铅冶炼污染区大气沉降物中重金属风险研究

发布时间：2020-08-04 14:13

【摘要】：河南省是我国重要的铅生产省份。铅冶炼已经导致河南省某些农田土壤重金属含量超标,并且威胁到附近居民的身体健康。呼吸和摄入是冶炼污染区居民摄入重金属的主要途径,但河南省铅冶炼区大气颗粒物对居民的健康风险尚无研究。本研究通过采集距离铅冶炼企业不同距离处灰尘,研究不同粒径样品中重金属及入肺颗粒物中重金属的风险,对济源市铅冶炼区居民通过呼吸作用和消化作用摄入重金属的数量及风险进行评估;研究另外采集不同时间段济源市不同污染特征区域的大气干湿沉降样品,通过测定降尘中重金属的全量来探讨大气降尘中重金属的变化规律以及大气降尘对土壤中重金属的贡献量。研究得出主要结果和结论有,(1)不同污染特征区域窗台灰尘中重金属含量的研究表明,铅冶炼污染区粒径为10-45 μm 样品中 Pb、Cd、Cu、Zn 和 As 的平均含量分别为 28205、1222、1969、6292和1922 mg· kg-1,污染区粒径10 μm样品中Pb全量最高值达到了 70545 mg kg-1,远远超过土壤环境质量二级标准。济源污染区和济源市区样品中重金属主要分布在粒径为10-45和10 μm的细颗粒物中,渑池地区样品中除Pb在粒径10 μm样品中含量最大外,其它元素均以粒径45 μm样品中含量最大。模拟肺液提取结果表明,不同元素的生物可给性分数不同。济源污染区Cu的生物可给性分数最大(36.5%),而Pb的生物可给性分数最小仅为0.04%。不同污染特征区域粒径10 μm样品中Pb的生物可给性浓度均在50 mg·kg-1左右。人体健康风险结果表明,当采用重金属全量计算危险商和致癌风险时,济源污染区灰尘中重金属对人体的危险商总和最大值达到了 0.67,而且Cd的致癌风险为5.27×10.4,超出了安全限值106-10-4。而采用生物可给性浓度计算时结果要比采用重金属全量的计算结果小2-3个数量级,各重金属元素未对人体造成非致癌风险和致癌风险。(2)采用扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱对灰尘中铅形态进行分析,结果表明,不同污染特征区域灰尘中铅形态差异主要是矿物吸附态铅和有机结合态铅含量的差异。渑池地区样品中铅的形态主要是有机结合态铅,比例在85%左右,其余的为少量的PbS;济源污染区样品中铅的形态主要是PbS、PbSO4和矿物吸附态铅,比例分别为20%、20%和40%;济源市区样品中铅的形态主要是矿物吸附态铅,比例在70%左右,其余为PbS和Pb3(PO4)2。(3)不同污染特征区域粒径10 μm的窗台灰尘样品中重金属的肺部生物可给性分数结果表明,Cu的生物可给性分数最大(45.3%-75.8%),而Pb的肺部生物可给性分数最小(0.178%-0.735%)。与模拟肺液提取结果相比,在胃阶段这四种重金属元素的生物可给性分数要高很多,不同污染特征区域样品中这四种重金属的生物可给性分达到了 32.3%-98.8%。除Pb外,不同污染特征区域样品中各元素的生物可给性分数均表现为济源污染区济源市区对照区。在济源污染区,样品中Pb的生物可给性分数最低(68.5%),Cd、Cu和Zn的生物可给性分数较大,分别为98.8%、91.6%和93.9%。模拟胃肠阶段不同污染特征区域样品中这四种重金属的生物可给性分数均明显下降,Pb、Cd、Cu 和 Zn 分别下降了 65.6%-81.6%、55.5%-88.1%、51.9%-72.6%和 25.0%-87.8%。人体健康风险结果表明,不同污染特征区域成人和儿童的危险商和致癌风险排序均为济源污染区济源市区对照区,Cd和Pb为主要元素,并且儿童所受到的影响要高于成人。呼吸吸入途径暴露颗粒物中重金属对三个地区的成人和儿童均未造成非致癌风险和致癌风险。对于成人来讲,摄入途径暴露颗粒物中重金属对人体所造成的危险商均低于安全限值(HQ=1),但是由于受到Cd和Pb的影响,济源污染区成人受到的非致癌风险之和为0.987,接近安全限值1。但是,摄入途径暴露颗粒物中重金属对济源污染区(7.05)和济源市区(2.20)的儿童所造成危险商总和均超过安全限值1。(4)2017年8月-2018年1月济源市不同采样点大气沉降样品中重金属含量结果表明,各采样点重金属含量排序均为PbZnCuAsCd。济源污染区降尘样品中Pb、Cd、Cu、Zn和As含量最大值分别为7371、229、879、2860和414 mg kg-1,均出现在冬季(12月和1月)。距离河南豫光金铅冶炼厂1km处大气降尘中Pb、Cd、Cu、Zn和As沉降量分别为51.7、1.41、4.77、15.5和1.98 kg·(km2·30d)-1,明显高于距离冶炼厂 24.5 km 处对照点的沉降量(12.3、0.0849、0.707、2.30 和 0.296 kg(km2·30d)-1)。由于大气沉降导致冶炼厂附近0-20 cm农田中Pb、Cd、Cu、Zn和As增加量分别为2.38、0.065、0.220、0.716和0.008 mg·(kg·a)-1,大气降尘中的Cd对农田的污染速度是最快的,风险也最大。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X758
【图文】：

济源市,污染区,渑池,窗台

岁以下儿童一共有４５２人，只有１人血铅正常。另外济源市三家大型铅冶炼企业周边１００ｍ范围内的１０个村北列为防护区，区内１４岁以下３１０８名儿童中，有１００８人血铅值２５０邋ｕｇｌ－１以上Ｉ７９］。一般来说，大气颗粒物主要通过无意摄入和呼吸作用进入人体，附在小颗粒物上的重金属极易沉积在肺泡区，危害人体的呼吸系统１？。但是，目前对源市污染区域人体通过呼吸系统摄入重金属的数量研宄尚未开展。如何利用体外试验宄铅冶炼污染区大气颗粒物中重金属的吸入生物有效性，探讨人体重金属暴露水平，应用于人体健康风险评价是一个亟待解决的问题。本研宄通过对不同污染特征区域的气颗粒物样品进行处理，利用模拟肺液方法探讨污染物中重金属的吸入生物有效性以大气颗粒物对人体重金属暴露的贡献，评价不同地区人体健康风险。另外，通过测定同粒径颗粒物中的重金属全量，探讨不同粒径颗粒物中重金属的富集程度。逡逑２．邋２材料与方法逡逑２．２．１采样点介绍逡逑

超纯水,样品处理,流程图,湿法提取

筛子孔径分别为丨ｍｍ、５００邋ｉ＾ｎｉ、２５０邋丨２５邋ｐｍ和４５邋｜＾ｍ，筛分结束后对不同粒径的逡逑样品称重装袋。粒径＜４５邋ｐｍ的样品采用湿法提取得到粒径＜１０邋ｐｍ的样品阳１，称重后装逡逑袋待测。样品具体处理流程如图２所示。逡逑样品湿法提取的主要步骤为：逡逑（１）

生物可给性,全量,污染特征,浓度

全量；△：生物可给性浓度）。ＪＰ－采集自济源市某铅冶炼厂附近的样品；ＪＵ－采集自济源市区的样品；逡逑ＭＣ－采集自渑池城乡结合部的样品。逡逑不同污染特征区域粒径＜１０逦样品中重金属的生物可给性浓度变化不同（图３）邋＾逡逑从图３ａ可以看出，除济源市区ＪＵ４样品中Ｐｂ的生物可给性浓度较低外，济源污染区、逡逑济源市区和渑池样品中Ｐｂ的生物可给性浓度相差不大。从图３ｂ可知，不同污染特征区逡逑域样品中Ｃｄ的平均生物可给性浓度表现为：济源污染区＞济源市区＞渑池。济源污染区逡逑样品中Ｃｄ的生物可给性浓度平均值约是济源市区样品中Ｃｄ的生物可给性浓度平均值逡逑的３倍，约是渑池样品中Ｃｄ生物可给性浓度平均值的１４倍。从图３ｃ可以看出，济源逡逑污染区和济源市区样品中Ｃｕ的生物可给性浓度明显大于渑池样品中Ｃｕ的生物可给性逡逑浓度。济源污染区和济源市区样品中Ｃｕ的生物可给性浓度平均值约是渑池样品中Ｃｕ逡逑的生物可给性浓度平均值的２９倍和１３倍。从图３ｄ可以看出，同样地，济源市区样品逡逑ＪＵ４的Ｚｎ生物可给性浓度明显高于其它区域样品中Ｚｎ的生物可给性浓度。济源市区样逡逑品中Ｚｎ的生物可给性浓度平均值约是济源污染区样品中Ｚｎ的生物可给性浓度平均值的逡逑１．５倍，约是渑池样品中Ｚｎ的生物可给性浓度平均值的６．５倍。逡逑从不同污染特征区域粒径＜１０邋ｐｍ样品中重金属全量和生物可给性浓度结果可以看逡逑出，不同区域样品中Ｃｄ，Ｃｕ和Ｚｎ的生物可给性浓度与样品中重金属的全量变化趋势逡逑相同。例如

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