北京市通州区监测点2016～2018年PM2.5中重金属元素污染特征及健康风险评价*

周少磊，刘 波

(北京市通州区疾病预防控制中心，北京 101100)

1 对象与方法

1.1样品的采集 2016年1月至2018年12月每月的10～16日，采样时长为每天23 h。采样点距离地面高度12 m，50 m内有一双向四车道，并且周围无工业污染源，并距区环保市控考核300 m以内。使用MVS6 采样器(Sven Leckel Gmbh，德国)持续采样，流量为2.3 m3/h，φ47 mm石英纤维滤膜(MUNKTELL FILER AB，瑞典)在使用之前，置于马弗炉中450 ℃烘焙5 h后铝箔纸密封，采样结束后置于-20 ℃冰箱冷冻保存。采样时记录采样地点的相对环境湿度、天气情况等。

1.2大气PM2.5及其重金属的测定 样品测定依照中国疾病预防控制中心《空气污染对人群健康影响监测工作手册》的规定进行。重量法进行大气PM2.5浓度测定，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP/MS)测定大气中重金属质量浓度。国家环境空气质量标准 (GB3095-2012 )[7]对空气中PM2.5及重金属都有明确的浓度限值。见表1。

表1 环境空气中PM2.5及Cd、Hg、As和Cr参考浓度限值

1.3统计分析 建立excel数据库，数据进行双录入，核查并剔除异常值。利用SPSS21.0进行数据分析，以P<0.05为差异具有统计学意义，Origin9.0绘制统计图。

1.4人群健康风险评价 采用USEPA模型来评估PM2.5及12种重金属给人群带来的危害。由于PM2.5中重金属主要通过呼吸道进入人体[8]，因此本研究仅进行重金属经呼吸道进入人体的健康风险评价。致癌重金属与非致癌重金属暴露量计算公式如下：

(1)单一致癌重金属的致癌风险值计算：

CR=LADD×SF

式中，CR为致癌风险，代表癌症发生的概率[9]。当CR小于10-6时，认为该物质致癌风险可以忽略不计；当CR在10-6～10-4范围之间时，认为存在可接受的致癌风险[9]；当CR大于10-4时，即认为对人体存在致癌风险，且风险较高[10-11]。

(2)单一非致癌重金属的非致癌风险值计算：

HQ=ADD/RfD

式中，HQ为非致癌风险，表示人体经吸入途径摄入大气污染物的剂量与参考浓度的比值[12]。当HQ<1时，表明非致癌风险较小可以忽略不计[12]；当HQ≥1时，存在非致癌风险[12]；当HQ>10时，认为对人体存在较高的慢性非致癌风险[13]。

当然，我们说勃列日涅夫时期重新斯大林主义化，最主要的内容还是表现在政治、经济体制的僵化和“成熟化”方面，即这一时期的体制的基本方面仍然是斯大林时期留下的传统体制模式。另外，我们说重新斯大林主义化，决不意味着勃列日涅夫时期与斯大林时期一模一样。而基本含义是指“要保持和重建斯大林时期的秩序和机制”[33]213。

参考美国环保署综合风险信息数据库和国际癌症研究结果[14]，并查阅文献，获得各重金属的RfD和SF参数值。重金属Cd的RfD和SF分别为1.0×10-3mg/(kg·d)、6.30(kg·d)/mg，Cr分别为3.0×10-3mg/(kg·d)、42.0(kg·d)/mg，Mn只有RfD值，为1.4×10-1mg/(kg·d)，Ni分别为2.06×10-2mg/(kg·d)、0.84(kg·d)/mg，Pb只有RfD值,为3.52×10-3mg/(kg·d)，As分别为3.0×10-4mg/(kg·d)、15.10(kg·d)/mg，Se只有RfD值,为5.0×10-3mg/(kg·d)，Al只有RfD值,为4.0×10-4mg/(kg·d),而重金属Be、Sb、Hg、Ti无参考值[15-17]。非致癌重金属和致癌重金属经呼吸道途径吸入暴露量计算公式如下：

ADDinh/LADDinh=(C×InhR×EF×ED×CF)/(BW×AT)

式中，ADDinh和LADDinh分别为呼吸吸入的非致癌和致癌物质的日均暴露剂量；C为监测的PM2.5及其重金属的浓度；InhR为人体呼吸的速率；EF为人群暴露的频率，即每年暴露的天数；ED为人群的年暴露时间长度；CF为转换系数；BW为体重；AT为平均暴露天数。

上述的暴露参数参考的是美国EPA暴露参数手册[15]、中国人群暴露参数手册[16]以及国内外相关的参考文献[16-18]。见表2。

表2 通过呼吸途径进入人体的暴露参数

2 结果

2.1PM2.5浓度特征 2016～2018年检测样品252份，共监测252 d。PM2.5日均质量浓度范围在9～287 μg/m3之间，按照我国标准(GB3095-2012)日均浓度二级标准限值75 μg/m3规定[7]，超标102 d，约占总检测天数的40.48 %(102/252) 。2016～2018年三年年平均质量浓度分别为58.00 μg/m3、62.50 μg/m3、71.50 μg/m3，三年总年平均质量浓度为63.50 μg/m3，均超过此标准中二级标准限值35 μg/m3的规定[7]。PM2.5年平均质量浓度年份间的差异无统计学意义( χ4= 37.7，P>0.05)。

2.2PM2.5中重金属浓度 2016～2018年PM2.5成分中12种重金属年平均质量浓度顺序为Al>Pb>Mn>As>Se>Sb>Ni>Cr>Cd>Ti>Hg>Be。重金属Al、Pb、Mn含量较高，年平均质量浓度依次为171 ng/m3、29.65 ng/m3、25.30 ng/m3，占重金属总年平均质量浓度的94 %以上。Ti、Hg、Be含量较低，年平均质量浓度依次为0.70 ng/m3、0.33 ng/m3、0.10 ng/m3、0.03 ng/m3。其中，Pb、As、Cd、Hg年平均质量浓度均低于标准限值。

2.3PM2.5中重金属季节性变化 2016～2018年重金属总浓度为秋冬季节相对较高，春夏季相对较低。各个季节重金属年平均质量浓度顺序均为Al、Pb、Mn含量较高，Ti、Hg、Be含量较低。其中，重金属Al春季最高，Mn、As、Se、Ni、Cr秋季最高，Pb、Sb、Ti、Cd冬季最高。此外，各个季节间的重金属年平均质量浓度差异均无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 2016～2018年通州区重金属浓度季节性变化情况(ng/m3)

2.4PM2.5中重金属年变化特征 2016～2018年PM2.5中12种重金属总年平均质量浓度分别为121.63 ng/m3、279.65 ng/m3、331.12 ng/m3。不同重金属年平均质量浓度趋势均为2018年>2017年>2016年，且Al、Pb、Mn、As、Sb、Se、Cd、Cr、Hg、Ti年平均质量浓度年份间的差异具有统计学意义(P<0.05)。各年重金属年平均质量浓度顺序均为Al、Pb、Mn含量较高，Ti、Hg、Be含量较低。其中，2018年As年平均质量浓度为7.08 ng/m3，高于标准限值。见图1a和图1b。

图1a 2016～2018年不同年份重金属Al、Pb、Mn浓度

2.5重金属健康风险评价

2.5.1重金属非致癌风险评价 重金属Pb、As、Al、Cr、Se、Cd、Mn、Ni非致癌风险值均小于1。重金属对各类人群的非致癌风险顺序为Al>As>Pb>Cd>Se>Cr>Mn>Ni。非致癌风险水平均为儿童最高，成年女性最低。此外，各类人群随着年龄的增长，非致癌风险值均逐渐降低。见表4。

表4 重金属吸入途径非致癌风险值(HQ)

2.5.2重金属致癌风险评价 重金属Cd、Ni对各类人群，As对6岁年龄组以下儿童，以及Cr对3岁年龄组以下儿童的致癌风险值均低于10-6，As对6岁年龄组及以上儿童、Cr对3岁年龄组及以上儿童以及两种重金属对所有成人群体的致癌风险值均介于10-6～ 10-4之间。4种重金属对不同人群致癌风险值为Cr>As>Cd>Ni，不同重金属的致癌风险水平均为成年男性高，儿童最低，并且各类人群随着年龄的增长，致癌风险水平均逐渐升高。见表5。

表5 重金属吸入途径致癌风险值(CR)

3 讨论

2016～2018年，通州区PM2.5日平均质量浓度超标天数约占总检测天数的40.48 %(102/252)，PM2.5年平均质量浓度超过我国环境空气质量二级标准限值，说明该区大气PM2.5污染严重，应予以高度重视。12种重金属浓度排在前四位由高到低依次为Al、Pb、Mn、As，这与北京市怀柔区[19]、沈阳市[20]、厦门市[21]等地区的污染特征相似。研究发现，重金属Al、Mn主要源于土壤尘[22-23]，受人为因素影响较小。Pb、As主要来源于燃煤源和机动车源[24]，因此提示该地区仍需加大对工业排放和交通限流的治理力度，以改善大气环境。

总体来看，重金属总年平均质量浓度为秋冬季略高，春夏季相对较低，这可能与秋冬季节温度较低风速越小，不利于污染物的扩散，且冬季处于采暖期，大量燃煤燃烧产生的废气增加了重金属污染物的来源有关。另外，结果表明，通州区PM2.5中12种重金属年平均质量浓度呈逐年上升趋势，这可能与该区监测点所在位置有关。监测点毗邻多所学校和医院，客流量较大，往来车辆较多，增加了大气PM2.5中重金属来源。此外，通州区地处风向的下风侧，导致大气中重金属污染物大量富集，从而影响对大气污染物的监测。重金属Al、Pb、Mn污染严重，仍需加大对该地区工业排放、交通限流以及燃煤锅炉清洁能源改造的治理力度。

重金属Pb、Cr、As、Al、Cd、Se、Mn以及Ni非致癌风险HQ<1，表明对人群的健康危害较小。重金属对各类人群的非致癌风险为Al>As>Pb>Cd>Se>Cr>Mn>Ni，与王琼等[25]研究结果一致。重金属的非致癌风险水平表现为成年女性最低，儿童最高，张鑫等[26]的研究也得到了同样的结果。As、Pb的长期暴露会对人体产生慢性损伤[2,27]，且Pb对儿童群体损害更甚[2]。因此，对该地区大气中重金属As、Pb的治理应引起高度重视。

重金属Cd、Ni对各类人群，As对6岁年龄组以下儿童，以及Cr对3岁年龄组以下儿童的致癌风险值均低于1×10-6，说明致癌风险可以忽略。As对6岁年龄组及以上儿童、Cr对3岁年龄组及以上儿童以及两种重金属对所有成年人群的致癌风险水平均位于10-6～10-4范围之内，表明致癌风险较小。以往研究表明，北京市[28]为As>Co>Cd>Ni，新乡市[29]为Cr>As>Cd>Ni>Co，沈阳市[20]为Cr>As>Cd>Ni。本研究显示的通州区4种重金属对不同人群致癌风险水平与上述结果基本一致。重金属对不同人群的致癌风险水平为成年男性最高，儿童最低，这可能与男性外出工作量较大，接触大气中有害重金属机会较多有关。另外，重金属对人群的健康风险呈现出随着年龄的增长，同一年龄人群中女性反而稍高于男性，这可能与随着年龄的增长，男性呼吸速率降低有关[30]，有待进一步研究。重金属Cr、As、Al、Pb、Se、Cd、Mn以及Ni的非致癌风险均较小。Cr和As可能存在可接受水平的致癌风险。综合来看，Cr对各类人群的致癌风险水平较高，As对成年人群的非致癌风险和致癌风险水平均较高，应予以高度重视。

本研究还存在以下局限性：其一采样点单一，不能代表整个通州区的污染水平，且资料收集时间仅3年，尚不能分析长期趋势；其二我国的暴露参数体系不完整，现有数据还不足以代表我国居民的暴露特征，仅为粗略估计；其三本研究仅对经呼吸道吸入途径的重金属进行人体健康风险评价，但大气PM2.5中重金属可经多种途径进入人体[7]，因此这可能导致评估结果低于实际值。