張啟鈞,吳 琳,張衍杰,方小珍,毛洪鈞*,吳麗萍

?

隧道環(huán)境PM2.5載帶重金屬污染特征與健康風(fēng)險(xiǎn)

張啟鈞1,2,吳 琳2,張衍杰2,方小珍2,毛洪鈞2*,吳麗萍1

(1.天津城建大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,天津市水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300384；2. 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,城市交通污染防治研究中心,環(huán)境污染過(guò)程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300071)

在南京富貴山隧道開(kāi)展機(jī)動(dòng)車排放的顆粒物濃度及其載帶重金屬元素對(duì)人群健康的影響研究,對(duì)PM2.5的濃度水平與變化特征、載帶重金屬元素組分進(jìn)行分析,并通過(guò)美國(guó)環(huán)保局(US EPA)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià).結(jié)果表明,工作日隧道進(jìn)口和出口處的PM2.5質(zhì)量濃度為(78.67±24.58) μg/m3和(164.2±45.13)μg/m3,非工作日顆粒物濃度略低于工作日.采樣期間隧道出口處PM2.5載帶的Zn、Cu和Mn元素的濃度質(zhì)量較高,受機(jī)動(dòng)車污染影響較大.富集因子結(jié)果顯示,隧道進(jìn)出口處,Cd、Sb、Sn、Zn、Cu、Mo、Pb和As等元素的EF>10,受人為污染源排放影響,Co、Mn、Cr、Ni、V和Tl等元素EF<10,在隧道中幾乎沒(méi)有富集.健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明,對(duì)于兒童,測(cè)試期間隧道進(jìn)出口處的非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)指數(shù)(HI)均大于1,具有非致癌風(fēng)險(xiǎn),對(duì)于成人,測(cè)試期間隧道進(jìn)出口處的非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)指數(shù)(HI)均小于1,非致癌風(fēng)險(xiǎn)在安全范圍內(nèi).但顆粒物載帶的Cr和As元素致癌風(fēng)險(xiǎn)均超過(guò)EPA推薦的可接受風(fēng)險(xiǎn)閾值(10-6),具有明顯的致癌效應(yīng).

隧道測(cè)試；顆粒物；重金屬元素；健康風(fēng)險(xiǎn)

交通源排放是城市大氣顆粒物的一個(gè)重要來(lái)源,長(zhǎng)時(shí)間的暴露在高濃度的顆粒物污染環(huán)境中可能使呼吸疾病的致病風(fēng)險(xiǎn)增加,嚴(yán)重威脅人體健康[1].城市中交通來(lái)源的顆粒物主要是機(jī)動(dòng)車尾氣管排放、輪胎磨損、剎車片磨損和道路塵的二次揚(yáng)起等幾個(gè)方面.其中,機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)環(huán)境中超細(xì)顆粒物的貢獻(xiàn)最大(PM2.5及以下),而非尾氣排放則對(duì)大顆粒物貢獻(xiàn)較高(PM2.5-PM10)[2].此外,顆粒物載帶的元素組分具有較高的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒物中的金屬元素主要來(lái)源為汽油、柴油燃料的添加劑和燃料的燃燒過(guò)程.雖然此組分占機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒物的比重較小,但是其對(duì)大氣環(huán)境的貢獻(xiàn)卻占主要地位[3-5].

城市隧道測(cè)試是研究機(jī)動(dòng)車排放污染物的常用方法之一,該方法可以獲取機(jī)動(dòng)車在實(shí)際行駛過(guò)程中污染物的排放特征.自1993年瑞士Gubrist隧道測(cè)試研究以來(lái)[6],國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的隧道測(cè)試實(shí)驗(yàn).ALLEN等[8]在舊金山灣區(qū)進(jìn)行隧道測(cè)試,獲得了輕型和重型柴油車尾氣顆粒物的排放特征. GILLIES等[7]于1996年對(duì)洛杉磯地區(qū)兩條隧道的PM2.5平均排放因子進(jìn)行了測(cè)試.王瑋等[9]對(duì)北京昌平高速公路八達(dá)嶺段的潭峪溝隧道進(jìn)行隧道測(cè)試,得到隧道內(nèi)TSP、PM10、PM2.5的平均排放因子.與國(guó)外研究人員進(jìn)行的大量隧道測(cè)試相比,國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究略顯不足,而且研究大多針對(duì)隧道中顆粒物排放因子,對(duì)顆粒物載帶組分的研究則略顯薄弱.

為研究隧道中顆粒物污染水平及其載帶元素成分的排放特征,本研究對(duì)機(jī)動(dòng)車在隧道區(qū)域內(nèi)的顆粒物排放進(jìn)行了為期3d的連續(xù)測(cè)試,分析隧道進(jìn)口與出口處PM2.5顆粒物濃度及其載帶重金屬元素的污染狀況,計(jì)算隧道中元素的富集因子并對(duì)其健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),為我國(guó)機(jī)動(dòng)車排放控制提供基礎(chǔ)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 樣品采集與分析

南京富貴山隧道位于南京市區(qū)交通繁忙的區(qū)域,隧道東側(cè)全長(zhǎng)為472m,西側(cè)全長(zhǎng)455m.每側(cè)隧道內(nèi)均為單向兩車道,限速50km/h.實(shí)驗(yàn)的采樣點(diǎn)設(shè)在東側(cè)隧道內(nèi)進(jìn)口出口同側(cè)路邊,距離進(jìn)口10m,距離出口20m,采樣高度0.5m(圖1).

圖1 隧道采樣點(diǎn)示意圖

采樣時(shí)間為2015年6月21~23日,共3d,每天分3個(gè)時(shí)段(早7:00~12:00、12:00~17:00、17:00~ 22:00),每5h采集1次PM2.5樣品.顆粒物樣品使用武漢天虹TH-150C智能中流量采樣器,流量為100L/min,采樣時(shí)間為300min.中流量采樣所用濾膜為直徑90mm的聚丙烯有機(jī)濾膜.實(shí)驗(yàn)期間共采集9組18個(gè)隧道樣品(PM2.5樣品18個(gè)),包括了工作日和休息日、交通高峰時(shí)段和非高峰時(shí)段,比較完整地反映富貴山隧道各個(gè)時(shí)段的交通狀況.同時(shí)使用攝像機(jī)記錄采樣期間的隧道車流情況,隧道內(nèi)平均車流量為1500輛/4h.

采樣前,統(tǒng)一將有機(jī)膜放入烘箱,在80°C的條件下烘烤1h以消除揮發(fā)組分對(duì)稱重的影響.采樣結(jié)束后,將稱重后的有機(jī)濾膜放入消解罐中,依次加入10mL HNO3和2mL H2O2進(jìn)行微波消解,微波消解的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置為:110℃(5min)、150℃(5min),190℃ (15min),微波消解完成后,用高純水定容至15mL.最終將樣品送電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS, Agilent 7500a)進(jìn)行檢測(cè)分析.選擇地球化學(xué)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS2,分別稱取12份樣品按樣品分析步驟制備后進(jìn)行測(cè)定,計(jì)算方法的精密度和準(zhǔn)確度(表1).

表1 ICP-MS方法的準(zhǔn)確度和精密度

1.2 富集因子

富集因子(EF)用以判斷人為源與自然源對(duì)顆粒物中元素含量的貢獻(xiàn)水平,其計(jì)算公式如下:

參比元素應(yīng)滿足受其他元素和人類活動(dòng)影響較小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、分析結(jié)果精確度高和不易揮發(fā)等條件.本文選取Al作為參比元素,各元素濃度背景值取地殼平均值[10].

1.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)美國(guó)環(huán)保局(US EPA)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型和國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)隧道中PM2.5載帶重金屬進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.人群主要通過(guò)攝食、皮膚接觸和呼吸等3種途徑暴露于隧道顆粒物中,由于部分參數(shù)的局限,本研究中僅考慮呼吸暴露途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)(HQ、HI)和致癌風(fēng)險(xiǎn)(Risk).本研究涉及的14種重金屬,V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Cd、Sn、Sb、Tl和Pb均具有慢性非致癌風(fēng)險(xiǎn),其中Cr、Co、Ni、As、Cd、Pb還同時(shí)具有致癌風(fēng)險(xiǎn).具體計(jì)算公式如下:

式中:ADD為日均暴露劑量,mg/(kg×d);LADD為終身日均暴露劑量表示,mg/(kg×d);Risk為致癌風(fēng)險(xiǎn);SF為經(jīng)呼吸暴露的致癌斜率系數(shù),[mg/(kg×d)]-1;HQ為單個(gè)因子的危險(xiǎn)系數(shù);HI為非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)指數(shù);RfD為參考劑量,mg/(kg×d).

呼吸途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)參數(shù)參考EPA提出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及中國(guó)最新發(fā)布的《中國(guó)人群暴露參數(shù)手冊(cè)》[11],具體參數(shù)含義及取值詳見(jiàn)表2.所研究重金屬對(duì)應(yīng)的RfD和SF值從美國(guó)綜合危險(xiǎn)度數(shù)據(jù)庫(kù)(IRIS)獲得.

表2 呼吸途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)參數(shù)

1.4 質(zhì)量控制和統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)所用有機(jī)濾膜在平衡室內(nèi)的平衡時(shí)間不少48h,平衡室溫度在25~30℃,溫度變化<2℃,濕度<40%,濕度變化<5%.稱重時(shí)濾膜需經(jīng)專用的除靜電設(shè)備除去靜電.重金屬元素測(cè)試過(guò)程中分別進(jìn)行方法空白分析、標(biāo)準(zhǔn)樣品分析、重復(fù)樣品分析以及現(xiàn)場(chǎng)空白樣品分析.每10個(gè)樣品至少執(zhí)行一次以上質(zhì)量控制步驟,空白分析值可接受標(biāo)準(zhǔn)須低于2倍方法檢出限,標(biāo)準(zhǔn)樣品的回收率應(yīng)在80%~120%范圍,重復(fù)樣品的相對(duì)誤差小于20%.測(cè)量數(shù)據(jù)使用統(tǒng)計(jì)分析軟件Origin 9.0和SPSS 22.0進(jìn)行分析處理.

2 結(jié)果與討論

2.1 隧道中顆粒物及載帶元素濃度分析

隧道中機(jī)動(dòng)車排放的顆粒物質(zhì)量濃度及其載帶重金屬元素濃度測(cè)量結(jié)果如表3和圖2所示.在本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試中,工作日隧道進(jìn)口和出口處的PM2.5質(zhì)量濃度為(78.67±24.58) μg/m3和(164.2±45.13) μg/m3,分別是國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(24h平均)的1.05倍和2.19倍.非工作日隧道進(jìn)口和出口處PM2.5質(zhì)量濃度均比工作日的顆粒物濃度略低,但是隧道出口的PM2.5質(zhì)量濃度均超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(24h平均).隧道出口處的顆粒物質(zhì)量濃度明顯比進(jìn)口的濃度高2倍左右,這與機(jī)動(dòng)車排放污染物在隧道中積累效應(yīng)相關(guān).

表3 隧道進(jìn)口與出口處顆粒物濃度

注:PM2.5二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(24h平均):75μg/m3.

圖2分別列出了采樣期間隧道進(jìn)出口處PM2.5載帶重金屬元素的質(zhì)量濃度.工作日隧道出口處PM2.5中,14種元素的濃度順序排列Zn>Cu>Mn> Pb>V>Cr>As>Sn>Sb>Ni>Mo>Cd>Co>Tl,從中可以看出,采樣期間PM2.5載帶的Zn、Cu和Mn元素的濃度質(zhì)量較高,其最高質(zhì)量濃度分別達(dá)到1.57′10-1、3.26′10-2、2.94′10-2μg/m3.對(duì)與工作日和非工作日,同一采樣點(diǎn)位的元素濃度分布及排序大致相同,但對(duì)于進(jìn)口和出口處的元素濃度則差異較大.

表4將本研究與其他地區(qū)不同隧道實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn),Zn和Cu元素作為輪胎和剎車片磨損標(biāo)志物,在本研究隧道顆粒物的含量比廣州隧道[12]和國(guó)外隧道數(shù)據(jù)[13]研究數(shù)據(jù)相比較低,對(duì)比不同隧道的通行車速及車流量數(shù)據(jù),國(guó)外隧道的限速分別在90km/h、70km/h,車流量為1100輛/h、1800輛/h,廣州隧道為限速50km/h,車流量為1939輛/h,本研究的隧道的平均車速為45km/h,車流量353輛/h.因此在車速越大、車流量更多的情況下,廣州隧道和國(guó)外隧道中輪胎和剎車的磨損會(huì)相應(yīng)嚴(yán)重,而本研究車速相對(duì)較低,車流量不大,隧道中輪胎和剎車的磨損沒(méi)有其他隧道那么嚴(yán)重.

圖2 隧道進(jìn)口與出口處PM2.5載帶重金屬元素的質(zhì)量濃度

選取隧道內(nèi)PM2.5載帶的重金屬元素利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行因子分析.因子載荷矩陣的變換采用了方差極大旋轉(zhuǎn)法,正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣見(jiàn)表5.解析得到隧道內(nèi)2個(gè)主要成分,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到80.15%.因子1解釋方差為67.96%,負(fù)載系數(shù)較高的元素為Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Mo、Sn、Sb等,其中Cu、Sb 作為剎車磨損的特征元素,Sb元素通常作為添加劑以Sb2S3的形式加入到剎車片,含量可占到5%~7%[14];有隧道實(shí)驗(yàn)研究[15]提出了顆粒物中Cu與Sb的比例(4.6±2.3)可以作為區(qū)別顆粒物中是否有剎車片磨損來(lái)源的標(biāo)志比例,除了Cu和Sb外,其他元素也可能來(lái)自機(jī)動(dòng)車燃料燃燒排放,因此因子1代表剎車片磨損排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放的混合源.因子2解釋方差為12.19%,Zn、Cd和Pb等元素的負(fù)載系數(shù)較高,以上3種元素均為輪胎磨損的標(biāo)識(shí)元素,故因子2代表輪胎磨損排放源.綜合以上分析結(jié)果可知,本研究隧道中PM2.5除了機(jī)動(dòng)車尾氣排放之外,剎車片磨損和輪胎磨損等非尾氣排放源是另一個(gè)重要來(lái)源.

此外,本研究隧道中的V、Ni、As 的濃度水平比其他隧道實(shí)驗(yàn)的對(duì)應(yīng)數(shù)值高,由于目前我國(guó)還未出臺(tái)直接限制機(jī)動(dòng)車排放重金屬含量的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),隨著國(guó)內(nèi)油品的質(zhì)量不斷提高,汽油和柴油中的有害物質(zhì)成分受到嚴(yán)格控制的情況下,此結(jié)果更應(yīng)該引起更多對(duì)機(jī)動(dòng)車排放金屬元素研究的重視.

表4 不同隧道中 PM2.5載帶元素組分的濃度水平(μg/m3)

表5 隧道內(nèi)PM2.5中元素最大方差旋轉(zhuǎn)因子分析

注:高于0.60的值用粗體表示.

2.2 元素富集因子分析

富集因子(EF)可以用來(lái)判斷元素是否受到人為源的影響.根據(jù)隧道進(jìn)出口處PM2.5中各重金屬元素的富集因子(圖3)可知,本研究中PM2.5中各重金屬元素富集因子分布情況為:Cd、Sb、Sn、Zn、Cu、Mo、Pb和As等元素的EF>10,說(shuō)明這8種元素的富集程度高,明顯與人為污染源排放相關(guān).李鳳華等[16]針對(duì)交通源排放的顆粒物載帶元素研究表明, Cd、Cu和Pb與機(jī)動(dòng)車尾氣排放存在正相關(guān), Sb、Sn、Cu等元素則主要存在于機(jī)動(dòng)車的剎車片中[17],張萌[18]針對(duì)太原是大氣顆粒物研究表明, As的人為源與煤炭燃燒和機(jī)動(dòng)車尾氣排放相關(guān), Zn是橡膠輪胎硫化過(guò)程的催化劑主要成分,因此機(jī)動(dòng)車的尾氣和非尾氣是以上元素的最主要的來(lái)源.另一類是EF<10的元素,EF從小到大依次為Co、Mn、Cr、Ni、V和Tl.其中Co和Mn的EF<1,說(shuō)明在環(huán)境中幾乎沒(méi)有富集,其他4種元素不僅通過(guò)土壤風(fēng)化和揚(yáng)塵進(jìn)入隧道大氣中,還有一部分來(lái)源受人為影響,但人為源不是主導(dǎo)因素,其對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)較低.

根據(jù)以上富集因子結(jié)果可知,Co、Mn、Cr、Ni、V和Tl等元素受到自然源和人為源的雙重影響作用,但其在隧道內(nèi)的污染程度較輕.而Cd、Sb、Sn、Zn、Cu、Mo、Pb和As等元素則主要受人為源的作用,在隧道內(nèi)屬于強(qiáng)污染與極強(qiáng)污染.

圖3 隧道進(jìn)出口處PM2.5中各元素的富集因子

2.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

本研究選取的V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb和Pb等元素均具有慢性非致癌風(fēng)險(xiǎn).表6為隧道進(jìn)出口處顆粒物載帶重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)值.可以看出:對(duì)于兒童,全部時(shí)段的HI值均大于1,即具有非致癌風(fēng)險(xiǎn).對(duì)于成人,全部時(shí)段的HI值均小于1.在所選11種元素中,只有Mn的HQ大于1,說(shuō)明兒童人群Mn暴露存在非致癌風(fēng)險(xiǎn).對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn),本研究選取的Cr、Co、Ni、As、Cd、Pb等元素具有致癌風(fēng)險(xiǎn).表7為隧道進(jìn)出口處顆粒物載帶重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn).可以看出,全部時(shí)段的Cr和As元素致癌風(fēng)險(xiǎn)均超過(guò)EPA推薦的可接受風(fēng)險(xiǎn)閾值(10-6),具有明顯的致癌效應(yīng).

目前,我國(guó)沒(méi)有建立系統(tǒng)完善的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系,針對(duì)交通源顆粒物載帶重金屬的暴露及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少,通過(guò)與國(guó)內(nèi)其它相關(guān)研究比較發(fā)現(xiàn):中國(guó)南京市監(jiān)測(cè)站點(diǎn)[19]、天津市道路交通揚(yáng)塵[20]中顆粒物載帶元素的非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)系數(shù)范圍為2.49′10-3~6.71′10-7,多種污染物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)指數(shù)范圍為2.98′10-3~ 2.47′10-5,均小于1,說(shuō)明這些研究中顆粒物載帶元素的非致癌風(fēng)險(xiǎn)尚處于安全范圍之內(nèi).對(duì)比發(fā)現(xiàn)本研究隧道中顆粒物載帶元素的非致癌風(fēng)險(xiǎn)比監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和道路揚(yáng)塵的風(fēng)險(xiǎn)高出數(shù)個(gè)量級(jí),說(shuō)明城市隧道微環(huán)境對(duì)人體健康的影響較大,未來(lái)還需加強(qiáng)對(duì)此方面的研究.

表6 隧道進(jìn)出口處PM2.5載帶重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)

表7 隧道進(jìn)出口處PM2.5載帶重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)

3 結(jié)論

3.1 非工作日隧道進(jìn)出口處PM2.5質(zhì)量濃度均比工作日的顆粒物濃度略低,隧道全時(shí)段進(jìn)出口處的PM2.5質(zhì)量濃度均超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(24h平均).隧道出口處的顆粒物質(zhì)量濃度明顯比進(jìn)口的濃度高2倍左右.

3.2 隧道中PM2.5載帶的Zn 、Cu、Cd和Pb元素的濃度質(zhì)量較高,Cu和Sb 元素作為剎車片磨損標(biāo)志物,Zn、Cd和Pb作為輪胎磨損標(biāo)志物,綜合主成分分析結(jié)果,隧道中PM2.5除了機(jī)動(dòng)車尾氣排放之外,剎車片磨損和輪胎磨損等非尾氣排放源是另一個(gè)重要來(lái)源.

3.3 Co、Mn、Cr、Ni、V和Tl等元素受到自然源和人為源的雙重影響作用,但其在隧道內(nèi)的污染程度較輕.而Cd、Sb、Sn、Zn、Cu、Mo、Pb和As等元素則主要受人為源的作用,在隧道內(nèi)屬于強(qiáng)污染與極強(qiáng)污染.

3.4 對(duì)于兒童,全部測(cè)量時(shí)段的HI值均大于1,具有非致癌風(fēng)險(xiǎn).對(duì)于成人,全部測(cè)量時(shí)段的HI值均小于1.在所選11種元素中, Mn暴露存在非致癌風(fēng)險(xiǎn).對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn),Cr和As的致癌風(fēng)險(xiǎn)均超過(guò)EPA推薦的可接受風(fēng)險(xiǎn)閾值(10-6),具有一定的致癌效應(yīng).

3.5 本研究隧道中的V、Ni、As 的濃度水平比其他隧道實(shí)驗(yàn)的對(duì)應(yīng)數(shù)值高,由于目前我國(guó)還沒(méi)有出臺(tái)直接限制機(jī)動(dòng)車排放重金屬含量的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),但隨著國(guó)內(nèi)油品的質(zhì)量不斷提高,汽油和柴油中的有害物質(zhì)成分受到嚴(yán)格控制的情況下,這一結(jié)果更應(yīng)該引起更多對(duì)機(jī)動(dòng)車排放金屬元素研究的重視.同時(shí),我國(guó)沒(méi)有建立系統(tǒng)完善的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系,針對(duì)顆粒物載帶重金屬的暴露及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少,因此未來(lái)還需對(duì)此方面加強(qiáng)研究.

[1] 張霖琳,王 超,朱紅霞,等.北京混合功能區(qū)夏冬季細(xì)顆粒物組分特征及來(lái)源比較 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2016,36(1):36-41.

[2] LIN Y-C, TSAI C-J, WU Y-C, et al. Characteristics of trace metals in traffic-derived particles in Hsuehshan Tunnel, Taiwan: size distribution, potential source, and fingerprinting metal ratio [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2015,15(8):4117-4130.

[3] 陳 剛,劉佳媛,皇甫延琦,等.合肥城區(qū)PM10及PM2.5季節(jié)污染特征及來(lái)源解析[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2016,36(7):1938-1946.

[4] 范雪波,劉 衛(wèi),王廣華,等.杭州市大氣顆粒物濃度及組分的粒徑分布[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2011,31(1):13-18.

[5] 張曉茹,孔少飛,銀 燕,等.亞青會(huì)期間南京大氣PM2.5中重金屬來(lái)源及風(fēng)險(xiǎn) [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2016,36(1):1-11.

[6] STAEHELIN J, SCHL?PFER K, BüRGIN T, et al. Emission factors from road traffic from a tunnel study (Gubrist tunnel, Switzerland). Part I: concept and first results [J]. Science of the Total Environment, 1995,169(1-3):141-147.

[7] ALLEN J O, MAYO P R, HUGHES L S, et al. Emissions of size-segregated aerosols from on-road vehicles in the Caldecott Tunnel [J]. Environmental Science & Technology, 2001,35(21): 4189-4197.

[8] GILLIES J, GERTLER A, SAGEBIEL J, et al. On-road particulate matter (PM2. 5and PM10) emissions in the Sepulveda Tunnel, Los Angeles, California [J]. Environmental science & technology, 2001, 35(6):1054-1063.

[9] 王 瑋,葉慧海,金大善,等.交通來(lái)源顆粒物及其無(wú)機(jī)成分污染特征的研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2001,14(4):27-31.

[10] 魏復(fù)盛,陳靜生.中國(guó)土壤環(huán)境背景值研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 1991,(4): 12-19.

[11] 環(huán)境保護(hù)部.中國(guó)人群暴露參數(shù)手冊(cè),成人卷 [M]. 北京:中國(guó)環(huán)境出版社, 2013.

[12] 韓 昊.廣州市機(jī)動(dòng)車PM2.5及其金屬元素排放特征研究 [D]. 廣州:暨南大學(xué), 2015.

[13] BRITO J, RIZZO L V, HERCKES P, et al. Physical-chemical characterization of the particulate matter inside two road tunnels in the S?o Paulo Metropolitan Area [J]. Atmospheric Chemistry & Physics, 2013,13(24):12199-12213.

[14] SANDERS P G, XU N, DALKA T M, et al. Airborne brake wear debris: size distributions, composition, and a comparison of dynamometer and vehicle tests [J]. Environmental Science & Technology, 2003,37(18):4060.

[15] GARG B D, CADLE S H, AND P A M, et al. Brake Wear Particulate Matter Emissions [J]. Environmental Science & Technology, 2000, 34(21):4463-4469.

[16] 李鳳華,張衍杰,張 靜,等.隧道中機(jī)動(dòng)車排放顆粒物及無(wú)機(jī)元素特征 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2018,(3):

[17] KENNEDY P, GADD J. Preliminary examination of trace elements in tyres, brake pads, and road bitumen in New Zealand [J]. Prepared for Ministry of Transport, New Zealand, Infrastructure Auckland, 2003.

[18] 張 萌.太原市大氣PM2.5砷、汞及PAHs的污染特征研究 [D]. 太原:山西大學(xué), 2016.

[19] 張曉茹,孔少飛,銀 燕,等.亞青會(huì)期間南京大氣PM2.5中重金屬來(lái)源及風(fēng)險(xiǎn) [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2016,36(1):1-11.

[20] 張 靜,張衍杰,方小珍,等.道路揚(yáng)塵PM2.5中金屬元素污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) [J]. 環(huán)境科學(xué), 2017,38(10):4071-4076.

Characteristics and health risk assessment of heavy metal in PM2.5in tunnel environment.

ZHANG Qi-jun1,2, WU Lin2, ZHANG Yan-jie2, FANG Xiao-zhen2, MAO Hong-jun2*, WU Li-ping1

(1.Tianjin Key Laboratory of Aquatic Science and Technology, School of Environmental and Municipal Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China；2.Urban Transport Emission Control Research Centre, Ministry of Education Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria, College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China)., 2018,38(12)：4706~4712

In order to study pollution characteristics health risk of heavy metal elements in particulate matter from vehicle emissions, a tunnel test was conducted the Fu Gui Mountain tunnel in Nanjing, China. The concentration and characteristics of PM2.5, and the components of heavy metal elements were studied. The health risk of heavy metal elements in PM2.5was assessed by using the international recognized health risk assessment method (US EPA). The results showed that the concentration of PM2.5in the tunnel entrance and exit at workdays was (78.67±24.58) μg/m3and (164.2±45.13) μg/m3, and the concentration of particulate matter on non-working days was slightly lower than the working day. During the sampling period, the concentration of Zn, Cu, and Mn in PM2.5at tunnel exits was higher quality, which was greatly affected by vehicle. The enrichment factor analysis results show that the EF of the Cd, Sb, Sn, Zn, Cu, Mo, Pb, and As at the entrance and exit of the tunnel were greater than 10, which were affected by the anthropogenic sources emission. The EF of Co, Mn, Cr, Ni, V, and Tl were less than 10, which were almost no enrichment in the tunnel. The health risk assessment results showed that the non-carcinogenic risk index (HI) in the tunnel during the test period was greater than 1for children, which had non-carcinogenic risk. For adults, the HI was less than 1, which were within safe limits. However, two heavy metal elements were carcinogenic to human body, such as Cr and As which had a significant impact on human health.

tunnel test；particulate matter；heavy metal elements；health risks

X511,X503.1

A

1000-6923(2018)12-4706-07

張啟鈞(1988-),男,山西襄汾人,講師,博士,主要從事機(jī)動(dòng)車污染控制及大氣環(huán)境中新型有機(jī)污染物研究.發(fā)表論文8篇.

2018-05-04

天津市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目(2017KJ053);環(huán)境污染過(guò)程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(2017-01);天津城建大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目

* 責(zé)任作者, 教授, HongjunM@nankai.edu.cn