新疆准东煤矿开采区降尘中PAHs的污染特征及健康风险

娜孜拉·扎曼别克，孔利锋，沙拉·托合塔尔汗，胡潇涵，张 琳

（1.新疆维吾尔自治区环境保护科学研究院；2.新疆环境污染监控与风险预警重点实验室，乌鲁木齐 830011）

随着城市化和工业化的不断推进，城市大气降尘显著增加，对空气质量的影响日趋严重，其所载带的PAHs 进入人体的途径主要是手口、皮肤和呼吸等，会造成人体机能功能性的障碍以及不可逆性的损伤[1-2]。PAHs 是由2 个或2 个以上苯环（或具有和苯环相同结构的5元环）以稠环形式相连的有机化合物，具有致癌、致畸、致突变的毒性[3]。1998年6月，丹麦奥尔胡斯召开的泛欧环境部长会议中，十六种PAHs 被列入受控的持久性有机污染物（POPs），这十六种PAHs 也在美国环保署列出的优先控制的污染物名单之中[4]。

人类活动是PAHs 排放的主要来源，石油、煤炭以及炼焦等物质的热解过程、燃烧过程会产生大量的PAHs，它们会随着烟尘等介质排入大气，这些均可能是PAHs 类的污染来源[5-6]。此外，由于煤矿采掘区一般距离城市较远，因此其环境状况相对来说容易被忽视。

新疆最大的整装煤田是位于昌吉州吉木萨尔县西北五彩湾地区的新疆准东露天煤矿，它地处天山北麓准噶尔盆地，距离乌鲁木齐约220 km，距离吉木萨尔县约130 km。神东天隆集团煤矿、湖北宜化煤矿、天池能源煤矿、大成能源煤矿和神华新疆能源煤矿等五个正在开采的大型露天煤矿均位于该区域[7]。本课题以16 种优先控制的PAHs 分析研究新疆准东煤矿开采区降尘中PAHs 的含量和来源，并探讨其对人体的健康风险，为新疆煤矿开采区域之中PAHs 的环境污染治理提供一定的理论基础。

1 试验部分

1.1 样品的采集与制备

经过对本研究区域的地理位置及生态环境敏感性的综合考虑，本课题共布设了15 个监测点位。每个点放置一个集尘缸（圆筒形玻璃缸），高为30 cm，内径为（15±0.5）cm。每一个集尘缸内都加入50 mL水和50 mL 乙二醇[8]。将用于采集降尘的集尘缸放置在不锈钢支架（距离地面1.5 m）之上。采集完毕后，将罩上塑料袋的集尘缸带回实验室分析检测。

1.2 样品的预处理与分析

依据《环境空气和废气 气相和颗粒物中多环芳烃的测定 气相色谱-质谱法》（HJ 646—2013）分析检测研究区域降尘中的PAHs；检测的PAHs 主要包括苊（Ace）、萘（NaP）、芴（Flu）、二氢苊（Acy）、茚并[1,2,3-cd]芘（InP）、菲（Phe）、荧蒽（Fla）、芘（Pyr）、蒽（Ant）、苯并[b]荧蒽（BbF）、苯并[a]蒽（BaA）、䓛（Chr）、苯并[a]芘（BaP）、苯并[k]荧蒽（BkF）、苯并[g,h,i]芘（BghiP）、二苯并[a,h]蒽（DahA）等16 种；三重四级杆气相色谱质谱联用仪（Thermo Fisher，TSQ8000）为主要检测设备。

1.3 质量控制与质量保证

本课题检测样品的分析检测都带空白样、平行样以及回收率指示物，每六个样品加入一空白和平行样，对样品以及空白都进行相同处理。虽然空白样品中的PAHs 是有检出的，但其含量相对于实际样品中PAHs 含量是可以忽略不计的。检测分析中的回收范围为72%～126%。

2 结果与讨论

2.1 新疆准东煤矿开采区域降尘中PAHs 含量分析

图1 准东煤矿开采区降尘中PAHs 浓度分布特征

图2 准东煤矿开采区降尘中PAHs 的含量组成所占比例

由图1可知，新疆准东煤矿开采区降尘中PAHs的含量在1.07～8.34 mg/kg；其中，高分子量PAHs Flt、Pyr、BbF、BaP、BaA、BkF、BghiP 和InP 的 含量占ΣPAHs 的40.9%，其主要来自煤炭和油类等化石燃料的燃烧，其他各类PAHs 占比较小，说明准东煤矿开采区的PAHs 主要来源于化石燃料（石油和煤）的燃烧。

由图2可知，研究区域内PAHs 的含量组成基本表现为五环组分＞四环组分＞三环组分＞六环组分＞二环组分，而且在五环组分中，苯并[b]荧蒽的平均浓度最高，占整个五环组分含量的55.7%，表明在研究区域中，PAHs 组成以为五环组分为主，在五环组分中又以苯并[b]荧蒽占绝对优势，这可能与当地化石燃料煤的开发加工产生大量煤尘与粉尘有关。

2.2 准东煤矿开采研究区域降尘中PAHs 来源解析

PAHs 的来源一般可分为两大类：人为源和自然源。自然源包括草原和森林的天然火灾、微生物和植物的生物合成以及火山的爆发等过程。在城市化和工业化水平较高的地区，PAHs 的主要来源一般是人为源，包括木材和煤炭的燃烧、汽油和柴油的燃烧等[8]。

化学质量平衡法、多元统计法和比值法等都是解析PAHs 来源的方法[9]。分析PAHs 的主要来源常常使用判断特征比值法[10]。相关领域的研究表明，Ant/（Ant+Phe）＞0.1时，主要来源可以认为是不完全燃烧；Ant/（Ant+Phe）＜0.1 时，主要来源可以认为是石油类[11-13]。而当0 ＜Flua/（Flua+Pyr）＜0.4 时，主要来源可以认为是石油类；当0.4 ＜Flua/（Flua+Pyr）＜0.5 时，主要来源可以认为是石油类产品的不完全燃烧；当Flua/（Flua+Pyr）＞0.5 时，主要来源可以认为是煤炭、木材和草类的不完全燃烧。

本课题对准东煤矿开采区降尘中PAHs 解析来源的方法是特征比值法，结果如图3所示。大多数采样点的Flua/（Flua+Pyr）＞0.5、Ant/（Ant+Phe）＞0.1，表明准东煤矿开采区降尘中的PAHs主要来源为煤炭、木材和草类的不完全燃烧，而采样点4#、11#和14#的Ant/（Ant+Phe）＞0.1、0.4 ＜Flua/（Flua+Pyr）＜0.5，表明这三点受石油燃烧，即交通污染的影响[14]。因此，煤炭、木材和草类的不完全燃烧是准东煤矿开采区降尘中PAHs 的主要特征来源，但交通污染也会影响部分采样点。

2.3 PAHs 的暴露特征及其健康风险评价

图3 准东煤矿开采区降尘中PAHs 的多种特征比值

与人类关系较为密切的环境污染物中，大多数高分子量的PAHs均具致癌风险[15]。通常来说，呼吸吸入、经口摄入和皮肤接触这3 种暴露途径是降尘中PAHs进入人体的主要方式[16]。本课题使用终生致癌风险（Incremental Lifetime Cancer Risk，以下简称ILCRs）模型，该模型通常用于计算人群暴露在某特定环境中降尘的致癌风险。呼吸吸入、经口摄入和皮肤接触3种ILCRs 模型的计算公式如下[17]。

式中，CS为降尘中PAHs 的浓度，其中，皮肤接触CSF、呼吸吸入CSF和手口摄入CSF取值分别为25.00 mg/（kg·d）、3.85 mg/（kg·d）、7.30 mg/（kg·d）。表1中为公式中其他参数及取值[18]。依据美国EPA 规定，存在有较大潜在致癌风险的范围为10-5＜ILCEs＜10-4，存在潜在致癌风险的范围为10-6＜ILCEs＜10-5，可以接受的致癌风险安全范围为ILCEs＜10-6。根据上述三种计算公式及终生致癌风险ILCRs 模型，得出成人和儿童的ICR、LCRs值，计算结果如表2所示。

表1 癌症风险评估参数

表2 成人和儿童在不同暴露参数下的ILCRs 和CR 值

由表2可以看出，不论是儿童还是成人，三种暴露途径的ILCRs值在本研究区域内都体现为皮肤接触＞手口摄入＞呼吸吸入。由此可得，准东露天煤矿开采区降尘中PAHs 的主要暴露途径是皮肤接触。成人和儿童的CR值位于10-5～10-4之间，即有较大潜在致癌风险存在，需引起重视。

图4 各采样儿童和成人CR 对比

由图4可以看出，其中2 个采样点的成人和儿童的CR值均有潜在致癌风险存在，其他采样点存在较大潜在致癌风险。因此，可以认为准东煤矿开采区降尘中PAHs 是存在潜在健康风险的。

降尘中污染物的分布可能会因为颗粒物粒径的不同而存在一定差异，故表征降尘性质的重要指标是粒径，颗粒物能否黏附于皮肤表面进而产生人体暴露，以致影响人体健康，也取决于降尘粒径的大小[19]。3种途径（皮肤接触、呼吸吸入和手口摄入）对降尘粒径的选择性是截然不同的，因此根据ILCRs 模型计算出的结果具有一定局限性的。本次研究分析未涉及该三种暴露途径在降尘粒径选择性上的差异，可能会对评价结果的准确性产生相应的影响。

3 结论

新疆准东煤矿开采区降尘中PAHs 的含量在1.07～8.34 mg/kg，其中，高分子量PAHs Flt、Pyr、BaA、BkF、BbF、BaP、BghiP 和InP 的含量占ΣPAHs 的40.9%，研究区域内PAHs 的含量组成基本表现为五环组分＞四环组分＞三环组分＞六环组分＞二环组分；煤炭、木材和草的不完全燃烧是准东煤矿开采区降尘中PAHs 主要来源，交通污染也会影响部分采样点；不论是儿童还是成人，3 种暴露途径的终生致癌风险值皆是皮肤接触＞手口摄入＞呼吸吸入，结果表明，准东露天煤矿开采区降尘之中PAHs主要的暴露途径是皮肤接触，同时ILCRs 研究表明，本项目研究区域降尘中的PAHs 是存在潜在健康风险的，对人体健康会带来潜在的影响。