焦化污染区域大气细颗粒物的毒性因子特征研究

Currently, the pollution of atmospheric fine particulate matter (PM2.5) is extremely heavy in our country, causing severe health hazards. The composition and toxicity of PM2.5 is different for different sources, make it also different in different regions. Identification of the toxic components in PM2.5 and their major sources is the basis to carry out targeted control. However, the related researches mainly focused on urban environment, while reported less about the gathered industrial areas such as coking industry-crowed areas. Thus, we plan to collect PM2.5 samples in a typical coking concentrated area in Shanxi, the largest coking producer in China, set up lung cell PM2.5 exposure model, and explore the coking-special toxic components through analyzing the correlation of physiochemical characteristics of PM2.5 and cytotoxicity indicators such as cell vitality, oxidative stress and inflammation. Base on the results, exposing lung cell with the effective toxic components determined above individually or compositely to investigate their toxic action. Finally, use the PMF receptor model to explore the major sources of the above toxic factors, especially the contribution from coking emissions. The aim of our study is to provide experimental evidence for the establishment of targeted control measures to protect human health living in coking polluted areas.

当前我国大气细颗粒物（PM2.5）污染严重，造成了严重的健康危害。不同来源PM2.5组成和毒性不同，使之呈现出区域差异。识别不同区域PM2.5中对人体健康危害最大的组分及其污染源，是开展针对性控制的基础。然而，目前相关研究主要集中于城市环境，对焦化群等工业区域污染环境的报道较少。本课题拟于我国主要焦炭产区-山西典型焦化群核心地区设立采样点，采集不同季节颗粒物样品，并建立肺细胞PM2.5染毒暴露模型，通过研究PM2.5理化特征与毒性指标（细胞活力、氧化应激和炎症等）等的相关性，并与邻近清洁对照区相比较，识别焦源特征毒性因子。在此基础上，分别进行关键毒性因子的单一和复合细胞暴露，研究其毒性作用特征。同时采用PMF源解析模型探讨以上毒性因子的主要来源，定量分析焦化排放对各毒性因子的贡献，从而为焦化污染区域健康防护措施的制定提供科学依据。

灰霾是我国目前面临的主要环境问题，其核心污染物为PM2.5。识别不同区域PM2.5中对人体健康危害最大的组分及其污染源，是从居民健康防护角度开展针对性控制的基础。本项目基于焦化群污染区域（介休市）、焦化污染传输受体区域（太原市）和背景点（方山县）PM2.5样品的采集与成分分析，研究了焦化群污染区域PM2.5的污染特征；基于细胞染毒暴露实验和相关性分析识别了焦化群污染区域PM2.5的主要毒性因子；在此基础上利用受体源解析（PMF）模型分析了毒性因子的焦化源贡献及其主要来源。主要结论为：1）介休市PM2.5的平均浓度为169.27 ug/m3，季节变化规律为冬季>秋季>夏季>春季，水溶性离子在PM2.5中占比50.33%，OC为17.75%，EC为4.96%，无机元素为26.96%，介休市PM2.5浓度远高于背景点，但总体组成相似；2）介休市PM2.5中的水溶性离子主要为Cl-、NO3-、SO42-、NH4+和K+，无机元素以Na和Si为主，其次为Al、Fe、K、Zn、Pb、Mn和Cr，OC和EC的平均浓度分别为35.65 ug/m3和7.62 ug/m3，多环芳烃中Nap、Acy、Ace和Flu等几种单体浓度与方山较为接近，其余单体浓度显著高于方山地区；3）介休市PM2.5中水溶性离子成分与细胞毒性指标相关的物质为Na+、Mg2+和K+，多环芳烃中8种单体物质（Acy、Flu、Phe、Ant、Fla、Pyr、BaA和Cor）与ROS、TNF-α和IL-1β三个毒性指标均呈现出显著正相关性，OC和EC与ROS和IL-1β也呈现出一定的相关性；4）PMF模型结果显示，介休大气PM2.5中 Acy、Flu、Phe、Ant、Fla、Pyr和Cor这几种毒性因子主要来自于焦化源，其它毒性因子则主要来自于非焦化源；5）后向轨迹模型（HYSPLIT）结果显示，介休春、夏、冬三季受本地源的影响最大，而秋季可能还受区域传输的影响；6）焦化源对太原市PM2.5中PAHs的贡献为27.3%，从介休等地的污染物输入在一定程度上抵消了本地的治理效果；7）山西PM2.5的总体污染情况为从北向南浓度逐渐增高。本项目成果已在SCI期刊发表论文4篇，国内核心期刊发表论文1篇。