温州城区地表灰尘重金属分布特征及健康风险评价

颜子俊，王学东，孙海罗，朱元励，戴同仁，周立宗，张明华，徐正褆

(1.温州医学院 环境科学系，浙江 温州 325035;2.浙江省温州市温瑞塘河保护管理委员会，浙江 温州 325000;3.温州市环境科学学会，浙江 温州 325000)

伴随城市化进程的加快，城市地表灰尘日益成为影响城市环境质量的主要污染因素，同时也是危害人体健康的主要污染物。城市灰尘是指粒径小于20目，分散于城市的表面固体颗粒物，城市灰尘污染，主要是重金属污染。城市地表灰尘携带的有毒有害重金属，大大增强了灰尘的危害性［1］。国内外研究表明，交通、工业以及城市建设等人类活动对城市灰尘中重金属的含量有很大的影响，此外，城市灰尘容易通过呼吸道和皮肤被人体吸收或直接摄入，对人体健康产生危害［2］。国外对城区灰尘中重金属的研究较多，如 Emanuela等［3］对西西里市不同功能区、不同形态及不同粒径中的重金属进行了研究;Ferreira等［4］2005年在非洲城市罗安达进行了19种地表灰尘重金属儿童健康风险评价。相比之下，我国对地表灰尘重金属的研究起步较晚，仅上海、沈阳、重庆等大城市有相关研究，在温州地区还是空白。温州作为国家14个沿海开放城市之一，是浙江的经济中心之一，浙南经济、文化、交通中心，改革开放以来，温州经济快速发展，随之而来的环境问题也日益尖锐。因此，研究温州城区的不同功能区的污染特征及健康风险具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 样品采集

将温州市城区分为工业区、商业区、居民区、交通区、绿地5个不同类型，各区均选择最具代表性的点作为采样点，共14个。工业区为上江拉丝园区、涂田工业区的金达电镀厂和屿田龙达燃料化工厂;商业区为五马街和温州商贸城;居民区为桃源居和吕浦锦园;交通区在车流量较大的人民路和小南路交叉路口和桃源居居民区门前的金桥路;绿地为绣山公园和文化公园。分别于2010年3月20日，4月28日，6月7日和2011年1月13日用毛刷和铲子进行样品的采样，采样前期干燥天数分别为7，7，9和9 d，以确保样品的代表性［5］，共采集样品56个。每个样品质量约为500 g，样品采集后放入干净的自封袋中密封保存。

1.2 样品处理与分析方法

地表灰尘样品经风干、研磨后，过100目筛(0.149mm);准确称取0.2 g经预处理后的样品于消解罐中，加入3mL HF、7mL HNO3、3mL HCl和2mL H2O2，经微波消解后，将消解液于电热板上蒸至近干，用2%HNO3定容于50mL容量瓶中。同时做试剂空白。然后用Varian AA-Duo型原子吸收光谱仪测定重金属含量。重复测定3次取平均值。为了保障测试结果的可靠性，在进行样品测试时，加人国家标准土壤标样 (GSS-1)进行分析质量控制。

2 结果与分析

2.1 温州地表灰尘重金属均值

表1为2010年3月20日，4月28日，6月7日和2011年1月13日4次采样的温州市不同功能区地表灰尘重金属含量，以及浙江省土壤元素背景值。56个地表灰尘样品中Cr、Cu、Pb、Zn的平均值分别是83.39，161.26，172.21和649.07mg·kg-1。分别是浙江省土壤元素背景值的 2.26，17.01，23.55和7.2倍，通过与浙江省土壤元素背景值比较，发现温州城区重金属污染已较严重。其中Pb达到了近25倍，而Cu的含量也超过了土壤背景值的10倍。

表1 温州城区不同区域地表灰尘重金属含量

2.2 地表灰尘重金属分布特征

由图1可知，Zn在居民区的含量最高，达798.89mg·kg-1，此外商业区、交通区的含量也较高，说明人类活动对地表灰尘中Zn含量的影响较大。Cr在工业区的含量显著的高于其他功能区，为145.65mg·kg-1，说明Cr污染主要产生于工业区的工业生产。Cu在商业区的含量最高，达到236.15mg·kg-1，由于商业区的选址选在商业活动频繁及车流量很大的五马街和商贸城，车流量越大，车速越慢，重金属污染物排放量也越大，汽油、车体的磨损以及人类活动对地表灰尘中Cu的含量都会产生影响。

使用Spearman相关分析，分析地表灰尘重金属之间的相关关系 (表2)发现，不同功能区地表灰尘中重金属Cu和Zn极显著相关，Cr和Cu的含量在各功能区中也显著相关，表现出复合污染的特征，说明这些重金属来自相同污染源的概率较大。

图1 温州城区不同功能区的地表灰尘污染物质含量

表2 温州城区地表灰尘重金属含量的Spearman相关系数

2.3 城市地表灰尘重金属潜在生态风险评价

2.3.1 潜在生态危害指数计算方法

多种重金属潜在生态危害指数 (RI):

式中:Ci为表层沉积物重金属浓度实测值;为计算所需的参比值，选择浙江省土壤环境背景值作为参比值。按照Hakanson制定的标准化重金属毒性系数为评价依据，Cr、Cu、Pb和Zn的值分别取值为2，5，5，1。

重金属单项污染系数分级标准参照文献 ［6-8］。重金属污染生态危害系数和生态危害指数分级标准列于表3。

表3 Eiy，RI与污染程度的关系

2.3.2 温州市地表灰尘潜在生态危害水平

根据公式计算温州城区地表灰尘中单个重金属的平均潜在生态危害系数及4种重金属RI，根据表2的分级标准得出和RI值所对应的生态风险程度分级，即EiyCr 4.52(Ⅰ)，Cu 85.05(Ⅲ)，Pb 117.75(Ⅳ)，Zn 3.2(Ⅰ)，RI 214.52(Ⅱ)。

从单个重金属进行评价，潜在生态危害水平最大的是Pb，其Eiy值达到很强生态危害 (Ⅳ级)水平;Cu的生态危害次之，达到了强生态危害 (Ⅲ级)水平;最低的是Cr和Zn为Ⅰ级水平。4种重金属的RI值为中等生态危害，其中Pb对城市土壤和地表灰尘的潜在生态危害的贡献最大。

2.4 与国内外同类结果的比较

表4是国内外城市地表灰尘重金属污染含量及变化范围，从表中可以发现，与国内外的其他城市对比，温州市的污染是比较重的，温州市人口数量与重庆差不多，但是重金属的含量却是重庆的6～8倍。温州的重金属污染含量与首尔相近，但是温州的人口数仅是首尔的1/3。这可能与几年来温州市的人口密度、经济快速发展以及机动车的快速增加有关。

表4 国内外城市地表灰尘重金属污染含量及范围

3 小结

温州城区地表灰尘中，Cr、Pb在工业区的含量最高，说明工业区的工业生产和交通排放对温州市的Cr、Pb贡献最大。Zn在居民区的含量是最高的，说明人类活动的对地表灰尘中Zn含量的影响较大。Cu在商业区的含量最高，车辆排放和人类活动对Cu影响较大。温州市地表灰尘重金属Cr、Cu、Pb、Zn含量均高于浙江省土壤环境背景值，分别是2.26，17.01，23.55和7.2倍，说明温州城区地表灰尘污染较为严重，特别是Pb。根据城市土壤和地表灰尘重金属潜在生态风险评价，温州市地表灰尘重金属污染为达到中等生态危害。Pb是其中潜在生态危害最重的重金属，其Eiy值达到达到很强生态危害水平。

利用Spearman相关性分析发现 Cu和 Zn，Cu和Cr之间具有显著的相关性，说明它们有相同来源的可能性较大。

［1］杜佩轩，马智民，韩永明，等.城市灰尘污染及治理 ［J］.城市问题，2004(2):46-49.

［2］Li X D，Poon C S，Liu P S，et al.Heavy metal contamination of urban soils and street dust in Hong Kong［J］.Applied Geochemistry，2001(16):1361-1368.

［3］Manno E，Varrica D，Dongarra G.Metal distribution in road dust samples collected in an urban area close to a petrochemical plantat Gela，Sicily ［J］.Atmospheric Environment，2006，40(30):5929-5941.

［4］Ferrera-Baptista L，De MiguelE. Geochemistry and risk assessment of street dust in Luanda，Angola:a tropical urban environment ［J］. Atmospheric Environment， 2005， 39:4501-4512.

［5］Kose T，Yamamoto T，Anegawa A，et al.Source analysis for polycyclic aromatic hydrocarbon in road dust and urban runoff using markercompounds ［J］.Desalination，2008，226:151-159.

［6］Mielke H W，Gonzales C R，Smith M K，et a1.The urban environment and children's health:Soils as integrator of lead，zinc，and cadmium in New Orleans， Louisiana， U.S.A［J］.Environmental Research，1999，81(2):117-129.

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