冶煉廠室內空氣PM2.5中金屬元素的濃度分析

汪 穎

（湖南品標華測檢測技術有限公司，湖南 長沙 410000）

近年來，公眾和環保相關部門越來越高度關注空氣環境質量［1］，我國也對相關大氣標準進行了修訂，如2018年對《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）進行了部分修訂［2］，同時高校和科研院所也對大氣中的成分組成及各組分對人體健康的影響進行了大量研究［3］。國際著名期刊《柳葉刀》刊文指出，全球每年約有420萬人因PM2.5污染而早死，而室內PM2.5污染是造成上述結果的主要原因之一［4］。在對美國室內空氣污染引發的慢性健康危害導致的傷殘調整生命年損失的研究中，美國伯克利國家實驗室Logue等發現PM2.5、丙烯醛、甲醛對人體慢性健康危害貢獻率排名前三［4］。中國學者Xie R通過模型預測，我國這些室內空氣中PM2.5污染的早死人數約126萬人，約占全球總數的1／3［5］。

作為一種常規監測污染物的PM2.5，據相關研究數據顯示，其不僅能引發呼吸道阻塞或炎癥，且能作為像“公交車”一樣的載體，搭載大量致病微生物、化學污染物、重金屬等進入人體內部，導致人體罹患一系列高致死率的疾病［6］。

重金屬元素雖然在大氣中含量不高，但如果人體長期暴露在重金屬含量過高的大氣中，也會引起一些疾病，而大氣中的重金屬主要是以PM2.5的形式進入人體的。現對冶煉廠的生廠車間、工作區和農家住宅區3個區域的一層室內空氣中PM2.5及PM2.5中的Zn、Pb、Cu、Mn的月平均濃度、變化規律進行研究，探討3個區域中PM2.5的濃度及其成分，以及生廠車間中生成的PM2.5對工作區空氣質量的影響，以期為冶煉廠區內員工在工作過程中科學地防護PM2.5及重金屬對自身的傷害提供數據支持。

1 試驗材料與儀器

1.1 試驗藥品

硝酸（優級純）、氫氟酸（優級純）、超純水（實驗室自制）、鋅標準液（GSB 04-1761-2004）、鉛標準液（GSB 04-1742-2004）、銅標準液（GSB 04-1725-2004）、錳標準液（GSB 04-1736-2004）、微孔濾膜（0.22μm，上海名列新材料有限公司產）及其它實驗室常規藥品。

1.2 試驗儀器與設備

電子分析天平（Secura225D-1CN型，北京賽伯樂儀器廠制）；微波消解儀（MARS6型，美國CEM公司制）；大氣顆粒物采樣器（TH-150C型，武漢天虹環保產業股份有限公司制）；超級純水機（EPED-E2-20TH型，南京易普易達科技發展有限公司制）；ICP-MS（7900，美國安捷倫制）。

移液管、燒杯、量筒、玻璃棒、容量瓶等常規實驗室玻璃儀器。

2 試驗方法

2.1 采樣方法

于冶煉廠車間室內（稱為A區）、冶煉廠一層工作區一層室內（稱為B區）和距離冶煉廠邊界約1 000 m處的農家住宅區一層室內（稱為C區），分別設置三個采樣點，通過大氣顆粒物采樣器進行PM2.5采樣。

于2月、5月、8月、11月采樣，每月任選7 d連續采集，每天連續采樣20 h，樣品采集后第二天測定分析，以7 d為一個周期計算月平均濃度。

2.2 消解方法［7］

將采樣后的微孔濾膜至于Teflon罐中，加5 mL硝酸和HF混合液（體積比4∶1），密封后微波消解儀中消解30 min，消解后于趕酸器中濃縮至2 mL左右，冷卻至室溫，轉移入容量瓶中，稀釋至10.0 mL，搖勻，供測定。

2.3 測試方法

Zn、Pb、Cu、Mn的濃度測定：ICP-MS中測定。儀器工作參數為：7.2 mm采樣深度；1.4 L／min載氣流量；3℃霧化室當量溫度；1 500 W高頻發射功率；13.0 L／min等離子體氣流；0.2 L／min輔助氣流量；重復3次數。

PM2.5的測定：重量法。

3 結果與分析

3.1 室內空氣中PM2.5的測定

在不同月份對各區域室內空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，對2月、5月、8月、11月平均濃度統計分析，結果如圖1所示，其不同月份不同區域的相對標準偏差在3.9%～5.39%之間。

圖1 細顆粒物月平均濃度水平

由圖1可知，不同月份中，A區室內PM2.5濃度均高于B區和C區，其中2月、8月、11月這3個月份中遠高于B區和C區室內PM2.5濃度，A區室內PM2.5濃度在11月份達到最高值，5月份達到最低值，這是由于車間冶煉工序中產生了大量的粉塵所致，而B區室內PM2.5濃度略高于C區，但差別不大，說明車間冶煉過程中產生的粉塵擴散到冶煉廠工作區時已擴散稀釋較為充分，對工作區室內空氣中的PM2.5影響不明顯。分別對3個區不同月份進行比較，5月份為3個區室內PM2.5濃度最低的月份，這是由于5月份開始進入多雨季節，雨水有利于降塵作用。

3.2 PM2.5中Zn的濃度分析

在不同月份對各區域室內空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Zn的濃度進行統計，結果如圖2所示，其不同月份不同區域的相對標準偏差在0.39%～4.52%之間。

圖2 Zn月平均濃度水平

由圖2可知，A區室內空氣中PM2.5中的Zn濃度均遠高于B區和C區，且在被監測的4個月份中都處于較高濃度，每立方米室內空氣中PM2.5中的Zn的濃度達到0.3 mg以上，A區中Zn的濃度最高峰值出現在11月。

通過對比A區和B區室內空氣中PM2.5中的Zn濃度月份變化規律發現，B區中PM2.5中的Zn的濃度并不隨著A區Zn濃度的變化規律而變化，B區中Zn的濃度最高峰值出現在5月，C區和B區室內空氣中PM2.5中的Zn的濃度月份變化規律也不相同，C區中Zn的濃度最高峰值出現在5月，但C區和B區最低濃度月份都為2月，且在8月、11月時，C區中Zn的濃度高于B區，這說明B區室內空氣中PM2.5中的Zn的濃度受到冶煉廠外界區域和冶煉廠冶煉過程中產生的含Zn的PM2.5粉塵的雙重影響。

3.3 PM2.5中Pb的濃度分析

在不同月份對各區域室內空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Pb的濃度進行統計，結果如圖3所示，其不同月份不同區域的相對標準偏差在1.25%～6.53%之間。

由圖3可知，在監測的四個月中，A區室內空氣中PM2.5中的Pb濃度均高于B區和C區，Pb濃度最高值出現在11月，且高于其它三個月，達到0.114 mg／m3，最低值出現在5月，為0.052 mg／m3，但2月、5月、8月三個月份的Pb濃度差距不大。

圖3 Pb月平均濃度水平

B區室內空氣中PM2.5中的Pb濃度月份變化規律與A區相同，但沒有A區變化明顯，其四個月份之間Pb濃度有差異，但差異不大，都小于0.04 mg／m3。C區的Pb濃度在監測的四個月份中變化不明顯，且都低于0.03 mg／m3。

3.4 PM2.5中Cu的濃度分析

在不同月份對各區域室內空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Cu的濃度進行統計，結果如圖4所示，其不同月份不同區域的相對標準偏差在2.22%～3.12%之間。

圖4 Cu月平均濃度水平

由圖4可知，A區室內空氣中PM2.5中的Cu濃度均遠高于B區和C區，且A區Cu濃度均高于0.5 mg／m3。對比A區和B區的Cu濃度變化規律發現，兩個區變化規律相同，Cu濃度最高峰值出現在11月，最低值出現在5月，對比C區和B區的Cu濃度變化規律發現，兩個區變化規律并不相同，且在監測的四個月份中，B區的Cu的濃度皆高于C區，說明B區的Cu濃度受冶煉廠冶煉過程中產生的含Cu粉塵影響較大，且C區室內空氣中PM2.5中的Cu濃度在四個月份中變化不大。

3.5 PM2.5中Mn的濃度分析

在不同月份對各區域室內空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Mn的濃度進行統計，結果如圖5所示，其不同月份不同區域的相對標準偏差在2.38%～7.27%之間。

圖5 Mn月平均濃度水平

由圖5可知，A區和B區室內空氣中PM2.5中的Mn濃度變化趨勢相同，從2月到11月呈現一個逐漸上升的變化趨勢，且這種增長趨勢較為明顯，在相同月份，對比A區和B區Mn濃度，A區Mn濃度基本保持在B區的2倍以上。C區室內空氣中PM2.5中的Mn濃度則在五月份呈現出最低值，在8月份呈現出最高值，對比C區和B區Mn濃度，C區Mn濃度較B區要低。這說明B區的Mn濃度受冶煉廠冶煉過程中產生的含Mn粉塵影響較大。

4 結 論

通過對比冶煉廠車間、冶煉廠一層工作區和農家住宅區3個區域的一層室內空氣中PM2.5的月平均濃度，結果顯示，車間冶煉過程中產生的粉塵擴散到冶煉廠工作區時已經稀釋擴散較為充分，并未明顯導致工作區室內空氣中的PM2.5增加，且3個區域室內PM2.5最低濃度都出現在5月。

通過對三個區域室內空氣中PM2.5的成分進行分析，冶煉廠車間室內空氣中PM2.5的Zn、Pb、Cu、Mn這4種元素含量都明顯高于冶煉廠工作區和農家住宅區，且冶煉廠車間產生的PM2.5對冶煉廠工作區PM2.5中的Pb、Cu、Mn元素含量貢獻較大。