北京市通州區監測點2016～2018年PM2.5中重金屬元素污染特征及健康風險評價*

周少磊，劉 波

(北京市通州區疾病預防控制中心，北京 101100)

1 對象與方法

1.1樣品的采集 2016年1月至2018年12月每月的10～16日，采樣時長為每天23 h。采樣點距離地面高度12 m，50 m內有一雙向四車道，并且周圍無工業污染源，并距區環保市控考核300 m以內。使用MVS6 采樣器(Sven Leckel Gmbh，德國)持續采樣，流量為2.3 m3/h，φ47 mm石英纖維濾膜(MUNKTELL FILER AB，瑞典)在使用之前，置于馬弗爐中450 ℃烘焙5 h后鋁箔紙密封，采樣結束后置于-20 ℃冰箱冷凍保存。采樣時記錄采樣地點的相對環境濕度、天氣情況等。

1.2大氣PM2.5及其重金屬的測定 樣品測定依照中國疾病預防控制中心《空氣污染對人群健康影響監測工作手冊》的規定進行。重量法進行大氣PM2.5濃度測定，采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP/MS)測定大氣中重金屬質量濃度。國家環境空氣質量標準 (GB3095-2012 )[7]對空氣中PM2.5及重金屬都有明確的濃度限值。見表1。

表1 環境空氣中PM2.5及Cd、Hg、As和Cr參考濃度限值

1.3統計分析 建立excel數據庫，數據進行雙錄入，核查并剔除異常值。利用SPSS21.0進行數據分析，以P<0.05為差異具有統計學意義，Origin9.0繪制統計圖。

1.4人群健康風險評價 采用USEPA模型來評估PM2.5及12種重金屬給人群帶來的危害。由于PM2.5中重金屬主要通過呼吸道進入人體[8]，因此本研究僅進行重金屬經呼吸道進入人體的健康風險評價。致癌重金屬與非致癌重金屬暴露量計算公式如下：

(1)單一致癌重金屬的致癌風險值計算：

CR=LADD×SF

式中，CR為致癌風險，代表癌癥發生的概率[9]。當CR小于10-6時，認為該物質致癌風險可以忽略不計；當CR在10-6～10-4范圍之間時，認為存在可接受的致癌風險[9]；當CR大于10-4時，即認為對人體存在致癌風險，且風險較高[10-11]。

(2)單一非致癌重金屬的非致癌風險值計算：

HQ=ADD/RfD

式中，HQ為非致癌風險，表示人體經吸入途徑攝入大氣污染物的劑量與參考濃度的比值[12]。當HQ<1時，表明非致癌風險較小可以忽略不計[12]；當HQ≥1時，存在非致癌風險[12]；當HQ>10時，認為對人體存在較高的慢性非致癌風險[13]。

當然，我們說勃列日涅夫時期重新斯大林主義化，最主要的內容還是表現在政治、經濟體制的僵化和“成熟化”方面，即這一時期的體制的基本方面仍然是斯大林時期留下的傳統體制模式。另外，我們說重新斯大林主義化，決不意味著勃列日涅夫時期與斯大林時期一模一樣。而基本含義是指“要保持和重建斯大林時期的秩序和機制”[33]213。

參考美國環保署綜合風險信息數據庫和國際癌癥研究結果[14]，并查閱文獻，獲得各重金屬的RfD和SF參數值。重金屬Cd的RfD和SF分別為1.0×10-3mg/(kg·d)、6.30(kg·d)/mg，Cr分別為3.0×10-3mg/(kg·d)、42.0(kg·d)/mg，Mn只有RfD值，為1.4×10-1mg/(kg·d)，Ni分別為2.06×10-2mg/(kg·d)、0.84(kg·d)/mg，Pb只有RfD值,為3.52×10-3mg/(kg·d)，As分別為3.0×10-4mg/(kg·d)、15.10(kg·d)/mg，Se只有RfD值,為5.0×10-3mg/(kg·d)，Al只有RfD值,為4.0×10-4mg/(kg·d),而重金屬Be、Sb、Hg、Ti無參考值[15-17]。非致癌重金屬和致癌重金屬經呼吸道途徑吸入暴露量計算公式如下：

ADDinh/LADDinh=(C×InhR×EF×ED×CF)/(BW×AT)

式中，ADDinh和LADDinh分別為呼吸吸入的非致癌和致癌物質的日均暴露劑量；C為監測的PM2.5及其重金屬的濃度；InhR為人體呼吸的速率；EF為人群暴露的頻率，即每年暴露的天數；ED為人群的年暴露時間長度；CF為轉換系數；BW為體重；AT為平均暴露天數。

上述的暴露參數參考的是美國EPA暴露參數手冊[15]、中國人群暴露參數手冊[16]以及國內外相關的參考文獻[16-18]。見表2。

表2 通過呼吸途徑進入人體的暴露參數

2 結果

2.1PM2.5濃度特征 2016～2018年檢測樣品252份，共監測252 d。PM2.5日均質量濃度范圍在9～287 μg/m3之間，按照我國標準(GB3095-2012)日均濃度二級標準限值75 μg/m3規定[7]，超標102 d，約占總檢測天數的40.48 %(102/252) 。2016～2018年三年年平均質量濃度分別為58.00 μg/m3、62.50 μg/m3、71.50 μg/m3，三年總年平均質量濃度為63.50 μg/m3，均超過此標準中二級標準限值35 μg/m3的規定[7]。PM2.5年平均質量濃度年份間的差異無統計學意義( χ4= 37.7，P>0.05)。

2.2PM2.5中重金屬濃度 2016～2018年PM2.5成分中12種重金屬年平均質量濃度順序為Al>Pb>Mn>As>Se>Sb>Ni>Cr>Cd>Ti>Hg>Be。重金屬Al、Pb、Mn含量較高，年平均質量濃度依次為171 ng/m3、29.65 ng/m3、25.30 ng/m3，占重金屬總年平均質量濃度的94 %以上。Ti、Hg、Be含量較低，年平均質量濃度依次為0.70 ng/m3、0.33 ng/m3、0.10 ng/m3、0.03 ng/m3。其中，Pb、As、Cd、Hg年平均質量濃度均低于標準限值。

2.3PM2.5中重金屬季節性變化 2016～2018年重金屬總濃度為秋冬季節相對較高，春夏季相對較低。各個季節重金屬年平均質量濃度順序均為Al、Pb、Mn含量較高，Ti、Hg、Be含量較低。其中，重金屬Al春季最高，Mn、As、Se、Ni、Cr秋季最高，Pb、Sb、Ti、Cd冬季最高。此外，各個季節間的重金屬年平均質量濃度差異均無統計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 2016～2018年通州區重金屬濃度季節性變化情況(ng/m3)

2.4PM2.5中重金屬年變化特征 2016～2018年PM2.5中12種重金屬總年平均質量濃度分別為121.63 ng/m3、279.65 ng/m3、331.12 ng/m3。不同重金屬年平均質量濃度趨勢均為2018年>2017年>2016年，且Al、Pb、Mn、As、Sb、Se、Cd、Cr、Hg、Ti年平均質量濃度年份間的差異具有統計學意義(P<0.05)。各年重金屬年平均質量濃度順序均為Al、Pb、Mn含量較高，Ti、Hg、Be含量較低。其中，2018年As年平均質量濃度為7.08 ng/m3，高于標準限值。見圖1a和圖1b。

圖1a 2016～2018年不同年份重金屬Al、Pb、Mn濃度

2.5重金屬健康風險評價

2.5.1重金屬非致癌風險評價 重金屬Pb、As、Al、Cr、Se、Cd、Mn、Ni非致癌風險值均小于1。重金屬對各類人群的非致癌風險順序為Al>As>Pb>Cd>Se>Cr>Mn>Ni。非致癌風險水平均為兒童最高，成年女性最低。此外，各類人群隨著年齡的增長，非致癌風險值均逐漸降低。見表4。

表4 重金屬吸入途徑非致癌風險值(HQ)

2.5.2重金屬致癌風險評價 重金屬Cd、Ni對各類人群，As對6歲年齡組以下兒童，以及Cr對3歲年齡組以下兒童的致癌風險值均低于10-6，As對6歲年齡組及以上兒童、Cr對3歲年齡組及以上兒童以及兩種重金屬對所有成人群體的致癌風險值均介于10-6～ 10-4之間。4種重金屬對不同人群致癌風險值為Cr>As>Cd>Ni，不同重金屬的致癌風險水平均為成年男性高，兒童最低，并且各類人群隨著年齡的增長，致癌風險水平均逐漸升高。見表5。

表5 重金屬吸入途徑致癌風險值(CR)

3 討論

2016～2018年，通州區PM2.5日平均質量濃度超標天數約占總檢測天數的40.48 %(102/252)，PM2.5年平均質量濃度超過我國環境空氣質量二級標準限值，說明該區大氣PM2.5污染嚴重，應予以高度重視。12種重金屬濃度排在前四位由高到低依次為Al、Pb、Mn、As，這與北京市懷柔區[19]、沈陽市[20]、廈門市[21]等地區的污染特征相似。研究發現，重金屬Al、Mn主要源于土壤塵[22-23]，受人為因素影響較小。Pb、As主要來源于燃煤源和機動車源[24]，因此提示該地區仍需加大對工業排放和交通限流的治理力度，以改善大氣環境。

總體來看，重金屬總年平均質量濃度為秋冬季略高，春夏季相對較低，這可能與秋冬季節溫度較低風速越小，不利于污染物的擴散，且冬季處于采暖期，大量燃煤燃燒產生的廢氣增加了重金屬污染物的來源有關。另外，結果表明，通州區PM2.5中12種重金屬年平均質量濃度呈逐年上升趨勢，這可能與該區監測點所在位置有關。監測點毗鄰多所學校和醫院，客流量較大，往來車輛較多，增加了大氣PM2.5中重金屬來源。此外，通州區地處風向的下風側，導致大氣中重金屬污染物大量富集，從而影響對大氣污染物的監測。重金屬Al、Pb、Mn污染嚴重，仍需加大對該地區工業排放、交通限流以及燃煤鍋爐清潔能源改造的治理力度。

重金屬Pb、Cr、As、Al、Cd、Se、Mn以及Ni非致癌風險HQ<1，表明對人群的健康危害較小。重金屬對各類人群的非致癌風險為Al>As>Pb>Cd>Se>Cr>Mn>Ni，與王瓊等[25]研究結果一致。重金屬的非致癌風險水平表現為成年女性最低，兒童最高，張鑫等[26]的研究也得到了同樣的結果。As、Pb的長期暴露會對人體產生慢性損傷[2,27]，且Pb對兒童群體損害更甚[2]。因此，對該地區大氣中重金屬As、Pb的治理應引起高度重視。

重金屬Cd、Ni對各類人群，As對6歲年齡組以下兒童，以及Cr對3歲年齡組以下兒童的致癌風險值均低于1×10-6，說明致癌風險可以忽略。As對6歲年齡組及以上兒童、Cr對3歲年齡組及以上兒童以及兩種重金屬對所有成年人群的致癌風險水平均位于10-6～10-4范圍之內，表明致癌風險較小。以往研究表明，北京市[28]為As>Co>Cd>Ni，新鄉市[29]為Cr>As>Cd>Ni>Co，沈陽市[20]為Cr>As>Cd>Ni。本研究顯示的通州區4種重金屬對不同人群致癌風險水平與上述結果基本一致。重金屬對不同人群的致癌風險水平為成年男性最高，兒童最低，這可能與男性外出工作量較大，接觸大氣中有害重金屬機會較多有關。另外，重金屬對人群的健康風險呈現出隨著年齡的增長，同一年齡人群中女性反而稍高于男性，這可能與隨著年齡的增長，男性呼吸速率降低有關[30]，有待進一步研究。重金屬Cr、As、Al、Pb、Se、Cd、Mn以及Ni的非致癌風險均較小。Cr和As可能存在可接受水平的致癌風險。綜合來看，Cr對各類人群的致癌風險水平較高，As對成年人群的非致癌風險和致癌風險水平均較高，應予以高度重視。

本研究還存在以下局限性：其一采樣點單一，不能代表整個通州區的污染水平，且資料收集時間僅3年，尚不能分析長期趨勢；其二我國的暴露參數體系不完整，現有數據還不足以代表我國居民的暴露特征，僅為粗略估計；其三本研究僅對經呼吸道吸入途徑的重金屬進行人體健康風險評價，但大氣PM2.5中重金屬可經多種途徑進入人體[7]，因此這可能導致評估結果低于實際值。