西安市大气降尘中砷、汞和镉的赋存形态和健康风险

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为了解西安市大气降尘中As、Hg和Cd元素污染特征,本文共设置13个采样点,并于2017年7月—2018年6月逐月收集降尘样品,共计156个。分析了降尘样品中三种元素的总量、形态特征,并进行了相关的污染评价和风险评价,现得到以下结果,该结果可为制定西安市大气环境质量标准及大气中重金属污染防治提供科学依据。(1)西安市大气降尘中As、Hg和Cd元素年平均含量依次是10.83、0.19和2.57 mg·kg-1。其中,As的均值低于陕西省表层土壤背景值,Hg和Cd的均高于其相应背景值。各月份中,As平均含量在8月最高,但整体呈现冬季含量较高,且As含量变化在一定程度上受到季节变化的影响;Hg在1月平均含量最高;Cd在各月份平均含量变化较小。各功能区中,As在文教区的平均含量最大,其次是休闲区;Hg平均含量在商业区最大;Cd含量在休闲区最高。在不同季节,As和Cd平均含量都表现为文教区和休闲区高于其余功能区,而Hg则为商业区与文教区的平均含量高于其余功能区。另外,Hg的累积主要与日常产生的生活垃圾有关;Cd主要是由于工业生产排放与交通活动产生;As一方面受到母质影响,另一方面,Cd的污染源对As的累积也有一定积极作用。(2)西安市大气降尘中As、Hg、Cd元素年平均Ige。排序为Cd>Hg>As,Cd元素整体呈重度污染,Hg元素呈现偏中度污染,As元素整体呈无污染水平。并且As元素在各季节也均为无污染水平;Hg在冬季为中度污染水平,其余三季均为偏中度污染水平;Cd在四个季节均处于重度污染水平。三种元素年平均PLI为5.31,呈极强污染,另外,春夏秋冬季的平均PLI值呈上升趋势。(3)BCR形态分析结果表明,西安市全年大气降尘中As、Hg以残渣态为主要赋存形态,Cd以弱酸提取态为主要赋存形态。在各季节中,As、Hg形态分布特点均有残渣态>可氧化态>可还原态>弱酸提取态,Cd元素为弱酸提取态>可还原态>可氧化态>残渣态。PBET模拟试验结果表明,全年降尘中As元素生物可给性表现为肠相>胃相,Hg和Cd表现为胃相>肠相,三种元素在胃、肠相生物可给性大小排序均有Cd>As>Hg。在各个季节中,也有以上特点。另外,各季节平均生物可给性排序也有所不同,在胃相中,三种元素均有春季生物可给性大于其他季节,As、Hg在秋季生物可给性最小,Cd在夏季的生物可给性最小;肠相中,As和Cd生物可给性排序相同,为春>夏>冬>秋,Hg为春>冬>夏>秋。(4)冗余分析和Pearson相关分析对As、Hg和Cd元素各自化学形态、生物可给性及重金属总量之间关系分析结果表明,Cd元素生物可给性受其总量影响较大,而As、Hg元素总量对其生物可给性影响不大;As、Hg和Cd的生物可给性都与其残渣态关系不大。此外,As元素的弱酸提取态和可还原态对其在肠相的溶解过程影响较大;Hg元素的可还原态对其生物可给性影响相对较大;Cd元素的弱酸提取态、可还原态和可氧化态对胃、肠相生物可给性贡献都比较大。(5)生态风险结果表明,西安市全年大气降尘中As元素潜在生态风险水平低,Hg元素处于高风险水平,Cd元素有极强的生态风险。三种元素总潜在风险年平均值为1089.01,具有极强的生态风险,且主要由Cd(75%)元素造成。各元素在各季节潜在生态风险水平及各季节三种元素总潜在生态风险水平均与全年相同,且冬季(1107.83)总潜在风险值最大。降尘中三种元素年均RAC风险显示Cd存在高风险,As和Hg为低风险。各季节As和Hg元素均处于低风险,平均RAC值排序分别为春>夏>秋>冬和春>秋>冬>夏;Cd元素平均RAC值排序有夏>秋>春>冬,全部呈高风险水平。(6)健康风险结果显示,四种暴露浓度下,各类人群的非致癌风险排序均有最大暴露浓度>95%UCL暴露浓度>重金属可利用态>肠相生物可给量,但所有的HI均小于1,表明非致癌风险可以忽略。As在各暴露浓度下对男性和女性的总致癌风险是相同的,均在10-6—10-4之间,在人类可接受范围内;Cd由于只有呼吸途径的致癌风险,因此总致癌风险表现为男性>女性,但都远小于10-6,几乎不会产生致癌风险,此外,各浓度下的总致癌风险几乎都是由As元素引起。
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