太原农村地区颗粒物污染特征及其健康风险研究

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近年来,中国经济的快速发展和工业化进程,使颗粒物污染成为严重的环境问题,对人体健康也造成了很大负荷。本研究通过对太原农村地区细颗粒物(fine particle,PM2.5)及其室内外灰尘进行采集,并对PM2.5中水溶性离子(Water soluble inorganic ions,WSIIs)、碳质组分(有机碳/元素碳,OC/EC)、重金属元素(Heavy metals,HMs),以及室内外灰尘中多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)进行了分析。结合气象因素和相关模型进行了来源解析,同时综合评价了PM2.5中HMs及室内外灰尘中PAHs对人体的健康风险。主要研究结果如下:(1)PM2.5年均浓度(109.6±45.0μg/m~3)约是我国《环境空气质量标准(GB3095-2012)》的3倍,采暖季节(147.5±54.7μg/m~3)是非采暖季节(83.4±29.8μg/m~3)的1.7倍;其中WSIIs约占PM2.5质量浓度的46.0±11.1%,OC/EC占24.1±11.5%,HMs占2.2%;通过质量守恒计算,可解释其74-99%的贡献,其中硫酸盐、硝酸盐、铵盐和有机物约占60%,矿质气溶胶和元素碳占15%,元素氧化物、生物质燃烧类氯离子和煤炭燃烧类钾离子合计占约10%。本地排放占主导地位,气象、地理因素起关键积极作用。(2)当地PM2.5中重金属元素对当地居民人体健康风险负荷较高。对于致癌风险,儿童通过直接摄入暴露于PM2.5中的Cr以及成人通过呼吸吸入、皮肤接触暴露于Cr的致癌风险值高于可接受阈值水平,儿童和成人通过直接摄入暴露于PM2.5中Pb的致癌风险值也超出风险阈值;对于非致癌风险,儿童和成人对于PM2.5中Mn的呼吸暴露、儿童对于Pb的直接摄入暴露以及儿童通过直接摄入暴露于Cr的非致癌风险值均高出1,说明具有较强的非致癌风险。(3)室外灰尘16种美国环境环保署(United States Environmental Protection Agency,USEPA)优控的PAHs范围为473.38-51766.35 ng/g(平均:9882.96 ng/g)。室内灰尘PAHs的总浓度为276.92-4026.84 ng/g(平均:1290.39 ng/g)。就环数组成而言,室外灰尘中PAHs以5环为主,室内灰尘中PAHs以3环为主。通过特征比值法(Diagnostic Ratios,DRs)可定性判断出该地各采样点灰尘中PAHs以燃烧源为主;进一步通过正定矩阵因子分析法(Positive Matrix Factorization,PMF)定量分析表明室外灰尘主要来源于煤焦源、机动车排放和化石燃料燃烧,其贡献率分别为26.3%、40.7%和33.0%;室内灰尘主要来源于石油(3.5%)、煤炭燃烧(14.7%)和生物质燃烧(81.8%)。(4)健康风险评估表明,总致癌风险值在10-5-10-2之间(>10-6),表明其有一定的风险,必须及时进行必要的风险管理。根据暴露途径的不同可知,就皮肤接触而言,暴露于室内外灰尘中PAHs的终身增量致癌风险(Incremental Lifetime Cancer Risk,ILCR)为1.72×10-5-1.22×10-3,经饮食摄入暴露于室内外灰尘PAHs的ILCR为1.08×10-5-8.81×10-4,经呼吸吸入暴露于室内外灰尘中PAHs的ILCR为2.68×10-10-5.35×10-8。与其他两种暴露途径相比,通过呼吸吸入灰尘颗粒几乎可以忽略不计。此外,成人经皮肤接触和呼吸吸入的ILCR值比儿童高,而儿童经饮食摄入途径的ILCR值略高于成人。
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