電子廢棄物拆解場地周邊PM2.5污染趨勢分析*

姚海燕，白建峰,顧衛華,李　洋

(1 上海第二工業大學電子廢棄物研究中心，上海　201209；2 上海電子廢棄物資源化協同創新中心，上海　201209)

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環境保護

電子廢棄物拆解場地周邊PM2.5污染趨勢分析*

姚海燕1,2，白建峰1,2,顧衛華1,2,李洋1,2

(1 上海第二工業大學電子廢棄物研究中心，上海201209；2 上海電子廢棄物資源化協同創新中心，上海201209)

從2013年冬季至2015年秋季對電子廢棄物拆解場地周邊進行大氣監測，對不同季節的大氣污染物PM2.5含量以及PM2.5中所含As、Cu、Cd、Pb、Zn等重金屬含量隨時間的變化做了污染分析。研究發現從2013年冬季至2015年秋季每個季度PM2.5含量的平均值分別為152.87、205.45、62.20、173.69、273.89、164.57、192.76、188.90 μg/m3，均超過了國家空氣質量二級標準(GB3095-2012)的濃度限值75 μg/m3，超標倍數分別為2.04、2.74、0.83、2.32、3.65、2.19、2.57、2.52倍。PM2.5中的各種重金屬元素在不同采樣點隨著季節的變化差異顯著，這和每個季節的不同風向以及拆解廠區的拆解工作有很大關系。由電子廢棄物拆解場地周邊PM2.5中重金屬的相關性分析可以初步推斷As、Cd、Cu和Pb、Zn可能來源相同。

電子廢棄物；PM2.5；重金屬；污染分析；相關性分析

在電子廢棄物拆解和回收處理過程中，重金屬會粘附于顆粒物進入環境中，對周邊的大氣環境造成嚴重的污染[1]。Deng等[2]調查發現貴嶼大氣PM2.5中重金屬Cu、Pb濃度高達126 mg/m3和392 mg/m3，是已有亞洲城市數據中記錄最高的數據。Leung等[3]在貴嶼地區電子廢棄物拆解車間外的主干道灰塵中檢測重金屬Cu、Pb、Ni的含量分別為6170、22600、304 mg/kg。Brigden等[4]調查的印度電子廢棄物拆解工廠灰塵中Pb、Cu、Ni的含量范圍分別為150～10900、168～6805、28～541 mg/kg。鄧晶晶等[5]通過研究發現，在電子廢棄物拆解場地灰塵中Cu、Pb含量分別為20268.75、8056.25 mg/kg，明顯高于周邊并隨距離變化，且Cu、Pb含量分別比上海高出近30倍和6倍。許振明等[6-7]對上海一家中型電子廢物回收企業進行了系統調查，研究發現廢棄印刷電路板的回收拆解行為會向周邊環境釋放出Cr、Cu、Cd、Pb等多種重金屬，對環境造成嚴重的污染。在電子廢棄物拆解處置過程中，高濃度的重金屬(Cd、Ni、Cu、Cr、Pb等)粘附于小顆粒，通過呼吸、飲水、沉降等各種方式進入各種生物體，對生物體的健康產生各種危害[8-10]。因此，對電子廢棄物場地周邊的大氣PM2.5監測非常有必要。目前，對電子廢棄物處置、處理過程中引起的污染問題的連續監測研究是不夠的，文章通過對采樣地點的連續監測分析各個季度的PM2.5及其中重金屬含量，為我國電子廢棄物拆解企業拆解過程重金屬排放提供基礎數據，為電子廢棄物處理行業在處理過程中的污染控制提供借鑒。

本文以上、下風向共6個采樣點PM2.5濃度隨時間的變化的測試數據為基礎，研究發現所采集的PM2.5樣品中所含As、Cu、Cd、Pb、Zn等重金屬的含量較高，故文中針對這5種重金屬元素進行污染分析，對電子廢棄物拆解場地周邊PM2.5含量、重金屬含量進行污染分析以此來探尋顆粒物中重金屬濃度的季節變化特征。

1　材料和方法

1.1大氣樣品的采集

采樣點設置在電子廢棄物拆解場地附近區域，采樣點的布設按照實際情況而定，共設置6個采樣點，離拆解場地的距離分別為東南方向1000 m、西南400 m、南500 m、廠區門口100 m、北1000 m、北400 m。采樣方位詳見圖1和表1。采樣時間從2013年冬季至2015年秋季，在每個季度進行采樣。該地域屬于亞熱帶季風氣候，春夏兩季以東南風為主，秋冬兩季以西北風為主，冬夏兩季干濕度不明顯。

圖1　電子廢棄物場地周邊PM2.5采集點示意圖

點位編號點位描述GPS定位S1電子廢物拆解地(東南側1000m)N:30°49'18″E:121°25'17″S2電子廢物拆解地(西南側400m)N:30°49'34″E:121°25'14″S3電子廢物拆解地(南側500m)N:30°49'08″E:121°25'15″S4電子廢物拆解地(廠區門口100m)N:30°49'25″E:121°25'14″S5電子廢物拆解地(北側1000m)N:30°49'30″E:121°25'15″S6電子廢物拆解地(北側400m)N:30°49'05″E:121°25'09″

采樣前須預先將石英纖維濾膜放在恒溫烘箱里60℃烘干24 h，采樣流量為100 L/min，使用中流量大氣顆粒物采樣器(山東嶗應2030型)對大氣中的PM2.5進行采集。采樣后將濾膜放入聚氯乙烯袋密封，拿回實驗室置于待測，在每個季度選取晴朗天氣各采集3次，取三次采樣平均值。

1.2大氣樣品的分析

采樣后把濾膜恒溫干燥箱(上海一恒科技有限公司，DHG-9070A)中干燥24 h，取出用百萬分之二天平(CPA26P)進行稱重，分別稱重3次，保持每次稱重誤差在0.2 mg以內(若超過，則重新稱重)，取3次稱量的平均值作為濾膜的重量。

取采集PM2.5樣品濾膜的1/4進行重金屬含量的分析。用塑料剪刀將濾膜剪至碎屑狀放入50mL試管中，加入王水10mL 置于水浴鍋中，在90℃下恒溫條件下加熱消解3 h后將溶液過濾定容至50mL，然后利用電感耦合等離子體原子發射光譜儀(ICP-AES,Thermo,A-6300)測定樣品中的重金屬元素總量含量。

同時，取與采樣相同的空白濾膜，按照上述過程消解空白樣品，測定其含量，減少實驗誤差。

2　結果與討論

2.1電子廢棄物場地大氣中PM2.5含量分析

對電子廢棄物場地周邊的PM2.5監測顯示，每個季度的PM2.5的質量濃度都有所變化，每個季度各采樣點的質量濃度是相近的(2015年秋除外)。但是每個季節的PM2.5含量是不同的。從圖2中可以看出，秋冬季節的PM2.5含量相對春夏兩季較高，可能與夏季后期采樣區域進入梅雨季節有關，降雨量比較大，帶走了部分顆粒物，使得顆粒物含量整體有所降低[11-12]。夏季的PM2.5含量的降低也可能與氣溫升高，大氣穩定度降低有關系[13]。2013年冬季至2015年秋季，每個季度的PM2.5含量的平均值分別152.87、205.45、62.20、173.69、273.89、164.57、192.76、188.90 μg/m3，除2014年夏季外，均超過了國家空氣質量二級標準(GB3095-2012)的濃度限值75 μg/m3，超標倍數分別為2.04、2.74、0.83、2.32、3.65、2.19、2.57、2.52倍。所有季度的平均值全部超過了美國環保署關于PM2.5的濃度限值35 μg/m3[14]。可能是由于該區域地處化學工業區，整個區域的PM2.5濃度較高。2015年秋季2號和5號采樣點的PM2.5濃度達到了449.1 μg/m3和314.22 μg/m3，可能與當時風向有很大關系。電子廢棄物拆解場地周邊PM2.5的研究結果相對貴嶼電子廢棄物拆解場地的PM2.5來說，含量相對較低[15]。但是顯著高于上海城市中徐家匯、臨安的PM2.5平均質量濃度131.6、83.5 μg/m3[16]。表明電子廢棄物的拆解活動給周圍的大氣環境帶來的污染更為嚴重。

圖2　不同季節PM2.5的質量濃度

2.2電子廢棄物場地大氣中各重金屬全量分布規律

從圖3中可以看出，電子廢棄物拆解場地周邊PM2.5中在不同季節的各重金屬全量分布規律如下：總體來看，As的含量隨著時間具有上升趨勢隨后稍有下降，Cd和Pb的含量基本上比較平緩，Cu的含量稍有下降，Zn的含量隨著時間增加比較明顯。As、Cd、Cu的含量基本上在2014年冬季達到最高，分別為18.50、1.87、22.18 ng/m3。As的含量是國家空氣質量標準的3.08倍，Cd、Cu的含量在國家空氣質量二級標準以內。Pb的平均質量濃度在2014年秋季達到最高，為24.42 ng/m3，在國家空氣質量二級標準以內。Zn的平均質量濃度在2015年春季達到最高，為335.80 ng/m3。對于2014全年來說，五種重金屬的含量分布為春夏兩季低于秋冬兩季。這可能是因為秋冬季節該地區主要季風為西北風，主風向上存在一些污染源，例如其他一些工業企業排放的污染物等被帶入廠區周邊。電子廢棄物廠區以及周邊冬季的一些采暖設施也有可能加重周邊大氣中重金屬的污染[17]。另外，每個季節重金屬含量的差異與各重金屬元素的土壤背景值有很大關系。

圖3　不同季節PM2.5中各重金屬平均質量濃度分布圖

2.3不同采樣點的重金屬濃度隨季節變化分布

圖4顯示的是不同采樣點的重金屬濃度隨著季節變化的分布圖，As、Cd、Cu、Pb、Zn各重金屬濃度的最大值分別出現在2014年春季4號位點，2014年冬季的4號位點，2014年春季4號位點，2014年秋季4號位點，2015年春季4號位點。總體來看，4號位點污染較為嚴重，可能由于離廠區的距離比較近。以2014年為例，春夏兩季，2、3位點的各重金屬含量普遍低于4、5、6位點，這是因為春夏兩季東南風為主導風向，4、5、6位點處于電子廢棄物拆解廠區的下風向，使得大氣PM2.5中重金屬的含量升高。秋冬兩季，2、3位點的重金屬含量普遍高于5、6位點，這是因為秋冬兩季西北風為主導風向，5、6位點處于拆解區場地的下風向，使得大氣PM2.5中重金屬的含量升高。這說明，隨著季節的變化，風向也說導致電子廢棄物拆解地周邊PM2.5中重金屬含量差異的一個關鍵性因素[18]。

圖4　不同采樣點的重金屬濃度隨季節變化分布圖

2.4相關性分析

根據相關性可以判斷土壤重金屬污染來源是否相同，且系數越大，表明重金屬元素的同源性越高[19]。大氣中PM2.5的來源主要有化工工業排放、交通污染以及燃煤供暖等[20]。表2中列出了電子廢棄物拆解場地周邊大氣PM2.5中重金屬含量在不同季節時的相關性系數，As-Cd、As-Cu、Cd-Cu之間的相關性最大值分別為0.826*、0.824*、0.728，Pb-Zn之間的相關性最大值達到0.861*。可以初步推斷As、Cd、Cu和Pb、Zn可能來源相同。PM2.5中的重金屬可能來源于電子廢物拆解處理場地，但是因該區域處于高速公路附近，也有部分可能來源于交通污染。

表2　PM2.5中重金屬元素相關系數

*代表在0.05水平(雙側)上顯著相關；**代表在0.01水平(雙側)上顯著相關。

3　結　論

(1)2013年冬季至2015年秋季，每個季度的PM2.5含量的平均值分別152.87、205.45、62.20、173.69、273.89、164.57、192.76、188.90 μg/m3，除2014年夏季外，均超過了國家空氣質量二級標準(GB3095-2012)的濃度限值75 μg/m3，超標倍數分別為2.04、2.74、0.83、2.32、3.65、2.19、2.57、2.52倍。

(2)研究表明在春夏兩季，2、3位點的各重金屬含量普遍低于4、5、6位點，這是因為春夏兩季東南風為主導風向，4、5、6位點處于電子廢棄物拆解廠區的下風向，使得大氣PM2.5中重金屬的含量升高。秋冬兩季，2、3位點的重金屬含量普遍高于5、6位點，這是因為秋冬兩季西北風為主導風向，5、6位點處于拆解區場地的下風向，使得大氣PM2.5中重金屬的含量升高。電子廢棄物的拆解工作給周邊大氣PM2.5帶來了不同程度的重金屬污染。

(3)電子廢棄物拆解場地周邊大氣PM2.5中重金屬含量在不同季節時的相關性系數表明，As-Cd、As-Cu、Cd-Cu之間的相關性最大值分別為0.826*、0.824*、0.728，Pb-Zn之間的相關性最大值達到0.861*。可以初步推斷As、Cd、Cu和Pb、Zn可能來源相同。

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Pollution Trend Analysis of Heavy Metals in PM2.5around E-waste Disposal Site

YAO Hai-yan1,2,BAI Jian-feng1,2,GU Wei-hua1,2,LI Yang1,2

(1 WEEE Research Center,Shanghai Polytechnic University,Shanghai 201209; 2 Collaborative Innovation Center of WEEE Recycling,Shanghai 201209,China)

The atmosphere of e-waste dismantling space surrounding was monitored from winter 2013 to autumn 2015.PM2.5samples were collected near the e-waste disposal area.The concentrations and pollution levels of PM2.5in different seasons were investigated and analyzed.The concentrations of As,Cu,Cd,Pb,Zn in PM2.5in different seasons were also analyzed.Results showed that the average concentrations of PM2.5from winter 2013 to autumn 2015 were 152.87,205.45,62.20,173.69,273.89,164.57,273.89,164.57 μg/m3,separately.The results exceeded the limit concentration 75 μg/m3of the national air quality standard (GB3095-2012).The concentration exceeded the national standard value in 2.04,2.74,0.83,2.32,3.65,2.19,2.57,2.52 times,separately.The pollution trend of the heavy metals with the seasons change in different sampling points were different,it may be contact with the wind directions in different seasons and the dismantling work in e-waste disposal site.The correlation analysis of heavy metals speculated that the source of the heavy metals As,Cd,Cu and Pb,Zn may come from the electronic waste pollution,which produced in the process of dismantling.

e-waste; PM2.5; heavy metal; pollution analysis; correlation analysis

國家自然科學基金項目(21307080)；上海市知識服務平臺項目(ZF1224)；校重點學科建設項目(XXKYS1404)；上海第二工業大學研究生項目基金(A30NH1513012)。

姚海燕(1988-)，女，研究方向：電子廢棄物資源化技術。

白建峰(1978-)，男，副教授，研究方向：電子廢棄物資源化、環境微生物學、污染土壤修復與治理等。

X513

A

1001-9677(2016)011-0175-05