上受到了重金属Pb的污染.非采暖期,室内和街道Pb含量平均值分别为60.42 mg·kg-1、64.66 mg·kg-1;采暖期,室内和街道灰尘中Pb含量分别为89.66 mg·kg-1、99.22 mg·kg-1,均高于辽宁省土壤重金属元素的背景值.重金属非致癌风险顺序为采暖期大于非采暖期,低于风险阈值,表明不具备非致癌风险

灰尘; Pb; 健康风险评价; 沈阳市; 大学校园

地表灰尘是城市环境污染物质的“源”“汇”载体.灰尘其粒径基本都小于200 μm,极易在外力作用下“扬起-沉降”往复交替循环,吸附在灰尘上的重金属一部分被吸入肺部,通过肺部黏膜纤毛的摆动,排出肺部,最终可能吞咽进入消化道.同时,细粒物要比粗粒物更容易被人体吸入.它们沉积于支气管和肺泡中,能够造成更大伤害.美国环保局指出儿童每天经口无意摄入土壤灰尘可达50～200 μg,成人每天摄入土壤灰尘也可达100 μg[1].

灰尘重金属暴露是人群摄入重金属的一个主要途径.由于校园学生过于集中,经手-口途径、呼吸途径摄入的被重金属污染的灰尘对人体重金属获得总量的贡献率越来越高.因此,污染源复杂受到大气沉降直接影响的通道,操场地点,则成为人们重金属暴露研究考虑的主要研究区域.相比于室外暴露,室内暴露往往被忽视.国外对室内灰尘重金属污染关注较早,研究主要集中在室内灰尘重金属空间分布和健康风险等方面,结果显示室内灰尘中重金属相比室外含量更高[2].可能原因是室内有限的空间由于外界干扰小而使灰尘更容易沉降.灰尘中铅的沉降率直接影响人体血铅含量[3].铅的毒性作用没有阈值性,即体内有铅便有毒,因此,“零血铅”已成为临床控制儿童铅中毒的目标.

室内灰尘是人体重金属的主要贡献率,对人体健康暴露研究具有重要意义.校园,特别是大学校园,作为城市文化区的代表,绿色的花园往往是其代名词.其灰尘中重金属往往被忽略.因此,本项目通过对校园内采暖期,非采暖期灰尘重金属的分析,探讨灰尘中铅含量的变化规律,根据USEPA提供的灰尘的铅通过消化道,呼吸,皮肤接触等途径暴露剂量的计算公式,对校园室内外灰尘重金属进行健康评价.

1 材料与方法

1.1 样品采集

选择沈阳市各个区主要的大学;沈阳农业大学(S1),中国医科大学(S2),沈阳理工大学(S3),沈阳化工大学(S4),沈阳师范大学(S5),沈阳工业大学(S6),沈阳大学(S7),沈阳药科大学(S8),辽宁大学(S9),辽宁中医药大学(S10),东北大学(S11)作为研究区.选择晴朗干燥的天气采集室内外灰尘,并分别在采暖期和非采暖期对灰尘进行了样品采集.在采集非采暖期的灰尘样品时,利用GPS定位系统找到采暖期的采样点进行采样,以便确保两次采样点位相同.采样天气避开雨天,选择晴朗干燥的天气,目的是防止污染待测的样品,保证所获得的数据的全面性.在每个校园主要街道随机选取一条具有代表性的道路,用聚乙烯刷在一栋校园内建筑物的楼梯内,室内地面,室内窗台,室内柜子,室外街道灰尘分别收集2 g灰尘样品,并在同一点位采集3个样品,作为平行样[4].将所有收集到的灰尘样品储存在密封的自封袋中,标记,然后带回实验室[5].

1.2 样品处理与分析

把采集到的灰尘先进行风干处理,再用尼龙筛子筛去杂物(例如:石子,果皮,烟头,毛发等).首先将灰尘过200 μm网筛,获得初始样品.然后过105 μm筛,获得最终实验样品.用电子天平精准称量0.500 g灰尘样品.作为重金属Pb的全量分析.

灰尘中重金属Pb采用5 mL HNO3、2 mL HCLO4和2 mL HF(GB/T17138)消解,采用德国耶拿ContraAA700连续光源火焰-石墨炉原子吸收光谱仪测定.测定标准土壤中重金属的回收率.其回收率在90%～110%的范围内.数据处理采用Excel 2003,spss等完成.在实验开始之前,提前24 h把玻璃仪器浸泡在浓度为3 mol·L-1硝酸中.实验中使用去离子水和优级纯水.

1.3 暴露模型

采用USEPA提出的土壤健康风险模型进行暴露风险评价.就灰尘中重金属而言,经手口摄入,呼吸吸入和皮肤接触式较为常见的3种暴露途径.对于非致癌效应,3种途径相应的暴露量计算模型分别为

(1)

(2)

(3)

致癌重金属Cd终生日平均暴露剂量(mg·kg-1·d-1)

(4)

式中:ADDing为手-口摄食造成的长期日均暴露量,mg/(kg·d);w为重金属含量,mg/kg;EF为暴露频率,d/a;ED为暴露年限,a;AT为平均暴露时间,d;BW为平均体重,kg;IngR为摄食灰尘速率,mg/d;ADDinh为经过呼吸吸入造成的长期日均暴露量,mg/(kg·d);InhR为呼吸速率,m3/d;PEF为颗粒物排放因子,m3/kg;ADDderm为经皮肤接触造成的长期日均暴露量,mg/(kg·d);SL为皮肤黏着度,mg/cm2;SA为暴露皮肤面积cm2/d;ABS为皮肤吸收因子,无量纲.

1.4 健康风险表征

重金属具有慢性非致癌风险,计算式为

(5)

(6)

式中:HQ为非致癌风险商,表征单种污染物的非致癌风险;RFD为参考剂量,mg/(kg·d),表征在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量;HI为多污染物多暴露途径的非致癌总风险.当HQ或HI<1时,认为风险较小可以忽略,HI>1时认为有非致癌风险,需引起注意.

2 结果与讨论

2.1 校园内外重金属铅含量

2.1.1 非采暖期校园室内外灰尘铅含量

非采暖期室内灰尘Pb含量为29.2～124 mg·kg-1.平均含量为60.42 mg·kg-1,超过辽宁土壤背景值(22.15 mg·kg-1)的2.73倍.街道灰尘Pb含量为37.8～112 mg·kg-1.平均含量为64.66 mg·kg-1.超过辽宁省土壤背景值的2.92倍,从平均值看室内灰尘低于街道灰尘.除中国医科大学,沈阳师范大学,沈阳大学,沈阳药科大学,辽宁中医药大学室内灰尘高于街道灰尘外,其余地点均为街道Pb含量高于室内Pb含量(见图1).这几个地点可能与地处繁华区,室外绿化比较好,但人流量大,导致室内灰尘含量较高.

2.1.2 采暖期校园室内外灰尘铅含量

采暖期室内灰尘Pb含量为30.4～256 mg·kg-1,平均含量为89.66 mg·kg-1.超过辽宁省土壤背景值(22.15 mg·kg-1)的4.05倍.街道灰尘Pb含量为33.7～360 mg·kg-1.平均含量为99.22 mg·kg-1.超过辽宁省土壤背景值的4.48倍.从平均值看室内灰尘低于街道灰尘.除沈阳理工大学,沈阳工业大学室内灰尘高于街道灰尘外,其余地点均为街道铅含量高于室内铅含量(图1).这是由于冬季燃煤取暖,排放大量污染物,导致室外灰尘铅含量较高.

图1 不同学校室内外灰尘Pb含量

2.1.3 沈阳室内灰尘不同楼层(高度)重金属Pb分布特征

从图2可见,无论是采暖期还是非采暖期,不同楼层之间灰尘沉降的重金属铅含量差异明显, 采暖期室内灰尘重金属含量与楼层成反比例关系.铅含量随着高度的增加而降低.最低点出现在7～8层.总体而言,不同重金属元素含量在不同空间高度分布规律整体上随着楼层增高而减小.

图2 不同楼层高度灰尘Pb含量

2.1.4 室内灰尘与国内外重金属铅含量比较研究

沈阳市室内灰尘与国外其他城市相比较,Pb含量均低于沙特阿拉伯利雅得(639.1 mg·kg-1)[6]、 基堂市(573 mg·kg-1)[7],澳大利亚悉尼(85.2 mg·kg-1)[8],加拿大渥太华(233 mg·kg-1)[9];国内西安(230.52 mg·kg-1)[10]、贵阳(259 mg·kg-1)[11]等城市.这与地理位置、城市地貌、城市区位,人口密集程度、气象条件等密不可分.

2.1.5 不同功能区在不同时期铅含量对比

在沈阳市的采暖期间,就三个功能区的总体而言,沈阳市的室内灰尘居民区,商业区,文化区铅的含量范围(表1)分别是16.20～455.00 mg·kg-1,16.10～278.00 mg·kg-1,26.00～448.00 mg·kg-1.

表1 不同功能区铅含量

非采暖期间,沈阳市室内灰尘居民区,商业区,文化区的室内灰尘中的重金属铅的含量范围分别是16.30～267.00 mg·kg-1,14.00～121.00 mg·kg-1,24.20～160.00 mg·kg-1.

按功能区划分,在采暖期,铅按含量大小其关系为居民区>文化区>商业区.非采暖期,铅含量的大小顺序是居民区>文化区>商业区.从总体来看,居民区的含量最高,其影响因素可能是居民从室外带来的灰尘成分比较复杂,而且室内不能做到及时清扫,积累的灰尘对人体的健康危害较大.而商业区的含量最低,其原因尽管商业区客流量大,但经常清洁, 在商场内地面几乎没有灰尘,在沈阳市有许多商场为顾客在消费时能有一个较为舒适的环境,会经常开空调,营造冬暖夏凉的氛围.商场在开空调的时候就类似于一个密闭的空间.也正因如此,在商场里累积的灰尘大部分来源于室内建筑材料.

采暖期,室内灰尘重金属含量大于非采暖期重金属的含量.其原因是沈阳作为北方城市,冬季燃煤取暖,在某种意义上所造成了沈阳市的大气污染.而人们通过在室外时穿戴的衣物,鞋帽以及敞开的窗户等会将室外的街道灰尘带进室内,进一步增加室内的重金属铅含量.

2.2 校园室内外灰尘铅暴露

暴露参数是健康风险评价中的重要技术基础.且因人种,地区等因素不同有所差异.目前国内已有一些学者和相关机构开展了针对中国人群的暴露参数调查[12-13].鉴于此,对于受体皮肤暴露面积,呼吸速率等参数,本研究将依据国内学者的相关调查成果.并经适当整理确定.而对于参考剂量,及其他暴露参数的确定,则主要借助国外相关文献资料[14-17].暴露量计算模型参数的取值情况,见表2.

针对成人在非采暖期和采暖期期间的室内与街道条件下,灰尘重金属Pb暴露量见表3.可见,室内在经手-口,呼吸和皮肤接触条件下的非致癌暴露量均低于街道相对应的三种途径下的暴露量.重金属铅在不同途径下的暴露量存在显著差异,手-口摄食途径的暴露量远高于其他两种途径下的暴露量.在采暖期阶段的室内与街道在三种途径下的暴露量亦高于非采暖期相对应下的暴露量.

健康风险评价(数据的95%置信上限,即95%UCL[18]计算风险,但一些学者认为这样可能会过高估计风险水平[19-20],因此,很多都是采用重金属平均含量估算风险.

表3 灰尘重金属铅不同途径暴露量

依据USEPA暴露模型各参数推荐取值,Pb不同暴露途径下的参考剂量取值见表4,非致癌风险见表5.

表4 灰尘重金属铅不同暴露途径下的参考剂量

表5 沈阳市校园灰尘重金属非致癌风险

从表5可见,对于非致癌风险,重金属铅非致癌健康风险呈现出经手-口摄食(HQing)途径高于皮肤接触途径(HQderm)亦高于呼吸吸入途径(HQinh),并且街道高于室内的特征.经手-口摄食的风险占总风险的99%,所以重视勤洗手的良好习惯很有必要.而经呼吸吸入与皮肤接触仅占总风险的0.01%和0.99%,对非采暖期非致癌总风险为2.54×10-2,远小于1,而对于采暖期非致癌总风险为3.83×10-2,亦小于1.所以认为基本不造成伤害.

3 结 论

本项目主要针对非采暖期与采暖期两个阶段对沈阳市各个大学校园的室内和街道进行铅含量研究.结果表明,手口摄食为主要暴露途径,应培养勤洗手的良好习惯.另外结果表明,采暖期非致癌总风险大于非采暖期数值,说明采暖期污染较为严重.燃煤时排放大量污染物,重金属铅含量较多,但是都没超过阈值,表明不具备非致癌风险.

沈阳市校园灰尘重金属铅含量均高于辽宁省土壤背景值.对于非致癌风险,具有手口-摄食﹥皮肤接触﹥呼吸吸入的特征.重金属非致癌风险顺序为采暖期大于非采暖期,低于风险阈值,表明不具备非致癌风险.

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【责任编辑: 胡天慧】

Pb Exposure of Indoor and Outdoor Dust in University Campuses of Shenyang

He Bina, Zheng Dongmeia,b, Jin Dana

(a.CollegeofEnvironment,b.KeyLaboratoryofRegionalEnvironmentandEco-remediation(MinistryofEducation),ShenyangUniversity,Shenyang110044,China)

ThePbcontentofindoorandurbanstreetsdustsamplesin11typicaluniversitycampuseswasanalyzed.UsingtheEPAhealthriskevaluationmodel,thehealthriskofthePbpollutioninuniversitycampusesofShenyangwasevaluated.Theresultsshowthat,thedustinuniversitycampusesofShenyangiscontaminatedbyPbinvaryingdegrees.TheaveragecontentsofPbinindoorandstreetwere60.42mg·kg-1and64.66mg·kg-1innon-heatingperiod;andduringtheheatingperiod,thecontentsofPbinindoorandstreetdustwere89.66mg·kg-1and99.22mg·kg-1,whichwerehigherthanthebackgroundvalueofsoilheavymetalelementsinLiaoningProvince.Theorderofnon-carcinogenicriskofheavymetalsis:heatingperiodisgreaterthannon-heatingperiod,whichisbelowtheriskthreshold,andhasnon-carcinogenicrisk.

dust;Pb;healthriskassessment;ShenyangCity;universitycampus

2016-07-04

我国1∶5万土壤图籍编撰及高精度数字土壤构建(二期工程)项目(2012FY112100); 辽宁省教育厅一般项目(L2013454); 2015年大学生创新创业训练计划项目(201511035081).

贺 彬(1994-),女,吉林辽源人,沈阳大学学生; 郑冬梅(1977-),女,黑龙江海伦人,沈阳大学副教授,博士.

2095-5456(2016)05-0373-06

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A