宁东基地大气PAHs污染特征及呼吸暴露风险

王占祥,郭久久,穆 熙,李继祥,高 宏*,黄 韬,马建民

宁东基地大气PAHs污染特征及呼吸暴露风险

王占祥1,郭久久2,穆 熙1,李继祥1,高 宏1*,黄 韬1,马建民3

(1.兰州大学资源环境学院,甘肃省环境污染预警与控制重点实验室,甘肃 兰州 730000；2.中国电建集团国际工程有限公司,北京 100036；3.北京大学城市与环境学院,北京 100871)

利用主动观测技术对宁东能源化工基地大气PM2.5、PM1.0和气相中的PAHs浓度水平、族谱特征、时空分布及来源进行研究,并基于该观测数据对居民呼吸暴露健康风险进行评估.结果表明,宁东基地大气PM2.5、PM1.0及气相中∑16PAHs浓度范围分别为:17.95~325.12ng/m³、12.66~311.96ng/m³和26.33~97.88ng/m³,年均浓度分别为(99.42±117.48)ng/m³、(78.88±100.58)ng/m³和(57.89±47.39) ng/m³.宝丰基地冬夏季大气PM2.5、PM1.0和气相中∑16PAHs浓度水平均明显高于英力特;宝丰和英力特基地冬季大气PM2.5、PM1.0中∑16PAHs浓度水平均明显高于夏季浓度.宁东基地大气中∑16PAHs的浓度水平要高于国内外其他城市,大气PAHs污染较为严重.源解析表明夏季宁东基地PAHs的主要排放源是工业煤燃烧和机动车尾气,冬季则主要来自工业煤燃烧和木材、薪柴等生物质燃烧排放.宁东基地人群暴露于大气PAHs 可能会造成平均冬季每百万人中约有33~2628人罹患癌症,夏季每百万人中约有11~834人罹患癌症的风险.

宁东能源化工基地；多环芳烃；大气浓度水平；来源解析；呼吸暴露风险

多环芳烃(PAHs)是含有两个及以上稠合芳环的化学物质,主要来源于含碳有机物的不完全燃烧排放[1].因其对生物具有强烈的致畸、致癌、致突变作用,并且在环境中具有持久性、半挥发性、生物蓄积性及高毒性而受到广泛关注[2-6].PAHs的主要来源包括自然源和人为源.火山爆发和森林火灾是PAHs的主要自然排放源[7].人为源主要包括化石燃料燃烧、炼焦、原铝生产、垃圾焚烧、生物质燃烧、石油及石油产品的释放等[4,8-9].进入大气中的PAHs主要以气相和颗粒相2种形式存在,经由大气进行长距离迁移、扩散,最终主要通过干湿沉降等过程去除,而沉降于植物叶片表面的PAHs则会通过生物转化发生降解[10].环境中未被清除的PAHs通过呼吸、饮食、皮肤等途径被人体直接或间接摄取或吸收,对人体健康构成一定威胁.

宁东能源化工基地(以下简称宁东基地)是国务院批准的国家重点开发区和西部重要的能源基地.其主要以煤炭、电力、煤化工三大产业为支撑[11].智静等[12]研究表明,火力发电是宁东基地最主要的大气污染物排放源,其污染物排放量占大气污染物排放总量的82.98%.2015 年宁东基地PM10年均浓度为108μg/m3[13],超过国家《环境空气质量标准》[14]二级标准0.54倍;PM2.5年均浓度为42μg/m3,超过大气二级标准0.2倍.而煤和石油等燃料的高温裂解以及生物质的不完全燃烧是PAHs的主要贡献源[15].本文拟以宁东基地为研究区,利用大气主动采样技术对研究区大气中美国环保局(USEPA)优先控制的16种PAHs进行观测研究,阐明大气PAHs的浓度水平的时空分布、粒径分布及族谱特征,了解宁东基地大气中PAHs的主要污染来源及其对当地居民的健康风险影响,为宁东基地大气PAHs污染治理提供科学的依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集

选用配置PM2.5和PM1.0切割头的主动采样器采集大气细颗粒物PM2.5、PM1.0及气相样品,其中PM1.0夏季样品采集时使用中流量采样器(武汉天虹仪表有限责任公司),冬季使用大流量采样器(广州铭野环保科技有限公司),PM2.5均为大流量采样器(广州铭野环保科技有限公司).其中颗粒相和气相样品的采集介质分别为石英纤维滤膜(QFF)和聚氨酯泡沫(PUF).本研究中2个采样点分别布设于宁东基地的宝丰工业基地(以下简称:宝丰基地)和英力特工业基地(以下简称英力特基地)(图1).宝丰基地产业类型较多,重点包括煤炭深加工及转化、以煤化工产品为中间体的深加工等项目,且紧邻G20青银高速和103省道.英力特基地位于长城石化工业区内,毗邻宁东工业园煤化工基地,主要发展大型或特大型的煤气化、煤制油及配套和深加工等项目产业[16].采样点离地面3~5m,距基础面1.5m,周围无遮挡建筑物,能较好地反映研究区大气平均污染状况.本研究采样时间分为冬季采暖期和夏季非采暖期,具体采样时间为2016年7月3日~9日(非采暖期,23h)、7月24日~30日(非采暖期,昼夜各11h)、2016年12月30~2017年1月5日(采暖期,23h)、2017年1月10日~16日(采暖期,昼夜各11h).采样前,PUF用二氯甲烷、正己烷和丙酮索氏提取48h以除去目标物;QFF采样前在铝箔中置于450℃的马弗炉中灼烧5h、平衡24h称重.

图1 宁东基地2个大气采样点分布

1.2 样品前处理

采用Liu等[17]的方法处理PUF、PM1.0和 PM2.5滤膜样品.(1)索氏提取:将PUF(包裹在预先处理好的箔片中)和称重后的QFF样品装入索提装置中,烧瓶中加入二氯甲烷溶液150mL, 5组分氘代PAHs(PAHs回收率指示物)1000ng,适量铜片,提取24h.(2)旋转蒸发浓缩:利用旋转蒸发仪将以上烧瓶中提取液旋转蒸发至2mL,再用正己烷置换后,浓缩至约1mL.(3)分离净化:首先用正己烷淋洗柱子,然后加入样品溶液,再用二氯甲烷和正己烷混合物(:=1:1)淋洗.(4)氮吹浓缩:利用氮吹仪,通过氮气浓缩淋洗液,转至样品瓶.将目标液用样品瓶的内套管定容至100μL,加入200ng六甲基苯(内标物)保存待测.

1.3 样品分析

1.4 质量控制与质量保证

为确保分析数据的准确性,在样品采集阶段设置野外空白,在实验室分析阶段设置实验室空白.使用GC-MS测样时,首先检测标准品以检查仪器的稳定程度,确保仪器偏差不超过±10%.在样品前处理时加入氘代PAHs作为PAHs组分的回收率指示物.目标化合物PAHs样品5组分氘代PAHs回收率结果如下:目标化合物的回收率均能控制在70%~ 110%,低环NapD8(回收率40%~94.87%),其他回收率为72.35%~109.80%,标准偏差在20%以内.样品定量校正曲线除Nap外各组分标准曲线2均大于0.999.

1.5 大气PAHs来源解析

不同排放源排放的PAHs其各组分之间的构成比例不同,同时不同的PAHs也可作为不同类型污染源的排放特征指示.PAHs特征比值法源解析是基于不同污染源排放的特征化合物的浓度差异,通过特征化合物的比值确定排放源,可鉴别石油源、液体石化燃料燃烧源以及煤炭和生物质燃烧源的排放.Pio等[18]研究表明IP/(IP+BghiP)和Flua/(Flua+Pyr)在交通、燃煤以及生物质燃烧排放源的鉴别中具有重要的作用.

同时,Yunker等[19]总结了Ant/(Ant+Phe)、Flua/ (Flua+Pyr)、BaA/(BaA+Chry)、以及IP/(IP+BghiP)在PAHs排放源判断上的特征比值(表1).

表1 PAHs来源解析的特征化合物比值

1.6 大气PAHs呼吸暴露健康风险评估方法

大气中的PAHs可通过呼吸途径进入人体内,对人类健康造成一定威胁.本研究利用终身致癌风险(ECR)来定量评估研究区人群通过呼吸暴露PAHs的致癌风险.首先根据16种PAHs的毒性当量因子(TEF)来计算PAHs的等效苯并(a)芘BaP 浓度(BaPeq),具体计算公式如下:

式中:C为大气第种PAH浓度,ng/m³;TEF为第种PAH的毒性当量因子.Nisbet等[20]根据实验小鼠致癌毒性,通过比较不同单体PAHs和BaP的差异,估算TEF值.表2中列出本研究中USEPA16种PAHs的TEF值,如下:

表2 　16种PAHs的TEF值

基于研究区大气中16种PAHs的BaPeq剂量水平,利用终身致癌风险ECR定量评估研究区人群通过呼吸暴露PAHs的致癌风险.具体公式如下:

式中:URBaP为单位暴露风险值,即暴露于单位浓度(ng/m3)BaP的人类患癌症的概率.世界卫生组织(WHO)规定URBaP为8.7×10-5per ng/m3,即假定人均寿命为70a,吸入1ng/m3的BaP每10万人中大约有8.7个人可能会患有癌症[21].美国加州环境保护署(CalEPA)规定URBaP为1.1×10-6per ng/m3[22].URBaP为8.7×10-5per ng/m3是根据对焦炉工人进行流行病学研究而得;而URBaP为1.1×10-6per ng/m3是通过仓鼠对吸入PAHs而导致呼吸道肿瘤的动物试验而得.目前这两个BaP单位暴露风险值已在很多研究中被应用[3,7,23].本研究中同时采用这两个URBaP设定值进行对照研究,估算宁东基地当地居民通过呼吸暴露大气中的PAHs导致的致癌风险.

1.7 数据处理

利用Excel 2007与Origin 2017进行数据基本处理,采用SPSS 25.0进行主成分等统计学分析.

2 结果与讨论

2.1 PAHs浓度水平

由图2可见,宝丰基地大气PM2.5、PM1.0及气相中∑16PAHs的浓度范围分别为30.27~472.21, 20.45~ 430.89,41.65~169.46ng/m3,年均浓度分别为(149.51± 127.50),(117.83±112.06),(94.08±36.15)ng/m3;英力特基地浓度范围分别为5.61~94.00,4.87~79.04, 5.39~ 43.82ng/m3,其年均浓度分别为(33.28±27.44), (26.67±22.72),(18.96±10.19)ng/m3.宝丰基地大气PM2.5、PM1.0及气相中∑16PAHs的年均浓度均高于英力特基地,分别是其4.26、4.10和4.87倍.基于该2个采样点,宁东基地PM2.5、PM1.0及气相中∑16PAH年均浓度范围分别为17.95~325.12,12.66~311.96, 26.33~97.88ng/m3,平均浓度分别为(99.42±117.48), (78.88±100.58),(57.89±47.39)ng/m3.

图2　宁东基地采样点大气PM2.5、PM1.0及气相中Σ16PAHs的年均浓度

宁东基地为宝丰和英力特年均浓度的平均值

表3　研究区宁东基地与国内外部分城市地区大气PM2.5、PM1.0及气相中PAHs 浓度对比

由表3可见,宁东基地大气PM2.5中∑16PAHs年均浓度略高于太原[24]和北京[25],与2012年重庆市(84.18ng/m3)[26]大气PM2.5中∑16PAHs年均浓度相当,远高于合肥(29.19ng/m3)[27]、深圳(38.75ng/m3)[28]、广州(33.89ng/m3)[29]和浙北地区[30]等城市,约为其的3倍.这表明宁东基地大气PAHs污染比较严重,在国内处于较高浓度水平,推测主要原因是宁东基地以煤炭、焦炭和煤化工为工业主体,这些行业均存在较高的PAHs排放.此外,为保证工业基地的交通运输,研究区域存在较多的大型货车和卡车,柴油和汽油车尾气的排放也是大气PAHs的一个主要贡献源.另一方面宁东作为典型的北方城市,冬季因供暖燃煤大幅增加,导致冬季PAHs排放加大.目前,国内关于大气PM1.0中PAHs的相关研究相对较少,宁东基地PM1.0中PAHs浓度水平略低于石家庄(56.55~272.35ng/m3)[31].与国外城市相比,宁东基地大气PM1.0中∑16PAHs年均浓度要远高于巴西城市Canoas和Sapucaia do Sul[32]大气PM1.0中PAHs浓度,分别是其47倍和34倍左右.此外,宁东基地大气PM1.0中PAHs浓度水平是捷克城市Brno和Slapanice[33]的2倍左右.宁东基地大气气相中∑16PAHs的浓度水平和乌鲁木齐[34](40.97~ 468.21ng/m³)、哈尔滨[35](46.47~132.41ng/m3)和北京[36](492ng/m3)相比较低,略低于兰州(96~ 101ng/m3)[23],但高于加拿大Toronto地区浓度(3.53~ 61.4ng/m3)[37].

2.2 时空分布特征

由图3可见,在空间上宝丰基地大气PM2.5、PM1.0和气相中∑16PAHs浓度水平均明显高于英力特基地.这可能与宝丰基地重点以煤炭深加工及转化、煤化工产品的深加工等项目产业为主,煤炭消耗量较大密切相关.此外宝丰基地紧邻G20青银高速和103省道,汽车尾气交通源的贡献也是一个主要原因.季节特征表现为宝丰和英力特基地冬季大气PM2.5、PM1.0中∑16PAHs的浓度水平均明显高于夏季.宝丰基地冬季大气PM2.5、PM1.0中∑16PAHs的平均浓度分别256.67ng/m³和212.32ng/m³,明显高于夏季的浓度.但冬季采暖期气相中∑16PAHs的平均浓度为93.35ng/m³,低于夏季的浓度(100.23ng/m³),其主要原因可能是夏季温度较高,部分中高环PAHs从颗粒相到气相的挥发增加,致使气相浓度增加[37].英力特基地冬季PM2.5和PM1.0中∑16PAHs平均浓度分别为60.32,48.65ng/m3,均明显高于夏季的浓度10.10, 7.84ng/m3,而不同季节气相中PAHs浓度水平相当,冬季和夏季的平均浓度分别为26.14,12.81ng/m3.

图3　不同季节宁东基地大气PM2.5、PM1.0和气相中Σ16PAHs的浓度水平

2.3 族谱特征

由图4可见,宝丰和英力特基地大气PM2.5、PM1.0和气相中PAHs的族谱特征呈现出较高的相似性.在冬季采暖期,宁东基地PM2.5中浓度水平相对较高的PAHs依次是Flua、Pyr、BbF、Phe和Chr,分别约占17.7%、13.6%、10.4%、10.1%和9.5%;而在夏季非采暖期,占比最高依次为BkF、BbF、BghiP和IP,分别约占13.9%、12.1%、10.8%和10.4%.Simcik等[39]研究表明Flua的排放与煤炭燃烧源有关.研究表明BkF和BbF是中国工业煤燃烧排放的特征化合物[40-41].宝丰基地主要以炼焦和煤化工业为主,英力特基地主要以煤制油工业为主,因此研究区域内较多的工业煤燃烧源可能是贡献Flua、BkF和BbF等较高占比的主要原因.

采暖期宁东基地大气PM1.0中PAHs的浓度水平占比最高的分别是Flua、Pyr、BkF、Chr和BbF,分别约占17.2%、14.1%、10.4%和10.3%;而在夏季占比最高依次为BkF、BbF、IP和BghiP,分别约占15.5%、14.2%、12.3%和12.3%.除工业能源燃烧源,机动车尾气是PM1.0中PAHs的另一主要贡献源.有研究表明,Phe、IP、BbF、BkF和BghiP等是汽车尾气中最主要的几种PAHs[39,42-45],而有文献指出PM1.0占机动车尾气排放颗粒物的90%以上[46].采暖期宁东基地大气气相中浓度占比相对较高的PAHs依次是Phe、Flu和Nap,分别约占30.7%、16.8%和16.4%;而在非采暖期,占比最高依次为Phe、Flua和Pyr,分别约占37.8%、21.9%和17.0%.

对不同季节宝丰和英力特基地大气PM2.5、PM1.0及气相中PAHs不同环数分配特征进行研究,结果如图5,冬季采暖期宝丰和英力特基地大气PM2.5和PM1.0中PAHs均以4环比例最高,3环次之;而在夏季非采暖期大气PM2.5、PM1.0中PAHs环数亦均以4环占比最高,5环次之.4环PAHs为煤燃烧的主要排放物,5、6环主要是柴油机和汽油机排放源的特征[39,47],3环PAHs是木材、薪柴等生物质燃烧排放的特征化合物[40].由此推测,采暖期大气PM2.5、PM1.0中PAHs的主要贡献源为煤燃烧,其次为生物质燃烧源;非采暖期煤炭燃烧为大气PM2.5、PM1.0中PAHs主要贡献源,机动车的柴油和汽油燃烧为次要贡献源.此外冬季颗粒相中碳黑的存在为吸附与固定PAHs 提供很好的基质,使得颗粒相中的中低环PAHs在大气中残留时间较长[48].

2环:Nap、Acey、Ace、Flu;3环:Phe、Ant、Flua;4环:Pyr、BaA、Chr、BbF、BkF;5环:BaP、IP、DiB;6环:BghiP

冬季采暖期宝丰基地大气气相中PAHs环数占比最高为3环(45%),2环次之(44%);而英力特基地占比最高为2环(48%),3环次之(43%).夏季非采暖期宝丰和英力特基地大气气相中PAHs环数占比最高均为3环最高(66%,63%),4环次之(26%,26%).对两个观测点冬夏季气相中PAH浓度所占比例进行比较,冬季低环PAHs所占比例相比夏季较高,而中高环PAHs所占比例较低.其主要原因可能是冬季城市集中供暖燃煤和无组织排放源如家庭木材、薪柴等生物质燃烧增加,使得低环 PAHs的排放增加.刘书臻等[40]研究表明Nap、Flu等2环PAHs是中国木材、柴薪等生物质燃烧排放的指示化合物.英力特基地2环PAHs所占比例最高的主要原因推测是其临近宁东镇,人口密度大,生活排放源更大.此外,Khalili等[49]也提出NAP可以作为焦炉炼钢等工业排放源的特征化合物.冬季北方地区因供暖能源需求增加,宁东基地作为国家主要的“西电东输”的火电基地和宁夏能源供给地,工业生产活动也会大幅增加.另一方面冬季温度较低,低环PAHs相对比较稳定不易挥发,易于在样品中保存.毛潇萱[50]研究表明在非采暖期环境温度较高,PAHs由于较高的温度使得其在气相中的浓度高于颗粒相,而在采暖期环境温度降低,PAHs挥发减弱,使得其在大气中的平衡状态向颗粒相偏移.此外,Zhang等[38]对大气PAHs的气粒分配模拟研究表明,在夏季受温度影响中高环PAHs在气相中所占比例相比冬季较高.

2.4 气粒分配

为探究不同季节大气不同形态PAHs的族谱特征差异成因,本研究对不同季节宝丰和英力特基地大气环境中PAHs单体的气粒分配(图6)进行研究.结果表明,冬季采暖期高分子量的PAHs主要分布在颗粒相,而低环分子量小的PAHs主要分布在气相中,且PAHs在气相中所占比例随环数及分子质量增加而减少.而在夏季非采暖期,3环以上PAHs和采暖期呈现相同的气粒分配趋势,但气相中2环PAHs所占比例明显低于冬季,其在颗粒相PM2.5和PM1.0中所占比例增加,究其主要原因可能是如上所述冬季宁东镇集中供暖燃煤和家庭木材、薪柴等生物质燃烧增加,低环PAHs的排放增加导致.另一方面冬季温度较低,2环PAHs相对比较稳定,易于在空气中滞留.而夏季太阳辐射较强,气相中的低环PAHs易与大气中的羟基自由基、硝基自由基等活性自由基发生反应被降解[51-52],导致气相中PAHs浓度降低.古孜扎尔等[34]对乌鲁木齐南部冬季空气中气相PAHs的监测研究也显示温度越低,PAHs的浓度越高,而其中2环PAHs占比最大.此外与冬季相比,夏季环境温度较高,低环PAHs不稳定[53],不易在样品中长时间保存,可能是气相中低环PAHs浓度占比降低的一个原 因.

图6 不同季节宁东基地大气各PAH单体气粒分配

2.5 PAHs特征化合物比值及来源解析

由图7可知,在非采暖期,宝丰和英力特基地PM1.0中PAHs特征比值Ant/(Ant+Phe)大于0.1, IP/ (IP+BghiP)也大于0.5,说明2个采样点PM1.0中PAHs的主要贡献源均为煤炭和生物质燃烧;2个采样点PM2.5中的Ant/(Ant+Phe)大于0.1而IP/(IP+BghiP)之比小于0.5,表明液态化石燃料燃烧、汽车尾气对其贡献较大.对气相,宝丰基地Ant/(Ant+Phe)之比大于0.1,IP/(IP+BghiP)之比大于0.5;而英力特基地Ant/ (Ant+Phe)之比小于0.1, IP/(IP+BghiP)之比小于0.5.此结果表明,宝丰基地气相中PAHs的主要贡献源为石油源和煤炭、生物质燃烧源,而英力特为石油源和液态化石燃料燃烧的混合排放源.

在采暖期,宝丰和英力特基地大气PM2.5和PM1.0中PAHs的特征比值宝丰IP/(IP+BghiP)均大于0.5,但宝丰BaA/(BaA+Chry)大于0.35而英力特小于0.35.此结果表明宝丰基地采暖期大气PM2.5和PM1.0中的PAHs主要来源于煤炭、生物质燃烧源的排放;而英力特除煤炭、生物质燃烧源的排放,还包括石油源的排放,这可能主要是因为英力特基地以重点发展大型或特大型的煤气化、煤制油及配套和深加工产业.对气相,宝丰基地的特征比值Ant/(Ant+Phe)大于0.1, IP/(IP+BghiP)小于0.5,而英力特基地特征比值Ant/(Ant+Phe)小于0.1,表明冬季宝丰基地气相中PAHs的主要来源为液态化石燃料燃烧和汽车尾气,而英力特基地为石油源或燃烧源.

图7 宁东基地大气PAHs特征化合物比值来源解析

a. Ant/(Ant+Phe)和BaA/(BaA+Chry),b. Flua/(Flua+Pyr)和IP/(IP+BghiP),1、2分别代表夏季和冬季

2.6 大气PAHs呼吸暴露风险评估

中国《环境空气质量标准》(GB3095—2012)规定的大气BaP浓度限值为2.5ng/m3[54].宝丰和英力特基地大气PM2.5和PM1.0中的∑16BaPeq的年均浓度水平均超过了该标准限值,在冬季宝丰基地∑16BaPeq值最高是限定值的18倍,而英力特基地是限定值的5.6倍;在夏季宝丰基地∑16BaPeq值是限定值的6.1倍,而英力特基地为限定值的1.5倍.宁东基地冬季∑16BaPeq值是国家限定值的12.1倍,而夏季是其的3.8倍.表明研究区大气PAHs 污染对人体具有潜在的健康风险.图8为使用不同的URBaP值计算得到的宁东基地夏季和冬季大气∑16PAHs的超额致癌风险ECR值.如图8所示,采用WHO(URBaP=8.7×10-5per ng/m3)的标准得到研究区PAHs的暴露可造成平均冬季每百万人中大约会产生2628人的癌症病例,夏季每百万人中大约会产生834人的癌症病例.采用CalEPA (URBaP=1.1×10-6per ng/m3)的标准得到研究区PAHs的暴露可造成平均冬季每百万人中大约会产生33人的癌症病例,夏季每百万人中大约会产生11人的癌症病例.

图8 宁东基地冬季和夏季大气∑16PAHs的超额致癌风险ECR值

左边轴癌症风险计算时采用的URBaP=8.7×10-5per ng/m3(WHO,2000);右边轴采用URBaP=1.1×10-6per ng/m3(CalEPA, 1998)

3 结论

3.1 宁东基地PM2.5、PM1.0及气相中∑16PAHs年均浓度分别为(99.42±117.48),(78.88±100.58), (57.89± 47.39)ng/m3,浓度范围分别为17.95~325.12,12.66~ 11.96,26.33~97.88ng/m3.宝丰大气PM2.5、PM1.0和气相中∑16PAHs浓度水平均明显高于英力特;宝丰和英力特基地采暖期大气PM2.5、PM1.0中∑16PAHs浓度水平均明显高于非采暖期.宁东基地大气中∑16PAHs的浓度水平要高出国内外其他城市数倍,大气PAHs处于较严重的污染水平.

3.2 宁东基地冬夏季大气中PAHs均主要以4环为主,但冬夏的次要PAHs污染物有所不同.冬季以3环为次要污染物,夏季以5环为次要污染物.表明在夏季宁东大气PAHs的主要排放源可能为工业煤燃烧和机动车尾气,而在冬季可能为工业煤燃烧和木材、薪柴等生物质燃烧.

3.3 结果显示,在夏季宝丰和英力特基地大气中PM2.5中PAHs的主要贡献源为液体化石燃料燃烧和汽车尾气;PM1.0中PAHs的主要贡献源为煤炭、生物质燃烧;而两个观测点气相中有所不同,宝丰基地主要贡献源为石油源和煤炭、生物质燃烧的混合源,而英力特为石油源和液态化石燃料燃烧混合源.在冬季,宝丰基地大气PM2.5和PM1.0中PAHs的主要贡献源均为煤炭、生物质燃烧源,而英力特基地为煤炭、生物质燃烧源和石油源的混合源;对于气相,宝丰基地主要贡献源为液态化石燃料燃烧源和汽车尾气,而英力特基地为石油源和燃烧源.

3.4 宁东基地冬季高分子量PAHs主要分布在颗粒相,而低分子量PAHs主要分布在气相中,且PAHs在气相中所占比例随环数及分子质量增加而减少.在夏季3环以上PAHs和采暖期呈现相同的气粒分配趋势,气相中2环PAHs所占比例明显低于冬季.

3.5 宁东基地冬季大气∑16BaPeq浓度值是国家标准的12.1倍,而夏季是标准值的3.8倍.根据所得∑16BaPeq浓度值估算ECR值,估算得宁东基地人群因暴露于大气PAHs可造成平均冬季每百万人中大约会产生33~2628案例罹患癌症的风险,夏季每百万人中大约会产生11~834案例罹患癌症.

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Pollution characteristics and inhalation exposure risk of atmospheric PAHs in Ningdong Base.

WANG Zhan-xiang1, GUO Jiu-jiu2, MU Xi1, LI Ji-xiang1, GAO Hong1*, HUANG Tao1, MA Jian-min3

(1.Key Laboratory for Environmental Pollution Prediction and Control, Gansu Province, College of Earth and Environmental Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China；2.China Power Construction Group International Engineering co. LTD, Beijing 100036, China；3.College of Urban and Environmental Science, Peking University, Beijing 100871, China)., 2019,39(7)：3102~3112

The active sampling technique was adopted to investigate the concentration levels, profiles and spatial temporal distribution as well as the source apportionments of atmospheric PAHs in PM2.5, PM1.0and gas phase. The inhalation exposure risk of local population to atmospheric PAHs was evaluated based on atmospheric observation data in Ningdong Base. The ranges of atmospheric concentration levels of ∑16PAHs for PM2.5, PM1.0and gas phase were 17.95~325.12ng/m3, 12.66~311.96ng/m3and 26.33~97.88ng/m3respectively, and the average annual concentrations were (99.42±117.48)ng/m3, (78.88±100.58)ng/m3and (57.89±47.39)ng/m3, respectively. The spatial distributions of atmospheric PAHs levels for PM2.5, PM1.0and gas phase in Baofeng site were significantly higher than that in Yinglite site for both winter and summer. The seasonal pollution characteristics indicated that ∑16PAHs concentration levels were significantly higher in Baofeng site than that in Yinglite site not only in winter but in summer. Comparison of atmospheric PAHs levels in Ningdong Base with that of other cities or regions worldwide, which exhibited higher concentration levels, suggesting atmospheric PAHs pollution was more serious in Ningdong Base. Source apportionment indicated that the main emission sources of PAHs in Ningdong Base were industrial coal combustion and motor vehicle exhaust in summer, while industrial coal combustion and biomass burning in winter. The average excess inhalation cancer risks (ECR) due to human exposure to atmospheric PAHs were about 33~2628 cases per million people in Ningdong Base in winter, while 11~834 cases per million people in summer.

Ningdong Energy and Chemical Industry Base；polycyclic aromatic hydrocarbons；atmospheric concen-tration levels；source apportionment；inhalation exposure risk

X53

A

1000-6923(2019)07-3102-11

王占祥(1994-),男,甘肃庆阳人,兰州大学博士研究生,研究方向污染物区域环境过程及风险.发表论文2篇.

2018-12-24

国家重点研发计划项目子课题(2017YFC0212002);国家自然科学基金资助项目(41671460);国家自然科学基金青年基金资助项目(41701582)

* 责任作者, 教授, honggao@lzu.edu.cn