（环境科学专业论文）合肥城区地表灰尘重金属污染特征及健康风险评价研究.pdf

c o n t a m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dh e a l t hr i s ka s s e s s m e n to f h e a v ym e t a l si nu r b a nd u s t so fh e f e ic i t y a b s t r a c t f i v em e t a l sc u ，z n ，p b ，c ra n dc di nu r b a nd u s t so fh e f e ic i t yw e r et a k e nt o b et h er e s e a r c ho b je c ti nt h i sp a p e r f i f t h t w os a m p l i n gp o i n t sw e r es e l e c t e da n ds e t i ns i xl a n d u s et y p e s ，t h a ti s ，c o m m e r c i a la r e a ，r e s i d e n t i a la r e a ，i n d u s t r i a la r e a ， t r a f f i ca r e a ，e d u c a t i o n a la r e a a sw e l la s p u b l i cl a n d s c a p e s a n d c i t ys q u a r e s c o r r e s p o n d i n g l y ，f i f t h t w os a m p l e sw e r ec o l l e c t e df r o ma b o v es i t e sa n d c o n t e n t so f c u ，z n ，p b ，c r , c da n do r g a n i cm a t t e rw e r em e a s u r e d a n dt h e n ，t h ed i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ，p o l l u t i o nd e g r e ea n dh e a l t hr i s ko ft h ef i v eh e a v ym e t a l sw e r e i n v e s t i g a t e da n de v a l u a t e d t h er e s u l t sc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) b a s e do nt h ea c r g i ss o f t w a r e ，t h ek r i g i n gi n t e r p o l a t i o nf o rc u ，z n ，p b ，c r a n dc dc o n t e n t sw e r ec o n d u c t e da n dc o r r e s p o n d i n gd i s t r i b u t i o nm a p sw e r ed r a w n u p t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n t e n t so fc ua n dc rd e c r e a s e df r o mc i t yc e n t e rt o o u t s i d e ；t h ec o n c e n t r a t i o no fz nw a sh i g hi nt h ee a s ta n dw e s to ft h ec i t y , b u tl o wi n t h em i d d l e ；a n dt h er e g u l a r i t yo fc dd i s t r i b u t i o nw a sn o tv e r yo b v i o u s ( 2 ) t h ec o r r e l a t i o na n a l y s i ss h o w e dt h a tt h e r ew e r er e m a r k a b l ec o r r e l a t i o n s b e t w e e np ba n dc u ，z n ，c da n do r g a n i cm a t t e r a c c o r d i n gt oc l u s t e ra n a l y s i s ，s i x k i n d so fp o l l u t a n t sw e r ed i v i d e di n t ot h r e ec a t e g o r i e s ，i n c l u d i n gp b ，o r g a n i cm a t t e r ， c ua n dc df o rt h ef i r s tc a t e g o r y ，c rf o rt h es e c o n dc a t e g o r y , a n dz nf o rt h et h i r d c a t e g o r y m o r e o v e r ，f i f t h t w os a m p l i n gp o i n t sw e r ec l a s s i f i e di n t os i xc a t e g o r i e s b yu s i n gf a c t o ra n a l y s i s ，f o u rp r i n c i p a lc o m p o n e n tf a c t o r sw e r ee x t r a c t e d i n a c c o r d a n c ew i t ht h er o t a t e df a c t o rl o a d i n g s ，i tw a sp r e l i m i n a r i l yd e d u c e dt h a tp b a n dc dc o n t e n t sw e r em a i n l ya f f e c t e db yb u i l d i n gd e c o r a t i o na c t i v i t i e s ，z na n dp b b ya u t o m o t i v ev e h i c l e ，c ub yd o m e s t i ca n di n d u s t r i a lw a s t e s ，a n dc rb ym e t a l p l a t i n gp r o d u c t si nt h eu r b a nd u s t so fh e f e i t h ec o n t r i b u t i o nr a t e so ff o u rf a c t o r s t oe a c hh e a v ym e t a lc a nb ef u r t h e ro b t a i n e d b ym u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o no f a b s o l u t ep r i n c i p a ls c o r e s ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h en e m e r o ws i n g l ei n d e x ，t h eu r b a nd u s to fh e f e iw a s p o l l u t e ds e r i o u s l yb yc u ，z n ，p b ，c ra n dc d ( e s p e c i a l l yz na n dc d ) f r o m n e m e r o ws y n t h e t i cp o l l u t i o nv a l u e s ，t h ep o l l u t i o nd e g r e ew a si nt h e d e c r e a s i n g o r d e r ：p u b l i cl a n d s c a p e sa n dc i t ys q u a r e s c o m m e r c i a la r e a e d u c a t i o n a la r e a i n d u s t r i a la r e a r e s i d e n t i a la r e a t r a f f i ca r e a t h eg e o a c c u m u l a t i o ni n d e x e v a l u a t i o nr e s u l t sa l s oi l l u s t r a t e dt h a tt h eu r b a nd u s tw a s p o l l u t e db yt h ef i v eh e a v y m e t a l s ，w i t ht h ep o l l u t i o nd e g r e ei nt h eo r d e r ：c d z n p b c u c r ( 4 ) i nc o n s i d e r a t i o no ft h eu n c e r t a i n t i e so fh e a l t hr i s ka s s e s s m e n ts y s t e m t h e a s s e s s m e n tm o d e l sb a s e do nt r a p e z o i d a lf u z z yn u m b e r sw e r ed e v e l o p e dt oe v a l u a t e h u m a nh e a l t hr i s k so fh e a v ym e t a l s ，a sw e l la sad i s c r i m i n a t i o n t e c h n i q u ea n d a s s e s s m e n ts t a n d a r d sw e r ep r o p o s e df o rc a n c e rr i s k s ，w h i c hw e r eu s e dt oa s s e s st h e h e a l t hr i s ko ft h e h e a v ym e t a l s i nu r b a nd u s t so fh e r e i c i t y i na d d i t i o n c o n s i d e r i n gt h es t o c h a s t i cc h a r a c t e r i s t i c so fh e a l t hr i s ka s s e s s m e n ts y s t e m ，t h e h e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o n so fc u ，z n ，p b ，c ra n dc di nu r b a nd u s t sw e r em o d e l e d b yu s i n gm o n t e - c a r l oa p p r o a c ha n dt h e nh e a l t hr i s ka s s e s s m e n tw a sc a r r i e do u t t r a d i t i o n a lc e r t a i ns t u d yr e s u l t ss h o w e dt h a tt h en o n c a r c i n o g e n i cr i s ko fc h i l d r e n w a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to f a d u l t s ；n o n c a r c i n o g e n i cr i s ko fe a c hf u n c t i o n a r e aw a si nt h ed e c r e a s i n go r d e r ：i n d u s t r i a la r e a p u b l i c l a n d s c a p e sa n dc i t y s q u a r e s c o m m e r c i a la r e a e d u c a t i o n a la r e a r e s i d e n t i a la r e a t r a f f i ca r e a ； n o n c a r c i n o g e n i cr i s ko fe a c hm e t a lw a si nt h eo r d e ro fp b c r z n c d c u g e n e r a l l y ，c ra n dc dh a v ev e r yl o wc a r c i n o g e n i cr i s kt oh u m a nh e a l t h k e y w o r d s ：u r b a nd u s t ；h e a v ym e t a l ；k r i g i n gi n t e r p o l a t i o n ；h e a l t hr i s ka s s e s s m e n t ； h e f e ic i t y 致谢 研究生学习生活转眼间已进入尾声，在即将离开的时刻，心中既有留恋，也有期 盼。这篇论文为我的硕士研究生学习划上了一个句号，希望也是一个新的期起点。三 年研究生生活使我受益匪浅，与老师、同学们相处的日子，给我留下了美好的回忆。 我唯将满怀的激动化作感激，献给在这段历程中推动和扶助我前行的每一位师长和亲 朋。 首先要感谢我的导师李如忠教授，从论文的选题、构思、撰写直到最后完成，导 师都倾注了大量的心血和智慧，同时，对我的生活给予了充分的关心和帮助。导师渊 博的学识、活跃的思维及平易近人的工作作风给我留下了深刻的印象。导师敬业精神、 严谨的治学态度、务实不浮躁的学术心态以及勇于创新的开拓精神是我今后努力的方 向和学习的榜样。恩师如慈父如良友，对我学术上的谆谆教诲、生活上的关怀备至， 让我终身铭记。在此，谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 另外，我要感谢在实验期间为我提供实验条件和便利的崔康平教授、陈天虎教授； 感谢谭晓慧教授、赵萍副教授的耐心指导；感谢资环学院的各位老师和领导对我的关 心和精心培养，衷心地祝愿他们身体健康，工作顺利! 我还要感谢各位同窗和同门的 兄弟姐妹们在学习和生活中给予我的建议和帮助，特别感谢周爱佳同学、李峰同学和 王延明同学在实验过程中给予的支持，还有室友李丹、陈衬和杨丹丹为我提供了一个 宽松而愉悦的学习环境，祝愿他们前程似景，愿我们的友谊地久天长! 此外，还要感 谢我的家人，正是他们默默无闻的奉献与鼓励，才使我有信心和毅力顺利完成学业! 最后，向所有关心、帮助和支持我的老师、同学和朋友们表示衷心的感谢! 谢谢 你们! 作者：童芳 2 0 1 2 年3 月3 1 日 插图清单 图1 1 技术路线图6 图2 1 采样点地理位置示意图9 图3 1 合肥市地表灰尘重金属含量的空间分布特征2 0 图3 2 污染物聚类树状图2 2 图3 3 采样点聚类树状图2 4 图5 1各重金属概率密度曲线5 8 图5 2 各重金属浓度累积分布曲线5 9 图5 3 重金属浓度一成人非致癌风险函数关系图一6 0 图5 4 重金属浓度一儿童非致癌风险函数关系图一6 1 图5 5 重金属浓度一致癌风险函数关系图6 2 表2 1 表2 2 表2 3 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表3 6 表3 7 表3 8 表3 9 表3 1 0 表3 。1 1 表3 1 2 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表4 6 表4 7 表4 8 表4 9 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表5 5 表5 6 表5 7 表5 8 表格清单 采样点地理位置8 重金属测定结果1 2 地表灰尘中有机质含量1 5 地表灰尘重金属元素含量的描述性统计1 7 地表灰尘污染物相关性分析2 1 合肥市地表灰尘因子分析特征值和累计贡献率( 门= 5 2 ) 2 7 旋转因子载荷及共同度2 7 标准化的( z o ) 值和各采样点的t o t a l 值一2 8 主成分因子得分3 0 因子得分系数31 主成分因子绝对得分3 1 线性回归分析结果3 2 各主因子的贡献值3 3 各主因子的贡献率3 3 各主因子对不同重金属元素的污染贡献水平3 4 内梅罗综合污染指数分级标准3 7 各点位重金属的单项污染指数3 8 地表灰尘重金属不同污染程度的采样点数目3 8 地表灰尘重金属内梅罗综合污染指数3 9 不同功能区地表灰尘重金属综合污染指数一4 0 地累积指数划分标准4 0 各点位重金属的地累积指数4 l 地表灰尘重金属不同污染程度的采样点数目一4 2 不同功能区重金属地累积指数4 2 暴露剂量模型部分参数取值4 7 地表灰尘重金属不同途径的参考剂量r f d 和致癌斜率因子s f 4 8 不同暴露途径下的非致癌健康风险4 8 不同功能区的非致癌健康风险4 8 不同功能区的致癌健康风险5 0 不同暴露途径各重金属的非致癌健康风险变化区间5 4 不同暴露途径下非致癌健康风险的期望区间及期望值5 5 风险等级的划分标准5 6 第一章绪论 1 1 研究目的和意义 合肥市是安徽省省会，地处我国中部经济带，城区位于e 1 1 7 0 、n 3 2 。，地 跨长江淮河之间、巢湖之滨，是全省政治、经济、文化、金融和商贸中心。近 些年来，合肥市人口数量增长很快，城市规模迅速扩大，城市生态环境质量也 随之有所下降，并逐步成为制约当地经济社会发展、威胁居民身体健康的重要 因素之一。而随着群众生活水平的不断提高和对身体健康的日益关注，公众对 城市环境质量的要求也越来越高。 城市作为人类活动最为强烈的地区，其环境受到人类各种活动的影响，工 业生产、交通运输、城市工程建设、气候因素和人类居住等导致了土壤和灰尘 中污染物的大量富集【1 】。在城市地表灰尘中，重金属及难降解持久性有机污染 物富集较为明显，且是目前研究较多的污染物质【2 。5 】。由于重金属元素的难降解 性和持久性，在一定条件下容易成为潜在污染源对城市环境构成威胁，因此被 称为“化学定时炸弹”【6 j 。重金属元素可以改变人类精神系统和呼吸系统的功 能，扰乱内分泌系统，危害人类健康。由于所处环境界面的特殊性，地表灰尘 成为包括重金属在内的各种污染物质的源和汇”】。 本文选择安徽省合肥市为对象，在样品采集和实验室分析测试基础上，对 合肥城区地表灰尘重金属污染特征进行分析，解析地表灰尘重金属的可能来 源，并对地表灰尘重金属污染状况进行综合评价。从健康风险评价系统的不确 定性出发，构建健康风险评价非确定性数学模型，进而对合肥城区地表灰尘重 金属污染的环境健康风险进行评估，以期为合肥市环境污染综合治理科学对策 的制定提供背景数据和理论依据。 1 2 国内外研究进展 地表灰尘是指附着、沉淀于城市人工铺地( 道路、桥面、街面、广场) 及 地面附着物、建筑物的裸露面上，未被固化黏结易于被地表径流、雨水及大气 带动、运移和飘浮的小于2 0 目的固体颗粒物【7 1 。地表灰尘在一定动力条件( 风 力、机动车碾压及人群活动等) 作用下较易扬起，通过呼吸道和皮肤被人体吸 收，在人体内被消化、吸收、累积，对人体健康产生危害，由于儿童有较多的 手v i 活动以及免疫力低下等原因，更容易受到灰尘中污染物的危害【8 】；另一方 面，它在降水的冲刷作用下进入河道，对城市水环境造成了直接的污染【9 1 。 早在2 0 世纪7 0 年代，国外学者就开始了地表灰尘的研究，当时d a y 1 0 1 在自然杂志上发表的“城市地表灰尘中的铅 一文中首次提出了地表灰尘 的概念。随后，国外许多国家相继开展了此方面的研究。2 0 世纪7 0 年代到2 0 世纪8 0 年代，一些国家展开了城市地表灰尘环境污染的调查，发表了多篇关 于街道灰尘、道路灰尘的论文，论文从功能区的角度出发，论述了地表灰尘中 颗粒物和重金属的作用及危害等j 。9 0 年代以后，世界各地对城市灰尘污染问 题进行了较为广泛的研究，研究对象多集中在街道灰尘、道路灰尘、道路边土 壤、室内灰尘、城市土壤等，在污染物的物化特征、迁移转化、时空分布以及 来源解析等方面积累了许多值得借鉴的成果。相比而言，我国对城市灰尘环境 污染问题的认识尚不够，在这一领域的研究起步较晚。2 0 世纪9 0 年代初，在 成都开展的“街道地表物 的调查研究【1 2 。4 1 ，开创了国内在此领域的先河。近 几年，地表灰尘污染问题已逐步成为环境领域研究的热点，在我国许多大中型 城市相继开展开来，取得了较多的研究成果。 1 2 1 城市地表灰尘重金属污染特征研究进展 城市不透水地面的迅速增加使地表污染物的累积和冲刷规律发生了变化， 非点源污染的“源”、“过程”、“汇”也随之变化。地表灰尘作为污染物的重要 载体，是典型的非点源污染之一【l5 。1 7 】。人类生产活动造成了地表灰尘中重金属 的累积，地表灰尘重金属含量是反映城市环境质量的重要指标之一。一般而言， 城市人口越多，重金属( 尤其是c d 和p b ) 污染相对越严重，在交通路口、红绿 灯处等交通缓滞地段出现重金属污染峰值1 4 j 。城市不同功能区之间的污染空间 分布差异较大，局部污染比较严重。 2 0 世纪9 0 年代以来，国内外学者对城市地表灰尘重金属污染开展了大量 研究。a 1 一r a j h i 等【l 驯对沙特阿拉伯r i y a d h 市的交通要道、市区、郊区、乡村、 老工业区和新工业区等6 种不同功能区部分重金属( c u 、l i 、c r 、n i 、p b 、c d 和z n ) 的研究表明，交通要道灰尘中的p b 含量明显高于其他功能区，老工业 区灰尘中的各种重金属含量都较高。有研究【l9 j 显示伦敦地表灰尘中c u 的含量 为1 1 1 5 1 2m g k g 、p b 为5 4 4 1 6 3 6m g k g ，z n 的含量高达9 8 8 - 3 3 5 8 m g k g ，各 种金属的含量跨度都很大，最大值是最小值的3 4 倍，说明地表灰尘受人类活 动等外界干扰比较强烈。m i g u e l 等【2 0 j 研究了马德里和奥斯陆两个城市街道灰尘 中重金属含量及其分布特征，马德里c u 、z n 和p b 的平均含量为1 8 8 、1 9 2 7 、 4 7 6 m g k g ，相比之下，奥斯陆重金属污染相对较轻，但都远远超过了土壤背景 值，三种重金属的平均浓度分别为1 2 3 、1 8 0 、4 1 2 m g k g ，而马德里地表灰尘中 z n 的含量是奥斯陆地表灰尘中z n 含量的1 0 倍多。我国大部分城市地表灰尘 重金属含量也大大超出土壤背景值，污染较严重。刘春华等【2 1 】在分析了北京市 街道灰尘中的2 0 个元素( k ，c a ，a 1 ，f e ，t i ，m n ，c r , n i ，c u ，z n ，c d ，p b ，l a ，c e ，y n b ，a s ，s b ，h g ，o c ) 的基础上，比较街道灰尘中对人体有害元素含量与北京地 区土壤背景值发现，只有a s 、t i 、m n 的含量低于土壤背景值，其它元素的含 量都不同程度地高于土壤背景值，而c d 和h g 的最大值甚至达到了北京地区土 壤背景值的2 5 0 倍和6 4 倍。李海雯等1 2 2 对上海市外环以内区域道路和公园灰 尘进行了研究，结果表明：p b 、c r 、c u 、n i 、z n 分别高出上海土壤背景值l o 7 、 1 9 、6 6 、2 7 、8 2 倍；外环区域p b 、z n 、n i 污染严重，尤以工业区、商业区 2 以及交通繁忙区最突出。郑小康等【2 3 】对保定城区地表灰尘中重金属的研究结果 为p b ( 2 7 9 0m g k g ) 、c u ( 1 7 7 0m g k g ) 、c r ( 2 2 5 0m g k g ) 、z n ( 4 1 6 0 m g k g ) 、 c d ( 2 8 4 0m g k g ) ，分别是当地土壤元素背景值的1 3 0 、8 1 、3 3 、5 3 、2 9 3 倍，p b 和c d 的含量都超过了土壤背景值的1 0 倍，c d 污染尤其严重，达到了 近3 0 倍。蒋海燕【2 4 】的研究结果表明，城市地表灰尘中c u 、c r 、m n 、z n 含量在 工业区的最高；c u 、c r 、p b 、f e 、z n 含量在商业区和绿化带都很低：m n 含量 在商业区较低，在绿化带较高；p b 含量在工业区较高。 总体上，国内外学者不仅对地表灰尘重金属污染分布特征进行了较多的研 究，而且对重金属污染程度及其对人体健康的影响进行了探讨。 1 2 2 城市地表灰尘重金属污染程度评价研究进展 地表灰尘中重金属的含量可反映其受重金属污染的程度，受污染程度的大 小可通过相应的重金属污染评价方法来度量。对于城市地表灰尘中重金属污染 的评价方法，国内外尚无统一的标准，目前正处于探索阶段，主要是借鉴沉积 物重金属污染评价的方法，如德国学者m i i l l e r1 2 5 的地累积指数法、k e m p t 2 6 】的 富集系数法、h i l t o n 等【27 的回归过量分析法、英国学者t o m l i s o n 【2 8 】的污染负荷 指数法、瑞典地球化学家h a k a n s o n 【”】的潜在生态危害指数法以及单因子污染 指数法1 3 、内梅罗综合污染指数法【3 1j 等。 自地表灰尘污染引起人们关注之后，许多学者利用各种评价方法就不同城 市地表灰尘中的重金属污染状况进行了分析。林啸等pz j 用潜在生态危害指数法 评价了上海市地表灰尘重金属污染状况，结果表明，上海市地表灰尘的潜在生 态危害指数高达1 0 0 4 0 3 ，达到很强生态危害水平。利用地累积指数法分别对 泉州市【33 j 和沈阳市【3 4 j 地表灰尘的重金属污染进行研究表明：泉州市地表灰尘中 z n 为偏重度污染，c d 为中度污染，n i 、c u 、p b 为偏中度污染，c o 为轻度污 染，c r 和m n 无污染；沈阳市地表灰尘中c u 、p b 和z n 三种重金属处于偏中度 污染水平，c d 处于重污染水平。龙永珍等【35 j 用单因子评价法和内梅罗综合污 染指数法评价了长株潭市( 长沙、株洲、湘潭) 近地表灰尘中重金属的污染程 度。 总的来看，目前采用的地表灰尘( 或土壤) 重金属污染评价方法基本上都 是从沉积物重金属污染评价方法类推得到的。由于地表灰尘与沉积物所处的环 境条件、物质组成等有很大差别，以及进入人体的途径也不相同，这些方法是 否适合于地表灰尘重金属污染评价，还有待进一步研究。可以说，对地表灰尘 重金属污染评价模型与方法的探索，仍是环境科学领域的一项重要任务。 1 2 3 城市地表灰尘重金属健康风险评价研究进展 城市灰尘污染与大气污染、水污染、噪声污染、城市热岛、光化学烟雾等 构成了不同类型的城市环境灾害，城市灰尘对生态系统的破坏是隐蔽的、长期 的。许多学者结合医学、毒理学、生态学等相关学科的技术和方法，开展了地 表灰尘的健康风险研究。 在地表灰尘重金属健康风险评估中，美国e p a 土壤健康风险评价模型是最 常用的评价方法。该方法的评价流程评价流程为：污染物识别、暴露途径确定、 暴露剂量计算、暴露风险评估。根据地表灰尘污染物在城市环境中的迁移转化 规律，一般认为污染物主要通过3 种暴露途径进入人体，经手口途径直接摄入、 呼吸系统吸入和皮肤直接接触。其中，由于儿童有较多的手一口接触活动，所以 对于儿童而言，经手口途径直接摄入的重金属量最多。重金属元素对人体有慢 性的非致癌风险，如c d 、c r 、c u 、p b 、z n 、n i 等，而c d 、c r 、n i 又同时具 有致癌风险。因此，健康风险可分为非致癌风险和致癌风险。研究显示，p b 暴 露与减缓儿童认知发展和削弱儿童智力相关【3 6 】。c u 、c d 、z n 、c r 、h g 和a s 等公认的有毒元素可以改变人类神经系统和呼吸系统的功能，造成内分泌系统 紊乱【3 7 - 39 1 。 总的来看，欧美发达国家对环境健康风险的研究比较重视，取得了许多有 借鉴价值的成果。1 9 9 7 - 2 0 0 0 年，欧盟在伦敦、马德里、罗马、哥德堡等城市， 开展了地表灰尘中铂族金属( p t 、p d 、r h 等) 污染及其导致的人体健康和生态风 险问题的研究【4 。1 9 9 9 2 0 0 4 年，美国在全国范围内进行了室内地表灰尘中铅 负荷对儿童血铅影响的调查【4 。2 0 0 5 年，f e r r e i r a 等【4 2 】在非洲罗安达市通过对 地表灰尘中1 9 种重金属元素的分析，展开了有关儿童健康风险的评价。我国 环境污染的健康风险评价最初主要集中在工业污染场地方面，近年来在城市地 表灰尘研究方面也取得了一些成果。常静等【4 3 】对上海中心城区文教区、居民区 和城市广场等区域地表灰尘的研究表明，重金属慢性每日平均暴露量为手口接 触摄入量 皮肤吸收量 吸入空气量，经手一口接触行为直接摄入是儿童地表灰 尘暴露风险的主要途；重金属的非致癌风险及部分重金属的致癌风险均小于相 应的阈值，对人体不会造成健康危害。刘玉燕等【4 4 】的研究表明，乌鲁木齐市地 表灰尘的重金属不会对人群造成明显的健康危害，其中，手一口接触行为是人 体摄入地表灰尘重金属的主要途径，其次为皮肤吸收和呼吸吸入。郑小康等【2 3 】 对保定市城区c d 、c r 、c u 、p b 和z n5 种重金属进行了健康风险评价，结果显 示，c d 的平均致癌风险指数均达到了1 2 5 1 0 ，超过了美国e p a1 0 为的标准， 已对当地居民的身体健康造成了严重的威胁；各种重金属的平均叠加风险度达 0 1 2 4 ，重金属摄入为慢性参考剂量的1 0 左右，不会对居民的身体健康产生较 大的非致癌风险。 可以说，上述研究基本上还都是基于确定性信息，采用常规的、确定性风 险评价模型量化风险大小。近年来，基于环境健康风险评价系统的复杂性和不 确定性，不断有学者将模糊数学原理应用于环境健康风险评估中，如李如忠 4 5 1 、 祝慧娜 4 引、樊梦佳【4 7 】等从不确定性角度，对美国e p a 健康风险评价模型进行 4 改进，提出了风险等级识别方法和风险等级划分标准，取得了较好的效果。 1 3 研究内容和技术路线 本文依托安徽省“十一五 科技攻关计划重点项目“巢湖入湖河口湿地生 态修复机理及关键技术研究与示范 ( 编号：0 7 0 1 0 3 0 2 1 6 5 ) ，拟对合肥境内入 湖河流汇水区域城市非点源污染的重金属负荷进行分析和评估，以期为巢湖入 湖河口区重金属污染来源解析及生态修复措施的制定提供依据。 本文以合肥市地表灰尘重金属( c u 、z n 、p b 、c r 和c d ) 为研究对象，在 采样和分析测试的基础上，对重金属的空间分布特征、来源及相关性进行分析， 并对重金属污染程度和环境健康风险进行评估。主要研究内容和拟采用的方法 概括如下： ( 1 ) 地表灰尘重金属污染特征及来源解析 采用基于g i s 的k r i g i n g 插值技术，对合肥市城区地表灰尘重金属进行 空间插值模拟，揭示5 种重金属的空间变化特征； 开展地表灰尘重金属相关性和聚类分析，探讨污染因子及采样点之间 的关系和分布规律； 利用主成分多元线性回归分析方法，解析地表灰尘重金属的可能来源。 ( 2 ) 地表灰尘重金属的污染评价 采用内梅罗指数法和地累积指数法对地表灰尘重金属污染状况进行评估， 揭示不同空间点位以及不同城市功能区重金属污染差异。 ( 3 ) 地表灰尘重金属污染的健康风险评估 为更好的揭示合肥城区地表灰尘重金属健康风险水平，考虑分别从确定 性、模糊性、随机性的角度，开展重金属污染健康风险评估。 直接采用确定性模型，定量估算合肥市城区地表灰尘重金属的非致癌风 险和致癌风险状况； 根据梯形模糊数原理，构建基于梯形模糊数的健康风险评价模型，从环 境健康风险评价系统的模糊性出发，开展致癌和非致癌风险的评估； 借助m o n t ec a r l o 模拟技术，模拟合肥地表灰尘重金属含量，进而开展 地表灰尘重金属污染的致癌和非致癌风险评估，并构建相应的函数关系。 根据拟研究内容，确定本文的技术路线，见图1 1 所示。 图1 1 拟采用的技术路线图 6 第二章样品的采集与测试 2 1 研究区域基本概况 合肥是安徽省省会，位于省境中部( 北纬3 2 。、东经1 1 7 。) ，地处长江淮 河之间、全国五大淡水湖之一的巢湖之滨，紧邻“长三角”经济圈，水路通过 巢湖可通江达海，是沿海的腹地、内地的前沿，是全省政治、经济、文化、信 息、金融和商贸中心，也是全国重要的科研教育基地。市辖瑶海、庐阳、蜀山、 包河4 个区和肥东、肥西、长丰3 个县，以及经济技术开发区、高新技术产业 开发区、政务文化新区和新站综合开发试验区等开发区。截至2 0 0 8 年6 月， 全市行政辖区总面积7 0 2 9 4 8k m 2 ，总人口4 9 8 1 0 4 ，其中，市区总面积8 3 8 5 2 k m 2 , 市区建成区面积为2 2 4k m 2 ，市区人1 2 11 5 6 1 0 4 。近几年，全市生产总值 ( g d p ) 持续稳定增长，到2 0 0 9 年达2 1 0 2 1 2 亿元，并且连续6 年增长速率保 持在17 以上。与此同时，合肥市机动车辆也呈快速增长趋势。据悉，2 0 0 8 年1 2 月，合肥市机动车保有量为3 7 0 万辆，2 0 0 3 年至2 0 0 8 年五年中，机动 车净增长2 8 5 万辆，年平均增长率达1 5 6 。到2 0 1 2 年1 月，合肥市机动车 注册保有量已突破8 3 万辆。合肥对外交通发达，铁路、公路、航空、水运纵 横交错，形成立体化交通网络，是全国重要的区域性综合交通枢纽。 合肥市地处江淮丘陵区，北起舜耕山南，南至巢湖盆地周围，大部分地域 岗冲起伏，垄畈相间。市区地势西北高东南低，地貌波状起伏，以侵蚀堆积地 形为主，可分为丘陵、缓低岗和平原3 个地貌单元。大蜀山平地突起，山峰海 拔2 8 2m ，为市区最高点；巢湖沿岸海拔仅3 - 5 m ，是全市最低的地方。湖滨平 原位于巢湖北岸，包括大圩、义城等乡镇的圩区。 合肥东距海洋4 5 0 k m ，气候受海洋的影响较大，由于处在冬夏季风必经之 地，属于亚热带季风性湿润气候。合肥市气候具有季风明显、四季分明、气候 温和、雨量适中、春温多变、秋高气爽、梅雨显著、夏雨集中等特征。四季大 致分配为：春季2 个月，夏季4 个月，秋季2 个月，冬季4 个月。全市年平均 气温1 5 1 6 ，年平均降水量约1 0 0 0 m m ，年日照时间2 0 0 0 h 左右，无霜期 约2 3 0 d 。 合肥市多年平均径流量为1 7 2 9 亿m 3 ，平均水资源总量为1 7 7 2 亿r n 3 ，地 下水资源总量5 1 6 亿m 3 。全市建有大型水库2 座、中型水库1 8 座、小型水库 5 5 0 座，总兴利库容超过1 0 亿m 3 。市区董铺水库、大房郢水库为城市重要的 饮用水水源，城市可用水资源总量4 0 7 亿m 3 。 2 2 采样点位的选择及样品采集 2 2 1 采样点位的选择 根据合肥市城区布局特点，结合城市用地构成情况，选择商业区( s y ) 、 居住区( j z ) 、工业区( g y ) 、交通区( j t ) 、文教区( w j ) 、公园绿地( g l ) 7 等6 种主要城市用地类型，筛选具有代表性的5 2 个采样点位，各采样点对应 功能用地情况和具体地理位置，分别见表2 1 和见图2 1 。鉴于合肥市商业、文 教、娱乐活动及住宅区等主要集中在二环以内，因此采样点的布设对二环以内 城区有所侧重，同时兼顾到各主要新建城区。 表2 1 采样点地理位置 ，一 3 2 合肥工业大学4 3 安徽农业大学 文教区 一 ( 6 个) 4 6 安徽大学4 9 中国科技大学 5 0 大学城 5 2 安徽职业技术学院 l 包河公园2 逍遥津公园 公园绿地 5 杏花公园9 安徽省体育馆 ( 8 个) l o 和平广场1 2 胜利广场 1 8 明珠广场3 0 蜀山森林公园 一- ： ： 图2 1 采样点的地理位置示意图 2 2 2 样品的采集 2 0 1 0 年4 7 月，根据拟定的采样点位，采集灰尘样品。为确保样品的代表 性，采样都选择在连续7 d 无降雨情况下进行【4 引。为获得实验分析所需的样品 量，在每个采样点位5 7 m 2 范围内，都随机选取5 个不透水地面点，用毛刷和 塑料铲子采集灰尘，总量均不少于4 0 0 9 。采集后的样品装在塑料袋中，充分混 合后密封，共计5 2 份。 总体上，不同点位灰尘的颜色不尽相同，有黄色、暗黄色、灰色、黑色等 几种。一般来说，受人为活动影响相对较大区域的样品颜色较深。样品剔除石 块、植物残体等杂质后，放在实验室内自然风干。然后，对每个样品都取一部 分过1 0 0 目尼龙筛，放入干净的自封袋中，干燥保存。 2 3 分析测试及实验结果 2 3 1 重金属含量的测定 ( 1 ) 方法原理【4 弘5 1 j 将灰尘试样用盐酸硝酸氢氟酸高氯酸完全分解的方法，彻底破坏灰尘的 矿物晶格。使试样中的待测元素全部进入试液中。对于火焰原子吸收法，将试 样消解液直接吸入空气乙炔火焰中，在火焰的高温下，待测元素的化合物离解 为基态原子，该基态原子蒸气对相应的空心阴极灯发射的特征谱线产生选择性 吸收；对于石墨炉原子吸收法，将试样消解液注入石墨炉总，经过预先设定好 的干燥、灰化、原子化等升温程序使共存基体成分蒸发除去，同时在原子化阶 段的高温下待测元素的化合物离解为基态原子，并对相应的空心阴极灯发射的 特征光谱产生选择性吸收。在选择的最佳测试条件下，通过背景值扣除，测定 9 试液中待测元素的吸光度。 ( 2 ) 实验仪器与试剂 仪器 w f x 1 3 0 a 原子分光光度计( 北京北分瑞利分析仪器公司) ，p e a a 8 0 0 型 原子吸收光谱仪( 美国p e r k i ne l m e r 公司) ，a l l 0 4 电子天平( 梅特勒一托利多 仪器( 上海) 有限公司) ，铜、锌、铅、铬和镉空心阴极灯，乙炔钢瓶，空气压 缩机，电热板，移液管，5 0 m l 聚四氟乙烯坩埚，5 0 m l 容量瓶等。 试剂 盐酸( h c l ) 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；硝酸( h n 0 3 ) 分析纯，上海 来泽精细化学品产：高氯酸( h c l 0 4 ) 分析纯，鑫源化工有限公司；氢氟酸( h f ) 分 析纯，国药集团化学试剂有限公司。 ( 3 ) 实验步骤 试剂的配制 标准储备溶液的配制： 铜：1 0 0 0 m g m l 称取1 0 0 0 0 9 ( 精确至o 0 0 0 2 9 ) 光谱纯金属铜粉于5 0 m l 烧杯中，加入1 + 1 硝酸溶液2 0 m l ，温热，待完全溶解后，转移至10 0 0 m l 容 量瓶中，用去离子水定容至标线，摇匀。 锌：1 0 0 0 m g m l 称取1 0 0 0 0 9 ( 精确至o 0 0 0 2 9 ) 光谱纯金属锌粉于5 0 m l 烧杯中，用2 0 m l l + l 硝酸溶液溶解后，转移至l0 0 0 m l 容量瓶中，冷却后，用 水定容至标线，摇匀。 铅：o 5 0 0 m g m l 称取0 5 0 0 0 9 ( 精确至0 0 0 0 2 9 ) 光谱纯金属铅粉于5 0 m l 烧杯中，加入2 0 m l l + 5 硝酸溶液，温热溶解。冷却后转移至1 0 0 0 m l 容量瓶中， 用水定容至标线，摇匀。 铬：1 0 0 0 m g m l 准确称取0 2 8 2 9 9 基准重铬酸钾( k 2 c r 2 0 7 ) 于5 0 m l 烧 杯中，用少量水溶解后全量转移入1 0 0 m l 容量瓶中，用水定容至标