生活垃圾重金屬對環衛工人身體健康影響研究

唐志華,呼和濤力,劉敏茹,尹 華,郭華芳,熊祖鴻,陳 勇,

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生活垃圾重金屬對環衛工人身體健康影響研究

唐志華1*,呼和濤力2,劉敏茹1,尹 華1,郭華芳1,熊祖鴻1,陳 勇1,2

(1.中國科學院廣州能源研究所,廣東 廣州 510640；2.常州大學,江蘇 常州 213164)

以珠江三角洲5市(廣州、深圳、佛山、惠州和肇慶)生活垃圾為研究對象,分析了55個生活垃圾樣品的干基組分及典型重金屬(As、Cd、Hg、Cr和Pb)的含量,采用主成分因子分析探論重金屬的主要影響因素及可能來源,并結合人體健康風險評價模型,用蒙特卡洛模擬定量評價生活垃圾收運、分類及處理各環節環衛工人的健康風險.結果表明,珠江三角洲5市生活垃圾中As、Cd、Hg、Cr和Pb的濃度分別為(4.49±1.18), (1.95±1.96),(0.41±0.60),(147.28±160.48)和(121.59±199.42) mg/kg;生活垃圾中Hg和Pb可能主要來源于金屬制品和鍍金材料;Cd和Cr可能主要來源于金屬制品、鍍金材料、快餐垃圾和包裝垃圾;As可能主要來源于生活垃圾中的沙土和草木組分.生活垃圾的收運、分類及處理環節,街道清掃保潔工人、分類收運工人和填埋處理工人的非致癌風險基本不用考慮,但致癌風險很高,致癌風險指數最高可達安全閾值的6倍,主要風險暴露途徑為手-口攝入(非食物途徑);垃圾焚燒處理工人的非致癌風險和致癌風險均很高,非致癌風險和致癌風險指數最高值分別約為安全閾值的11倍和90倍,主要風險暴露途徑為手-口攝入和呼吸吸入;相同暴露環境下,女環衛工人的非致癌風險和致癌風險概率均略高于男環衛工人.因此,生活垃圾收運、分類及處理環節需做好安全防范措施,對重金屬人體暴露途徑進行阻隔.

生活垃圾；重金屬；暴露途徑；環衛工人；健康風險

生活垃圾中的有毒重金屬含量不僅是影響垃圾處理工藝的重要指標[1-4],也是危害人類健康與生態環境安全的主要因素[5-8].環衛工人負責生活垃圾的收集、分類、運輸與處理,由于長時間、高頻率暴露于生活垃圾中,其身體健康狀況逐步引起社會的廣泛關注[9-10].As、Cd、Hg、Cr和Pb是生活垃圾中毒性排前五的重金屬元素[11],研究其給環衛工人帶來的健康風險,對有效保護環衛工人健康具有重要意義.

生活垃圾中包含大量有毒重金屬,可通過多種暴露途徑誘發癌癥和其他疾病[9,12].前人對我國多個城市生活垃圾的重金屬含量特征進行了研究,發現我國城市生活垃圾存在嚴重重金屬超標現象[13-16],不同城市生活垃圾的組分特征和重金屬來源存在一定差異[16-18],生活垃圾的重金屬可通過多種途徑進入生態圈和生物體[19-25],但前人的研究成果主要集中在重金屬含量特征、遷移規律、環境污染及污染修復,即重點關注生活垃圾重金屬對生態環境的影響,而對長期暴露于生活垃圾重金屬的人體健康風險研究較少.

本研究以珠江三角洲5市(廣州、深圳、佛山、惠州和肇慶)的生活垃圾為研究對象,進行垃圾組分及典型重金屬(As、Cd、Hg、Cr、Pb)含量分析,采用統計分析和主成分因子分析探討生活垃圾中典型重金屬的含量特征及可能來源,并結合人體健康風險評價模型,用蒙特卡洛模擬定量評價環衛工人的健康風險,研究結果可為珠江三角洲5市生活垃圾重金屬污染控制及環衛工人的健康風險防范提供科學依據.

1 材料與方法

1.1 研究區域與采樣

圖1 研究區域及采樣點分布 Fig.1 Study area map with location of sampling sites

珠江三角洲地區是我國人口集聚最多、綜合實力最強的三大城市群之一,也是生活垃圾產生量最多的城市群之一.珠江三角洲70%左右的生活垃圾是填埋處理,30%左右的生活垃圾用于焚燒發電.本文以珠江三角洲5市(廣州、深圳、佛山、惠州和肇慶)為研究區域,根據各市生活垃圾壓縮站、轉運站及垃圾處理場的地理位置分布,綜合考慮生活垃圾的收儲運的物流情況,選擇具有代表性和垃圾產生量穩定性的垃圾收運或處理站點,共設計了55個采樣點(圖1).遵照中華人民共和國城市建設部《城市生活垃圾采樣和物理分析方法》(CJ/T 313 -2009)[26],采用周邊法對每個垃圾堆進行多點采集,在梯形體垃圾堆四周的上、中、下三個位置采集有代表性的樣品,每條邊采集15kg,進行必要的垃圾分揀,混合、攪拌均勻后取50kg樣品.所有樣品于2016年12月~2017年1月采集.

1.2 樣品制備與測試

采樣后24h內,用人工分選法進行生活垃圾的物理成份測定,將粗分撿后剩余的樣品充分過篩(孔徑10mm),篩上物細分撿各成分,篩下物按其主要成份分類,然后將樣品的各種成份分別放在干燥的容器內,置于電熱鼓風恒溫干燥箱內,在(105±5)℃的條件下烘干至恒重,用天平(精度0.001kg)測試各干基組分的質量,并計算質量分數.用粉碎機將垃圾干基的粒徑粉碎至5mm以下,然后將樣品充分混合,采用4分法進行樣品縮分處理,直至樣品減至100g左右,并將其裝入廣口玻璃瓶備用.重金屬測試前,取2g樣品進行研磨處理,用研磨儀將粒徑破碎至0.5mm以下,用天平稱重1g左右樣品進行重金屬測試.

本次測試選取的重金屬為毒性排前5名的As、Cd、Hg、Cr和Pb,其中As、Cd、Cr和Pb依據環境行業標準推薦的《危險廢物鑒別標準—浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)[27]附錄A的測試方法,用10mL 1:1的硝酸,5mL 65%的硝酸, 3mL 30%雙氧水和10mL鹽酸在溫度(95±5)℃的環境下將樣品消解,然后用電感耦合等離子體原子發射光譜方法(ICP-OES)進行測試(儀器型號:PerkinElmer Optima 8000DV);根據《城市生活垃圾汞的測定冷原子吸收分光法》(CJ/T 98-1999)[28]的測試方法,用王水、高錳酸鉀、過硫酸鉀對樣品進行消解,然后采用冷原子吸收分光光度法進行Hg測試(儀器型號:Leemanlabs Hydra II AF Gold).

1.3 數據分析

1.3.1 統計分析 用描述統計分析生活垃圾干基的物理成份及As、Cd、Hg、Cr和Pb元素的含量特征,用主成分因子分析探討生活垃圾重金屬元素的可能來源,以上數據分析用SPSS19.0軟件完成.

1.3.2 健康風險評價 通過模型和數學方法定量判斷人體化學暴露后發生致癌和非致癌風險的概率.本研究采用EPA推薦的劑量-反應模型[29],根據暴露人群身體結構和行為習慣的差異,將暴露群體分為男環衛工人和女環衛工人;重金屬暴露途徑主要考慮手-口攝入(非食物途徑)、呼吸吸入和皮膚接觸3種途徑.模型方程如下[29]:

式中:ADIing,ADIdermal,ADIinh分別為手-口攝入、皮膚接觸和呼吸吸入3種暴露途徑的日平均暴露量, ADI, mg/(kg·d);為暴露污染物的重金屬濃度,mg/kg; IngR和InhR分別為手-口攝入率和呼吸吸入率,mg/d, m3/d;EF為暴露頻率, d/a; ED為暴露持續時間,a; BW為暴露個體的體重,kg; AT為暴露時間周期,d; PEF為排放因子,m3/kg; SA為暴露皮膚表面積, cm2; AF為皮膚黏著系數, kg/(cm2·d); ABS為皮膚吸收因子; RfD為暴露途徑下重金屬參考劑量, mg/(kg·d); HQ為污染物的非致癌風險商; HI為非致癌風險指數,表示多種污染物的非致癌風險商之和; TEHI為非致癌風險總指數,表示多種污染物多種暴露途徑的非致癌風險指數之和; TCRI為致癌風險總指數,表示多種污染物多種暴露途徑的致癌風險指數之和;為污染物或暴露途徑的數量;為污染物數量.

生活垃圾組分和來源復雜,樣品不可避免的存在隨機性和個性特征,加上環境系統的復雜性和多變性等不確定因素的影響,導致了健康風險評價的不確定性.因此,應該充分考慮這些不確定因素對評價結果的影響.蒙特卡洛模擬是一種概率統計方法,能充分考慮各種不確定因素對評價結果的影響,已廣泛應用于各種風險評價[30].在求解健康風險評價模型時,對不確定性的參數值,蒙特卡洛模擬用該參數的分布函數替代具體輸入數值,然后通過多次的隨機試驗進行模擬求解,直到計算結果完全收斂或達到預設的置信度,因此,蒙特卡洛模擬獲得的健康風險評價是期望值的概率分布而非某個具體的風險值,有效避免了使用單一數據輸入造成的評價結果過高或過低現象[30].

1.3.3 暴露途徑 根據生活垃圾處理環節的不同,環衛工人可分為街道清掃保潔、垃圾分類、收運和垃圾處理工人,垃圾處理工人又可分為填埋處理和焚燒處理工人.由于工作性質和機械化作業程度的差別,各個環節的環衛工人接觸垃圾的程度不同,其暴露途徑也存在一定的差異,表1列出了生活垃圾處理環節與重金屬暴露有關的環衛工人作業方式及主要暴露途徑.

表1 生活垃圾處理環節環衛工人的作業方式與重金屬暴露途徑 Table 1 Working patterns of sanitation workers and heavy metal exposure pathways during the waste handling process

方程(1)~(6)中使用的隨機參數借鑒國外內相關參考文獻,生活垃圾沙土組分的重金屬濃度取珠江三角洲表土重金屬背景值,As、Cd、Hg、Cr和Pb的濃度分別為(8.90±2.05),(0.06±0.04),(0.08± 0.06),(50.50±53.36)和(36.00±23.39)mg/kg,且濃度分布服從標準正態分布[31].排放因子(PEF)采用粉塵排放因子,取值1.36×109m3/kg[32].珠江三角洲垃圾焚燒發電廠爐渣中As、Cd、Hg、Cr和Pb的濃度分別為(18.3± 4.4),(17.5±2.2),(3.0±1.7μg), (825.0±120.0)和(478.0± 180.0) mg/kg,且服從標準正態分布[33];式(3)中/PEF即為大氣中的重金屬濃度(mg/kg),珠江三角洲垃圾焚燒廠周邊大氣中As、Cd、Cr和Pb的濃度服從標準正態分布,分別為(0.010±0.001), (0.030± 0.007), (0.109±0.037), (0.422±0.084)μg /m3[34];珠江三角洲垃圾焚燒廠煙氣排放Hg的濃度為(48.6± 33.4)μg/m3[35],焚燒廠周邊空氣中Hg的濃度為(0.0729±0.0502)~(0.3256± 0.2241)μg/m3,本文取值(0.0729±0.0502)μg/m3[36].根據環衛工人的最長工作年限,假設其持續暴露時間為30a.不同性別和體重的環衛工人,其日平均暴露劑量和暴露皮膚面積的不同,因此,健康風險評價也應充分考慮這些隨機因素對評價結果的影響,表2列出了這些隨機參數的概率分布函數及關鍵參數取值.表3列出了重金屬元素各暴露途徑的參考劑量(RfD)及其相應的致癌斜率因子(SF).用蒙特卡洛模擬來求解風險評價模型,計算程序用Matlab 2017a軟件編寫,共計算了1萬次.

表2 健康風險評價的隨機參數及分布 Table 2 Parameters and input assumptions used in the health risk assessment

注:1)男環衛工人;2)女環衛工人.

表3 重金屬元素的參考劑量與致癌斜率因子Table 3 Values of RfD (mg/(kg·d)) and SF ((kg·d)/mg) for five heavy metals[32,43]

注:-表示數據缺失.

2 結果

2.1 珠江三角洲5市生活垃圾的物理成份

珠江三角洲5市生活垃圾干基組分的質量分數統計結果如圖2所示.結果表明,珠江三角洲5市生活垃圾主要由沙土、玻璃、金屬、紙、塑料、橡膠、布、草木、廚余和白塑料組成,其干基質量組分依次為廚余>塑料>紙>沙土>草木>布>玻璃>白塑料>金屬>橡膠,其中廚余占15.19% ~ 47.30%,均值為24.78%;塑料占11.20% ~ 31.00%,均值為18.93%;紙類占6.45% ~ 26.67%,均值為14.38%;沙土占6.13% ~ 25.68%,均值為13.65%;草木占2.50% ~ 18.49%,均值為8.30%;布類占1.47% ~ 22.87%,均值為7.76%;玻璃占0 ~ 16.83%,均值為5.57%;白塑料占0.23% ~ 16.44%,均值為3.97%;金屬占0 ~ 10.81%,均值為2.19%;橡膠占0 ~ 10.48%,均值為0.47%.

圖2 生活垃圾干基組分的質量分數 Fig.2 Mass fraction of MSW components on a dry weight basis

2.2 珠江三角洲5市生活垃圾典型重金屬含量特征

珠江三角洲5市55個生活垃圾樣品的典型重金屬(As、Cd、Hg、Cr和Pb)含量統計結果如表4所示.

表4 55個生活垃圾樣品的重金屬元素含量統計分析結果(mg/kg) Table 4 Statistical results of heavy metal contents in 55MSW samples (mg/kg)

注:–表示未檢出;As的檢測限為0.03μg/mL;Cd的檢測限為0.002μg/mL; Hg的檢測限為0.05μg/mL.

數據分析結果顯示,珠江三角洲5市生活垃圾中As、Cd、Hg、Cr和Pb的濃度范圍分別為0~ 4.49,0~9.88,0~3.65,12.81~814.56mg/kg和1.33~ 865.82mg/kg;濃度均值分別為0.97,1.95,0.41, 147.28,121.59mg/kg.各重金屬元素的變異系數均大于100%.

2.3 環衛工人健康風險評價

生活垃圾從產生到最終處理,要經歷不同的物流環節,重金屬在各物流環節的人體暴露途徑有所差別,對環衛工人健康影響程度也有所不同.綜合考慮各物流環節環衛工人作業方式和重金屬暴露途徑的差異,分別計算了街道清掃保潔工人、分類收運工人、填埋處理工人和垃圾焚燒處理工人通過重金屬手-口攝入、皮膚接觸和呼吸吸入3種直接暴露途徑下的非致癌風險和致癌風險.

2.3.1 非致癌風險 由于As和Pb的呼吸吸入參考劑量(RfD)缺失(表3),在計算呼吸暴露的非致癌風險時,僅考慮了Cd、Hg和Cr 3種元素.表5和表6分別列出了生活垃圾物質流環節不同重金屬元素和不同暴露途徑的非致癌風險指數.

表5 生活垃圾物質流環節不同重金屬元素的平均非致癌風險指數 Table 5 Mean non-carcinogenic risks posed by different heavy metals during the waste handling process

表6 生活垃圾物質流環節不同暴露途徑的平均非致癌風險指數 Table 6 Mean non-carcinogenic risks posed through different exposure pathways during the waste handling process

注:—表示未考慮.

2.3.2 致癌風險 由于Hg的致癌斜率因子(SF)缺失,Cd、Cr和Pb的致癌斜率因子不全(表3),總致癌風險指數僅包含了As(手-口攝入、皮膚接觸和呼吸吸入)、Cd(呼吸吸入)、Cr(手-口攝入和呼吸吸入)和Pb(手-口攝入)的貢獻.表7和表8分別列出了生活垃圾物質流環節不同重金屬元素和不同暴露途徑的致癌風險指數.

表7 生活垃圾物質流環節不同重金屬元素的平均致癌風險指數

注:—表示數據缺失.

表8 生活垃圾物質流環節不同暴露途徑的平均致癌風險指數

注:—表示未考慮.

3 討論

3.1 生活垃圾的物理成分及重金屬含量特征

從生活垃圾干基組分的質量分數來看(圖2),廚余是珠江三角洲地區生活垃圾的第一大組分,其次依次為塑料、紙和沙土等,這與我國其他城市(如北京市和成都市)生活垃圾的組分特征基本一致[18,44].珠江三角洲生活垃圾中沙土的平均質量分數(13.65%)明顯低于廣東省農村地區(約20%)[45],我國農村地區生活垃圾中的沙土組分的質量分數普遍高于城市地區[18].

從生活垃圾的重金屬含量特征來看(表4),珠江三角洲生活垃圾中Cr的質量分數最高,其余依次為Pb、Cd、As和Hg.與國內大城市相比,珠江三角洲生活垃圾中Cr和Pb的質量分數均高于北京市和上海市,但As、Cd和Hg的質量分數與北京市和上海市的生活垃圾相當[15,46].與廣東省農村生活垃圾相比,珠江三角洲生活垃圾中Pb的質量分數明顯高于廣東農村地區,但Cr和Cd的含量與廣東農村地區相當[45].表4中重金屬質量分數的變異系數均大于100%,說明數據離散程度較大,這一方面是由生活垃圾非均質的固有特征所決定,另一面也與生活垃圾產生的區域特征和季節變化等因素有關[18].

3.2 生活垃圾中典型重金屬的來源

主成分因子分析(PCA)是判斷重金屬含量影響因素及可能來源的重要方法[47-49],本文采用主成份分析法提取因子,計算出特征值和累積貢獻率(如表9所示),選取特征根大于1的因子.為了方便因子解釋,采用最大方差旋轉法計算因子正交旋轉矩陣(表10).

因子分析結果顯示,2個主因子可以較好的描述珠江三角洲5市生活垃圾中重金屬的主要來源,累積方差達80.46%(表9).因子1解釋了總方差的40.52%, Hg、Cd、Pb和Cr具有較高的載荷系數(表10),因子2解釋了總方差的39.94%, Cd和Cr具有較高的載荷系數(表10).

表9 特征值和累積貢獻率

注:提取方法為主成分分析.

表10 方差極大正交旋轉后因子載荷矩陣

注:提取方法為主成分分析;旋轉法:具有Kaiser標準化的正交旋轉法;旋轉在3次迭代后收斂.

前人研究表明,生活垃圾的重金屬既來源于垃圾中的金屬制品和表面鍍金的各種生活材料,如電池、廢燈管、廢舊電器等,也來源于含重金屬的垃圾組分,如餐廚垃圾、報紙、塑料和草木等[50].重金屬Hg大多來自電池(如汞鉛電池和堿性電池)、熒光燈管、溫度計和其他廢舊電器等[51];Pb大多來源于生活垃圾中干電池、報紙、塑料、顏料等[18,51];Cd和Cr既來源于生活垃圾中的金屬組分和表面鍍金的各種生活材料,也來源于生活垃圾的塑料、白塑料、印刷品和草木等組分[52-54].珠江三角洲經濟發達,人口眾多,隨著網購和快餐業務的發展,產生了大量的包裝垃圾和快餐垃圾,生活垃圾物理成分分析結果表明,珠江三角洲生活垃圾中紙類、塑料和白塑料的質量分數約占生活垃圾總重的44%.因此,因子1可解釋為生活垃圾中的金屬制品和表面鍍金材料,因子2可解釋為包裝垃圾和快餐垃圾.重金屬元素As在主成分1和主成分2中的載荷系數均較低,說明As的來源比較特殊,王瑋等[48]研究了中國沿海城市生活垃圾中As的來源,發現塑料、布、紙類和貝殼等組分中As含量很少,生活垃圾中90%以上的As來自動植物組分和沙土成份,因此,珠江三角洲5市生活垃圾中的As也可能主要來源于垃圾中的沙土和草木組分.

3.2 生活垃圾各處理環節的重金屬健康風險評價

3.2.1 非致癌風險 評價結果顯示,重金屬Cr對非致癌風險指數的貢獻最大,主要是因為珠江三角洲生活垃圾中Cr的質量分數最高;如果生活垃圾的最終處理方式是填埋,則生活垃圾各物質流環節的非致癌風險指數無明顯差別,即街道清掃保潔工人、分類收運工人和填埋處理工人的非致癌風險指數相差無幾(表5),主要是因為呼吸吸入和皮膚接觸對非致癌風險總指數的貢獻太小,相對于手-口攝入,呼吸吸入和皮膚接觸的非致癌風險幾乎可以忽略(表6),這與環衛工人的作業方式密切相關.在街道清掃保潔過程中,環衛工人直接接觸垃圾的概率較高,而生活垃圾本身釋放到空氣中的顆粒物有限,塵土顆粒的重金屬含量不高,且未考慮汽車尾氣對街道清掃保潔工人健康的影響,故其呼吸吸入的重金屬并不多.如表1所述,生活垃圾分類收運和填埋處理環節重金屬主要暴露途徑均為手-口攝入和皮膚接觸,但皮膚接觸主要為手的皮膚,接觸面積較小,故對非致癌風險指數的貢獻不大;如果生活垃圾的最終處理方式是焚燒,則各重金屬元素的非致癌風險指數大幅提高(表5),其主要暴露途徑為呼吸吸入和手-口攝入(表6),因為生活垃圾焚燒處理后,重金屬向灰渣、飛灰和大氣中遷移[33],更容易被人體吸收.此外,不同重金屬元素和不同暴露途徑的平均非致癌風險指數總是女性略高于男性,主要是因為健康評價模型僅考慮了男、女體重和暴露皮膚面積的差異,而未考慮其他因素,總體上來說來,男性的平均體重和皮膚面積總是大于女性.

圖3 生活垃圾物質流環節非致癌風險總指數的累積概率分布 Fig.3 Cumulative probability distribution of the non-carcinogenic risk index during the waste handling process

根據EPA的指南,如果非致癌風險指數(HI)小于1,暴露個體的非致癌風險基本不用考慮,如果非致癌風險指數大于1,暴露個體存在非致癌風險,并且隨著風險指數的增加,發生非致癌風險的概率隨之增加[56].圖3中非致癌風險指數的累積概率曲線顯示,相同暴露環境下,女環衛工人的非致癌風險概率略高于男環衛工人;如果生活垃圾是填埋處理,則重金屬在各物質流環節的非致癌風險指數均小于安全閾值,意為著環衛工人的非致癌風險基本不用考慮;如果生活垃圾是焚燒處理,在焚燒處理環節,大約只有2%左右的非致癌風險指數小于1,意味著1萬次隨機試驗中有9800次的非致癌風險指數大于1,最高值約為11,說明垃圾焚燒處理環節,環衛工人的非致癌風險非常高.

3.2.2 致癌風險 與非致癌風險評價結果類似,重金屬Cr對致癌風險指數的貢獻最大;如果生活垃圾的最終處理方式是填埋,則生活垃圾中各物質流環節的致癌風險指數無明顯差別(表7),其中手-口攝入是最主要暴露途徑,相對于手-口攝入,呼吸吸入和皮膚接觸的致癌風險幾乎可以忽略(表8).相同暴露環境下,女環衛工人的致癌風險概率略高于男環衛工人(圖4).

圖4 生活垃圾物質流環節致癌風險總指數的累積概率分布 Fig.4 Cumulative probability distribution of the carcinogenic risk index during the waste handling process

根據前人的研究結果,如果致癌風險指數(TCRI)小于1×10-6,則基本不用考慮致癌風險;如果致癌風險指數(TCRI)大于1×10-4,其致癌風險基本無法接受;如果致癌風險指數(TCRI)位于1×10-6~1×10-4之間,尚在可接受范圍之內,但也要結合具體情況和暴露環境判斷[56].圖4中致癌風險指數的累積概率曲線顯示,在街道清掃保潔、分類收運和填埋處理環節,致癌風險指數小于1×10-4的概率大約只有2%左右,最高值大約為6倍安全閾值,意味著環衛工人的致癌風險概率很高;如果生活垃圾為焚燒處理,在焚燒處理環境,致癌風險指數小于1×10-4的概率為0,最高值約為安全閾值的90倍,所以生活垃圾焚燒處理環節的致癌風險更高.

由于健康評價模型尚存在一定的缺陷,未能充分考慮重金屬元素價態的變化及人體各器官對重金屬的吸收率[56],如Cr6+進入人體后可能會變成Cr3+,其生物毒性將大幅降低[57],此外,進入人體的重金屬元素也不可能100%被人體器官吸收,因此可能造成風險評價結果比實際風險偏高.但綜合來看,珠江三角洲地區生活垃圾重金屬對環衛工人身體健康影響較大.如果生活垃圾是填埋處理,各物質流環節的非致癌風險基本可以忽略,但致癌風險仍然極高;如果生活垃圾是焚燒處理,則焚燒環節的非致癌風險和致癌風險均很高.5種重金屬元素中,Cr對風險總指數的貢獻最大.在各物質流環節,手-口攝入對風險總指數的貢獻最大,皮膚暴露途徑的非致癌風險指數和致癌風險指數均遠小于安全閾值,呼吸吸入也只有在生活垃圾焚燒環節大于安全閾值,主要是因為焚燒廠周邊空氣中重金屬濃度大幅增加.因此,生活垃圾的各物質流環節,直接接觸生活垃圾的環衛工人一定要做好安全防護,特別是避免手直接接觸到垃圾,如果觸碰到垃圾要及時清洗;焚燒廠的垃圾處理工人,特別是工作在一線的垃圾焚燒工人,一定要做好更嚴格的保護,工作時需要配戴密封性較好的手套和面罩,避免接觸爐渣和飛灰,防止空氣中的重金屬通過呼吸進入人體.此外,本研究未考慮垃圾焚燒處理過程中其他非重金屬污染物,如“二噁英”的致癌風險,二噁英也可能通過呼吸途徑進入人體,因此,垃圾焚燒廠需要從技術改良和安全防護兩個方面提升,既要減少污染物的排放又要對污染物的人體暴露途徑進行阻隔.

4 結論

4.1 珠江三角洲5市生活垃圾主要由沙土、玻璃、金屬、紙、塑料、橡膠、布、草木、廚余和白塑料組成,其干基平均質量組分依次為廚余(24.78%)>塑料(18.93%)>紙(14.38%)>沙土(13.65%)>草木(8.30%)>布(7.76%)>玻璃(5.57%)>白塑料(3.97%)>金屬(2.19%)>橡膠(0.47%).

4.2 珠江三角洲5市生活垃圾中As、Cd、Hg、Cr和Pb的濃度分別為(4.49±1.18),(1.95±1.96),(0.41± 0.60),(147.28±160.48)和(121.59±199.42) mg/kg;生活垃圾中Hg和Pb可能主要來源于金屬制品和鍍金材料, Cd和Cr可能主要來源于金屬制品、鍍金材料、快餐垃圾和報紙垃圾; As可能主要來源于生活垃圾中的沙土組分和草木組分.

4.3 生活垃圾的收運及處理環節,街道清掃保潔工人、分類收運工人和填埋處理工人的非致癌風險基本不用考慮,但致癌風險仍然極高,最高可達安全閾值的6倍,主要暴露風險為手-口攝入;垃圾焚燒處理工人的非致癌風險和致癌風險均很高,非致癌風險最高可達安全閾值的11倍,致癌風險最高可達安全閾值的90倍,主要暴露風險為手-口攝入和呼吸吸入.相同暴露環境下,女環衛工人的非致癌風險和致癌風險概率均略高于男環衛工人.

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Study on influencing of heavy metal in municipal solid waste on health of sanitation workers.

TANG Zhi-hua1*, HUHE Tao-li2, LIU Min-ru1, YIN Hua1, GUO Hua-fang1, XIONG Zu-hong1, CHEN Yong1,2

(1.Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China；2.Changzhou University, Changzhou 213164, China)., 2019,39(3)：1278~1288

The As, Cd, Hg, Cr, and Pb contents (on a dry weight basis) of 55 municipal solid waste (MSW) samples from five cities (Guangzhou, Foshan, Huizhou, Shenzhen, and Zhaoqing) in the Pearl River Delta were determined. Principal component analysis was performed to assess the factors affecting the heavy metal concentrations and possibly identify the sources of the heavy metals. The health risks posed to sanitation workers exposed to heavy metals while collecting, sorting, and disposing of MSW were assessed using a combined health risk assessment model and Monte Carlo simulation. The mean As, Cd, Hg, Cr, and Pb concentrations in the MSW samples were (4.49±1.18)mg/kg, (1.95±1.96)mg/kg, (0.41±0.60)mg/kg, (147.28±160.48)mg/kg, and (121.59±199.42)mg/kg, respectively. Hg and Pb in MSW were probably mainly derived from metalware and materials with metallic coatings. Cd and Cr were derived from metalware and metallic coatings and also from fast food and packaging waste. Element As was probably main derived from soil and grass. Non-carcinogenic risks for workers during waste collection, sorting, and disposal to landfill could be ignored, but carcinogenic risks were very high. The highest carcinogenic risk index was about six times the safety threshold. The highest risks were posed through ingestion after hand-to-mouth contact (not through ingestion of food and drink). Non-carcinogenic and carcinogenic risks were both high for waste incineration workers, the highest non-carcinogenic and carcinogenic risk indices being 11 and 90 times, respectively, the safety thresholds. The highest risks were posed through ingestion after hand-to-mouth contact and inhalation.Non-carcinogenic and carcinogenic risks were slightly higher for female than male workers for the same exposure situations. Precautions must therefore be taken to decrease the exposure of workers to heavy metals during waste collection, sorting, and disposal.

municipal solid waste(MSW)；heavy metals；exposure pathways；sanitation workers；health risk

X799.3,X24

A

1000-6923(2019)03-1278-11

唐志華(1982-),男,湖南慈利人,助理研究員,博士后,主要從事區域能源與環境可持續發展研究.發表論文10余篇.

2018-06-15

廣東省科技計劃項目(2014A080802009);廣東省博士科研啟動基金資助項目(2018A030310084)

*責任作者, 助理研究員, tangzh@ms.giec.ac.cn