冶炼厂室内空气PM2.5中金属元素的浓度分析

汪 颖

（湖南品标华测检测技术有限公司，湖南 长沙 410000）

近年来，公众和环保相关部门越来越高度关注空气环境质量［1］，我国也对相关大气标准进行了修订，如2018年对《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）进行了部分修订［2］，同时高校和科研院所也对大气中的成分组成及各组分对人体健康的影响进行了大量研究［3］。国际著名期刊《柳叶刀》刊文指出，全球每年约有420万人因PM2.5污染而早死，而室内PM2.5污染是造成上述结果的主要原因之一［4］。在对美国室内空气污染引发的慢性健康危害导致的伤残调整生命年损失的研究中，美国伯克利国家实验室Logue等发现PM2.5、丙烯醛、甲醛对人体慢性健康危害贡献率排名前三［4］。中国学者Xie R通过模型预测，我国这些室内空气中PM2.5污染的早死人数约126万人，约占全球总数的1／3［5］。

作为一种常规监测污染物的PM2.5，据相关研究数据显示，其不仅能引发呼吸道阻塞或炎症，且能作为像“公交车”一样的载体，搭载大量致病微生物、化学污染物、重金属等进入人体内部，导致人体罹患一系列高致死率的疾病［6］。

重金属元素虽然在大气中含量不高，但如果人体长期暴露在重金属含量过高的大气中，也会引起一些疾病，而大气中的重金属主要是以PM2.5的形式进入人体的。现对冶炼厂的生厂车间、工作区和农家住宅区3个区域的一层室内空气中PM2.5及PM2.5中的Zn、Pb、Cu、Mn的月平均浓度、变化规律进行研究，探讨3个区域中PM2.5的浓度及其成分，以及生厂车间中生成的PM2.5对工作区空气质量的影响，以期为冶炼厂区内员工在工作过程中科学地防护PM2.5及重金属对自身的伤害提供数据支持。

1 试验材料与仪器

1.1 试验药品

硝酸（优级纯）、氢氟酸（优级纯）、超纯水（实验室自制）、锌标准液（GSB 04-1761-2004）、铅标准液（GSB 04-1742-2004）、铜标准液（GSB 04-1725-2004）、锰标准液（GSB 04-1736-2004）、微孔滤膜（0.22μm，上海名列新材料有限公司产）及其它实验室常规药品。

1.2 试验仪器与设备

电子分析天平（Secura225D-1CN型，北京赛伯乐仪器厂制）；微波消解仪（MARS6型，美国CEM公司制）；大气颗粒物采样器（TH-150C型，武汉天虹环保产业股份有限公司制）；超级纯水机（EPED-E2-20TH型，南京易普易达科技发展有限公司制）；ICP-MS（7900，美国安捷伦制）。

移液管、烧杯、量筒、玻璃棒、容量瓶等常规实验室玻璃仪器。

2 试验方法

2.1 采样方法

于冶炼厂车间室内（称为A区）、冶炼厂一层工作区一层室内（称为B区）和距离冶炼厂边界约1 000 m处的农家住宅区一层室内（称为C区），分别设置三个采样点，通过大气颗粒物采样器进行PM2.5采样。

于2月、5月、8月、11月采样，每月任选7 d连续采集，每天连续采样20 h，样品采集后第二天测定分析，以7 d为一个周期计算月平均浓度。

2.2 消解方法［7］

将采样后的微孔滤膜至于Teflon罐中，加5 mL硝酸和HF混合液（体积比4∶1），密封后微波消解仪中消解30 min，消解后于赶酸器中浓缩至2 mL左右，冷却至室温，转移入容量瓶中，稀释至10.0 mL，摇匀，供测定。

2.3 测试方法

Zn、Pb、Cu、Mn的浓度测定：ICP-MS中测定。仪器工作参数为：7.2 mm采样深度；1.4 L／min载气流量；3℃雾化室当量温度；1 500 W高频发射功率；13.0 L／min等离子体气流；0.2 L／min辅助气流量；重复3次数。

PM2.5的测定：重量法。

3 结果与分析

3.1 室内空气中PM2.5的测定

在不同月份对各区域室内空气中PM2.5进行采样检测分析，对2月、5月、8月、11月平均浓度统计分析，结果如图1所示，其不同月份不同区域的相对标准偏差在3.9%～5.39%之间。

图1 细颗粒物月平均浓度水平

由图1可知，不同月份中，A区室内PM2.5浓度均高于B区和C区，其中2月、8月、11月这3个月份中远高于B区和C区室内PM2.5浓度，A区室内PM2.5浓度在11月份达到最高值，5月份达到最低值，这是由于车间冶炼工序中产生了大量的粉尘所致，而B区室内PM2.5浓度略高于C区，但差别不大，说明车间冶炼过程中产生的粉尘扩散到冶炼厂工作区时已扩散稀释较为充分，对工作区室内空气中的PM2.5影响不明显。分别对3个区不同月份进行比较，5月份为3个区室内PM2.5浓度最低的月份，这是由于5月份开始进入多雨季节，雨水有利于降尘作用。

3.2 PM2.5中Zn的浓度分析

在不同月份对各区域室内空气中PM2.5进行采样检测分析，并对采集到的PM2.5中的Zn的浓度进行统计，结果如图2所示，其不同月份不同区域的相对标准偏差在0.39%～4.52%之间。

图2 Zn月平均浓度水平

由图2可知，A区室内空气中PM2.5中的Zn浓度均远高于B区和C区，且在被监测的4个月份中都处于较高浓度，每立方米室内空气中PM2.5中的Zn的浓度达到0.3 mg以上，A区中Zn的浓度最高峰值出现在11月。

通过对比A区和B区室内空气中PM2.5中的Zn浓度月份变化规律发现，B区中PM2.5中的Zn的浓度并不随着A区Zn浓度的变化规律而变化，B区中Zn的浓度最高峰值出现在5月，C区和B区室内空气中PM2.5中的Zn的浓度月份变化规律也不相同，C区中Zn的浓度最高峰值出现在5月，但C区和B区最低浓度月份都为2月，且在8月、11月时，C区中Zn的浓度高于B区，这说明B区室内空气中PM2.5中的Zn的浓度受到冶炼厂外界区域和冶炼厂冶炼过程中产生的含Zn的PM2.5粉尘的双重影响。

3.3 PM2.5中Pb的浓度分析

在不同月份对各区域室内空气中PM2.5进行采样检测分析，并对采集到的PM2.5中的Pb的浓度进行统计，结果如图3所示，其不同月份不同区域的相对标准偏差在1.25%～6.53%之间。

由图3可知，在监测的四个月中，A区室内空气中PM2.5中的Pb浓度均高于B区和C区，Pb浓度最高值出现在11月，且高于其它三个月，达到0.114 mg／m3，最低值出现在5月，为0.052 mg／m3，但2月、5月、8月三个月份的Pb浓度差距不大。

图3 Pb月平均浓度水平

B区室内空气中PM2.5中的Pb浓度月份变化规律与A区相同，但没有A区变化明显，其四个月份之间Pb浓度有差异，但差异不大，都小于0.04 mg／m3。C区的Pb浓度在监测的四个月份中变化不明显，且都低于0.03 mg／m3。

3.4 PM2.5中Cu的浓度分析

在不同月份对各区域室内空气中PM2.5进行采样检测分析，并对采集到的PM2.5中的Cu的浓度进行统计，结果如图4所示，其不同月份不同区域的相对标准偏差在2.22%～3.12%之间。

图4 Cu月平均浓度水平

由图4可知，A区室内空气中PM2.5中的Cu浓度均远高于B区和C区，且A区Cu浓度均高于0.5 mg／m3。对比A区和B区的Cu浓度变化规律发现，两个区变化规律相同，Cu浓度最高峰值出现在11月，最低值出现在5月，对比C区和B区的Cu浓度变化规律发现，两个区变化规律并不相同，且在监测的四个月份中，B区的Cu的浓度皆高于C区，说明B区的Cu浓度受冶炼厂冶炼过程中产生的含Cu粉尘影响较大，且C区室内空气中PM2.5中的Cu浓度在四个月份中变化不大。

3.5 PM2.5中Mn的浓度分析

在不同月份对各区域室内空气中PM2.5进行采样检测分析，并对采集到的PM2.5中的Mn的浓度进行统计，结果如图5所示，其不同月份不同区域的相对标准偏差在2.38%～7.27%之间。

图5 Mn月平均浓度水平

由图5可知，A区和B区室内空气中PM2.5中的Mn浓度变化趋势相同，从2月到11月呈现一个逐渐上升的变化趋势，且这种增长趋势较为明显，在相同月份，对比A区和B区Mn浓度，A区Mn浓度基本保持在B区的2倍以上。C区室内空气中PM2.5中的Mn浓度则在五月份呈现出最低值，在8月份呈现出最高值，对比C区和B区Mn浓度，C区Mn浓度较B区要低。这说明B区的Mn浓度受冶炼厂冶炼过程中产生的含Mn粉尘影响较大。

4 结 论

通过对比冶炼厂车间、冶炼厂一层工作区和农家住宅区3个区域的一层室内空气中PM2.5的月平均浓度，结果显示，车间冶炼过程中产生的粉尘扩散到冶炼厂工作区时已经稀释扩散较为充分，并未明显导致工作区室内空气中的PM2.5增加，且3个区域室内PM2.5最低浓度都出现在5月。

通过对三个区域室内空气中PM2.5的成分进行分析，冶炼厂车间室内空气中PM2.5的Zn、Pb、Cu、Mn这4种元素含量都明显高于冶炼厂工作区和农家住宅区，且冶炼厂车间产生的PM2.5对冶炼厂工作区PM2.5中的Pb、Cu、Mn元素含量贡献较大。