运城市不同功能区PM_(2.5)中重金属元素的污染特征及健康风险评价.pdf

首都师范大学学报（自然科学版）Journal of Capital Normal University（Natural Science Edition）No.4Aug.，2023第 44卷第 4期2023年 8月DOI：10.19789/j.1004-9398.2023.04.008文献引用：李玉霞，赵正昱，谷欣，等.运城市不同功能区 PM2.5中重金属元素的污染特征及健康风险评价 J.首都师范大学学报（自然科学版），2023，44（4）：41-48.LI Y X，ZHAO Z Y，GU X，et al.Pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in PM2.5in differentfunctional areas of Yuncheng City J.Journal of Capital Normal University（Natural Science Edition），2023，44（4）：41-48.运城市不同功能区 PM2.5中重金属元素的污染特征及健康风险评价*李玉霞1，赵正昱2，谷欣2，张兰2，李杏茹2*（1.首都师范大学资源环境与旅游学院，北京100048；2.首都师范大学化学系分析测试中心，北京100048）摘要：为了解运城市大气环境 PM2.5中重金属的污染特征及其健康风险，在 2018年秋冬季分别在运城市城区、工业区和农业区采集 PM2.5样品，使用湿法微波消解-电感耦合等离子质谱法分析样品中的 V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd 和 Pb 10 种重金属元素的质量浓度，分析 PM2.5的分布特征和重金属元素的污染特征，并对不同人群（成年男性和女性及儿童）进行健康风险评价。结果表明，运城市城区、工业区和农业区 PM2.5的平均质量浓度分别为 116.59、124.00 和 86.05 g/m3；3 个区域在非采暖季 PM2.5的平均质量浓度为 74.29、78.75 和 46.83 g/m3，在采暖季 PM2.5的平均质量浓度为134.52、140.54和 104.21 g/m3。在非采暖季，城区、工业区和农业区 10种重金属的质量浓度范围分别为 0.36132.41、0.40119.42、0.8166.59 ng/m3；在采暖季，城区、工业区和农业区 10 种重金属的质量浓度范围分别为 0.45278.19、0.57336.85 和 0.43144.18 ng/m3。PM2.5的质量浓度表现为采暖季高于非采暖季，在空间上由高到低排序分别为城区、工业区、农业区。大部分重金属的质量浓度呈现出采暖季高于非采暖季。健康风险评估结果表明，运城市大气 PM2.5中重金属污染的非致癌风险较小，致癌风险主要是 As、Cr、Cd 和 Co，对不同人群的致癌风险排序由高到低分别为成年男性、成年女性、儿童。关键词：PM2.5；重金属；浓度水平；污染特征；健康风险中图分类号：X513文献标识码：APollution characteristics and health risk assessment of heavymetals in PM2.5in different functional areas of Yuncheng City*LI Yuxia1，ZHAO Zhengyu2，GU Xin2，ZHANG Lan2，LI Xingru2*（1.College of Resource Environment and Tourism，Capital Normal University，Beijing100048；2.Department of Chemistry，Analytical and Testing Center，Capital Normal University，Beijing100048）Abstract：In order to understand the pollution characteristics and health risks of heavy metals in PM2.5in the atmospheric environment of Yuncheng City，PM2.5samples were collected in urban，industrial andagricultural areas of Yuncheng City in the autumn and winter of 2018.Mass concentrations of 10 heavy收稿日期：2022-08-22*生态环境部大气重污染成因与治理攻关项目（DQGG202110）*通信作者：41首都师范大学学报（自然科学版）2023年metal elements such as V，Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，As，Cd and Pb in samples were analyzed by wetmicrowavedigestionandinductivelycoupledplasmamass spectrometry，andthedistributioncharacteristics of PM2.5and pollution characteristics of heavy metal elements were analyzed.Health riskassessments were also made for different populations（adult males，adult females and children）.Theresults showed that the mean values of PM2.5in urban，industrial and agricultural areas were 116.59，124.00 and 86.05 g/m3，respectively.The mass concentrations of PM2.5in the three areas are 74.29，78.75 and 46.83 g/m3in the non-heating season，and 134.52，140.54 and 104.21 g/m3in the heatingseason.In the non-heating season，the mass concentrations of 10 kinds heavy metals in urban，industrialand agricultural areas were 0.36 to 132.41，0.40 to 119.42 and 0.81 to 66.59 ng/m3，respectively.Duringthe heating season，the mass concentrations of 10 kinds heavy metals in urban，industrial andagricultural areas were 0.45 to 278.19，0.57 to 336.85 and 0.43 to 144.18 ng/m3，respectively.The massconcentration of PM2.5in heating season is higher than that in non-heating season，and it is the highestin urban area，followed by industrial area and agricultural area.The mass concentration of most heavymetals was higher in the heating season than in the non-heating season.The results of health riskassessment showed that the non-carcinogenic risk of heavy metal pollution in atmospheric PM2.5inYuncheng City was small，and the carcinogenic risk was mainly As，Cr，Cd and Co.The ranking ofcarcinogenic risk for different populations was the highest for adult males，followed by adult femalesand children were the last.Keywords：PM2.5；heavy metals；concentration level；pollution characteristics；health risksCLC：X513DC：A0引言PM2.5是指空气动力学当量直径2.5 m 的细颗粒物，具有体积小、比表面积大和活性强等特点，能够吸附大量金属元素1。而吸附了大量重金属的 PM2.5可通过呼吸道进入人体，并在肺部沉积，当沉 积 量 达 到 一 定 阈 值 时，会 对 人 体 造 成 不 可 逆损伤2-4。目前已有诸多学者对国内大气 PM2.5中重金属的质量浓度水平、污染特征和健康风险评价等进行了相关研究：秦贱荣等5对 2018年南宁市城区大气PM2.5中 8种重金属污染特征及其健康风险进行相关研究，结果表明 PM2.5中重金属质量浓度分布有明显时间特征，As、Pb和 Cu在冬季的质量浓度高于其他季节，Cd、Hg、As和Cu在春季和冬季的质量浓度高于夏季和秋季；李慧明等 6 分析了2016年12月2017年10月南京市 PM2.5中 12种金属元素质量浓度的季节差异、来源和风险评估，表明 Mn 的非致癌风险最高、Cr 的致癌风险最高，研究范围内的所有金属对儿童和成人的总致癌风险均在可接受水平内；李萍等7对兰州市 2010年 6月2011年 5月不同功能区大气降尘中 8种重金属的污染程度和致癌风险进行研究分析，表明大气降尘重金属在 2010 年 10 月2011 年 3 月的污染相对严重，降尘中的 Cr、Cd 和 Ni通过呼吸途径不具有致癌风险，儿童的非致癌风险大于成人。目前针对运城市 PM2.5中重金属元素研究较少，文献研究数据更新不够及时，该市不同功能区 PM2.5中重金属元素的质量浓度水平、污染特征尚不清晰。本研究拟对运城市不同功能区大气PM2.5中10种重金属的质量浓度水平、污染特征进行分析，并进行健康风险评估，以期为运城市 PM2.5中重金属污染风险评价和有效防控提供理论基础。1实验部分1.1试剂和耗材65%HNO3购自美国默克公司，37%HCl购自美国默克公司，30%HF 购自美国默克公司，以上试剂纯度均为分析纯；内标溶液（Part#5183-4680）购自美国安捷伦公司；石英滤膜和聚四氟乙烯滤膜购自美国颇尔公司。实验用水均为超纯水。1.2仪器使用菲奇工贸有限公司生产的 TH-16A 型四通道大气颗粒物智能采样仪采集大气样品；使用德国42李玉霞等：运城市不同功能区 PM2.5中重金属元素的污染特征及健康风险评价第 4 期赛多利斯公司生产的 BP211D 型号的电子天平称样品质量，精密度 0.01 mg；使用天津泰斯特仪器有限公司生产的 AT-300 型号恒温恒湿箱进行滤膜恒温恒湿处理；使用美国 CEM 公司生产的 MARS 6高通量密闭微波消解仪进行样品消解；使用美国安捷伦公司生产的 8800型号电感耦合等离子体质谱仪（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）进行金属元素含量分析；使用德国颇尔公司生产的超纯水仪制备超纯水。1.3采样点布置为最大程度避免点源污染，如地面扬尘等，采样点的布置要求：采样点 500 m 范围内无局部地区污染排放源（如工厂、烟囱和车辆停放点等），无直接的人类活动干扰，基本能够代表所在城市的大气环境状况，采样进气口能自由收集到水平方向 360范围内的气流，采样装置与周围植被的距离50 m。在运城市设立了技校、河津市政府和绛县环保局3 个手工监测站点，分属城区、工业区和农业区，采样点位置及环境特征列于表 1。1.4样品采集采样前，将聚四氟乙烯滤膜在恒温恒湿箱中平衡 24 h，称质量，放在膜盒中备用。采样的起始日期 2018 年 10 月 15 日，终止日期为 2019 年 1 月 14 日，每天采样 1 次（每日 9：00次日 8：00），每次采集 23 h。非采暖季为 2018年10月15日11月14日，采暖季为2018年11月15日2019年1月 14日。采样后，将聚四氟乙烯滤膜放入恒温恒湿箱中平衡 24 h，称质量，然后放入膜盒并置于冰箱（18）避光保存，待测。1.5样品消解切取 1/2 面积的采样恒温恒湿后聚四氟乙烯薄膜放入消解罐中，依次加入 4.50 mL HNO3、1.50 mLHCl和 0.25 mL HF，密封后放入消解仪中进行消解。消解仪升温程序：升温至 120，保持 5 min；升温至150，保持 5 min；升温至 190、保持 40 min至消解完全。待消解罐温度降至室温后，用水将消解液稀释转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethyleneterephthalate，PET）塑料瓶中定容至 100.00 mL，4 避光保存，待测。切取 1/2 面积的空白聚四氟乙烯薄膜重复上述消解步骤，得到空白样品，待测。1.6质量控制与样品分析为保证仪器的灵敏度和稳定性，测样前需进行仪器调谐，并保证每天仪器标准曲线的线性相关性（R）关系0.999 9；以内标元素（45Sc、72Ge、103Rh、115In和209Bi）的相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）的数值检验仪器的稳定性，即取 1.00 g/L的内标溶液放入内标管中，每次数据采集结束后，检查内标元素的RSD值，若RSD值3%则重新采集数据。定容后的样品放入进样管中，使用 ICP-MS 测量 V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd 和 Pb 10 种重金属元素的含量。以空白样品的 3倍标准偏差作为检出限，除个别元素（如 As的检测限为 0.10 g/L）外，其他元素检出限均可达到 0.01 g/L 甚至更低，每个样品重复检测 3次。1.7健康风险评价根据综合风险信息数据库（integrated risk andinformation system，IRIS）相关研究划分8：V、Mn、Cu、Zn 和 Pb 是非致癌的重金属元素，Cr、Co、Ni、As和 Cd 是致癌的重金属元素。以美国国家环境保护局（Environmental Protection Agency，EPA）发布的人体健康风险评价模型为基本框架9，计算 10种重金属元素通过呼吸途径的暴露剂量和非致癌与致癌风险，并分别对成年男性、成年女性及儿童进行健康风险评价。（1）暴露剂量估算。根据致癌和非致癌元素的平均质量浓度进行人体健康风险评估。非致癌元素采用正常平均日剂量（average daily dose，ADD）表示，致癌元素采用终身平均日剂量（lifetime average daily dose，LADD）表示，计算公式为10-11DA（DLA）=f FE tt m，（1）式中：DA和 DLA分别为 ADD和 LADD值，单位为 mg/（kgd）；表示待测元素的质量浓度，单位为 mg/m3；f 是呼吸频率，单位为 m3/d；FE是暴露频率，单位为d/a；t是暴露持续时间，单位为 a；t是平均暴露时间，表 1采样点位置及环境特征站点技校河津市政府绛县经纬度350211N，1105848E353607N，1104306E352955N，1113540E功能区城区工业区农业区站点基本状况运城工学院教学楼顶，距离地面约 25 m河津市政府楼顶，距离地面约 25 m绛县环保局 4楼楼顶，距离地面约 12 m43首都师范大学学报（自然科学版）2023年单位为 d；m 是体质量，单位为 kg。不同人群暴露评价参数信息列于表 212。（2）风险评价。根据 EPA 推荐的健康风险评估模型，污染物经呼吸暴露的非致癌风险（hazard quotient，HQ）和致癌风险（carcinogenic risk，CR）危险商评价模型计算公式为12：HQ=DA/DRf，（2）RC=DLA FS，（3）式中：HQ为HQ值；DRf为参考剂量，单位为mg/（kgd）；RC为CR值；FS是斜率因子，单位为kgd/mg。当HQ1时，存在非致癌风险；当HQ106时，存在严重的潜在致癌风险；当RC106时，存在的风险较少或可忽略该风险14。计算中使用的反应参数值如表 3所示15-17。2实验结果与讨论2.1PM2.5的分布特征采 样 期 间 3 个 功 能 区 PM2.5质 量 浓 度 变 化 趋势 如 图 1 所 示。城 区、工 业 区 和 农 业 区 PM2.5质量 浓 度 分 别 为 29.37370.11、5.35318.70 和 6.40273.13 g/m3，平 均 值 分 别 为 116.59、124.00 和86.05 g/m3。在非采暖季，城区、工业区和农业区PM2.5的质量浓度为 74.29、78.75和 46.83 g/m3；在采暖季，城区、工业区和农业区 PM2.5的质量浓度为134.52、140.54和 104.21 g/m3。2.2PM2.5中重金属元素的分布特征运城市 10 种重金属元素在不同功能区的检测含量如表 4所示。在非采暖季，城区、工业区和农业注：虚线处质量浓度为 75.00 g/m3。图 1运城市 PM2.5时空分布特征表 2人体暴露评价模型参数12人群成年男性成年女性儿童呼吸频率/（m3d1）19.2014.175.00暴露频率/（d a1）350350320暴露持续时间/a30306体质量/kg62.754.415.0平均暴露时间/365 d致癌元素707070非致癌元素30306表 3通过呼吸系统进入人体的反应参数15-17元素VMnCuZnPb风险非致癌非致癌非致癌非致癌非致癌参考剂量/（mg （kgd）1）7.001033.001041.431020.303.50103元素CrCoNiAsCd风险致癌致癌致癌致癌致癌斜率因子/（kgdmg1）42.0032.000.8420.078.40区 10种重金属的质量浓度范围分别为 0.36132.41、0.40119.42和 0.8166.59 ng/m3，所有重金属元素的总含量分别为 336.56、292.78 和 156.42 ng/m3；在采暖季，城区、工业区和农业区 10 种重金属的质量浓度 范 围 分 别 为 0.45278.19、0.57336.85 和 0.43144.18 ng/m3，所 有 重 金 属 元 素 的 总 含 量 分 别 为561.21、679.88 和 351.40 ng/m3。整体呈现出在同一采样点，绝大多数重金属元素均表现为采暖季的质量浓度高于非采暖季。在非采暖季和采暖季，城区空气中含量最高的元素分别为 Zn和 Pb，对应平均质量浓 度 为（132.4195.21）和（278.19321.25）ng/m3；工业区空气中含量最高的元素分别为 Pb 和 Zn，其平均质量浓度分别为（119.42100.35）和（336.85792.05）ng/m3；农业区空气中含量最高的元素均为Zn，其平均质量浓度分别为（66.5942.92）和（144.1876.89）ng/m3。3 个功能区在非采暖季和采暖季，重金属元素质量浓度排名前 3位的均是 Mn、Zn和 Pb，均属于非致癌风险元素，只是在不同区和不同时期排位顺序不同。如：城区非采暖季，10 种元素的质量浓度由高到低排序为 Zn、Pb、Mn、Cr、Cu、As、Ni、Cd、V 和 Co；而在采暖季，排序为 Pb、Zn、Mn、Cu、As、Cr、Cd、Ni、V和 Co。2.3健康风险评价10 种重金属元素在 3 个功能区对不同人群的暴 露 剂 量 详 细 值 列 于 表 5。城 区 成 年 男 性、成年 女 性 和 儿 童 10 种 重 金 属 元 素 日 均 暴 露 剂 量范 围 分 别 为 5.321086.85105、4.521085.83105和 1.161081.49105mg/（kgd）；工业区成年男性、成年女性和儿童 10种重金属日均暴露剂量范围 为 6.571088.02105、5.591086.82105和1.431081.75105mg/（kgd）；农业区成年男 性、成年女性和儿童 10 种重金属日均暴露剂量范围为 7.381083.51105、6.281082.99105和 1.611087.65106mg/（kgd）。整体而言，成年男性的10种重金属元素的日均暴露剂量高于成年女性，更高于儿童。对于非致癌重金属元素，不同人群在城区的日均暴露剂量由高到低顺序均为 Pb、Zn、Mn、Cu 和 V，在工业区和农业区均为 Zn、Pb、Mn、Cu 和V；对于致癌重金属元素，不同人群在 3 个功能区的日均暴露剂量由高到低顺序均为 Cr、As、Cd、Ni 和Co。不同风险重金属元素在 3个功能区对不同人群经呼吸暴露的详细风险结果列于表 6。对于 5 种非致癌风险重金属元素，成年男性在城区、工业区和农 业 区 经 呼 吸 暴 露 的 最 大 HQ分 别 为 4.50102、6.04102和 4.13102，成年女性对应的最大 HQ分别为 3.82102、5.13102和 3.51102，儿童对应的最大HQ分别为 9.79103、1.31102和 8.99103；不同人群在不同站点经呼吸途径暴露 HQ由高到低顺序均为 Mn、Pb、Cu、Zn 和 V，且成年男性高于成年女性，儿童最小，均 HQ106，儿童有关 As 和Cr元素的 RC106，成年女性的暴露风险居于成年男表 4运城市 10种重金属元素在不同功能区的污染特征单位：ng/m344李玉霞等：运城市不同功能区 PM2.5中重金属元素的污染特征及健康风险评价第 4 期区 10种重金属的质量浓度范围分别为 0.36132.41、0.40119.42和 0.8166.59 ng/m3，所有重金属元素的总含量分别为 336.56、292.78 和 156.42 ng/m3；在采暖季，城区、工业区和农业区 10 种重金属的质量浓度 范 围 分 别 为 0.45278.19、0.57336.85 和 0.43144.18 ng/m3，所 有 重 金 属 元 素 的 总 含 量 分 别 为561.21、679.88 和 351.40 ng/m3。整体呈现出在同一采样点，绝大多数重金属元素均表现为采暖季的质量浓度高于非采暖季。在非采暖季和采暖季，城区空气中含量最高的元素分别为 Zn和 Pb，对应平均质量浓 度 为（132.4195.21）和（278.19321.25）ng/m3；工业区空气中含量最高的元素分别为 Pb 和 Zn，其平均质量浓度分别为（119.42100.35）和（336.85792.05）ng/m3；农业区空气中含量最高的元素均为Zn，其平均质量浓度分别为（66.5942.92）和（144.1876.89）ng/m3。3 个功能区在非采暖季和采暖季，重金属元素质量浓度排名前 3位的均是 Mn、Zn和 Pb，均属于非致癌风险元素，只是在不同区和不同时期排位顺序不同。如：城区非采暖季，10 种元素的质量浓度由高到低排序为 Zn、Pb、Mn、Cr、Cu、As、Ni、Cd、V 和 Co；而在采暖季，排序为 Pb、Zn、Mn、Cu、As、Cr、Cd、Ni、V和 Co。2.3健康风险评价10 种重金属元素在 3 个功能区对不同人群的暴 露 剂 量 详 细 值 列 于 表 5。城 区 成 年 男 性、成年 女 性 和 儿 童 10 种 重 金 属 元 素 日 均 暴 露 剂 量范 围 分 别 为 5.321086.85105、4.521085.83105和 1.161081.49105mg/（kgd）；工业区成年男性、成年女性和儿童 10种重金属日均暴露剂量范围 为 6.571088.02105、5.591086.82105和1.431081.75105mg/（kgd）；农业区成年男 性、成年女性和儿童 10 种重金属日均暴露剂量范围为 7.381083.51105、6.281082.99105和 1.611087.65106mg/（kgd）。整体而言，成年男性的10种重金属元素的日均暴露剂量高于成年女性，更高于儿童。对于非致癌重金属元素，不同人群在城区的日均暴露剂量由高到低顺序均为 Pb、Zn、Mn、Cu 和 V，在工业区和农业区均为 Zn、Pb、Mn、Cu 和V；对于致癌重金属元素，不同人群在 3 个功能区的日均暴露剂量由高到低顺序均为 Cr、As、Cd、Ni 和Co。不同风险重金属元素在 3个功能区对不同人群经呼吸暴露的详细风险结果列于表 6。对于 5 种非致癌风险重金属元素，成年男性在城区、工业区和农 业 区 经 呼 吸 暴 露 的 最 大 HQ分 别 为 4.50102、6.04102和 4.13102，成年女性对应的最大 HQ分别为 3.82102、5.13102和 3.51102，儿童对应的最大HQ分别为 9.79103、1.31102和 8.99103；不同人群在不同站点经呼吸途径暴露 HQ由高到低顺序均为 Mn、Pb、Cu、Zn 和 V，且成年男性高于成年女性，儿童最小，均 HQ106，儿童有关 As 和Cr元素的 RC106，成年女性的暴露风险居于成年男表 4运城市 10种重金属元素在不同功能区的污染特征单位：ng/m3元素VCrMnCoNiCuZnAsCdPb合计城区非采暖季1.480.4814.9113.1436.0515.720.360.172.481.7013.416.41132.4195.216.744.821.650.94127.07147.10336.56285.69采暖季1.711.589.507.1350.136.00.450.263.106.8619.7814.37181.69114.9112.5811.084.093.74278.19321.25561.21517.22工业区非采暖季1.580.8711.2912.0136.2327.050.400.262.322.7514.9715.3099.1055.696.073.111.380.70119.42100.35292.78218.08采暖季2.061.319.157.9870.9571.50.570.362.832.3320.7719.00336.85792.0510.949.992.792.40222.98318.10679.881 225.06农业区非采暖季0.810.427.6810.9122.9513.700.932.600.831.005.633.3166.5942.924.204.040.980.7245.8440.28156.42119.89采暖季1.481.0811.478.7251.0835.410.430.312.664.4314.048.38144.1876.8911.839.902.691.87111.5565.91351.40212.9245首都师范大学学报（自然科学版）2023年性和儿童之间，这说明这些元素对人体均存在一定的致癌风险，且成年男性高于成年女性，儿童相对最小。3讨论总体而言，3 个功能区 PM2.5平均质量浓度由高到低为工业区（124.00 g/m3）、城区（116.59 g/m3）和农业区（86.05 g/m3）。同一监测点，PM2.5的质量浓度变化趋势为采暖季高于非采暖季。出现这种情况不仅与燃煤采暖有关，还与其他因素有关。对于城区监测点而言，冬季天气寒冷、路面易结冰，机动车行驶速率降低，在外滞留时间延长，污染物排放量增加18；对于工业区而言，在低温条件下，工业设备到达相同温度需要更多的热量，因而需要消耗更多的煤或其他燃料；农业区采暖季与非采暖季差异巨大，主要是因为作物秸秆大量燃烧19，同时受低温等静稳天气的影响，不利于污染物的扩散使得污染加剧20。同一采样期内，PM2.5中 10种重金属元素质量浓度表现出一定的空间差异。Cu、V 的质量浓度由高到低顺序表现为工业区、城区和农业区，Co 由高到低顺序表现为农业区、工业区和城区，其余元素由高到低顺序均为城区、工业区和农业区。同一监测点：城区，除 Cr以外，其余重金属元素的质量浓度均表现为采暖季高于非采暖季，如采暖季 Pb 和 Cd 的质量浓度分别是非采暖季的 2.19 和 2.48 倍，且质量浓度有较大增幅；工业区，除 Cr以外，其余重金属元素的质量浓度由高到低均为采暖季高于非采暖季，如采暖季 Zn 和 Cd 的质量浓度分别是非采暖季的3.40 和 2.02 倍，质量浓度均具有较大增幅；农业区，大部分重金属元素的质量浓度由高到低均为采暖季高于非采暖季，如采暖季 Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd和 Pb的质量浓度分别是非采暖季浓度的 2.23、3.22、2.50、2.17、2.82、2.74 和 2.43 倍，质量浓度均具有较大增幅。总体而言，Mn、Zn 和 Pb 元素在 PM2.5中含量相对较高。分析空气中重金属元素含量变化的表 5不同风险重金属元素对不同人群的日均暴露剂量单位：mg/（kgd）风险非致癌致癌元素VMnCuZnPbCrCoNiAsCd城区成年男性4.821071.351055.251064.901056.851051.401065.321083.671071.361064.23107成年女性4.101071.151054.471064.171055.831051.191064.521083.121071.161063.60107儿童1.051072.941061.141061.071051.491053.041071.161087.991082.971079.22108工业区成年男性5.671071.811055.641068.021055.731051.221066.571083.391071.211063.04107成年女性4.821071.541054.801066.821054.881051.041065.591082.881071.031062.58107儿童1.231073.941061.231061.751051.251052.661071.431087.371082.641076.61108农业区成年男性3.731071.241053.341063.511052.661051.291067.381082.621071.181062.70107成年女性3.171071.051052.841062.991052.271051.101066.281082.231071.011062.30107儿童8.121082.701067.271077.651065.801062.811071.611085.701082.581075.88108表 6不同风险重金属元素对不同人群经呼吸暴露的风险风险非致癌致癌元素VMnCuZnPbCrCoNiAsCd城区成年男性6.891054.501023.671041.631041.961025.871051.701063.081072.741053.56106成年女性5.861053.821023.121041.391041.661024.991051.451062.621072.401053.02106儿童1.501059.791037.991053.561054.261031.281053.701076.721085.961067.74107工业区成年男性8.101056.041023.951042.671041.641025.141052.101062.851072.431052.55106成年女性6.891055.131023.361042.271041.391024.371051.791062.421072.141052.17106儿童1.761051.311028.591055.821053.571031.121054.581076.191085.301065.55107农业区成年男性5.331054.131022.341041.171047.611035.431052.361062.201072.381052.27106成年女性4.531053.511021.991049.961056.481034.621052.011061.871072.091051.93106儿童1.161058.991035.081052.551051.661031.181055.141074.791085.181064.9410746李玉霞等：运城市不同功能区 PM2.5中重金属元素的污染特征及健康风险评价第 4 期可能原因是：Pb 主要来源于机动车尾气和燃煤锅炉1，21，制车磨损及道路悬浮颗粒的再悬浮22；Zn主要来源是机动车尾气、燃煤飞灰与冶金化工23和秸秆 燃 烧24；Cu 来 源 于 机 动 车 尾 气 和 工 厂 尾 气 排放25；Cr是化石燃料燃烧的标志污染物21；Co来源于土壤沙尘和城市扬尘26；V、Cd、Mn、Ni 质量浓度增高可能与工业排放有关；As是燃煤燃烧的标识元素27-28。与非采暖季相比，采暖季会大量燃煤提升并保持室内温度，必然会加重空气中重金属元素的含量，且冬季风速低、空气流动性差，污染物质不易扩散，导致重金属元素质量浓度增加29；同时，采暖季天气寒冷，大众出行的交通工具更多倾向是选择小轿车等，导致交通尾气排放数增加；采暖季机动车的燃油量增加，导致尾气排放量增加等。以上这些原因均会造成采暖季重金属元素质量浓度高于非采暖季。运城市各点位 PM2.5及重金属质量浓度存在差异的原因可能与气象条件、采样点所处位置有关。因此可推测：城区受到汽车尾气排放以及扬尘源影响较大；工业区附近分布较多的工厂，排放出大量废气，与周边明显污染源有关；农业区受到交通源和扬尘源影响较少，主要受到秸秆燃烧的影响。运城市空气 PM2.5中，非致癌风险的重金属元素风险较小，有致癌风险的重金属元素分别是 As、Cr、Cd和 Co。As超标会对肝、肾、肺、膀胱、皮肤和心脏造成损伤，引起肝肾病变，导致肺、膀胱及皮肤癌；Cr 超标会损伤人体呼吸道、肺和肾，严重时可引发肺癌、呼吸道癌，造成肾管状细胞死亡、慢性组织坏死；Cd 超标时会对人体肺、肾、肝和骨具有一定危害，引起肝肾病变，骨骼软化，胎儿畸形30；Co 超标会改变酶活性，从而降低人体的抗病能力，激活体内的肿瘤病毒，导致组织癌变31。本文计算结果显示不同人群经呼吸暴露的致癌风险由高到低顺序为成年男性、成年女性、儿童。建议在 PM2.5污染较严重的天气，尽量避免外出、减少开窗通风次数和时间，若外出佩戴口罩；同时在清洁天多开窗通风，锻炼身体，增强免疫力。未来应进一步加强 As、Cr、Cd和 Co这 4种有致癌风险的重金属元素相关排放源的管理，比如使用清洁能源，减少燃煤燃烧，限制排放不达标机动车上路，尽可能使其致癌风险降至最低水平。4结束语本研究基于实验及 EPA 推荐的健康风险评估模型，计算得到运城地区 2018年秋冬季不同功能区PM2.5的污染特征并分析其健康风险。研究表明：（1）PM2.5的质量浓度表现为采暖季高于非采暖季，在空间表现为城区最高、工业区次之、农业区最低；（2）大部分重金属的质量浓度具有采暖季高于非采暖季的特征；（3）运城市大气 PM2.5中重金属污染的非致癌风险较小，致癌风险主要是 As、Cr、Cd 和Co，对不同人群的致癌风险排序