重慶某再生鉛企業周邊鉛塵污染分析與評價

孫榮基，馮裕釗，李洪魯，張小琴（.后勤工程學院 建筑規劃與環境工程系，重慶 403；.國家救災應急裝備工程技術研究中心，重慶 403）

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重慶某再生鉛企業周邊鉛塵污染分析與評價

孫榮基1，馮裕釗1，李洪魯1，張小琴2
（1.后勤工程學院 建筑規劃與環境工程系，重慶 401311；2.國家救災應急裝備工程技術研究中心，重慶 401311）

摘要：以重慶市某再生鉛企業周邊為研究區域，根據當地氣象與地形條件確定采樣點，依據《環境空氣質量手工監測技術規范》采集該區域的空氣樣本，依據《環境空氣 鉛的測定 火焰原子吸收分光光度法》測定樣本中鉛塵的濃度，分析了鉛塵的空間分布特征及其影響因素。鉛污染指數法評價結果表明，廠區周邊環境空氣中普遍存在著較嚴重的鉛塵污染。重金屬健康風險模型（CDI）評價結果表明，鉛塵致癌風險指數范圍2.05×10-6～1.51×10-5，非致癌風險度范圍為0.012～0.031。基于IEUBK模型的健康風險評價表明，研究區域內兒童受體中血鉛濃度超過100μg/L 的概率為99.756%，存在較高的環境健康風險。

關鍵詞：再生鉛；鉛塵；空氣污染；風險評價

近年來，全球再生鉛的產量逐年上升，原生鉛的產量逐漸下降，許多國家再生鉛的產量已超過了原生鉛產量［1］。再生鉛的原料包括廢舊鉛酸蓄電池、電纜護套、鉛管、鉛板及鉛制品在加工過程中產生的廢碎料等，其中主要原料是廢蓄電池［2］。

重慶大足某再生鉛企業主要從事廢舊鉛酸電池回收生產鉛錠，項目工藝包括廢舊鉛酸電池預處理、脫硫、鉛熔煉和鉛精煉，鉛熔煉和鉛精煉是產生鉛塵污染的主要工藝單元［3-5］。鉛熔煉污染源主要有上料廢氣、熔煉煙氣和出鉛煙氣。污染物主要是燃料燃燒產生的煙氣，原料鉛在熔煉過程中因高溫熔煉產生的鉛蒸汽，以及SO2和被煙氣帶出的顆粒物［6］。熔煉爐煙氣經過二道爐，將煙氣中未完全氧化的還原性氣體燃燒完全，燃燒后的煙氣經水冷降溫降至400 ℃，與精煉廢氣和鉛錠澆鑄廢氣混合后，進一步將溫度降至120 ℃以下，最終由50 m高煙囪高空排放。粗鉛熔煉時有一定數量的鉛呈蒸汽狀態逸出［7］，鉛蒸汽在溫度降低時很快氧化，冷凝形成氣溶膠，形成鉛煙，鉛煙的主要成分是氧化鉛［8］。精煉工藝大氣污染源產生源為天然氣燃燒煙氣、精煉廢氣和鉛錠澆鑄廢氣。鉛液精煉過程中溢出的鉛蒸汽和鉛錠鑄造過程中產生的煙氣經集氣罩收集后，與熔煉部分的煙氣混合，進入同一煙氣凈化系統凈化處理。萬文玉［9］對該類型再生鉛冶煉過程鉛物質流核算的研究表明，鉛污染主要來自熔煉工序爐渣和鉛塵的排放。

鉛塵顆粒直徑大部分在0.1 μm左右，屬于呼吸性粉塵，對人體危害極大［10］。有資料表明：當空氣中鉛的濃度達到千萬分之一，人體血液中含鉛量超過0.1～0.15 mg/L時，就會對人體產生危害，引起鉛中毒［11］。鉛是通過呼吸道、消化道進入機體，在人體半衰期可長達20年，其含量隨年齡增長而增加［12］。研究表明，在環境鉛污染越嚴重的地方，兒童智力低下的發病率越高，兒童血鉛水平每上升 100 μg/L，智商就會下降6～8分。國內外的報道中尚未有以再生鉛企業周邊鉛塵污染為對象的研究。因此，本研究主要分析了某再生鉛企業周邊鉛塵污染狀況，并采用合理的評價方法進行評價，以期為保護企業周邊居民健康和環境管理提供依據。

1　實驗部分

1.1實驗儀器

本研究中所使用的儀器主要包括樣本采集和樣本分析兩個部分。樣品采集的儀器有：切割粒徑D50=100 μm 的顆粒物切割器、超細玻璃纖維濾膜（0.3 μm標準粒子的截留效率不低于99%）、濾膜夾和青島嶗山電子儀器公司生產的 KC-120型智能中流量TSP采樣器。樣本分析的儀器有：4號多孔玻璃過濾器、原子吸收分光光度計及相應的輔助設備。

1.2樣品采集

根據大足氣象局提供的統計資料，當地常年主導風向東北風（風頻為9.0%）、次主導風向為北北東風（6.01%），靜風頻率為49.377%。因此，根據《環境空氣質量手工監測技術規范》（HJ/T 194--2005）相關要求，將采樣點主要設置在北東和北北東兩個方向，同時在西南、東南方向設置兩組對照采樣點。分別在距離煙囪100、300、500、1 000、1 500、2 000、2 500、3 000 m處設置采樣點。每個采樣點連續采樣3 d，每天采樣10 h（8：00-18：00）。共收集樣品32組，主導風向、次主導風向和兩個非主導風向各8組樣品。

采樣前取直徑110 mm的超細玻璃纖維濾紙，放在天平室內干燥器中平衡6 h。采樣時用鑷子將濾紙固定在采樣濾紙夾上，裝好采樣器，采樣器放置高度為3～5 m，相對高度為1～1.5 m。以15 m3/h流量，采氣10 h。采樣過程中用流量調節孔隨時調到所指定的流量。流量乘以采樣時間為采樣體積（m3）。每次采樣完成后，小心取下濾膜，將濾膜對折兩次疊成扇形，放回塑料袋中，并詳細記錄采樣時間、溫度、風速、氣壓、樣品體積等采樣條件。

1.3樣品分析

1.3.1繪制標準曲線

按照表1配制6種不同濃度的含鉛溶液，采用火焰原子吸收分光光度法測定不同濃度含鉛溶液的吸光度。實驗結果見表1，標準曲線擬合見圖1。

表1　標準曲線數據Table 1　The data of standard curve

圖1　標準曲線擬合Fig.1 The fitting of standard curve

標準曲線線性回歸方程式為y=0.0198x +0.013，相關系數R2=0.9953，表明該標準曲線能夠較好地擬合原始數據，因此，該標準曲線可以應用到研究中。

1.3.2干擾及其消除

對于火焰原子吸收法，在實驗條件下，銻在波長217.0 nm處有吸收會干擾測定，但在283.3 nm處銻不會干擾測定。因此，本研究所使用的波長在283 nm左右。

1.3.3樣品處理

樣品處理依據《環境空氣 鉛的測定 火焰原子吸收分光光度法》（GB/T15264-94）。將樣品濾膜置于高型燒杯中，加入10 mL硝酸-過氧化氫混合溶液浸泡2 h以上，微火加熱到沸騰，保持微沸10 min，冷卻后加入過氧化氫10 mL，沸騰至微干，冷卻，加硝酸溶液20 mL，再沸騰10 min，熱溶液通過多孔玻璃過濾器，收集于燒杯中，用少量熱硝酸溶液沖洗過濾器數次。待濾液冷卻后，轉移到50 mL容量瓶中，用硝酸溶液稀釋至標線。取同批號等面積空白濾膜，按上述方法，制成空白溶液。

1.4計算和結果表示

根據所測的吸光度值，在標準曲線上查出試料溶液和空白溶液的濃度，并由下式計算空氣中鉛的含量。

式中：c為鉛及其無機化合物濃度，mg m3；a為試料溶液中鉛的濃度，μg mL；b為空白溶液鉛的濃度，μg mL；V試料溶液體積，mL；Vn換算成標準狀態下的采樣體積，m3；St試料濾膜總面積，cm3；S為測定時所取濾膜面積，cm2。

1.5評價方法

目前，對于鉛塵污染尚未有統一的評價方法，常用的方法有鉛污染指數法［13］，重金屬健康風險評價法［14］，積累指數法［15］，潛在生態風險評價法［16］等。本文主要采用鉛污染指數法和健康風險評價法對研究區域鉛塵污染現狀進行評價。

1.5.1鉛污染指數評價

鉛污染指數依據公式（2）進行計算。

式中：P為鉛的污染指數；c為鉛塵濃度實測值；S為鉛污染的臨界值，根據《中國環境空氣質量標準》（GB 3095-2012），鉛季平均最高允許濃度值為1.0 μg/m3，本文取S=1.0 μg/m3。

2.5.2鉛塵污染健康風險評價

單學科服務產品一般會在本領域內會盡量匯總高質量資源與全文，保障更新速度，以求滿足領域內最新最重要的研究需求；

鉛塵主要通過口、皮膚接觸和呼吸進入人體。健康風險評價模型CDI適用于通過口鼻攝入和皮膚暴露等多種途徑進入人體后所引起的健康風險，包括致癌物引起的致癌風險以及非致癌物引起的非致癌風險。同時，本文參照《污染場地風險評估技術導則》（HJ25.3-2014）和美國環保署開發的血鉛評價模型進行鉛污染健康風險評價。

2　結果與分析

2.1鉛塵空間分布及分析

根據式（1）計算各采樣點濃度，結果如表 2所示。

表2　各采樣點鉛塵濃度Table 2　Lead dust concentration at each sampling point

由表 2 可知，采樣點鉛塵濃度范圍為 2.43～15.1 μg/m3，均大于重慶市環境空氣鉛塵背景值。同等距離的主導風向（東北、北北東）鉛塵濃度遠遠大于非主導風向（西南、東南）。主導風向濃度變化大（東北方向濃度范圍2.91～15.1 μg/m3，北北東方向濃度范圍2.43～14.52 μg/m3），非主導風向濃度變化小（西南方向濃度范圍2.05～8.56 μg/m3，東南方向濃度范圍2.14～7.99 μg/m3）。主導風向隨著距離的增加鉛塵濃度先增大后減小，非主導風向隨著距離的增加鉛塵濃度逐漸減小。

廠區周邊環境空氣中鉛塵濃度主要與風向、距離和無組織排放有關。從表2中可以看出，同等距離不同方向的采樣點的濃度有著明顯的差別，位于主導風向上的采樣點濃度遠遠高于位于非主導風向上的采樣點濃度，這表明當地風向對廠區周圍鉛塵濃度有很大的影響。同時，經分析發現，廠區周邊環境空氣鉛塵濃度與距離呈現顯著負相關關系，相關系數為0.721。同時，由于生產過程不規范和環境保護措施不到位，存在許多無組織排放，在距離廠區較近的地方鉛塵濃度包括有組織排放和無組織排放兩部分，該區域內的鉛塵濃度遠遠高于其他區域。

2.2鉛污染指數評價

根據公式（2）計算鉛污染指數。由計算結果可知，主導風向鉛污染指數為2.43～15.1，非主導風向鉛污染指數為2.14～8.56。在廠區周圍3 000 m范圍內，均存在不同程度的鉛污染（鉛污染指數＞1）。非主導風向的鉛污染程度明顯大于非主導風向，主導風向在1 000 m范圍內鉛污染較為嚴重（鉛污染指數＞7），非主導風向在100 m范圍內污染較為嚴重。由鉛污染指數可以看出，廠區周邊環境空氣中普遍存在著鉛污染，遠遠超過環境空氣質量標準規定的上限。

首先采用重金屬健康風險評價模型CDI對各采樣點進行重金屬健康風險評價。其中，鉛塵的攝入量為經過口鼻和皮膚接觸的攝入量之和，評價結果見表 3。從表 3 可知，各采樣點鉛塵致癌風險指數（RISKI ）范圍2.05×10-6～1.51×10-5，美國EPA在國家風險計劃中確定污染致癌風險指數為10-6作為治理的標準，本研究中所有采樣點均超過此標準；非致癌風險度（RISKQ）范圍為0.012～0.031。本研究只考慮了口鼻和皮膚的攝入量，沒有考慮食物富集的攝入量，所以應采取相應措施降低鉛塵濃度，防止因污染加重危害居民健康。

表3　CDI模型評價結果Table 3　The evaluation results of CDI Model

其次采用IEUBK（integrated exposure uptake bio kinetic model for lead）模型對鉛塵進行健康風險評價。模型參數通過采樣檢測、文獻查詢和調研的方法確定，這里的參數是指暴露參數和人體生理參數。暴露參數是描述人體經消化道、呼吸道和皮膚暴露于環境污染物的行為和特征的參數。受人力和客觀條件的限制，本研究僅對研究區域環境空氣鉛塵含量進行檢測，其他環境介質鉛含量通過文獻和手冊獲取。土壤鉛含量參照重慶市土壤鉛背景值 22.20 mg/kg［17］，飲用水鉛濃度參照《重慶嘉陵江流域水中有毒重金屬鉛、鉻的研究》中嘉臨江水中鉛含量4 μg/L。根據蔣寶［18］等對西南地區的兒童行為模式的IEUBK本土化研究，楊彥［19］等對拆解電池污染場地健康風險的研究成果，對 IEUBK涉及到的食物、飲水、土壤、灰塵鉛含量及孕婦血鉛等參數進行選定。

將采樣區域鉛塵濃度均值輸入 IEUBK模型，計算人體血鉛濃度超過100 μg/L的概率，結果見圖2。圖中的曲線為血鉛概率密度曲線，圖中垂直 X軸的直線為觀測線，設定為100 μg/L，通過觀察線計算一定暴露條件下，兒童體內血鉛含量高于該水平的概率。計算結果顯示研究區域內兒童受體中血鉛濃度超過100 μg/L的概率為99.756%，大于安全概率 5%，場地中鉛污染的區域存在較高的環境健康風險。

圖2　IEUBK模型結果輸出圖Fig.2 The output graph of IEUBK Model

3　結 論

（1）該廠區周圍環境空氣中鉛塵濃度范圍為2.05～15.1 μg/m3，遠遠高于重慶市環境空氣背景值。鉛塵濃度分布主要與風向和距離密切相關，具體來說，主導風向濃度大于非主導風向濃度，鉛塵濃度與距離呈現顯著負相關關系。

（2）鉛污染指數評價表明，整個研究區域內都存在著鉛污染，且部分區域鉛污染較為嚴重，主導風向在1 000 m范圍內鉛污染較為嚴重（鉛污染指數＞7），非主導風向在100 m范圍內污染較為嚴重。

（3）重金屬健康風險模型CDI評價結果表明，各采樣點鉛塵致癌風險指數（RISKI ）范圍2.05×10-6～1.51×10-5，高于美國EPA規定的10-6標準，非致癌風險度（RISKQ）范圍為0.012～0.031。研究中只考慮了口鼻和皮膚的攝入量，忽略了食物富集的攝入量，因而，其實際風險應高于本研究結果。

（4）基于IEUBK模型的健康風險評價表明，研究區域內兒童受體中血鉛濃度超過100 μg/L的概率為99.756%，大于安全概率5%，存在較高的環境健康風險。

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Analysis and Evaluation of Lead Dust Pollution Around a Secondary Lead Enterprise in Chongqing

SUN Rong-ji1，FENG Yu-zhao1，LI Hong-lu1，ZHANG Xiao-qin2
（1.Dept.of Architecture Planning & Environmental Engineering，LEU，Chongqing 401311，China；
2.National Disaster Relief Emergency Equipment Engineering Technology Research Center，Chongqing 401311，China）

Abstract：Taking the surrounding of a secondary lead industry in Chongqing as research area，the sampling points were determined according to the local weather and terrain conditions，samples of air were collected based on the manual methods for ambient air quality monitoring，the concentration of Pb in dust samples was measured based on the Ambient air- Determination of lead-Flame Atomic Absorption spectrophotometric method，and the space distribution characteristic of lead dust was analyzed as well as its influence factors.The evaluating results of lead pollution index method indicate that，there is serious pollution of lead dust in ambient air.The results of Chronic Daily Intake （CDI） model show that，the carcinogenic risk index of lead dust ranges from 2.05×10-6to 1.51×10-5，the no carcinogenic risk index ranges from 0.012 to 0.031.The assessment results based on the IEUBK model reveale that，the probability of lead concentration in blood more than 100μg/Lis 99.756%，the children in the study region are at a higher risk of environmental health.

Key words：Secondary lead；Lead dust；Air pollution；Risk assessment

中圖分類號：TQ 028

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0085-04

收稿日期：2015-09-15

作者簡介：孫榮基（1988- ），男，河南信陽人，2013年畢業于解放軍后勤工程學院營房管理專業，現就讀于中國人民解放軍后勤工程學院環境科學與工程專業，碩士，研究方向軍事環境監測與評價。

通訊作者：馮裕釗，教授，工學博士，碩士研究生導師，長期從事環境影響評價教學科研工作。電子郵箱：1297345332@qq.com。