工业城市道路和室内灰尘的物质组成特征及其健康风险评估

发布时间：2020-06-26 18:01

【摘要】：人类活动会导致水、土壤和空气等方面的环境问题。当前环境问题正同时困扰着发达国家和发展中国家。在各类环境问题中,空气污染被认为是导致现代社会健康问题的重要原因之一,因而被归类为五大环境污染之一。在多种导致空气污染的污染物中,灰尘是当前最为关注的污染物。它的产生是存在于多种材料加工过程中,如对矿物、岩石和金属材料的破碎与研磨,爆破,建筑,拆毁,释放的固体颗粒。由于吸收了大量潜在毒性元素,炭黑以及纳米颗粒,人类聚居地环境中的大气灰尘颗粒将会导致一系列的环境问题。本次研究收集了四种不同的灰尘颗粒物442个,其中包括道路灰尘样品(162个),室内空调滤网灰尘样品(110个),居民头发样品(85个)和居民指甲样品(85个)。通过运用多种技术手段(ICP-MS,SEM/TEM/EDS/SAED,XRD,TOR,EDS,XPS,BET,Elemental analyzer and particle size analyzer)分析了灰尘样品的物质组成和20种潜在有毒元素,研究了物质组成特征和元素的污染程度,表征了炭黑与纳米级灰尘颗粒的形态,并对其可能导致的健康风险做出了评价。针对头发和指甲样品,我们采用了 ICP-MS分析了其中的元素组成,并对其进行了健康风险评价。通过研究发现,研究区道路灰尘样品中绝大多数元素的平均含量要高于城市工业区。而在城市中心区的灰尘样品中,As,Sn,Cu和Pb的含量分别2.05,1.67,1.47和5.99倍高于城市工业区。地球化学累计指数(Igeo)显示,Pb,As和Ga在城市工业区的灰尘中呈现中度-重度污染。而在城市中心区中,Cu,Zn,Sb和Ga显示中度-重度污染。对空调滤网灰尘样品的分析表明Al,As,Cd,Cu,Li,Pb,Sb,Se,Sn,Ti,V和Zn均超过环境背景值,其中重金属Pb,As,Sn,Sb,Cd被划分为Igeo四类污染。本次研究得到炭黑颗粒的背景浓度为126 mg g-1。炭黑颗粒物与潜在有毒元素总量间存在显著正相关(R2= 0.79)。炭黑颗粒的粒径分布及随高度的变化而呈现出差异:绝大多数颗粒粒径大于100μm地,并随着距离地面高度增加而显著降低。此外,灰尘与炭黑颗粒的粒径都显示其与潜在有毒元素含量存在显著负相关。XPS测试表明上述灰尘与炭黑颗粒中最主要的成分为Ti02,Ti-O-N,As2O3,Fe+3,Fe+2,Al-OH 和 Al2O3,而SEM/TEM-EDX的扫描分析则表明As,Pb,Si和Fe则是纳米级颗粒物中的主要金属污成分。对居民头发和指甲的元素成分分析表明,样品中潜在有毒元素含量由高到低依次排列分别是ZnMgFeCrAlSnSrTiCuAsCd 和 MgZnFeCrA1SnTiCuSrAsCd。总体上,潜在有毒元素在女性身体中的含量水平高于男性。对于绝大多数样品中潜在有毒元素的含量超过规定的人体最大耐受量。对上述样品中有毒元素的非致癌物健康风险评价则表明,本次研究的20种潜在有毒元素对城市中心,郊区及工业区的健康影响较小,致病风险低。除Cr外(HI=1.06E+00),其它元素的相关暴露途径(呼吸,食入与皮肤接触)的HI与HQ指数均1。同时,上述潜在有毒元素则发现其对于儿童的治病性要高于成人。不同暴露途径的健康风险排序依次为HQingHQdermalHQinh。有毒元素As,Co,Cr,Ni和Pb在研究区无致癌风险。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X513


本文编号：2730688