城市大气细颗粒物PM2.5 中重金属的污染表征及健康风险评估

随着工业化、城市化进程的推进，城市大气颗粒物大量增加，引发了大气能.见度降低、空气质量下降、危害人体健康等问题。细颗粒物（PM2.5）是大气复合污染的重要组成部分，比表面积大，容易吸附有毒有害重金属，对环境质量和人体健康造成严重危害。.为了解大气PM2.5中重金属的环境健康效应，从源头上控制其带来的危害，我们拟采用单颗粒分析技术，在不需要预处理的情况下对颗粒进行表征，通过形貌特征、矿物组成、粒度分布和元素含量等物化特性分析，研究不同功能区和不同气象条件下城市大气PM2.5 中重金属的污染特征，进一步识别其来源。同时，通过重金属的总量、在模拟酸雨和模拟体液（肺液、胃肠液、血清等）中的释放机理等研究，评价城市大气PM2.5 中重金属的环境地球化学效应和人体健康风险。本项目密切结合现代城市化进程中出现的大气颗粒物污染问题，能为城市大气污染控制、可持续发展和相关环境标准的制订提供理论依据。

城市大气细颗粒物PM2.5是大气复合污染的重要组成部分，化学组成和来源都非常复杂。细颗粒比表面积大，容易吸附有毒有害重金属，对环境质量和人体健康造成严重危害。为揭示城市大气PM2.5及其中重金属的污染特征和环境健康效应，本研究于2011年11月至2012年12月长期分时段采集PM2.5样品，利用单颗粒分析技术通过形貌特征、矿物组成、粒度分布和元素含量等物化特性分析，研究城市大气PM2.5 中单颗粒的污染特征。同时，通过PM2.5中重金属的总量、在模拟体液中的释放研究，评价城市大气PM2.5中重金属的人体健康风险。取得的主要研究结果有：（1）2012年广州城区夏季（6-9月）PM2.5的平均浓度为41.56ug/m³，与国家空气质量二级标准35 µg/m3相比，超标率为55.22%。秋冬季（10-12月）PM2.5质量平均浓度为67.6µg/m3，超标率为87.83%。PM2.5呈明显夜间高、白天低的特点，时段平均质量浓度一天中的峰值常常出现在晚上18:00-23:00这一时段。（2）根据形貌特征，PM2.5中主要有烟尘集合体、矿物颗粒以及燃煤飞灰3种典型颗粒，数量百分比分别为53.47%、15.58%和4.43%。PM2.5中矿物颗粒主要有硅铝酸盐、碳酸盐、硫酸盐矿物。（3）7种被检测重金属中，含量最高的是Zn，其次是Pb、Cu、As，最低的为Cr、Ni、Cd。从季节变化来看，除Cr外，其它重金属均表现为秋冬季浓度高于夏季浓度。从采样时间段变化来看，下午浓度普遍低于上午和晚上浓度。（4）在模拟肺液浸提条件下，PM2.5中重金属有不同程度的释放，Cd、As、Zn的溶出率高达50%以上；其次是Cu和Ni，达到30%以上；Cr和Pb的溶出率较低，不到15%。（5）PM2.5中As和Cr的致癌风险很高，ILCR值分别为29.2×10-6～67.7×10-6和5.7×10-6～59.9×10-6，远远超出美国环保署推荐的通过呼吸途径最大可接受风险水平（1×10-6），对当地居民身体健康威胁很大；Cd相对较低（2.9×10-6～5.2×10-6），但也超出了最大可接受水平，对当地居民身体健康会产生一定的威胁；Ni最低（0.4×10-6～1.2×10-6），在可控范围内。