上海市大气湿沉降汞及其生态危害评价
大气沉降物污染特征及其生态风险评估
大气沉降物污染特征及其生态风险评估随着经济的快速发展和城市化进程的加速，大气沉降物污染问题日益引起人们的关注。
大气沉降物是指空气中的污染物在降水或湿润的气氛中吸附在大气颗粒物上而形成的沉降物。
这些沉降物对环境和生态系统带来威胁，因此了解大气沉降物的污染特征并进行生态风险评估是至关重要的。
一、大气沉降物的来源和组成大气沉降物的来源多样，主要包括工业排放、交通尾气、农业活动等。
这些污染源释放出的气态污染物会与大气颗粒物结合形成沉降物，其主要成分包括重金属、无机盐和有机物等。
1. 重金属重金属是大气沉降物中的主要成分之一，包括铅、汞、镉等。
这些重金属对生态系统具有较强的生物毒性，会对土壤和水体中的生物产生不可逆转的伤害。
2. 无机盐无机盐主要来自于工业废气和燃油排放，主要包括硫酸盐、氯化物和氮化物等。
它们会通过降水的方式进入水体，造成水体富营养化和酸化，对水生生物产生危害。
3. 有机物有机物种类繁多，包括挥发性有机物（VOCs）、多环芳烃（PAHs）和多氯联苯等。
这些有机物对人体健康产生潜在威胁，会影响大气质量和生态系统的健康。
二、大气沉降物的分布特征大气沉降物的分布特征与污染源、气象条件和地理位置等有关。
一般来说，工业区和城市地区的大气沉降物浓度要高于农村地区。
此外，气象条件对大气沉降物的传输和沉降也有着重要影响。
例如，降水量大的地区沉降物会更多，而风力较大的地区则有可能将污染物输送到较远的地方。
三、大气沉降物的生态风险评估生态风险评估是评估和量化大气沉降物对生态系统的潜在危害的过程。
它通过综合考虑沉降物的污染特性、环境接触途径和生态系统敏感性等因素，对生态风险进行定量或定性评估。
生态风险评估过程一般包括四个主要步骤：问题识别、风险评价、风险管理和绩效监测。
问题识别阶段主要是确定沉降物对生态系统的潜在影响和关注的重点。
风险评价阶段则是在问题识别的基础上进行定量或定性评估，确定生态系统受到风险的程度。
上海市PM_2_5_重金属污染水平与健康风险评价_胡子梅
第33卷第12期2013年12月环境科学学报Acta Scientiae CircumstantiaeVol．33，No．12Dec．，2013基金项目：国家自然科学基金项目（No．41271472）；上海市教育委员会科研创新项目（No．1322035）；上海市自然科学基金项目（No．12ZＲ1409000）；上海市科委社会发展重点项目（No．12231201900）Supported by the National Natural Science Foundation of China （No．41271472），the Ｒesearch and Innovation Project of the Shanghai Municipal Education Commission （No．1322035），the Shanghai Natural Science Foundation （No．12ZＲ1409000）and the Key Project of Social Development of Shanghai Science and Technology Commission （No．12231201900）作者简介：胡子梅（1988—），女，E-mail ：zimeihu0@gmail．com ；*通讯作者（责任作者），E-mail ：jwang@geo．ecnu．edu．cn Biography ：HU Zimei （1988—），female ，E-mail ：zimeihu0@gmail．com ；*Corresponding author ，E-mail ：jwang@geo．ecnu．edu．cn胡子梅，王军，陶征楷，等．2013．上海市PM 2．5重金属污染水平与健康风险评价［J ］．环境科学学报，33（12）：3399-3406Hu Z M ，Wang J ，Tao Z K ，et al ．2013．Pollution level and health risk assessment of heavy metals in PM 2．5，Shanghai ［J ］．Acta Scientiae Circumstantiae ，33（12）：3399-3406上海市PM 2．5重金属污染水平与健康风险评价胡子梅，王军*，陶征楷，陈振楼华东师范大学资源与环境科学学院，地理信息科学教育部重点实验室，上海200241收稿日期：2013-03-07修回日期：2013-05-07录用日期：2013-05-22摘要：为了解上海市大气环境中PM 2．5及其重金属的污染特征和健康风险，于2012年5 10月对上海市普陀区（PT ）、闵行区（MH ）和崇明岛（CM ）大气颗粒物PM 2．5及其重金属（Cd 、Cr 、Cu 、Pb 、Zn ）含量进行了监测．结果显示，PM 2．5质量浓度介于13．66 143．52μg ·m －3之间，其中，普陀和闵行大气中PM 2．5的含量高于崇明岛，且于5月、9月和10月超出国家空气质量二级标准（24h 均值75μg ·m －3）．3个监测点PM 2．5中重金属含量的时间分布规律与PM 2．5一致；崇明岛PM 2．5中Cd 、Cu 、Pb 、Zn 的含量整体上低于普陀和闵行，而Cr 的含量则较高．5种重金属元素对成年男性的健康风险最大，其次是成年女性，对儿童青少年的健康风险则最小；其中，Cd 和Cr 的风险指数要高于Cu 、Pb 、Zn 的风险指数．关键词：PM 2．5；重金属；污染水平；健康风险评价；上海文章编号：0253-2468（2013）12-3399-08中图分类号：X513，X820．4文献标识码：APollution level and health risk assessment of heavy metals in PM 2．5，ShanghaiHU Zimei ，WANG Jun *，TAO Zhengkai ，CHEN ZhenlouKey Laboratory of Geographic Information Science of Ministry of Education ，School of Ｒesources and Environmental Science ，East China Normal University ，Shanghai 200241Ｒeceived 7March 2013；received in revised form 7May 2013；accepted 22May 2013Abstract ：PM 2．5and its heavy metal concentrations from May to October ，2012in Putuo District ，Minghang District and Chongming Island ，Shanghai ，were investigated to identify the pollution characteristics and health risks．The PM 2．5concentrations ranged from 13．66μg ·m －3to 143．52μg ·m －3，and its concentrations in Putuo and Minhang were higher than those in Chongming Island．Additionally ，the PM 2．5concentrations exceeded the national standard Ⅱ（24h average concentration ，75μg ·m －3）in May ，September and October ，2012．The results also showed that the temporal variation of heavy metal concentrations was consistent with that of PM 2．5．The concentrations of Cd ，Cu ，Pb and Zn in Chongming were lower than those in Putuo and Minhang ，while the Cr concentrations were higher in Chongming．These 5kinds of heavy metal had the greatest risk for the health of adult male ，followed by adult female ，the health risk was minimal for children and adolescent．Among them ，the risk indexes of Cd and Cr were higher than those of Cu ，Pb and Zn．Keywords ：PM 2．5；heavy metals ；pollution level ；health risk assessment ；Shanghai1引言（Introduction ）近年来，随着中国经济的快速崛起，工业发展迅速、人口剧增、拆建工程众多、交通流量增加，大气污染问题越来越严重，其中，大气颗粒物已经成为我国许多城市大气环境中的首要污染物．大气颗粒物中尤以细微颗粒物PM 2．5（大气动力学当量直径≤2．5μm ）对环境、气候和人体健康危害较大．大气环境中的细颗粒物PM 2．5主要来自燃烧过程（燃油机动车、木柴燃烧、煤炭燃烧）和工业生产（钢铁生产、冶金等）（Arden Pope III et al ．，2006）．此外，由二氧化硫、氮氧化物的加速排放带来的二DOI:10.13671/j.hjkxxb.2013.12.028环境科学学报33卷次粒子（硫酸盐、硝酸盐）的增加也是近年来PM2．5污染加重的主要原因（Yao et al．，2010）．相对于粗颗粒物，PM2．5因其粒径小、重量轻和数量多而不容易通过干沉降去除，因而能在大气中滞留较长时间，并通过大气环流进行远距离输送，造成区域性的大气污染（Schichte et al．，2001；Furuta et al．，2005；Pey et al．，2010）．另一方面，颗粒物毒性大小与其化学组成和粒径大小有关．颗粒物粒径越小，其比表面积越大，更易富集空气中各种有毒重金属、酸性氧化物、有机污染物等多种化学物质以及各种细菌和病毒，并通过呼吸作用进入人体，在肺部发生沉积，从而对机体造成严重的损伤（Natusch et al．，1974；Churg and Brauer，1997；Nemmar et al．，2002；潘小川等，2012）．大量流行病学和毒理学的研究已经证实细颗粒物污染与死亡率、呼吸系统及心血管发病率等显著相关（Dominici et al．，2006；Valavanidis et al．，2008；Peng et al．，2009）．作为细颗粒物主要的无机成分，富集在PM2．5中具有高毒性和持久毒性的重金属，可以通过呼吸作用随PM2．5颗粒进入人体内并发生沉积，导致人体机能功能性障碍和不可逆性损伤，对人体健康危害较大，是近年来国内外研究的热点（Donaldson et al．，1997；Adamson et al．，2000；王春梅等，2003；Schaumann et al．，2004；王玉秋等，2005）．另一方面，研究证实大约75% 90%的重金属分布在PM10中，且颗粒越小重金属含量越高（唐孝炎等，2006）．目前，我国环境空气质量标准（GB3095—2012）仅规定了环境空气中的Pb、Cd和Cr的浓度限值，而对其它重金属的环境危害性重视不够，因此有必要确定细颗粒物PM2．5中各重金属的环境危害性，并开展相应的健康风险评价．上海市环境监测中心公布的数据显示，可吸入颗粒物PM10和细颗粒物PM2．5是近几年来上海市大气环境中首要的污染物（上海市空气质量实时发布系统．http：//www．semc．gov．cn/aqi/home/Index．aspx）．2010年上海市因PM2．5造成的循环系统疾病和心血管疾病总死亡人数为2980人，合计经济损失为236924万元（潘小川等，2012）．这一结果只是反映了短期PM2．5暴露造成的健康和经济效应，从长期效应看，PM2．5造成的影响将更为严重．针对上海市PM2．5污染现状及其造成的健康危害和经济损失，有必要开展PM2．5及其重金属的污染水平和健康风险评价，为进一步防治大气污染、保护公众健康和减少经济损失提供科学依据和参考．2材料和方法（Materials and methods）2．1采样点分布为使样品能够反映上海市大气环境中PM2．5整体含量水平，分别在中心城区、郊区和崇明岛布设采样点，中心城区采样点设置在普陀区长风社区一建筑物四楼顶，郊区采样点设置在闵行区吴泾镇一建筑物三楼顶，崇明岛采样点设置在陈家镇一居民建筑物三楼顶．采样点500m范围内均无主干道路和大型工厂分布，不受单一污染源影响，能够反映区域性综合污染特征，采样点具有代表性．其中，中心城区采样点交通流量较大，人口较为密集；郊区采样点以工业生产和农业生产为主，受工业活动影响较大；崇明岛属于郊县，距市区较远，主要以农业生产为主，受交通源排放和工业生产等人类活动影响相对较小，可以作为评价PM2．5污染水平的参照点．采样仪器距地面高度约9m．每个样点每次采集两个PM2．5样品．2．2样品采集与实验分析于2012年5 10月，使用Minnivol TAS大气颗粒物（美国Airmetics公司）采样器采集普陀区（PT）、闵行区（MH）和崇明岛（CM）大气中颗粒物，切割头粒径为2．5μm，采样流量8L·min－1，选取无降水日进行颗粒物采集工作，每次持续采样约48h 以上，采样滤膜为PK100型玻璃纤维滤膜，直径47 mm．共采集有效样品40个（表1）．采样后，将滤膜用塑料剪刀剪碎放入聚四氟乙烯杯，用HNO3、HF 和HClO4消解后放入180ħ烘箱2h，消解冷却后将样品放置在加热板上于180ħ高温赶酸，最后定容至50mL（Shi et al．，2008）．定容后的样品使用Perkin-Elmer AANALYST800型原子吸收光谱仪测定5种重金属元素（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）浓度，其中Zn用火焰法测定，Cd、Cr、Cu、Pb均用石墨炉法测定．为确保实验的准确性，GSS-6（国家研究中心，中国）作为质控标样，在每批实验中做3个GSS-6标准物质检测，3个空白检测，2组平行．为了最大限度减少污染，均使用摩氏级的酸，实验容器均在10% HNO3中浸泡超过24h，所有容器的洗涤先用自来水，其次用一级水，最后用超纯水，每步都重复3次．004312期胡子梅等：上海市PM2．5重金属污染水平与健康风险评价表1各采样点PM2．5采样时段和有效样本数Table1The sampling period and the number of valid samples for PM2．5in each sampling point月份普陀区采样时段样本数/个闵行区采样时段样本数/个崇明岛采样时段样本数/个5月05/04—05/07205/04—05/07205/15—05/172 6月06/01—06/04206/01—06/04206/28—06/302 7月07/02—07/06，07/24—07/28407/02—07/06，07/24—07/28407/21—07/234 8月08/16—08/19208/16—08/19208/19—08/212 9月09/17—09/21209/17—09/21209/24—09/262 10月10/05—10/10210/05—10/10210/22—10/2423结果与讨论（Ｒesults and discussion）3．1PM2．5的质量浓度采样期间各个采样点PM2．5质量浓度的变化如图1所示．PM2．5质量浓度的范围为13．66 143．52μg·m－3，最小值出现在MH采样点，最大值则出现在PT采样点．PT大气中PM2．5的浓度范围在22．43 143．52μg·m－3，整体上略高于MH （13．66 142.33μg·m－3）．参照点CM大气环境中PM2．5的含量较低，最大值为73．57μg·m－3，达到国家空气质量二级标准（24h浓度限值75μg·m－3），空气质量较好．这说明中心城区和郊区大气环境中PM2．5的含量水平差别不大，相对于崇明岛，中心城区和郊区大气中PM2．5的浓度较高．密集的人类活动（机动车尾气排放、工业生产、日常生活等）对大气环境中PM2．5的浓度变化有着显著的影响．从时间变化上看，6月、7月和8月，3个采样点大气环境中PM2．5的含量均达到国家环境空气质量二级标准，空气质量较好．这主要与降水因素有关．夏季（6月、7月和8月），上海市进入雨期，降水频率高、降水量大，雨水对细颗粒物的去除效应明显，颗粒物整体含量较低（Wang et al．，2012）．另一方面，7、8月份台风登陆造成的大风天气也有利于污染物的稀释和扩散．5月和9月，中心城区和郊区大气中PM2．5含量超出国家二级标准，其中，9月份中心城区和郊区大气中PM2．5的浓度分别达到143.52、142．33μg·m－3，接近标准限值的2倍，污染等级为四级（中度污染）．10月，中心城区PM2．5浓度略高于国家二级标准限值．春季（5月），多大风天气，地面扬尘和外部污染物的输送造成大气环境中PM2．5的浓度增高．秋季（9月和10月），上海市降水明显减少，连续多日无降水易导致大气环境中细颗粒物（尤其是汽车尾气排放的细粒子）不断累积，浓度不断增高，造成细颗粒物污染．此外，秋季风力较弱，大气层结稳定，颗粒物聚集难以扩散，也是造成秋季颗粒物污染较为严重的原因之一．图1采样点PM2．5质量浓度Fig．1Mass concentration of PM2．5at sampling sites3．2环境空气PM2．5中重金属含量特征从时间分布看，中心城区（PT）、郊区（MH）和崇明岛（CM）大气细颗粒物PM2．5中5种重金属元素均表现出相同的时间分布规律，且与PM2．5浓度时间变化一致（图2）．中心城区和郊区大气PM2．5中的Cd、Cu、Pb、Zn在5月和9月含量较高，6、7、8和10月含量较低；崇明岛大气PM2．5中的Cd、Cu、Pb、Zn在5月和10月质量浓度较高，低值出现在6月、7月、8月和9月．其中，空间变化表现为崇明岛PM2．5中Cd、Cu、Pb、Zn的含量整体上低于中心城区和郊区（10月份除外）．Cd、Cu、Pb、Zn是交通源排放和有色金属冶炼的主要产物（Arditsoglou et al．，2005；Hueglin et al．，2005）．中心城区和郊区交通流量和工业生产活动较多，因此，Cd、Cu、Pb、Zn的含量相对高于崇明岛．Cr元素的时间分布规律不同于其它4种重金属元素．中心城区大气PM2．5中Cr的含量呈现先减后增的趋势，其中浓度最大值出现在5月，1043环境科学学报33卷其次是10月．郊区和崇明岛大气PM 2．5中Cr 的含量从5月到10月，基本呈现递减趋势，最大值出现在6月，其次是5月．空间上，崇明岛大气PM 2．5中Cr的浓度要高于郊区和中心城区，这与其它4种重金属元素的空间分布显著不同．农田施肥及农作物秸秆燃烧是造成崇明岛大气中Cr 的含量较高的主要原因（孙超等，2009）．10月份，崇明岛大气PM 2．5中的5种重金属元素的含量整体高于中心城区和郊区．崇明岛采样时间与中心城区和郊区不一致，本次崇明岛采样发生在10月22日至10月24日，10月22日08点至23日08点上海市PM 2．5平均浓度达到114．8μg ·m －3，超过国家空气质量二级标准限值（24h 均值75μg ·m －3），处于污染状态．而普陀和闵行采样发生在10月5日至10月10日，整个采样期间上海市PM 2．524h （08时至08时）平均浓度分别为43．8、152．7、79.1、18．6、27．7、33．8μg ·m －3，该时段上海市大气质量整体较好，因此普陀和闵行的PM 2．5含量要低于崇明岛，导致崇明岛PM 2．5中的重金属浓度要高于中心城区和郊区．图2采样点PM 2．5中重金属含量Fig．2Contents of heavy metals in PM 2．5at sampling sites204312期胡子梅等：上海市PM2．5重金属污染水平与健康风险评价3．3与其他城市比较为进一步说明上海市环境空气PM2．5中重金属的污染水平，选取了公开发表文献中3个城市大气PM2．5中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量与本研究的结果进行对比，如表2所示．4个城市相比较，上海市PM2．5中5种重金属元素的浓度相对较低；济南和南京大气PM2．5中Cd的含量在3个季节均处于较高污染水平；北京市大气PM2．5中Cr的含量是4个城市中最高的，其次是上海市；上海市大气PM2．5中Pb的含量在各个季节均是最低的；春季，北京和上海大气PM2．5中Zn的含量较高．这说明，和其他大城市相比，上海市大气PM2．5中重金属的含量整体上稍低，但要注意Cr和Zn的污染．表2不同城市环境空气PM2．5中重金属含量比较Table2Comparison of heavy metal contents in PM2．5in different citiesμg·m－3元素上海（本研究）春季夏季秋季南京1）春季夏季秋季北京2）春季夏季秋季济南3）春季夏季秋季Cd0．0030．0050．0020．0040．0160．0120．0040．0010．0070．0100．0100．005 Cr0．0560．0420．0440．0090．0060．0090．0810．0410．0920．0150．0200．015 Cu0．0410．0150．0230．0480．0220．0370．0470．0190．0840．0150．0200．025 Pb0．1010．0250．0510．2190．1730．2120．2130．0750．3170．2200．2850．250 Zn0．4900．1460．2810．4290．2980．3980．5760．1710．1010．3350．3900．420注：1）杨卫芬等，2010；2）张小玲等，2010；3）杨凌霄，2008．3．4环境空气PM2．5中重金属的健康风险评价3．4．1健康风险评价模型环境流行病学研究一直采用暴露指标评估周围环境要素对人体健康的负面影响．大气污染暴露从污染物浓度、持续时间、作用频率或强度3个方面来描述人体经呼吸、经口、经皮肤暴露与周围环境污染物浓度之间的联系（USEPA，1997；Hertel O et al．，2001）．对于致癌物和非致癌物的健康风险评价都需要建立在暴露量计算的基础上．美国是世界上最早开展暴露参数研究、发布暴露参数数据库和手册的国家．1997年，美国环境保局（USEPA）发布的《暴露参数手册》（Exposure Factor Handbooks）详细规定了不同人群呼吸、饮食、饮水和皮肤接触的各种参数，给出了各参数在不同情况下的均值、中位值、最大值、最小值和范围值，并提出了在各种情况和需求下暴露参数选用原则的建议（USEPA，1997）．大气环境中的细颗粒物PM2．5进入人体的主要途径是呼吸摄入，健康风险评价模型适用于评价不同类型污染物通过多种途径进入人体后引起的健康风险，包括非致癌物引起的非致癌风险和致癌物引起的致癌风险．本文采用美国环保局（USEPA）推荐的健康风险评价模型（USEPA，2011），根据实际情况对模型中的部分参数进行了修改．利用修改后的评价模型对上海市大气PM2．5中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 5种重金属元素通过呼吸途径对人体（成年男性、成年女性、儿童青少年）的健康风险进行评价．根据EPA综合风险信息数据库（IＲIS）和国际癌症研究机构（IAＲC）的相关研究成果，污染物可分为致癌物质和非致癌物质，本研究中的Cd和Cr属于致癌性物质，Pb、Zn和Cu属于非致癌性物质，两类污染物的健康风险评价模型有所不同．3．4．2暴露剂量率计算非致癌物质通常用日均暴露剂量ADD表示，致癌物质通常用终生日均暴露剂量LADD表示．ADD/LADD=C()()ˑIＲˑED/BWˑAT（1）式中，ADD为日均暴露剂量（mg·kg－1·d－1），LADD 为终生日均暴露剂量（mg·kg－1·d－1），C为污染物的浓度（mg·m－3），IＲ为呼吸速率（m3·d－1），ED为暴露持续时间（d），BW为体重（kg），AT为平均暴露时间（d）．具体取值见表3．考虑到中国人群体质（体重）与西方人群的差异，本文的体重BW数据采用2010年国民体质监测公报（国家体育总局．2011．2010国民体质监测公报．http：//www．gov．cn/test/2012-04/19/content_ 2117320．htm）中的全国平均值：成年男性（20—59岁）为69kg；成年女性（20—59岁）为57kg；儿童青少年（7—19岁）为44kg．平均期望寿命采用上海市2010年平均期望寿命（82岁）（上海市统计年鉴，2011）．3043环境科学学报33卷表3经呼吸途径进入人体的暴露参数Table 3Exposure parameters enter human body through the breath way人群IＲ/（m 3·d －1）BW /kg ED /d AT （致癌）/d AT （非致癌）/d成年男性15．26930ˑ36570ˑ36530ˑ365成年女性11．35730ˑ36570ˑ36530ˑ365儿童青少年8．74418ˑ36570ˑ36518ˑ3653．4．3致癌风险评价致癌污染物的人群年均超额危险度计算公式为：Ｒ=1－exp －LADD ˑ()[]SF /82（2）式中，Ｒ为人群年均超额危险度，无量纲；LADD 为现场或预期人群的终生日均暴露剂量（mg·d －1·kg －1）；SF 为致癌化学物质的致癌强度系数（kg·d －1·mg －1）；82为人均寿命（a ）．3．4．4非致癌风险评价非致癌污染物的人群年均超额危险度计算公式为：Ｒ=ADD ˑ10－()6/ＲfD ˑ()82（3）式中，Ｒ为人群年均超额危险度，无量纲；ADD 为现场或预期人群的日均暴露剂量（mg ·kg －1·d －1）；ＲfD为参考剂量（mg·kg －1·d －1）；82为人均寿命（a ）；10－6为与ＲfD 相对应的可接受危险度水平．其中，致癌重金属Cd 和Cr 的SF 分别为8．4、56mg ·kg －1·d －1；非致癌重金属Cu 、Pb 和Zn 的ＲfD 分别为2．0ˑ10－3、4.3ˑ10－4、1．0ˑ10－2mg ·kg －1·d －1（杜金花等，2012）．美国和欧洲等大多数国家一般可接受的风险水平为1ˑ10－6，此风险值和日常活动所造成的风险水平近似（Sauvain et al．，2003）．上海市中心城区（PT ）、郊区（MH ）和崇明岛（CM ）3个采样点Cd 、Cu 、Pb 、Zn 4种元素通过呼吸途径对暴露人群的超额危险度在2．39ˑ10－111．57ˑ10－8之间（表4），均低于人群可接受的危险度水平1ˑ10－6（USEPA ，1989）．其中，致癌物质Cd 和Cr 的风险数量级分别为10－9 10－8和10－6，Cr 的风险值略高于USEPA 的一般可接受风险水平1ˑ10－6；非致癌物质（Cu 、Pb 、Zn ）以Pb 的风险值最大，但是它们的风险数量级介于10－1110－10，不会对暴露人群构成明显的危害．整体上，Cd 和Cr 的风险指数要高于Cu 、Pb 、Zn 的风险指数．空间上，Cr 的致癌风险指数高低依次表现为CM ＞MH ＞PT．CM 大气中PM 2．5的含量虽然最低，但是Cr 的含量较高，其风险指数也是3个采样点最高的，这说明CM 大气PM 2．5中Cr 的污染较为严重．崇明岛以农业生产为主，化肥的使用以及农田秸秆燃烧都会加重大气中Cr 的污染（孙超等，2009）．Cu 、Pb 、Zn 的非致癌风险指数以CM 采样点最低，PT 和MH 相差不大．这说明中心城区和郊区应关注大气环境中非致癌物质导致的健康风险．MH 大气PM 2．5中Cd 的风险指数最高．MH 属于郊区，工业活动较多，含Cd 污染物的排放对大气环境中Cd 的影响较大．大气PM 2．5中5种重金属元素对成年男性的健康风险最大，其次是成年女性，对儿童青少年的健康风险则最小．一般情况下，老人和儿童对大气环境中的PM 2．5更为敏感，而本研究的结果显示成年男性的健康风险最大．这可能与人群室外活动的时间长短有关，通常成年男性室外活动时间较长，PM 2．5的暴露量要高于其他人群．另外，本研究的人群年龄段在7—59岁之间，并未开展年龄段在7岁以下和59岁以上人群的颗粒物暴露健康风险评价．表4上海市大气PM 2．5中5种重金属经呼吸途径健康危害的风险评价Table 4Health risk assessment of 5heavy metals in PM 2．5through breathing重金属风险值（男性）PT MH CM 风险值（女性）PT MH CM 风险值（儿童）PT MH CM Cd 1．43ˑ10－81．57ˑ10－88．57ˑ10－91．30ˑ10－81．29ˑ10－88．57ˑ10－91．00ˑ10－81．00ˑ10－85．71ˑ10－9Cr 2．83ˑ10－62．84ˑ10－64．41ˑ10－62．45ˑ10－62．47ˑ10－63．82ˑ10－61．89ˑ10－61．90ˑ10－62．94ˑ10－6Cu 3．82ˑ10－113．34ˑ10－112．76ˑ10－113．31ˑ10－112．90ˑ10－112．39ˑ10－114．25ˑ10－113．72ˑ10－113．07ˑ10－11Pb 3．31ˑ10－103．45ˑ10－102．91ˑ10－102．87ˑ10－102．99ˑ10－102．52ˑ10－103．68ˑ10－103．84ˑ10－103．23ˑ10－10Zn 8．19ˑ10－118．40ˑ10－115．55ˑ10－117．10ˑ10－117．29ˑ10－114．82ˑ10－119．11ˑ10－119．35ˑ10－116．18ˑ10－11合计2．84ˑ10－62．86ˑ10－64．42ˑ10－62．46ˑ10－62．48ˑ10－63．83ˑ10－61．90ˑ10－61．91ˑ10－62．95ˑ10－6404312期胡子梅等：上海市PM2．5重金属污染水平与健康风险评价3．5局限性和不确定性分析受条件限制，本研究仅选取了3个较有代表性的采样点收集大气环境中的PM2．5颗粒，样本量相对较少，无法更为全面的反映整个上海市大气环境中PM2．5颗粒及其重金属的浓度水平，这也间接影响到重金属健康风险值的高低．除PM2．5颗粒外，大气环境中的总悬浮颗粒物TSP和粗颗粒PM2．5 10与人群健康效应各终点的流行病学联系也较为密切（Vedal，1997；Yeatts et al．，2007）．本文只探讨了细颗粒物PM2．5中重金属的健康效应，并未对PM2．5 10和TSP经呼吸摄入造成的健康风险开展评价，因此大气颗粒物中重金属暴露的实际健康风险可能更高．另一方面，健康风险评价中暴露参数的选取对于污染物的风险评价至关重要．由于目前我国有关暴露参数的研究有限，缺乏暴露参数的基础数据．本文的暴露参数（呼吸速率、暴露持续时间、体重、人均寿命、平均暴露时间）参照美国环保局的推荐值，虽然根据我国实际情况对暴露参数中的人均寿命和体重参数进行了修改，但呼吸速率、暴露持续时间等参数仍采用美国环保局的推荐值，考虑到不同人种和地区间的差异性，风险评价计算结果可能存在一定的误差．由于研究时段主要集中在夏秋季节，缺少冬季样品，而冬季大气层节稳定，多逆温，颗粒物不易扩散，浓度较高（谈荣华等，2004；杨兴堂等，2009；Wang et al．，2012）．这就使得本研究的结果无法反映高浓度细颗粒物污染暴露对人群健康的影响．4结论（Conclusions）1）3个采样点PM2．5质量浓度的范围为13．66 143．52μg·m－3．崇明岛大气环境中PM2．5含量最低，中心城区和郊区PM2．5的含量较高，且季节变化显著．2）中心城区（PT）、郊区（MH）和崇明岛（CM）PM2．5中5种重金属元素均表现出相同的时间分布规律，且与PM2．5浓度时间变化一致，即夏季浓度低，春季和秋季浓度较高．密集的人类活动使得中心城区（PT）和郊区（MH）大气PM2．5中Cd、Cu、Pb、Zn的含量相对高于崇明岛．3）中心城区（PT）、郊区（MH）和崇明岛（CM）3个采样点Cd、Cu、Pb、Zn4种元素通过呼吸途径对暴露人群的超额危险度在2．39ˑ10－11 1．57ˑ10－8之间，均低于人群可接受的危险度水平1ˑ10－6，只有Cr的风险指数偏高．整体上，Cd和Cr 的风险指数要高于Cu、Pb、Zn的风险指数，对人体健康的潜在危害较大．4）大气PM2．5中5种重金属元素均对成年男性的健康风险最大，其次是成年女性，对儿童青少年的健康风险则最小．责任作者简介：王军（1975—），男，副教授．研究方向：城市自然地理．E-mail：jwang@geo．ecnu．edu．cn．参考文献（Ｒeferences）：Adamson YＲ，Prieditis H，Hedgecock C，et al．2000．Zinc is the toxic factor in the lung 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大气沉降物对土壤环境的污染与风险评估
大气沉降物对土壤环境的污染与风险评估随着工业化和城市化的迅猛发展，大气沉降物作为一个重要的环境污染源日益引起人们的关注。
大气沉降物是指在大气中悬浮的、随着降雨、雾霾等形式沉降到地面上的颗粒物和气态污染物，其主要成分包括重金属、有机物和无机盐等。
大气沉降物对土壤环境的污染是由多种因素共同作用的结果。
首先，大气沉降物中的颗粒物和气态污染物在降落到土壤表面时，会与土壤颗粒、土壤有机质等物质发生相互作用，导致土壤环境的污染。
其次，大气沉降物中的重金属和有机物等污染物在土壤中具有一定的生物可利用性，可以被植物吸收，并经由食物链逐级传递，最终进入人体，对人体健康造成风险。
此外，大气沉降物中的污染物还会通过地下水的流动进一步污染水资源，加剧环境污染。
风险评估是评估大气沉降物对土壤环境污染的重要手段。
风险评估是指通过对大气沉降物中污染物的浓度、生物可利用性、土壤-植物转移因子等因素进行综合研究，评估其对土壤环境和人体健康的潜在风险。
在风险评估过程中，需要考虑到沉降物降落的地域差异、降雨量和风向等因素，以及土壤的类型和有机质含量等因素，综合分析得出风险的大小和分布特征。
目前，关于大气沉降物对土壤环境的污染与风险评估的研究已经取得了一定的进展。
研究发现，大气沉降物中的重金属是对土壤环境污染最为重要的因素之一。
重金属在土壤中的积累会导致土壤酸化、微生物活性下降等问题，影响土壤生态系统的平衡。
此外，有机物也是重要的污染物之一，其能够引发土壤表面的生物降解作用和土壤微生物的毒性。
因此，在大气沉降物污染的风险评估中，重金属和有机物的浓度及其对土壤环境的作用应予以重视。
为了减少大气沉降物对土壤环境的污染和降低风险，需要采取一系列的治理措施。
首先，应加强大气污染物的减排工作，减少悬浮颗粒物和气态污染物的排放，从源头上控制大气沉降物的生成。
其次，要加强土壤的保护和修复工作，包括土壤的土壤提肥、土壤有机质的增加等措施，以提高土壤的固持能力，减少污染物对土壤的影响。
上海城区大气降尘重金属污染特征及风险评价
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2023, 13(1), 37-46 Published Online February 2023 in Hans. https:///journal/aep https:///10.12677/aep.2023.131005上海城区大气降尘重金属污染特征及风险评价蔡成霖1*，鲍梦蓉1，黄建时1，成水平1,2#1同济大学长江水环境教育部重点实验室，上海 2同济大学环境生态研究所，上海收稿日期：2023年1月2日；录用日期：2023年1月31日；发布日期：2023年2月9日摘 要为探究上海市城区大气降尘重金属的污染状况和时空分布特征，于2021年监测了商业区、公园区、居住区、文教区和交通区的大气降尘重金属Cd 、Co 、Cr 、Cu 、Ni 、Pb 、Sr 、Zn 等，并进行了潜在生态风险和健康风险评价。
大气降尘中重金属浓度顺序为Zn > Sr > Cu > Pb > Cr > Ni > Co > Cd ，且均高于土壤背景值。
Cu 、Pb 、Sr 、Zn 重金属在居住区的降尘浓度最高，Cd 、Co 、Cr 、Ni 在交通区的降尘浓度最高，秋季大气降尘重金属浓度高于其他3个季节。
各种重金属沉降通量均值在交通区和居住区较高，在春季或秋季时较高。
潜在生态风险评价结果表明，Cd 的潜在生态危害程度最大，是关键控制元素，各功能区生态风险指数为交通区 > 居住区 > 文教区 > 商业区 > 公园区。
健康风险评价结果表明各种重金属元素对人体不具有非致癌风险和致癌风险。
关键词大气降尘，重金属，生态风险评价，健康风险评价，上海城区The Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in the Atmospheric Deposition in Shanghai Urban AreasChenglin Cai 1*, Mengrong Bao 1, Jianshi Huang 1, Shuiping Cheng 1,2#1Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 2Institute of Eco-Environmental Engineering, Tongji University, ShanghaiReceived: Jan. 2nd , 2023; accepted: Jan. 31st , 2023; published: Feb. 9th, 2023*第一作者。
大气沉降物中重金属元素的风险评估与健康影响分析
大气沉降物中重金属元素的风险评估与健康影响分析近年来，随着工业化进程的不断推进，大气污染日益严重，而其中一个具有潜在健康风险的问题就是大气沉降物中重金属元素的含量。
这些重金属元素具有不良的环境效应，并且有可能对人体健康产生负面影响。
因此，对大气沉降物中重金属元素的风险评估和健康影响的分析显得尤为重要。
首先，我们需要了解大气沉降物中重金属元素的来源。
工业排放、机动车尾气、燃煤和废弃物焚烧等都是重金属元素进入大气沉降物的主要途径。
这些重金属元素包括铅、汞、镉、铬等，它们都具有各自的毒性和累积性。
大气沉降物是指在大气中悬浮的颗粒物质在降雨或降雪过程中沉积在地表，因此其中的重金属元素也会随着沉降物一同进入土壤和水体中。
然后，我们需要对大气沉降物中的重金属元素进行风险评估。
风险评估是指通过评估和量化潜在的危害和暴露程度，来确定健康风险的可能性。
首先要考虑的是重金属元素对人体健康的危害程度。
铅、汞等重金属元素具有神经毒性，会对中枢神经系统造成损害。
镉则会积累在肾脏和骨骼中，对这些器官造成严重损害。
其次，需要评估人体接触重金属元素的暴露途径和方式。
人体可以通过吸入、摄入和皮肤吸收等途径接触到重金属元素。
这些元素在空气中的颗粒物可以直接通过呼吸道进入人体，也可以随食物和水摄入体内。
此外，还需要考虑特殊人群的暴露情况，例如儿童和孕妇对重金属元素的敏感性更高。
通过综合分析危害程度和暴露情况，可以评估出大气沉降物中重金属元素对人体健康的风险程度。
接下来，我们需要分析大气沉降物中重金属元素对人体健康的影响。
首先是急性影响，即短期暴露下的健康效应。
大气沉降物中的重金属元素可以引起呼吸系统和消化系统的急性炎症反应，导致咳嗽、呼吸困难、腹泻等症状。
其次是慢性影响，即长期暴露下的潜在健康问题。
研究表明，长期接触重金属元素会导致各种慢性病症，如神经系统疾病、肝肾疾病和癌症等。
特别是儿童，长期接触铅会对神经系统发育造成不可逆的损害。
大气沉降物中有害重金属的潜在生态风险
大气沉降物中有害重金属的潜在生态风险大气沉降物是指悬浮在空气中的微小颗粒物质，它们随着空气流动而沉降到地面上。
这些颗粒物质中可能存在有害重金属，如铅、汞、镉等。
这些重金属具有极高的毒性，对人体健康和生态环境都构成潜在的风险。
首先，大气沉降物中的有害重金属可能对土壤产生较大影响。
当沉降物降落到土壤表面时，重金属中的微粒可能会渗入土壤中，引起土壤污染。
而土壤是生态系统的重要组成部分，直接影响植物的生长和发育。
一旦土壤被有害重金属污染，将对植物的生长、养分吸收和代谢过程产生不可逆的影响。
此外，重金属还可能通过土壤进入水体，引发水污染，对水生生物造成毒害。
其次，有害重金属的沉降物还可能对大气环境产生负面影响。
气溶胶是大气中的一种重要沉降物，它携带了大量的有害物质，包括重金属。
当气溶胶沉降到地面时，其中的有害重金属可能会被释放到大气中，进一步污染空气。
空气污染不仅会对人类健康产生危害，还会威胁野生动物和植物的生存。
例如，过量的重金属可以破坏植物叶片的光合作用，导致植物生长受阻甚至死亡。
对于野生动物来说，它们在摄食过程中也可能摄入含有重金属的食物，进而积累重金属，给其健康带来潜在的风险。
另外，大气沉降物中的有害重金属也会对人类健康产生潜在威胁。
空气中的颗粒物被人们吸入后可能对呼吸系统产生刺激和损害。
特别是重金属微粒，由于其较小的粒径，更容易进入人体的深部呼吸道，对肺部产生损害。
某些重金属，如铅、汞等，经过长期积累，可能引发潜在的慢性中毒。
此外，还有一些研究表明，重金属微粒还可能通过血液循环进入脑部，对神经系统造成损伤。
为了减少大气沉降物中有害重金属的潜在生态风险，需从源头进行控制。
首先要加强工业和交通尾气的净化处理，减少大气中的颗粒物排放量。
其次，需要加强环境监测，及时掌握大气沉降物的情况。
通过监测数据，可以评估环境风险，并采取相应的措施进行治理。
另外，提高公众的环境保护意识也是关键，促使人们行动起来，减少对大气沉降物的贡献。
大气中不同形态汞的迁移转化
大气中不同形态汞的迁移转化作者：谢世强来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第05期摘要：大气是环境中汞的重要传输通道，汞可在大气中进行长距离的迁移、不同形态的汞之间相互转化、发生干湿沉降，它在全球汞循环中起着极其关键的作用。
文通过整理研究文献资料，对大气中汞的形态、来源、时空分布特征、不同形态迁移转化等方面的研究进展做了总结。
关键词：大气汞；迁移转化汞是大气中唯一以气态形式存在的重金属元素。
大气是环境中汞的重要传输通道，汞可进行远距离迁移、不同形态间相互转化、发生干湿沉降，它在全球汞循环中起着极其关键的作用。
1 大气汞的形态、时空分布特征Hg在大气中的浓度较低，属微量元素，存在三种不同的形态，其在大气中的滞留时间、迁移距离不同，形成不同的时空分布特征。
1.1 大气中汞的来源大气汞的来源包括人为源和自然源。
其中，大气汞污染主要因素为人类的生产活动，如化石燃料的燃烧、垃圾焚烧、有色金属冶炼、炼汞活动等。
21世纪的全球人为源汞排放清单数据显示，亚洲是全球人为汞排放量最大的地区[1]。
自然源包括火山与地热活动、自然水体释放汞、土壤释放汞、植物表面的蒸腾作用等。
1.2 大气汞的形态主要形态有：气态单质汞GEM（Hg0）、活性气态汞RGM（Hg2+）、颗粒态汞TPM （Hgp），GEM和RGM合称气态总汞TGM。
大气汞主要以GEM为主，GEM 较为稳定，可在大气中长期滞留和远距离迁移；RGM的化学性质较活泼，是大气干湿沉降的主要参与者；TPM可在大气中进行短距离的迁移，是大气干湿沉降的主要参与者之一。
1.3 大气汞的时空分布特征大气汞在全球空间分布无显著的地域性，不同的区域具有不同的分布特征。
Lindberg等[2]对大量的全球大气汞观测数据进行统计，其统计结果显示：北半球大气中TGM的含量波动变化较大；而南半球大气中TGM则无显著变化。
受自然活动释放汞和人类生产活动排放汞的影响，不同区域上空大气中汞的浓度也存在一定的差异。
沉积物重金属污染评价方法对比——以上海崇明东滩为例
态危害指数法加入 了对环境和人类健康有重要影响的毒性 系数 ，有一定的 实际意义 。三种方 法各有优缺点 。 关键词 ：崇明 东滩 ；地 累积指数法 ；综合评 价指数法 ；潜在生态危害指数法
中图分类号 ：Ｘ ５ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１７ ６ ２ （ ００ ３— ０ ０—０ ６ ３— １５ ２ １ ）０ ０ ２ ６
第 ５卷
第 ３期
贵 阳学 院学 报 （ 自然 科学 版 ） （ 季刊 ）
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＧＵＩ ＹＡＮＧ ＣＯ 上 Ｅ Ｉ ＥＧ
Ｖｏ ＿ Ｎｏ ３ ｌ５ ．
２１ ０ ０年 ９月
Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ Ｑ ａｔ ｌ ） ａｕａ Ｓｉ ｃｓ（ ｕ ｒ ｒ ｅ ｅｙ
Ｃｏ ｐ ｒｓ ｎ ｆｔ ｅ Ｅｖ ｌ ａ ｉ ｎ Ｍ ｅ ｈｏ ｆＨ ｅ ｖ ｅ ａ ｅ ｉ ｅ ｔＰｏｌ ｔｏ ｍ ａ ｉｏ ｏ ｈ ａ ｕ ｔｏ ｔ ｄｓｏ ａ ｙ Ｍ ｔ ｌＳ ｄ ｍ ｎ ｌｕ ｉｎ
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长江口湿沉降汞的时间分布及潜在生态危害
中 图分 类 号 ： ５ Ｘ１ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： Ｋ）０ ８ （ １０ — ２ ４ （０ ０ ０ —０ １ ０ （ １０ ８ 原 ０２ １６ ） ２ １ ）２ ０ ０ — ４
沉降汞平 均值属 于强生态危害范 围。
第２ ３卷 ２期 ２１ ００年 ４月
城市 环 境 与 城 市 生 态
ＵＲＢＡＮ ＥＮＶＩ Ｒ０ＮＭＥＮＴ ＆ ＵＲＢＡＮ ＥＣ０Ｌ ０ＧＹ
Ｖ０ ． ． １２３ Ｎｏ ２ Ａｐ ． ０１ ｒ２ ０
长 江 口湿 沉 降汞 的 时 间分 布 及 潜 在 生 态 危 害
张国玉， 周立 雯， 郑祥 民， 黄文丹
，
Ｄｉ ｒ ｔ ｈ ｒｕ ｏ ｃ ｎｒｔ ｎ ｆｔｅｓ ｍｐｅ ，ｃ ｌ ｃｅ ｒｍ ｅ ｒ ａ ０ ８ ｔ ａ ｕ ｒ ０ ９，ｗｅｅ Ｐｏ ｉ ｅ ｙ ｓ ｃ．Ｔ ｅ ｍｅｃ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ｓｏ ａ ｌｓ ｏｌ ｔｄ ｆ ｔ ｉ ｙ ａｏ ｈ ｅ ｏ Ｆ ｂ ｕ ｒ ２ ０ ｏＪ ｎ ａ ２ ０ ｙ ｙ ｒ ｖｄ ｄ ｂ ｒ
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除汞综述
飞灰对汞的吸附与飞灰粒径大小有关,即飞灰中汞的含量随 着粒径的减小而增大,飞灰颗粒越细则汞含量越高。汞在飞灰中呈 表面富集状态,其主要原因为飞灰粒径越小,其比表面积越大,在炉 内悬浮时间越长,因而汞在细小灰粒上的相对沉积量越大。
此外烟气中的气体也会影响飞灰对汞的去除，飞灰颗粒表面 的含硫物质也可能形成活性吸附区域,生成HgS。
虽然飞灰残炭对汞的吸附性能不及活性炭，尤其在较高汞浓度条件下， 但是，活性炭喷入技术的运行费用昂贵，成为其推起应用的瓶颈。而飞 灰残炭是一种廉价的吸附剂，具有价格优势。此外，在低汞浓度下，飞 灰残炭对汞的吸附能力与活性炭相当，显示出良好的应用前景。但是吸 附汞后的飞灰难以处理，最终汞缓慢挥发，造成二次污染。
（2）流化床燃烧的操作 温度较低导致烟气中氧 化态汞含量的增加，同 时抑止了氧化态汞重新 转化成Hg0；
（3）氯元素的存在促进 了汞的氧化。
此法能降低烟气中 常用的吸附剂为 汞和其他微量重金 活性炭吸附剂。通 属的排放。在流化 过浸渍法在活性炭 床燃烧器中进行的 上负载催化剂 高氯烟煤燃烧试验 MgCl2,CoCl2,MnCl 中,汞几乎全部被氧 2对活性炭进行改 化成了HgCl2,绝大 性,发现它们能与 部分Hg2+被飞灰及 活性炭表面的官能 后续脱硫设施除去。 团形成具有独特催
态平衡。 化学反应：动态平衡后，被吸附的单质汞与烟气中的Cl2、NOx等气
体反应，使部分单质汞转化为氧化态汞。
同过飞灰吸收、吸附作用可以除去烟气中一定量的汞。飞灰 含碳量有利于提高脱汞率,但是有些科学家认为大幅度增加飞灰的 含碳量,并不能相应提高飞灰吸附汞的能力。再者高含碳量的飞灰 电阻率低,这样会降低ESP的除尘效率。
大气环境中重金属迁移和转化过程及风险评估
大气环境中重金属迁移和转化过程及风险评估重金属是一类具有较高密度和毒性的金属元素，如汞、铅、镉等。
它们存在于自然环境中，但也受到人类活动的影响而进入大气环境。
重金属在大气环境中的迁移和转化过程与其毒性及风险评估息息相关。
首先，重金属进入大气环境的主要途径是燃煤和工业排放。
这些排放源中的重金属物质与大气中的颗粒物和气态物质相结合，形成悬浮颗粒或溶解态存在。
这些悬浮颗粒可以通过空气对流、沉降和降水等方式沉积到地面，在转化过程中对环境和生物体造成潜在危害。
其次，重金属在大气环境中的迁移受多种因素的影响。
大气条件、气象因素和空气中其他组分的相互作用都会影响重金属的迁移过程。
例如，风向和风速的变化会导致重金属物质在空气中的传输和扩散，而大气湿度和温度的改变则会影响重金属与空气中其他物质的相互作用。
重金属在大气环境中的转化也是一个复杂的过程。
化学转化是其中的一种主要方式，其涉及重金属与气体物质或悬浮颗粒之间的化学反应。
氧化、还原和复合等反应可能改变重金属物质的形态和毒性。
例如，镉离子可以通过与硫化氢反应形成硫化镉沉积或与二氧化硫反应形成硫酸盐等化合物。
这些转化过程中产生的新物质可能具有不同的毒性和生态效应。
为了评估大气环境中重金属的风险，需要考虑其潜在的暴露途径和影响机制。
首先，了解人类和生物体对重金属的暴露途径对于评估风险至关重要。
例如，重金属通过呼吸道进入人体，可能导致呼吸系统疾病；通过食物链进入人体，可能对肝脏和肾脏等内脏器官造成损害。
其次，评估重金属的生物可利用性和毒性是风险评估的另一个关键方面。
重金属的生物可利用性取决于其物化性质和环境条件，而毒性则与其形态、浓度和持续暴露时间等因素相关。
要对大气环境中的重金属风险进行评估，需要综合考虑这些因素。
一种常用的方法是采用生态风险评估框架，结合实际监测数据和模型模拟结果，确定重金属的潜在风险区域和敏感生态系统。
这样可以为环境管理和决策制定提供基础数据和科学依据，以减少人类和生物体对重金属的暴露和风险。
上海市郊大气重金属干沉降对土壤—叶菜系统的污染效应
上海市郊大气重金属干沉降对土壤—叶菜系统的污染效应近年来,由于重金属污染引起的食品安全问题频发,人们对食品安全问题尤为关注。
蔬菜是人们日常生活中不可或缺的食物,蔬菜的质量状况与人体健康有密切关系。
土壤及大气沉降物中的重金属可以在蔬菜体内富集,通过食物链对人类健康造成危害。
已有研究显示,农作物和蔬菜中的重金属主要来源之一是大气沉降。
因此,在国家自然科学基金项目(41271472)：“城市大气重金属干湿沉降对土壤-蔬菜系统的污染效应”的基础上,本研究以上海市郊为代表,土壤-叶菜系统中的Pb、Hg、Cd、Cr、As、Zn 和 Cu等为主要研究对象,通过大田试验区系统调查,探讨目前上海市郊土壤-叶菜系统中各介质中重金属的时空分布特征及阐明通过摄食蔬菜途径对人体带来的重金属健康风险评价；通过大田微区暴露试验,对比分析棚内外种植条件下蔬菜可食部分重金属含量水平以及各类蔬菜可食部分重金属的动态积累过程；通过干降尘室降尘模拟实验,尝试揭示不同降尘方式对各土壤-叶菜系统的污染效应,基于重金属的生物有效性构建蔬菜累积重金属的大气沉降来源贡献模型；以期进一步丰富气-土-生界面重金属生物地球化学循环理论。
通过实验分析得出以下结论：1)上海市郊蔬菜地表层土壤中Pb、Cd、Zn、Cr、Cu、Hg和As的平均含量分别为25.982、0.116、127.035、127.322、32.122、4.030和15.027 mg/kg。
除了Hg以外其余重金属均低于土壤限值,但Zn、Cr、Hg和As的平均水平已高于土壤环境的一级标准。
经地累积指数法评价显示,目前上海市郊土壤中主要发生Hg、Cr、As、Pb、Zn污染,其中Hg含量在各采样区均已经达到中度污染水平以上；8个采样区中,土壤重金属污染水平最高的是浦东(PD),最轻的是闵行紫凤路(MGZF)采样区。
蔬菜地附近路面灰尘中Pb、Cd、Zn、Cr、Cu、Hg和As的平均含量分别为117.56、3.63、896.10、373.92、147.90、2.03、12.21 mg/kg.上海市郊蔬菜地附近路面灰尘中各重金属含量明显高于蔬菜地土壤,应定期进行打扫。
上海地区室内灰尘中汞元素含量及健康风险评价
上海地区室内灰尘中汞元素含量及健康风险评价张新悦;王东启;蔡怡薇;税玥【期刊名称】《城市环境与城市生态》【年(卷),期】2015(028)005【摘要】采集上海地区11个代表性居民区27个室内空调滤网灰尘样品,分析了汞(Hg)含量,并应用美国EPA人体暴露风险评价方法对室内灰尘Hg污染进行了健康风险评价.结果表明:室内灰尘中Hg含量具有明显的空间差异,最高值出现在青浦区,Hg浓度为2.33 mg/kg,为土壤Hg背景值的14.9倍;除青浦区以外,城市中心地区Hg浓度普遍高于外缘地区.总体上,Hg慢性日平均暴露量为手-口接触摄入量＞皮肤吸收量＞吸入空气量,经手-口接触直接摄入是室内灰尘暴露的主要途径.儿童在暴露量和非致癌性风险方面均高于成人.对不同区域而言,Hg暴露量和非致癌风险排序均为青浦区＞嘉定区＞奉贤区＞长宁区＞闵行区＞黄浦区＞徐汇区＞松江区＞静安区＞宝山区＞浦东新区,但Hg的非致癌风险均较小,对人体不会造成健康危害.【总页数】5页(P29-32,36)【作者】张新悦;王东启;蔡怡薇;税玥【作者单位】华东师范大学地理科学学院,上海200241;华东师范大学地理科学学院,上海200241;华东师范大学地理科学学院,上海200241;华东师范大学地理科学学院,上海200241【正文语种】中文【中图分类】X513【相关文献】1.中国室内和室外灰尘中邻苯二甲酸酯的分布和健康风险评价 [J], 秦晓雷;章涛;孙红文2.上海地区水,土和作物中汞含量状况 [J], 汪亿平3.万山汞矿区室内空气PM2.5中重金属健康风险评价 [J], 贾亚琪; 高庚申; 迟峰; 秦俊虎4.住宅室内外环境中重金属元素健康风险评价 [J], 张博欣;李灿;陈泉;马千里5.不同耕作类型下土壤-农作物系统中汞、砷含量与生态健康风险评价 [J], 朱丹尼;邹胜章;周长松;卢海平;谢浩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
上海大气氮湿沉降的污染特征
上海大气氮湿沉降的污染特征周婕成;史贵涛;陈振楼;毕春娟;许世远【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2009(031)011【摘要】为探讨上海大气氮湿沉降的污染特征,采集了2007年11月至2008年10月上海雨水样品,分析了大气氮湿沉降浓度,探讨了上海大气湿沉降氮通量及上海市区,市郊和远郊大气氮湿沉降的时空污染特征.结果表明:(1)上海市区、市郊和远郊大气氮湿沉降质量浓度平均值分别为2.96、2.31、2.21 mg/L.从上海大气湿沉降总体来看,大气氮湿沉降劣V类、V类的超标率分别达到51.09%和13.87%.推断大气氮湿沉降的主要来源是机动车辆所排放的大量氮氧化物.(2)除冬季外,其余季节上海市区大气氮湿沉降浓度均大于市郊和远郊;市区和远郊大气氮湿沉降浓度均在秋季最大,市郊大气氮湿沉降浓度在春季最大.(3)上海大气年氮湿沉降通量为78.42 kg/hm~2,同其他区域相比较,属于世界上高氮沉降区域.(4)上海大气月氮沉降通量与月平均降雨量呈显著的线性正相关(p<0.05),说明上海大气氮湿沉降通量主要受降雨量的影响.【总页数】5页(P30-34)【作者】周婕成;史贵涛;陈振楼;毕春娟;许世远【作者单位】华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062;中国极地研究中心,上海,200136;华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062;华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062;华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062【正文语种】中文【中图分类】X7【相关文献】1.珠江口大气氮磷干湿沉降通量及其污染特征 [J], 陈中颖;李开明;林文实;刘爱萍2.甘肃平凉市大气湿沉降中氮、硫污染物循环特征分析 [J], 宋亮;段小平3.典型沙源区水库大气氮干、湿沉降污染特征研究 [J], 卢俊平;马太玲;张晓晶;刘廷玺;于淑玉4.丹江口水库淅川库区大气氮湿沉降特征 [J], 郭晓明;金超;孟红旗;肖春艳;张春霞;赵同谦5.上海地区大气氮湿沉降及其对湿地水环境的影响 [J], 张修峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
上海大气环境健康风险及治理对策
上海大气环境健康风险及治理对策清洁空气对人民的福祉至关重要。
城市的经济活动，特别是与道路运输、电力和热力生产、工业和农业有关的经济活动所排放的空气污染物，直接影响城市的空气质量，对人类健康有直接和间接的影响，对生态系统和文化遗产也产生不利影响。
世界卫生组织（WHO）的国际癌症研究机构（IARC）在2013年进行的一项评估得出的结论是，室外空气污染对人类具有致癌性，空气污染中的颗粒物成分与增加的癌症发病率（尤其是肺癌）密切相关。
已有研究也观察到室外空气污染与尿道/膀胱癌增加之间的关系。
根据WHO2016年发布的研究成果，世界范围内大气污染中有29%的死亡和疾病是由肺癌引起的，17%的死亡和疾病是由急性下呼吸道感染引起的，24%的死亡是由哮喘引起的，25%的死亡和疾病是由缺血性心脏病引起的，43%的死亡和疾病是由慢性阻塞性肺病引起的[1]。
因此，降低大气环境健康风险事关人民群众的健康福祉，必须加以重视。
上海市作为长三角龙头城市，发挥“人民城市人民建，人民城市为人民”的精神，多年来在大气污染治理领域狠抓政策落实，大气环境取得了明显的改善，人民群众的健康福祉得到了显著的增加。
本报告主要分析上海市“十三五”时期大气污染的现状，并结合发达国家城市大气健康风险管理的经验及启示，为上海市构建以健康为导向的大气环境风险管理机制提供政策支撑。
一“十三五”上海市大气环境风险管控现状分析（一）上海市大气环境健康风险上海市大气污染对居民健康的影响已经得到了多项学术研究的确认。
其中，许安阳等[2]研究上海市2013年1月至2014年12月的主要大气污染物与心血管疾病门急诊人数之间的关系，发现在控制温度等混杂因素之后，上海市居民心血管内科门急诊人数与大气污染物浓度呈正相关。
石晶金等[3]对上海市空气污染治理政策健康效应的研究发现，2007年上海市城区大气颗粒物污染健康危害造成的经济损失为7.47亿～31.83亿美元，占上海市当年GDP的1.1%～2.0%。
大气汞监测技术进展
大气汞监测技术进展李震;陈扬;冯钦忠;刘俐媛;王睿;魏石豪【摘要】为了切实履行《关于汞的水俣公约》,落实美丽中国建设战略,我国亟待加强对大气环境及各涉汞行业的监管.采用文献调研、分类梳理的方法,系统地分析和总结了近年来国内外常用的大气汞监测技术现状与问题,并探讨了未来技术发展方向.结果表明:为了满足大气环境中低浓度多形态汞的监测需求,越来越多功能的大气汞监测技术被研发,当前基于AFS(原子荧光光谱)和AAS(原子吸收光谱)等方法的监测技术对Hg0(元素汞)可实现ng/m3的检出限,对Hg2+(氧化态汞)和Hgp(颗粒态汞)有着低至pg/m3的检出限.自动化采样监测技术是未来汞监测的发展趋势,当前技术对大气中Hg0有着2.5～5.0 min水平的时间分辨率,对大气中Hgp可达到1～2h的时间分辨率,同时可实现远程传输数据.人工采样监测和被动采样监测技术虽然时间分辨率较差,但在Hg2+和Hgp的监测方面有着一定优势.研究显示,完善大气汞监测管理体系,除了需要研发更强大的Hg2+和Hgp测定技术用于理解相关迁移转化过程,还亟待在相应的标定方法上实现技术革新,并应用这些技术组建地区和全球大气汞监测网络.【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2018(031)007【总页数】8页(P1193-1200)【关键词】汞;大气;监测技术【作者】李震;陈扬;冯钦忠;刘俐媛;王睿;魏石豪【作者单位】中国科学院大学,北京 100049;中国科学院北京综合研究中心,国家环境保护汞污染防治工程技术中心,北京 101407;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院北京综合研究中心,国家环境保护汞污染防治工程技术中心,北京 101407;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院北京综合研究中心,国家环境保护汞污染防治工程技术中心,北京 101407;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院北京综合研究中心,国家环境保护汞污染防治工程技术中心,北京 101407;中国环境科学学会,北京 100082;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院北京综合研究中心,国家环境保护汞污染防治工程技术中心,北京 101407【正文语种】中文【中图分类】X51汞是受到全球关注的有毒有害重金属之一，它具有持久性、长距离迁移性和生物富集性，可以通过空气、水和食品进入人体. 汞根据其在大气中的存在形式分为Hg0(元素汞)、Hg2+(氧化态汞)以及Hgp(颗粒态汞)[1]. Hg0是大气中汞存在的最常见形式，从人为源排放的Hg0可在大气中驻留很长时间(6～12个月)并进行长距离的大气传输. 最终Hg0被大气中的Br、OH、O3等氧化成高溶解性的Hg2+并完成大气湿沉降. 其中一部分汞会在生物作用下转化成甲基汞(MeHg)并在生物体中富集[2]. 然而，这些不同形态的汞在大气中转化的时间却并不确定，在不同环境中，由于不同形态汞的物理、生化属性不同，所需转化时间从数年到数世纪不等. 因此，当前大气汞相关研究面临的主要挑战是找出汞在大气、沉积物以及生态环境污染物之间的关联[3].针对Hg0的采样监测技术已发展得较为成熟，通常使用表面镀金扩散管吸收捕集汞; 目前的技术短板主要集中在对Hg2+(通常使用镀KCl扩散管)和Hgp的采样监测[4]. 实验室和外场研究都表明，Hg2+和Hgp的监测都会受到环境因素(如O3、相对湿度等)的强烈干扰. 此外，Hg2+中各组分(如HgBr2、HgCl2、HgBrOH)的时空分布非常不均匀，会对监测的准确性造成影响[5]. 未来大气汞监测技术的发展一方面在于识别大气环境中Hg2+和Hgp，从而进一步了解大气中不同形态汞的物理化学性质; 另一方面在于发展Hg2+和Hgp监测的校准系统，并在上述基础上探索不同类型汞污染物在大气中的氧化还原机理.1 大气汞采样及监测技术基础汞的监测通常使用AAS(原子吸收光谱)或AFS(原子荧光光谱)技术. 但是由于常规AAS和AFS的灵敏度较低，难以从大气环境中直接监测汞，因此都会先使用镀金材料进行预富集，Hg2+和Hgp在镀金表面通过热解析转换成Hg0. 金汞齐是汞相关监测中最常用到的富集方法，但是在其使用中存在材料钝化的问题，使得对大气中Hg2+的监测不准确[6].大气汞采样通常使用聚四氟乙烯(PTFE)管，搭配各种口径颗粒物滤膜，以一定的流速进样[7]. 虽然采用伴热管路，但是研究发现，Hg2+在管路的传输中会发生一定的损耗[8]，并且Hg2+的采样效率也会受到大气中其他组分(氮氧化物、挥发性有机物、水蒸气及颗粒物等)、湍流和太阳辐射等因素影响. 镀KCl扩散管在应用于Hg2+采样时，KCl涂层的水解作用会对回收率造成影响[8]. 为了改善现有采样富集技术的效率、提升回收率，聚砜类阳离子交换膜等技术被研发[9]，用以增强对Hg2+的捕捉吸附性能[10].主动自动采样监测系统被广泛运用于大气汞监测，并初步组建了北美地区(CAMNet监测网络)以及全球(GMOS监测网络)大气汞监测网络[5]. 基于当前的汞监测技术可对大气中Hg0实现min水平的时间分辨率，对Hg2+达到h水平的时间分辨率. 虽然当前的监测技术可对Hg0达到低至ng/m3的检出限，对Hg2+和Hgp实现低至pg/m3的检出限(见表1)，但相关研究表明，在远离排放源等地区的Hg2+和Hgp浓度数据常常接近于监测设备检出限，因此可能没有被有效检出[11].表1 大气中Hg2+及Hgp的监测方法Table 1 The monitoring methods ofHg2+ and Hgp in atmosphere监测项目采样方法监测技术检出限数据来源Hg2+KCl石英扩散管CVAFS0.46 pg∕m3文献[12]Hgp石英滤膜CVAFS1.10pg∕m3文献[12]热解析、同位素稀释ICP-MS20 fg∕m3文献[13]注： ICP-MS为电感耦合等离子体质谱; CVAFS为冷蒸汽原子荧光光谱法.为了进一步研究大气汞循环途径，急需大气Hg2+组分测定技术，以便明确大气中Hg2+的具体组分及其在时空上的变化，为相关模型的设计提供更加合理、坚实的支撑. 大气汞在线监测系统发展不仅要提升其对Hg2+和Hgp的采样、检测性能，还需考虑设备供能、载气供应、成本以及设备尺寸的大小.2 自动化采样监测国外商业化的自动化大气汞采样监测设备包括Tekran 2537/1130/1135系统、Lumex系统、Gardis汞分析、激光系统等(见表2). 其中以Tekran监测系统的应用最为广泛，该系统可检测ng/m3 级的Hg0以及pg/m3级的Hg2+和Hgp. Tekran监测系统首先将空气抽入50 ℃淘析器，同时通过流量控制去除2.5 μm以上的颗粒物[14]，避免较大的颗粒堵塞扩散管. 系统中，Hg2+被KCl涂层扩散管吸附，Hgp被石英滤膜采集. Tekran系统采样的空气共经过10 m伴热管路，管路上安装有碱石灰吸附剂、Teflon过滤器以及金汞齐富集管，目前尚不清楚碱石灰是否会吸收或者残留Hg2+. 金汞齐富集管表面的Hg0、Hg2+和Hgp可分别在350、500、800 ℃条件下释放出Hg蒸汽，随后使用CVAFS检测. Tekran系统优点是有着较低的检出限、对Hg0有2.5～5 min的时间分辨率，对Hg2+和Hgp有1～2 h的时间分辨率; 但是Tekran系统检测气态总汞和Hg0时对采样口配置要求较高，需要定期校准和外部电源供应且不能够对全部Hg2+和Hgp检测.Lumex系统可用来监测气态总汞和Hg0，在空气中有着大约1 ng/m3的检出限. 该系统基于塞曼效应扣除背景测汞原理，系统中有一个安装在磁场中的汞蒸气灯，其产生254 nm波长的光被分裂成3个偏振光场. 一个光探测器以254 nm汞吸收波长进行检测，另一个光探测器以其他波长进行检测[15]. 该系统的优势是有着较好的时间分辨率和便携性、适合外场检测且可以使用类似于Tekran系统内置的渗透管定期标定.表2 国外常用自动化大气汞监测仪器的性能优缺点对比Table 2 Performance comparison of automatic atmospheric mercury monitoring instruments abroad监测仪器监测类型检出限优点缺点Tekran 2537Hg0∕气态总汞0.5 ng∕m3较低检出限; 很好的时间分辨率(2～5 min); 内置标定系统; 标准化设备采样口的配置对监测有影响; 需要专业人员操作; 需要稳定电源、定时检修与标定Tekran 1130H g2+1 pg∕m3较好的时间分辨率(1～2 h)无标定系统; 并不适用于所有的Hg2+监测Tekran 1135Hgp1 pg∕m3较好的时间分辨率(1～2 h)检测效果取决于选用的滤膜孔径LumexHg0∕气态总汞1 ng∕m3秒级的时间分辨率; 外场监测的便携性在低气体浓度下难以标定GardisHg0∕气态总汞0.5 ng∕m3很好的时间分辨率(2.5 min)需要熟练的操作人员DOHGSHg0∕气态总汞80 pg∕m3很好的时间分辨率(2.5 min)需要熟练的操作人员和稳定的监测环境激光系统Hg0秒级的时间分辨率需要熟练的操作人员和稳定的监测环境; 无法对Hg2+定量监测Gardis汞分析仪有两个金汞齐富集管，一个浓缩分析阱，并基于CVAAS(冷蒸汽原子吸收光谱)原理检测汞. 两个金汞齐富集管的应用，在一定程度上减少了材料钝化等因素的干扰. 该系统在检测Hg0、气态总汞及Hgp时需匹配不同的采样管设置[16]. Gardis汞分析仪可以达到0.5 ng/m3的检出限，并有着2.5 min的时间分辨率，但是其对监测人员的操作水平要求较高.激光系统一般用于Hg0的监测，目前已有两种类型的激光系统投入产业化应用[17]，一种基于光腔衰荡技术，另一种基于激光诱导荧光技术. 目前激光系统还不能直接监测Hg2+和Hgp，需先将其转化成Hg0. 其中，光腔衰荡激光系统易受到大气中O3组分的干扰[18]. 激光系统可以达到数秒级别的超高时间分辨率，但是设备体积较大且需要外部持续供电.DOHGS(Hg2+监测系统)主要由两个Tekran 2537检测单元组成，可用来监测大气中的Hg0和气态总汞. 该系统在监测Hg0时，需将Hg2+和Hgp选择性去除[19]. DOHGS最初于2009年被研发[20]，随后经过了多次升级完善. 起初该系统使用镀KCl扩散管仅去除Hg2+，后改造为使用650 ℃的石英片作为裂解器去除Hg2+，近2年已升级为使用阳离子交换膜去除Hg2+和Hgp. 该系统有着2.5 min的时间分辨率，可以对Hg2+和Hgp实现大约80 pg/m3的检出限[21]. 针对DOHGS系统，有报道使用Hg0渗透管的方法进行标定，或者使用HgBr2渗透管的方法进行标定，用以在实验室环境下模拟大气中的Hg2+[19].国内有聚光科技、雪迪龙、钢研纳克等为代表的企业拥有自主研发的大气汞在线监测产品. 这些产品主要基于CVAAS、CVAFS、XRF(X射线荧光)等技术获得在线实时分析结果，国产主流大气汞在线监测设备与国外同类设备性能对比如表3所示. 这些仪器大部分采用高温裂解的转化原理，但是转化器在高浓度酸性气体成分下的使用寿命问题值得关注. 这一问题可以通过保持转化器温度在酸性气体露点之上的方式得以缓解.国内外商业化的自动化汞监测系统已形成相应的操作规范，在广泛应用中积累了大量监测数据. 虽然这些系统对Hg0的监测较为一致，差异度仅为0.3%～20%，但是对Hg2+(差异度9%～40%)和Hgp(差异度≤70%)却有较大差异[22]. 此外，有些自动化汞系统在监测Hg2+和Hgp时暴露出采样时间过长、准确度不高等问题[23]. 针对这些问题，一方面可考虑基于湿度、大气组分等因素对监测数据进行修正，另一方面则依赖于大气汞监测技术的优化、研发与迭代.表3 国产主流大气汞在线监测设备与国外同类设备性能对比Table 3 Performance comparison of domestic on-line atmospheric mercury monitoring instruments with abroad ones项目生产企业聚光科技钢研纳克雪迪龙ThermoTekran测量组份Hg0∕ Hg2+∕ HgtHgtHg0∕ Hg2+∕ HgtHg0∕Hg2+∕ HgtHg0∕ Hg2+∕ Hgt测量方式连续测量连续测量连续测量连续测量周期测量,2.5 min转换原理高温裂解直接无损检测高温裂解高温裂解高温裂解(需用水)采样原理惯性过滤稀释采样自动采样高温取样惯性过滤稀释采样惯性过滤稀释采样检测技术CVAFSXRFCVAASCVAFSCVAFS使用条件避免高酸性气体成分—避免高酸性气体成分避免高酸性气体成分避免高酸性气体成分氯化汞标气溶液蒸发无需溶液蒸发氯气与汞反应溶液蒸发量程∕(μg∕m3)0～200.1～2 0000.1～10010范围很大检出限∕(μg∕m3)0.050.1<0.050.040.05零漂(24 h)<±2% F.S.(<0.40μg∕m3)≤±5% F.S自动校准<0.2 μg∕m3—量漂(24 h)<±2% F.S≤±5% F.S±2% F.S∕月<±1% F.S—线性误差<±2% F.S≤±10%≤1% F.S.±1% F.S.2% F.S.响应时间∕s300300T90<20300480机柜工作温度∕℃15～3515～35-10～5015～3515～35转换效率∕%>95>95≥95>95>95功率∕W3 0002 0005 0004 000—数据显示实时曲线数字显示数字显示数字显示—报表生成有报表有报表有报表有报表—废气吸收先吸收后排出可吸收直接排出直接排出—校准功能自动或手动手动自动或手动自动或手动自动或手动防吸附镀玻璃、PFA、玻璃并高温伴热管线、聚四氟乙烯管路PFA或玻璃器件镀玻璃、PFA、玻璃并高温—反吹功能自动反吹自动反吹自动反吹自动反吹自动反吹注：—表示无相关数据; Hgt表示总汞; F.S表示满量程.3 人工采样监测人工大气汞采样系统可被用来监测大气中的Hg0、Hg2+以及Hgp，且一般用来监测某些特定时间段内的大气情况. 但是无法达到与自动采样系统相当的时间分辨率.其中，烟雾箱和由内华达大学雷诺分校(University of Nevada, Reno)开发的UNR系统常被用来监测大气中的Hg2+[24]. 根据一定面积一定时间内流入和流出烟雾箱汞浓度的差异，烟雾箱可研究Hg2+在某一界面与大气之间的交换情况. 烟雾箱系统先以较高的流速(15～20 L/min)将空气抽入由水蒸气、NaCl、HCl充分混匀的气溶胶中. 抽入的空气中的Hg2+和Hgp在气溶胶中经非均相化学反应成核凝集在液滴上. 通过滤膜捕集后，采用EPA 1631方法规定的冷蒸汽原子荧光法进行检测,该检测方法的检出限可达到4 ng/L[25]. 烟雾箱系统对大气中的Hg2+采样效果较好，比KCl扩散管可多富集大约十倍的Hg2+[26].UNR系统可用来监测大气中的Hg2+. 该系统有6个通道，其中每个通道上串联两个Teflon过滤器底座. 6个过滤器中3个装配尼龙滤膜，3个装配阳离子交换膜[27]. 与烟雾箱系统不同，UNR系统并不能监测Hgp. 阳离子交换膜捕集后通过EPA 1631方法[25]检测Hg2+的质量浓度. 尼龙膜捕集后通过热解析方法评估Hg2+的质量浓度[28]. UNR系统并不能收集到所有的Hg2+，所使用的尼龙滤膜会受到大气中相对湿度波动的影响[29]. UNR主动监测系统的时间分辨率较低，约为1～2周. 但是当使用UNR系统与颗粒物检测设备相结合后，可在得到颗粒物信息的同时获得大气中Hg2+和Hgp的相关数据[30].人工监测大气Hgp，一般应用Teflon、玻璃纤维或石英纤维材质的过滤材料和分级采样器[4]. Hgp的质量浓度在不同气溶胶化学以及Hg2+质量浓度环境下有很大波动. 此外，Hgp监测的准确性会受到Hg2+质量浓度、滤膜材料、流速和采样口配置方式等因素的影响.图1 多种用于监测元素态汞的被动采样技术结构示意Fig.1 Structure diagram of several passive atmospheric sampling methods for elemental mercury monitoring4 被动采样监测近年来，大气汞被动采样监测技术在氧化态和Hgp的研究方面受到了越来越多的关注. 被动采样监测指的是通过监测暴露在大气中的生物材料(如苔藓、地衣、树叶)或非生物质表面(如膜、活性炭)来评估大气汞的浓度[31]. 使用这种被动采样技术，不仅可以监测大气中的Hg0，还可以监测氧化态和Hgp. 被动采样监测技术一般简单易用且不需要额外的电源及载气供应.被动采样监测Hg0通常使用浸硫酸盐的活性炭轴向式取样器，所用浸硫酸盐活性炭对大气汞有着较高的吸附、脱附效率，且不存在钝化现象[32]. 图1为多种用于监测元素态汞的被动采样技术的结构示意图[33]，这些采样器适用于分析对比大气汞浓度差较大的区域(如从城区到乡村)之间的差异. 虽然生态系统中有着相当数量的汞在循环，但是汞的大气沉降并不是持续发生的. 针对这一特点，被动采样监测技术常被用于研究大气汞的干沉降以及大气中Hg2+的组成.被动采样监测Hg2+通常采用两种方法：①使用表面替代的方法监测干沉降; ②通过替代浓度的方法监测扩散吸收情况. 其中一种开口向下、基于干沉降监测的气动采样器(Aerohead sampler)使用最为广泛[34]. 但是该方法存在一定的局限性：①仅可以监测单一流量方向的大气; ②缺乏合适的干沉降模型; ③需要一个相对干净的场地进行准备和分析工作; ④无法在线监测. 相关研究[29]发现，盒式采样器结合Tekran校准系统后，得到的结果与应用的模型有着较好的一致性. 盒式采样器基于摄取率计算大气汞浓度，但是对Hg2+有较大壁损. 被动采样监测技术共同的短板是缺乏校准且时间分辨率较差，一个监测需要将采样器部署1～2周，这使得被动采样监测技术较适于偏远地区.5 监测标定系统当前大气汞监测系统对Hg2+、Hgp缺乏有效的标定. 虽然有使用流动管和烟雾箱系统对Hg2+监测进行标定的报道[35]，但是两种方法都尚未普及. 烟雾箱中膜采样标定以及被动采样技术标定也只限于实验室阶段[36].在自动化采样监测设备上，大气汞的标定系统得到了一定程度的应用. UNR系统就配有专门的多管路标定系统，多形态的汞、O3、水蒸气可以以不同的浓度加入设备进行标定. UNR系统尾端配备一个Tekran 2537/1130单元，用以监测Hg0和Hg2+的质量浓度. 采用KCl或其他表面材质的扩散管被用来捕集Hg2+，热解后检测相应的汞质量浓度. 经过多重标定研究发现，Hg0和HgBr2在UNR系统中的传输率可分别达到92%和76%[37]. 文献[38]报道描述了一种基于渗透管原理标定系统，并在此基础上与Tekran 2537/1130/1135系统整合标定大气中的Hg2+和Hg0，但是使用中发现这种标定系统易受到湿度条件的影响. 国内聚光科技、雪迪龙等公司开发出具有完全自主知识产权的汞标准气发生器，可实现定期自动校准二价汞和零价汞，保证在线测量数据的相对准确.6 大气汞监测网络由于存在着诸如缺乏有效标定手段，缺少针对氧化态、Hgp的标准监测方法等问题，所以将现有的自动化大气汞监测技术组成监测网络仍然存在一定困难. 为了大规模布置监测网点，需要研发出有着简单、易操作、运维成本低、可靠性强等特点的自动化的采样监测新技术. 同时，在一些仅需每日平均数据、不追求较高时间分辨率的监测网络组建中，被动采样监测设备可被作为一种低成本、简单、易维护的技术进行补充，与自动化的采样监测设备形成高低搭配、广泛覆盖.当前全球的汞监测评估体系并不足以对汞的时空分布进行监测. 尽管UNEP(联合国环境规划署)和AMEP(环境污染评估与管理项目)于2013年发表了全球汞排放评估报告，但是事实上全球大部分地区缺乏相关监测数据，亚洲、非洲、南美洲都没有相应的大气汞监测网络. 欧盟有全球汞观测系统(GMOS)项目在建，GMOS旨在获得南、北半球高质量的汞数据，从而为系统研究大气汞与气象环境的依赖关系、评估汞的长距离输送与全球排放水平等工作奠定基础[39]. GMOS基于现有的大气汞监测系统进一步组网，重点补充大气汞监测数据缺乏的地区，监测站点将遍布高海拔、高海平面以及气候多变地区. GMOS获得的数据可用以验证区域以及全球尺度的大气汞模型，促进对大气汞运输、沉降以及再释放的理解，指导政策的制定与实施[40]. 随着《关于汞的水俣公约》的全面实施，我国也急需建设覆盖广泛、功能可靠的大气汞监测网络.7 结论与展望a) 当前的大气汞监测设备因受到众多人为、环境因素干扰，基本只能适用于较低湿度以及臭氧浓度下的监测. 在未来研究中，一方面需要对原有数据进行重新解读、比对分析; 另一方面，应当使用多重监测手段相互验证、比较多重标定方法的监测结果，从而更准确地了解大气汞的化学形态转化与组分信息.b) 我国对大气汞污染监测的研究起步较晚. 但是近年来，商品化的基于原子荧光和原子吸收光谱等方法的大气汞监测设备已经可实现大气中气态汞的自动化检测，远程传输数据. 自动化采样监测的应用，克服了先采样后实验室分析的繁琐和数据失真性，成为未来汞监测的发展趋势.c) 当前大气汞监测技术的主要短板是缺乏有效的标定方法，所以亟待发展一种标准的、适用于外场监测的氧化态及Hgp标定系统. 考虑到多形态汞在大气中发生的复杂转化，发展Hg2+以及Hgp监测技术有助于理解相关主要反应物和终产物，推动大气汞传输、转化监测体系的完善. 此外，为了在充分履行《关于汞的水俣公约》的同时尽可能全面地考虑我国经济、环境等方面国情，建设我国自主组建的大气汞监测网络势在必行.d) 近年来，随着光学器件和电子器件的进步，各类汞监测仪器基于不同的测试需求分别向着小型化、在线、现场监测的方向发展，操作也越来越简便. 未来有望在不需要前处理的条件下，实现样品中多种形态汞的同时快速检测. 随着“十三·五”重金属污染综合防治工作的深入开展以及《关于汞的水俣公约》履约进程的大力推动，预计国内大气汞监测设备将有长足发展.参考文献(References)：【相关文献】[1] SHOTYK W.Biogeochemistry:arctic plants take up mercuryvapour[J].Nature,2017,547(7662):167-168.[2] KARRI V,SCHUHMACHER M,KUMAR V.Heavy metals(Pb,Cd,As and MeHg)as risk factors for cognitive dysfunction:a general review of metal 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汞污染原因
汞污染原因汞俗称“水银”，是地壳中相当稀少的一种元素。
极少数的汞在自然中以纯金属的状态存在，是唯一的液体金属。
朱砂、氯硫汞矿、硫锑汞矿和其它一些与朱砂的矿物是汞最常见的矿藏，那么汞污染原因有哪些呢?由于天然本底情况下汞在大气、土壤和水体中均有分布，所以汞的迁移转化也在陆、水、空之间发生。
大气中气态和颗粒态的汞随风飘散，一部分通过湿沉降或干沉降落到地面或水体中。
土壤中的汞可挥发进入大气，也可被降水冲淋进入地面水和渗透入地下水中。
地面水中的汞一部分由于挥发而进入大气，大部分则沉淀进入底泥。
底泥中的汞，不论呈何种形态，都会直接或间接地在微生物的作用下转化为甲基汞或二甲基汞。
二甲基汞在酸性条件可以分解为甲基汞。
甲基汞可溶于水，因此又从底泥回到水中。
水生生物摄入的甲基汞，可以在体内积累，并通过食物链不断富集。
受汞污染水体中的鱼，体内甲基汞浓度可比水中高上万倍，危及鱼类并通过食物链危害人体。
节能灯和荧光灯在节能灯逐步替代白炽灯成为趋势之际，节能灯汞污染引发社会各方关注。
业内资深专家表示，细管径的T5、T8等直管荧光灯和环形荧光灯由于使用手工注汞工艺，更容易出现汞含量超标。
环保部相关专家表示，环保部正在筹划制定加强添汞产品及相关行业汞污染防治工作的政策，拟禁止批复使用液态汞和手动注汞的荧光灯生产新建、改建、扩建项目。
医疗器械长期以来,汞产品在人们的生活中随处可见。
比如一个小的电开关、电池、荧光灯、电脑的各部分、一些测量仪器、水银温度计、血压计等医疗器械以及牙科中广泛使用的汞合金等等。
据相关资料介绍,卫生保健部门所使用的汞虽然并不是全球人为汞排放的最主要来源,但由于这些含汞器械、设备与人们日常生活接触很多,又容易被各界所忽略,就成为一个值得密切关注的汞污染源。
大气降尘中重金属形态分析及生态风险评价_胡恭任
第2 期
胡恭任等： 大气降尘中重金属形态分析及生态风险评价
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组分结合重金属元素后所形成的不同物理化学形态 具有选择性和专一性，可使用不同的提取剂，按照结 合程度由弱到强的顺序，对大气降尘中同一重金属 元素的不同组分进行分离提取，以测定与大气降尘 中不同组分相结合的重金属元素［4 － 5］。连续提取法 是用化学性质不同的萃取剂逐步提取环境样品中不 同形态的重金属元素的方法。
（ 1） Tessier 五步连续提取法。Tessier 五步连续 提取法最 初 由 Tessier［6］ 等 提 出，用 于 定 量 分 析 土 壤、沉积物中微量重金属的形态和比例。该法将金 属元素分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结 合态、有机物结合态以及残余态［7 － 10］。该法可以得 到在不同的环境条件下大气降尘中重金属的迁移 性，用 以 分 别 地 判 断 其 危 害 性、潜 在 危 害 性［11］。 S. Charlesworth［12］等运用 Tessier 五步连续提取法对 英国考文垂市的街道降尘中的重金属进行了生物有 效性分析，结果发现其生物有效性顺序为 Cd ＞ Zn ＞ Cu ＞ Pb ＞ Ni。Xiangdong Li［13］等运用 Tessier 五步连 续提取法对香港的道路降尘进行了形态分析发现， Pb 和 Zn 主要存在于碳酸盐结合态和铁锰氧化物结 合态，而大部分 Cu 则存在于有机物结合态中。何 桂华［14］等运用 Tessier 形态分类法和石墨炉原子吸 收分光光度法测定了土壤和大气降尘中重金属元素 Cu、Pb、Zn、Cr 不 同 存 在 形 态 的 含 量。结 果 表 明， Cu、Pb、Cr 在降尘中均有不同程度的富集。Cu、Pb、 Zn、Cr 在土壤和降尘中的形态分布规律有所不同。 并 讨 论 了 不 同 存 在 形 态 对 人 体 和 环 境 的 危 害。 Tessier 法用于分析大气降尘重金属的形态和生物有 效性已有一定的基础。
汞在大气中得形态
汞在大气中得形态
汞在大气中主要有三种赋存形态：气态单质汞（GEM或Hg0）、活性气态汞（RGM或GOM）和颗粒态汞（PBM）。
其中，气态单质汞（GEM）是最主要的存在形态，占总汞含量的90%以上。
它以气态形式存在，水溶性较弱，化学惰性较强，可以在大气中稳定存在，生命周期为数月到一年以上，可长距离传输。
活性气态汞（RGM）主要包括HgO、Hg(OH)2、HgCl2、HgBr2等氧化态汞，占总汞含量的1%以下。
这种形态的汞水溶性较强，化学活性较强，易通过湿沉降去除，生命周期为几个小时至数天。
颗粒态汞（PBM）也占总汞含量的10%以下，这种形态的汞易被降水清除且干沉降速率高，生命周期短。
此外，金属汞在空气中存在的形态是蒸气。
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第29卷 第1期2010年 1月
环 境 化 学
ENV I RONMENT AL CHE M I ST RY
Vol .29,No .1
January 2010
2009年7月2日收稿.
3国家自然科学基金(40701195),上海市优秀学科带头人项目(07XD14010),中国博士后基金项目和中国博士后基金特别资助项目(200801192)资助.33通讯作者:zhengx m8@yahoo 1com 1cn
上海市大气湿沉降汞及其生态危害评价
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张国玉 郑祥民
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周立旻 黄文丹 钱 鹏 王永杰
(华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062)
Hg 0蒸气压高、水溶性低,主要以蒸气态存在于空气中,在大气中滞留时间长达1年,能随大气环流进行远距离
传输,在传输过程中可被大气中的强氧化剂氧化成活性二价汞(Hg 2+).Hg 2+水溶性高,能够随大气沉降进入生态系统,并通过食物链逐级富集,对人类的健康构成严重威胁.大气沉降是水体和陆地表面汞的一个主要来源,其中湿沉降在大气汞沉降中占主体地位.
本研究依托2008年2月—2009年1月逐月连续采集的上海市区和郊区湿沉降样品,分析上海市、郊湿沉降中各形态汞的季节分布特征,探讨影响汞湿沉降的相关因素及大气汞对城市生态系统的潜在生态危害.
1 样品的采集与处理
选择华东师范大学为上海市市区采样点,陈行海星村为郊区采样点,逐月收集湿沉降样品.湿沉降样品使用酸雨自动采集器采集并用无色聚乙烯桶收集,每月采样的同时记录降雨量并现场测量pH 值,样品带回实验室后,部分直
接装入聚乙烯采样瓶保留用以测试总汞浓度,部分用0145
μm 的微孔滤膜过滤再装入采样瓶,用以测试溶解态汞浓度,总汞与溶解态汞浓度的差值即为颗粒态汞的浓度,所有样品均保存在3℃—5℃的冰箱中.
样品采用王水2氯化溴水浴法消解、SnCl 2还原,以QM201型冷原子荧光测汞仪进行汞浓度测定.在消解样品的同
时,进行标样和空白样品的同步操作.标样采用华东国家计量测试中心汞标准溶液G B W 08609,加标回收率在94%—103%之间.文中计算的平均值均为体积加权平均值.
2 汞浓度的季节变化
不同季节各形态汞的平均浓度变化较大(表1),市区颗粒态汞、溶解态汞浓度与总汞的季节变化趋势较为一致,
郊区具有一定差别.市区采样点一年中总汞浓度变化范围在0111—0136
μg ・l -1,平均值为0130μg ・l -1,总汞沉降通量为304174
μg ・m -2・y -1,其中颗粒态汞占总汞沉降量的50%.郊区采样点一年中总汞浓度变化范围在0118—0128μg ・l -1,平均值为0122μg ・l -1,比市区低0108μg ・l -1;总汞沉降通量为205150μg ・m -2・y -1,比市区低99124μg ・m -2・y -1,其中颗粒态汞占总汞沉降量的64%,比市区高14%.
表1 市区与郊区四季汞浓度
市区
郊区
pH
汞浓度/μg ・l -1
溶解态
颗粒态
总汞
降水量
(mm )总汞沉降量
(μg ・m -2)
pH 汞浓度/μg ・l -1
溶解态
颗粒态
总汞
降水量
(mm )总汞沉降量
(μg ・m -2)春季41170102010901111671118138416901030115011813624148夏季418601170118013546518163103414301090111012046392160秋季41790120011601362381585186510601080119012823365124冬季
4121
0118
0111
0129
12912
37147
5183
0114
0109
0123
61
14103
市区汞浓度的季节变化特征为:总汞浓度秋季>夏季>冬季>春季,秋季总汞、颗粒态汞和溶解态汞浓度的平均值分别是春季的313,118和1010倍.颗粒态汞占总汞浓度比例为春季(82%)>夏季(51%)>秋季(44%)>冬季
(38%).总汞沉降通量与降水量成明显的正相关关系(R 2=0193).郊区汞浓度的季节变化特征为:总汞浓度总体上
变化不大,秋季>冬季>夏季>春季;秋季总汞、颗粒态汞和溶解态汞浓度的平均值分别是春季的116,113和217倍.颗粒态汞占总汞浓度比例为春季(83%)>秋季(68%)>夏季(55%)>冬季(39%).总汞沉降通量与降水量成明显的正相关关系(R 2=0192).
有研究发现大气湿沉降中汞浓度和湿沉降通量都是夏天高而冬天低.天气炎热的夏季太阳辐射强,对流层中・OH 自由基浓度明显高于其它季节,而且大气中O 3浓度是其它季节的3倍多,Hg 0能够被・OH 自由基、O 3等氧化成大气汞干湿沉降的主要形态———Hg +和Hg 2+,所以夏季湿沉降中汞的浓度较高,最大的冲刷沉降也发生在夏季.上海
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环 境 化 学29卷
市区和郊区湿沉降汞的浓度和湿沉降通量都是夏、秋季高而春、冬季低,与上述研究结果相似.市区与郊区湿沉降汞浓度的主要差别体现在春、秋两季上,春季:郊区总汞浓度高于市区,主要体现在郊区颗粒态汞的浓度高于市区;秋季:郊区颗粒态汞浓度大于溶解态汞,市区相反.这可能是因为郊区采样点距宝钢工业园区核心区不足10k m,受到来自工业园区释放颗粒物的影响较为明显.
降水量对湿沉降汞浓度影响的研究表明,由于在湿沉降初期就清除了空气中的水溶性气态汞和颗粒态汞,导致湿沉降汞的浓度与降水量具有负相关性.上海市区和郊区湿沉降中汞的浓度与降水量均不具相关性,可能是因为湿沉降汞既有区域性污染又有大气汞库(或全球对流层汞库)的来源.
上海市与日本、佛罗里达等地类似,总汞湿沉降通量与降水量具有很好的正相关性.由于汞在降水中以颗粒汞和活性二价汞的形式去除,人为活动释放出大量的汞,增大了大气汞的浓度,一般市区的汞浓度高于郊区,大气汞浓度的变化对湿沉降中汞的浓度具有影响.上海市区总汞的湿沉降通量是郊区的1148倍,与其它地区市区通量高于郊区的研究结果一致,说明上海市汞的湿沉降已经受到人为因素的干扰.
3 汞浓度及湿沉降通量与其它地区的比较
上海市市区与郊区大气湿沉降中的总汞浓度与其它地区进行对比(表2),发现该地区湿沉降中总汞的平均浓度较高,汞沉降通量远高于其它地区,说明上海市的大气已经受到一定程度的汞污染.
Hg0在大气中有O
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和OH自由基等氧化剂存在的情况下可以被氧化成Hg2+,随雨水降到地面,结束大气循环.上海地处中国东部,位于东亚典型季风气候区域,三面依水,处于海2陆风交互作用的海岸带,同时也是高臭氧地带,这种特殊的区位对汞的湿沉降具有重要的促进作用,导致该地区湿沉降汞的浓度与沉降通量都较高.
表2 上海市市、郊大气湿沉降汞浓度和沉降量与其它地区的比较
地点时间汞浓度值/μg・l-1汞沉降量/μg・m-2・y-1参考资料
上海市20080122
0130
205150(郊区)
304174(市区)
本文
北京市1995—199601277—11139128114刘俊华等(2001)
乌江流域2006010075—01149—郭艳娜等(2008) Isshiki,Japan2003010081311Sakata等(2007)
Ohi o,US A2003—2004010141315Keeler等(2006)
Lake Balat on,Hungary2000—2001010052—01191—Nguyen等(2005)
4 对生态系统的潜在危害
以我国地表水质标准(G B383822002)对上海市湿沉降中汞污染特征进行评估,市区和郊区各季度湿沉降总汞平均浓度均未达到Ⅲ类标准(标准极限011μg・l-1).由于汞是具有生物累积性的重金属元素,其生物放大作用显著,所以高汞浓度湿沉降的生态后果严重而突出.利用对重金属潜在生物危害指数法对湿沉降汞进行分析评价,污染系数C i
r
=
C i实测/C i
n ,式中C i
r
为污染系数,C i
实测
为实测含量,C i
n
为该元素评价标准;潜在生态危害系数E i
r
=T i
r
×C i
r
,其中T i
r
为毒
性系数,本文取Hakans on给定值40.以地表水Ⅲ类标准为评价标准,市区和郊区各季度汞的潜在生态危害系数及污染程度见表3,除春季为中等生态危害,其它季节均属于强生态危害范围,全年平均值的潜在生态危害系数分别为120和88,属于强生态危害范围.
表3 湿沉降汞的潜在生态危害系数及污染程度
季度
市区郊区
春季夏季秋季冬季全年春季夏季秋季冬季全年
危害系数(E i
r
)4414014411612072801129288污染程度中等强强强强中等强强强强
综上所述,上海市区一年中总汞浓度变化范围在0111—0136μg・l-1,平均值0130μg・l-1,总汞沉降通量为304174μg・m-2・y-1,其中颗粒态汞占总汞的50%.郊区总汞浓度变化范围在0118—0128μg・l-1,平均值0122μg・l-1;与市区相比,郊区总汞浓度低0108μg・l-1,总汞沉降通量低99124μg・m-2・y-1,颗粒态汞占总汞比例高14%.
各形态汞的浓度具有明显的季节性变化.市区和郊区湿沉降汞的浓度和湿沉降通量都是夏、秋季高而春、冬季低,春季郊区总汞浓度高于市区,秋季郊区颗粒态汞浓度大于溶解态汞,市区相反.
上海市湿沉降总汞的浓度较高,该区域大气已经受到一定程度的汞污染;湿沉降汞浓度与降水量没有负相关性,总汞沉降通量与降水量呈明显的正相关关系.。