大冶有色冶炼区室内灰尘中重金属的环境地球化学研究

来源 :长江大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:dfm1999
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室内灰尘是重金属富集的重要载体之一,其来源相比于其它环境介质更为复杂。室内环境由于其有限的空间,灰尘中重金属的污染水平对人体健康更具威胁。有色金属冶炼是重要的灰尘重金属排放源之一。我国有色金属冶炼厂众多,造成了周边环境严重的重金属污染,并危害周边人群健康,其中,室内灰尘摄入是人群重金属暴露的主要途径之一。湖北省大冶市是我国五大铜原料生产基地之一,当地大规模铜冶炼活动造成了周围环境严重的重金属污染,并已显现出初步的人体健康受损效应。为了解大冶有色冶炼区室内灰尘重金属的污染特征及对人体的健康风险,采集了大冶大型冶炼厂周边室内灰尘样点35个,利用多元统计方法、地统计方法系统地分析了该地区室内灰尘重金属(Hg、As、Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Ni、Tl与Mn)的污染特征、空间结构和分布特征;根据PMF定量识别了冶炼区室内灰尘重金属的来源,并结合调查问卷对其影响因素进行分析;借鉴US EPA提出的健康风险评价模型评估了该地区人群室内灰尘重金属的暴露剂量和健康风险。根据对该地区室内灰尘中重金属的探讨分析得到以下几方面结论:(1)大冶有色冶炼区室内灰尘重金属Hg、As、Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Ni、Tl与Mn的含量均存在不同程度的累积,其平均含量分别是湖北省土壤背景值的12.39、11.72、10.74、6.75、32.51、2.37、89.69、2.38、2.04和1.07倍。其中Cd与Cu的相对累积量较大,表明室内灰尘中Cd和Cu受到研究区人为活动影响可能较大。冶炼区的As、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Tl均显著高于其它功能区,这表明冶炼活动对这些元素产生了一定程度的影响。Mn、Hg和Cr这三种元素在不同功能区间不存在显著性差异,这表明不同的人为活动对这三种元素含量的影响较小。(2)通过地累积指数对室内灰尘重金属进行污染评价,大冶有色冶炼区室内灰尘整体污染水平偏高,各重金属的污染水平由高到低依次为:Cd>Cu>Pb>As>Hg>Zn>Cr>Ni>Tl>Mn,其中Cd处于严重污染,Cu处于重度污染,Hg、As和Pb为中度污染,Ni和Tl为轻度污染,Mn无污染。不同功能区、不同室内环境及随距冶炼厂远近不同室内灰尘重金属的地累积指数水平差异显著。元素Ni、Cu、Zn、Cd、As、Pb和Tl在冶炼区污染水平均显著高于其它功能区,这可能与大冶有色冶炼厂的污染物排放有关。元素Zn在工业区污染水平最高,元素Hg和Cr在商业区的污染水平最高。元素Mn、Ni、Cr和Tl在各功能区的污染水平均偏低;室内灰尘中重金属Cu、Zn、Tl、Hg和Cd在文教环境下污染水平最高,元素Pb、Ni和As的污染水平在行政办公的环境下最高,元素Mn和Cr在家庭住宅中污染水平最高;室内灰尘样点距大冶有色冶炼厂越远,其重金属的污染水平越低。污染负荷指数PLI值的空间分布特征验证了冶炼区室内灰尘重金属的污染水平在空间上的分布规律与盛行风向一致、且距冶炼厂越远的样点污染水平越低的规律。(3)大冶有色冶炼区室内灰尘中元素Mn、Tl、Cr具有较强的空间结构性或空间自相关性,块金系数小于0.25,而元素Hg、As、Cu、Zn、Pb、Ni和Cd在空间结构上属于中等变异,这些重金属的块金值均处于0.25与0.75之间,可能与人为活动有较大关系。冶炼区室内灰尘重金属元素Cu、Pb、Zn、Cd、As、Tl及Ni的含量在空间上的总体分布较为一致,最高值均分布在该冶炼厂附近,并沿冶炼厂附近向东南-西北方向逐渐降低,向东北-西南方向下降趋势较为迅速,这与冶炼区的盛行风向相一致;元素Mn、Hg和Cr含量在空间上与之有所差异,三种元素之间的分布趋势也有所不同,其中Mn除在垃圾站附近出现最高值,其余地区分布较为平缓,元素Hg相对于其它重金属元素在空间上的分布趋势有所不同,其最高值区出现在大冶有色冶炼区的西南部,西北部和东北部的Hg含量都相对较低,元素Cr的高值区出现在炼钢厂附近,其余地区分布较为均匀。(4)大冶有色冶炼区室内灰尘中重金属主要来源于以冶炼活动为主的工业活动和交通排放、以煤燃烧为主的工业活动、自然源。Cu、Zn、Cd、As和Pb可能主要受到冶炼活动为主的工业排放、交通活动等人为来源的影响,元素Mn和Cr可能主要为自然源,元素Hg可能来源于以煤燃烧为主的工业活动,元素Ni和Tl可能属于混合来源,一种是自然源,另一种则是以有色金属冶炼厂为主的工业源。大冶有色冶炼区室内灰尘重金属的累积主要源于人为活动,人为活动占据总贡献的68.71%。除此之外,室内灰尘重金属还受到房屋年龄、距离道路的远近、室内燃煤情况、开窗时长、吸烟习惯及室内居住人群数量等因素的影响。(5)大冶有色金属冶炼区室内灰尘中除元素Hg以蒸汽吸入为主要暴露途径外,其余重金属的主要暴露途径均为手-口摄入。儿童各重金属的暴露剂量均高于成人,暴露剂量最高的为元素Cu。大冶有色冶炼区室内灰尘中元素As和Cr对儿童来说具有一定分非致癌风险,其中As和Cr的总非致癌风险HI分别达到4.11和1.71,均超过安全阈值1。其它元素并无非致癌风险。相对于儿童,成人的非致癌风险系数均处于安全阈值范围内,不存在非致癌风险。大冶有色金属冶炼区室内灰尘中四种重金属(Cr、As、Ni和Cd)的致癌风险均低于10-4,处于致癌风险的安全阈值或可接受的范围内,不存在致癌风险。本研究的结果将有助于深化对有色冶炼高强度人类活动下重金属在室内灰尘中污染特征和人群暴露健康风险等问题的认识,为该地区重金属污染防治和人群健康保护提供科学依据,也可为我国其它有色冶炼区的环境保护提供参考。
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