毕业论文：城市地表灰尘重金属和有机污染物的健康风险评价.docVIP

聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 目目 录录 前前 言言-1 1城市地表灰尘重金属和有机污染物的来源城市地表灰尘重金属和有机污染物的来源-2 1.1 城市地表灰尘重金属的来源 -2 1.2 城市地表灰尘有机污染物的来源 -3 2重金属和有机污染物健康风险评价方法重金属和有机污染物健康风险评价方法-3 2.1 暴露途径的确定 -3 2.2 暴露剂量模型及参数 -3 2.3 健康风险评估- 5 3结果与讨论结果与讨论-6 3.1 重金属和有机污染物环境影响与暴露浓度 -6 3.2 暴露剂量分析 -7 3.3 风险表征分析 -8 结结 语语-8 参考文献参考文献-9 致致 谢谢-10 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 摘摘 要要 近年来城市中重金属和有机污染物污染日渐严重 。为研究其对人体产生 的潜在健康危害风险 ，根据城市工业区、交通区、居民区和商业区等不同功 能区所采集的街尘样品 ，应用美国环境保护局 (USEPA)人体暴露风险评价方 法对城市地表灰尘重金属和有机污染物 进行健康风险评价 。根据评价结果确 定重要的重金属和有机污染物 摄入途径，和各污染物每一暴露途径的致癌效 应和非致癌效应并制定相应的防治措施。 关键词：关键词：城市灰尘；重金属；有机污染物；健康风险评价； 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） Abstract The Heavy metal and Organic pollutants of the city street dust has been more and more serious in recent years. In order to investigate potential health risk to human bodies caused by heavy metal and organic pollutants, based on city industrial zone, traffic area, residential and business district and so on the different functional areas acquisition of the street stardust samples. A preliminary assessment of the health risk caused by ingestion from breathing and dermal contact was performed by using a health risk method of U.S. Environmental Protection Agency (USEPA). According to the evaluation results to determine important heavy metals and organic pollutants, and each pollutant intake way each exposure carcinogenic effect and the way to formulate the corresponding effect and cancer prevention and control measures. Key words: street dust; heavy metal; organic pollutants; health risk assessment 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 1 城市地表灰尘重金属和有机污染物的健康风城市地表灰尘重金属和有机污染物的健康风 险评价险评价 前言前言 城市是人类活动最为强烈的地区 ，城市环境受到人类活动的深刻影响 。 而城市地表灰尘是城市环境的重要污染源 ，其中在城市地表灰尘中最为重要 的污染物是重金属和有机污染物 。城市地表灰尘在一定的外动力条件下较易 扬起，其中的重金属和有机污染物会通过呼吸吸入和皮肤直接接触等途径进 入人体从而影响公众健康 ；除此之外，城市地表灰尘还可通过污染食物、大 气和水环境间接地影响城市环境质量和危害人类健康。因此为改善城市环境 质量、保障城镇居民健康 ，必须对其进行健康风险评价 。 重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去 活性，也可能在人体的某些器官中富集 ，如果超过人体所能耐受的限度 ，会 造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等 ，对人体会造成很大的危害 ， 例如，日本发生的水俣病 (汞污染)和骨痛病(镉污染)等公害病，都是由重金 属污染引起的 。有机污染物以各种形式进入环境 ，产生各种各样的环境效应 ， 直接或间接的危及人体健康 。主要的有机污染物有有机卤代物、多环芳烃、 表面活性剂 。其中以对人类健康影响最大的难降解、有致癌、致畸、致突变 作用的有机物的环境行为最受人们关注 。 受工业、交通等频繁人类活动的影 响，城市地表灰尘重金属和有机污染 物的健康风险评价工作有一定的难度 ，但国内外针对城市地表灰尘重金属和 有机污染物已经开展了一些工作 。这些研究一定程度上揭示了城市地表灰尘 重金属和有机污染物的污染现状 ， 并在其空间分布特征和来源研究方面取 得了不少成就 。目前对地表环境重金属和有机污染物研究的主要热点集中 在:在了解整个城 市地表环境重金属和有机污染物累积现状的基础上 ，重点 关注工业、商贸和公园等重点累积区域的现状 ，并进行相关索源研究和健康 风险评估。 健康风险评价 (Health Risk Assessment,HRA)是 20 世纪 80 年代以后兴 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 2 起的狭义环境风险评价的重点 ，它是以风险度作为评价指标 ，把环境污染与 人体健康联系起来 ，定量描述污染对人体产生健康危害的风险 。目前，健康 风险评价在世界各国都得到一定的应用 。我国的健康风险评价工作开始于 20 世纪90年代初，最初主要应用于核工业等领域 。随着大气污染越来越严 重，关于大气环境的健康风险评价也越来越多 ，评价的污染物主要是重金属 和有机污染物 ，也有少量对微生物和有机物的评价 。对于我国大多数城市 ， 地表灰尘是极其重要的大气污染源 ，目前重金属和有机污染物逐渐上升为城 市环境保护领域的重要问题 。本文即是针对城市地表灰尘重金属和有机污染 物的健康风险评价 ，主要应用美国环境保护局 (USEPA)的健康风险评价方法 ， 并初步讨论和分析了健康风险评价过程中的问题和对策。 1城市地表灰尘重金属和有机污染物的来源城市地表灰尘重金属和有机污染物的来源 1.1城市地表灰尘重金属的来源城市地表灰尘重金属的来源 1.1.1工业三废引起的重金属污染 近年来，由于部分矿产开发中选矿、冶炼工艺水平落后，个别矿区没有环保 治理设备，废水、废气排放而带来的大量废弃物的产生未经处理直接投放环境， 而其中的重金属随着自然的沉降、雨水的淋溶等途径进入城市地表灰尘，进入正 常循环的生态系统，造成重金属污染严重危害人们的生产生活。 1.1.2化肥农药的过度使用 重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，化肥中品位较差的过磷酸钙和磷 矿粉中含有微量的As、Cd重金属元素。含铅及有机汞的农药发挥作用的同时也 为土壤重金属污染埋下了祸根，造成土壤的胶质结构改变，营养流失，对农作物 的产量及品质都造成极大的不良影响。目前的饲料添加剂中也常含有高含量的Cu 和Zn，这使得有机肥料中的Cu、Zn含量也明显增加并随着肥料施入农田。 1.1.3 汽车尾气的排放 以公路、铁路为中心成条带状分布的重金属污染主要是由于汽车尾气的排放、 汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降所引起的，污染元素 中主要为 Pb、Cu、Zn 等元素。这些物质随风飘落，进入城市地表中引起重金属 污染。实验证明，道路两旁地表灰尘中重金属的污染比较严重，并随着离公路距 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 3 离的由近到远污染程度有所渐轻。 1.2 城市地表灰尘有机污染物的来源城市地表灰尘有机污染物的来源 1.2.1流动源 流动源包括交通和香烟，交通源包括直接的交通排放，同时伴随轮胎磨损， 路面磨损产生的沥青颗粒以及道路扬尘。 1.2.2固定源 固定源包括家庭燃烧（煤、油、木柴） 、垃圾焚烧和工业活动（金属冶炼、 铸造、石油精炼、木柴处理厂、炼焦厂、杂芬油制造厂）及其他人类活动（木炭 烧烤、烹饪） 。 2.重金属和有机污染物健康风险评价重金属和有机污染物健康风险评价方法方法 对于化学物质的环境健康风险评价程序， 使用最普遍的是 1983 年美国科学 院(US National Academyof Sciences， NAS) 公布的四步法: 即危害鉴别( Hazard Identification )； 暴 露 评 价 ( Exposure Assessment )； 剂 量 - 反 应 分 析 ( Dose Response Analysis)以及风险表征(Risk Characterization) 。国内研究普遍采用 美国 EPA 人体暴露风险评价方法， 对中国城市街道灰尘进行健康风险评价。健 康风险评价的内容主要包括估算污染物进入人体的数量、评估剂量与负面健康效 应之间的关系。根据不同类型污染物通过各种途径途径对人体产生的危害效应以 及对有害物质的大量研究结果，分为化学致癌物和非化学致癌物所致健康危害的 风险评价模型。 2.1 暴露途径的确定暴露途径的确定 根据地表灰尘在环境中的迁移循环方式，确定灰尘污染物从环境介质到人体 的暴露途径有 3 种: （1） 呼吸；（2） 手-口接触摄入；（3）皮肤直接吸收。 由于地表灰尘中小于 75um 的颗粒物与大气环境交换频繁，因此经呼吸进入人体 是地表灰尘暴露的主要途径之一。 2.2 暴露剂量模型及参数暴露剂量模型及参数 在得到污染介质浓度后， 根据暴露途径和人群特征分别计算非致癌与致癌 重金属的暴露剂量。对于城市地表灰尘重金属和有机污染物，经呼吸吸入和手- 口摄入是其致癌暴露的主要途径，其人体暴露剂量即为呼吸吸入和手-口摄入途 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 4 径每日剂量。暴露剂量计算公式如下。 经手-口摄入途径每日剂量： （式 1）ATBW EDEFIngRkgmgC dkgD )/( /mg ing ）（ 呼吸吸入途径暴露每日剂量： （式 2） ATBWPEF EDEFInhRkgmgC dkgmgDinh )/( )/( 皮肤接触暴露每日剂量： （式 3） ATBW EFEDABSSLSAkgmgC dkgmgD )/( )/( derm 公式中各参数物理意义及单位如下： C 地表灰尘重金属暴露水平， mg/kg； IngR 通过食入途径的百分率， mg/d； InhR 吸入频率， m/d； EF 暴露频率， d/a； ED 暴露时间， a； SA暴露皮肤表面积 ，； 2 cm SL 皮肤黏着度 ，mg/； 2 cm ABS 皮肤吸收因子， 1/d； PEF 地表灰尘排放因子， /kg； BW 平均体重 ，kg； AT 平均暴露时间 ，d。 参考美国 EPA 土壤健康风险评价方法，以及关国内外研究，儿童和成人日 平均暴露量计算的体变量参数取值如表 1 所示。SA 取值不同季节国人皮肤暴露 面积平均值儿童为 1150 cm2、成人为 2145 cm2，一定程度上降低了模型的不确定 性。 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 5 表 1 街道灰尘重金属和有机污染物人体日平均暴露量计算参数（仅供参考） 项目参数取值数据来源 C暴露水平95% IngR手-口摄入频率200（儿童） ；100（成人）US EPA InhR呼吸吸入频率7.6（儿童） ； 20（成人）US EPA EF暴露频率180US EPA ED暴露时间6（儿童） ；24（成人）US EPA SA暴露皮肤表面积1150（儿童） ；2145（成人）US EPA SL皮肤黏着度0.2（儿童） ；0.07（成人）US EPA ABS皮肤吸收因子0.001US 能源部 PEF排放因子 1.36 9 10 US EPA BW平均体重15(儿童)；70（成人）US EPA AT平均暴露时间ED(非致癌物)；70（致癌物）365365US EPA CR接触频率呼吸吸入（CR=InhR）US EPR 2.3. 健康风险评估健康风险评估 根据暴露剂量，对非致癌和致癌重金属和有机污染物分别进行健康风险评价。 健康风险评估中，风险表征对风险进行定量表达有两种方式：对于致癌效应用 风险度（Risk)表示，即根据暴露水平的数据和特定化学物质的剂量- 反应关系， 估算个体终生暴露所产生的癌症概率。对于非致癌污染物，不用概率评价而是采 用将暴露剂量与参考计量( reference dose，RfD) 进行比较的方法来估计， 称非 致癌风险指数法( Hazard index，HI)。分别考虑污染物每一暴露途径的致癌效应 和非致癌效应，根据下面的公式计算。 （1）非致癌风险指城市地表灰尘重金属重金属和有机污染物可能造成的潜 在非致癌风险，它是通过各种可能暴露途径和其相对应的参考剂量确定，其评价 模型如下： 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 6 （式 5） RfD CDI HQ 式中:HQ 指风险指数，表征各暴露途径中单个污染物的非致癌风险； CDI 指慢性日摄入量，mg/kg/d； RfD 指参考剂量，mg/kg/d，表示在单位时间单位体重摄取的不会引起人体 不良反应的污染物最大量。 HQ 值可以用来评价敏感人群受到非致癌风险的可能性，当 HQ 1 时，认为存在非致癌风险。同时评价几种 污染物产生的非致癌风险时，则把每种污染物产生的非致癌风险相加 ，得到总 体的非致癌风险指数 HI。HI =HQl +HQ2 +HQn。当 HI 小于 1 时 ，认为 没有慢性的非致癌风险产生;当 HI 大于 1 时 ，则应对污染区域进行修复 ，降 低环境中污染物质含量 ，直到 HI 小于 1 为止。 （2）致癌风险指长期暴露于某种致癌物质的情况下 ，人体患癌症的可能性。 它的评价模型如下： （式 6）SFCDICancerRisk 式中:Cancer Risk 为污染物致癌风险，表示人群癌症发生的概率， 通常以一定 数量人口出现癌症患者的个体数表示。 CDI 是慢性日摄入量，mg/kg/d； SF（slopefactor)表示致癌斜率因子，kgdmg- 1。表示人体暴露于一定剂量某 种污染物产生致癌效应的最大概率。 当一个污染区域有多个致癌物质时 ，致癌风险为各种污染物的各种可能暴 露途径所产生的致癌风险之和。美国环保局认为致癌风险在 110-6110-4之间 时是可以接受的，即每 1 万人到 100 万人增加 1 个癌症患者，则认为该物质不 具备致癌风险。 3.结果与讨论结果与讨论 3.1 重金属和有机污染物的环境影响与暴露浓度重金属和有机污染物的环境影响与暴露浓度 一般来讲Zn在交通密集区含量最高， Cr，Mn，Fe和有机污染物在工业区含 量最高，这与这些主要污染源来自交通运输、工业生产表现出一致性；Cu，Pb 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 7 在商业区含量最高， 商业区交通量很大，且车速很慢。一般来讲车流量越大， 重金属和有机污染物排放量越大植被具有减弱污染物污染的功能， 但城市商业 区内植被覆盖率很低，有的商业区内植被覆盖率已接近零，上述原因造成Cu， Pb在商业区含量最高。灰尘重金属和有机污染物在各功能区分布差异较显著，人 类对土地不同的利用方式对这种差异起了关键的影响作用。根据各采样点测得的 各种重金属和有机污染物的浓度水平和区域自然土壤背景值作为评价标准，选取 受到明显污染的污染物进行健康风险研究。 3.2 暴露剂量分析暴露剂量分析 在采用美国 EPA 人体暴露风险评价方法对城市地表灰尘重金属和有机污染 物进行健康风险评价时，由于中国人与美国人体型等方面的差异，对于暴露剂量 计算公式中暴露皮肤表面积参数的取值根据文献进行了修订，其他参数的取值见 表 1。从国内大部分研究可看出，各种重金属和有机污染物的暴露剂量均表现为 手-口途径的暴露量 皮肤接触暴露剂量 呼吸吸入途径的暴露剂量，说明 手-口途径摄入是城市地表灰尘重金属和有机污染物暴露风险的最大途径。暴露 评价是对人群暴露于环境介质中有害因子的强度、频率、时间进行测量、估算或 预测的过程， 是进行风险评价的定量依据， 接触人群的特征鉴定与被评物质在 环境介质中浓度与分布的确定， 是接触评估中相关联而不可分割的两个组成部 分。 在进行地表灰尘重金属和有机污染物暴露剂量评价时， 应对接触人群的数 量、 性别、年龄分布、居住地域分布、活动状况、人群的接触方式(一种或多种)、 接触量、接触时间、接触频度以及所有能估计到的不确定因素等情况进行描述。 从具有代表性的各种群体中抽样， 作有限数量的测定分析， 再作数学模式推导， 以用估测总体人群或不同亚群的接触水平。人群包括某种职业人群、 某地区人 群、 老幼病弱等特别易感人群等，一般是计算他们终生接触的平均水平。确定 人群对某一化学物质的暴露水平，可以通过直接测定进行评定，但多数情况下， 是根据污染物的排放量，排放浓度以及污染物的迁移转化规律方面的参数，采用 一定的数学模式进行估算。被评估的物质在环境介质中的浓度数据一般可通过监 测获取，根据环境介质中污染物的浓度及其空间分布情况，人的活动参数，从空 气、 水、 食品中的摄入参数，生物检测数据等，用适当的模型可以估算出不同 人群、不同时期污染物的总接触量，在致癌风险评价中常用人的终生暴露量。文 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 8 献上对于环境污染物的评价方法或估价方法，已有广泛的讨论，但没有一种能适 用于所有污染物的通用方法，因此必须根据每种化合物的具体情况，逐个加以评 价。 3.3 风险表征分析风险表征分析 风险度评定就是利用前面三个阶段所获取的数据，估算不同接触条件下，可 能产生的健康危害的强度或某种健康效应的发生概率的过程。风险度评定主要包 括两方面的内容，一是对有害因子的风险大小作出定量估算与表达。二是对评定 结果的解释与对评价过程的讨论，特别是对前面三个阶段评定中存在的不确定性 作出评估，即对风险评价结果本身的风险作出评价。风险度评定的另一个主要内 容是评定结果的解释及评价过程的讨论，对整个风险评价过程都有至关重要的意 义，特别是对评价过程中各个环节的不确定性分析。 需要指出的是，由于健康风险评估涉及众多学科，需要多方面的信息与数据， 如污染物迁移暴露特定途径、污染物毒理效应、人群行为方式等。众多复杂因素 使评估过程中存在较大变异性与不确定性。同时， 由于受技术手段与方法限制， 目前尤其是国内地表灰尘健康风险的研究还停留在起步阶段，许多环境健康风险 问题被人们低估，甚至不为人们了解。今后，应该充分认识地表灰尘健康风险的 重要性，积极借鉴相邻学科技术手段，进一步加强地表灰尘健康风险研究。 结语结语 对城市地表灰尘重金属和有机污染物进行健康风险评价时，主要采用美国 EPA 人体暴露风险评价的方法。但城市地表灰尘具有分布广、地域性强、与非 点源污染联系紧密等独特的环境特征；并且由于接触人群的数量、性别、年龄分 布、 居住地域分布、活动状况、人群的接触方式(一种或多种)、接触量、接触时 间、接触频度等很多不确定性的因素，使其研究难度有所增加。在进行城市地表 灰尘重金属和有机污染健康风险评价时，要正确分析各污染物的污染特征，选择 合适的评价模型，为城市生态环境和居民身体健康提供科学的管理依据。 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 9 参考文献参考文献 1 陈华,平蕊珍. 大气环境健康风险评价研究初探J. 安徽农业科学,2009,37(36): 18039- 18040,18069. 2 吴鹏章,高杨,陈辉. 室内空气污染的健康风险评价J. 上海环境科学,2009,28(2): 56-65. 3 郑小康,李春晖,黄国和,等. 保定城区地表灰尘污染物分布特征及健康风险评价J. 环境科 学学报,2009,29(10): 2195 2202. 4