上海市不同微环境灰尘中重金属污染特征及健康风险评价

袁蒙飞, 赵静, 汪瑜, 顾卫华, 白建峰. 上海市不同微环境灰尘中重金属污染特征及健康风险评价[J]. 环境化学, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501
引用本文: 袁蒙飞, 赵静, 汪瑜, 顾卫华, 白建峰. 上海市不同微环境灰尘中重金属污染特征及健康风险评价[J]. 环境化学, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501
YUAN Mengfei, ZHAO Jing, WANG Yu, GU Weihua, BAI Jianfeng. The pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in dust from different microenvironments in Shanghai[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501
Citation: YUAN Mengfei, ZHAO Jing, WANG Yu, GU Weihua, BAI Jianfeng. The pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in dust from different microenvironments in Shanghai[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501

上海市不同微环境灰尘中重金属污染特征及健康风险评价

    通讯作者: E-mail:zhaojing@sspu.edu.cn
  • 基金项目:
    国家重点研发计划项目(2019YFC1906101)和长江水环境教育部重点实验室开放课题(YRWEF202106)资助.
  • 中图分类号: X-1;O6

  • CSTR: 32061.14.hjhx.2023122501

The pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in dust from different microenvironments in Shanghai

    Corresponding author: ZHAO Jing, zhaojing@sspu.edu.cn
  • Fund Project: National Key Research and Development Program of China (2019YFC1906101) and Foundation of Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education (Tongji University), China (YRWEF202106).
  • 摘要: 以灰尘为研究对象,探究上海市8种微环境包括商场、街边商铺、地铁站、写字楼、高校教室、宿舍、家庭等7种室内环境及其周边道路等室外环境灰尘中重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)的污染特征和污染程度;在此基础上,整合工作/学习和生活等2类室内暴露情景以及室外暴露情景,综合评估室内外灰尘中重金属对不同职业人群的健康风险. 研究结果表明,不同微环境灰尘中重金属污染普遍存在,其中Zn的含量远高于其他重金属,而Cd和Zn的污染程度最为严重;与其他微环境相比,街边商铺室内灰尘重金属的含量最高,污染程度最严重;室外灰尘中重金属的含量和污染程度均与绝大多数室内环境基本相当. 手-口摄入是5种职业人群对灰尘中重金属的主要暴露途径,但是不同职业人群的主要暴露源存在一定差异,其中家庭室内灰尘是地铁站、写字楼、商场工作人员的主要暴露源,商铺室内灰尘是街边商铺工作人员的主要暴露源,而宿舍和教室均是高校学生的主要暴露源;5种职业人群的重金属致癌风险均在可接受范围内,但是不存在非致癌风险.
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  • 图 1  上海市不同微环境灰尘中重金属含量

    Figure 1.  Heavy metals content in dust from different microenvironments in Shanghai

    图 2  上海市不同微环境灰尘中重金属地累积指数值

    Figure 2.  Igeo of heavy metals in dust from different microenvironments in Shanghai

    图 3  不同职业人群在室内环境(工作/学习、生活)和室外环境中对灰尘重金属日暴露量占比

    Figure 3.  The percent of ADD of different occupations exposure to heavy metals in dust of indoor (working/studying, living) and outdoor environments

    图 4  不同职业人群暴露于室内环境(工作/学习、生活)和室外环境灰尘重金属的非致癌风险

    Figure 4.  The non-carcinogenic risk of different occupations exposure to heavy metals in dust of indoor (working/studying, living) and outdoor environments

    图 5  不同职业人群暴露于室内环境(工作/学习、生活)和室外环境灰尘重金属的致癌风险

    Figure 5.  The carcinogenic risk of different occupations exposure to heavy metals in dust of indoor (working/studying, living) and outdoor environments

    表 1  地累积指数分级标准

    Table 1.  Classification standard of geoaccumulation index

    污染指数(Igeo
    Pollution index
    分级
    Grade
    污染程度
    Pollution degree
    5<Igeo≤106极度污染
    Extremely polluted
    4<Igeo≤55重度-极度污染
    Strongly to extremely polluted
    3<Igeo≤44重度污染
    Strongly polluted
    2<Igeo≤33中度-重度污染
    Moderately to strongly polluted
    1<Igeo≤22中度污染
    Moderately polluted
    0<Igeo≤11轻度-中度污染
    Unpolluted to moderately polluted
    Igeo≤00无污染
    Unpolluted
    污染指数(Igeo
    Pollution index
    分级
    Grade
    污染程度
    Pollution degree
    5<Igeo≤106极度污染
    Extremely polluted
    4<Igeo≤55重度-极度污染
    Strongly to extremely polluted
    3<Igeo≤44重度污染
    Strongly polluted
    2<Igeo≤33中度-重度污染
    Moderately to strongly polluted
    1<Igeo≤22中度污染
    Moderately polluted
    0<Igeo≤11轻度-中度污染
    Unpolluted to moderately polluted
    Igeo≤00无污染
    Unpolluted
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    表 2  暴露参数的取值

    Table 2.  Exposure parameters for the health risk assessment models

    参数
    Parameter
    含义
    Meaning
    单位
    Unit
    取值
    Value
    参考文献
    Reference
    C 灰尘中重金属含量 mg·kg−1 本文
    EF 人体暴露频率 d·a−1 91.25/121.67/116.8/174.9/121.67
    223.26/192.84/197.71/139.61/192.84
    45.88a
    [21]
    ED 暴露持续时间 a 4/24b [2122]
    BW 体重 kg 63.5 [21]
    Ring 经口途径摄入率 mg·d−1 50 [21]
    CF 换算系数 kg·mg−1 10×10−6
    Rinh 呼吸摄入率 m3·d−1 16.3 [21]
    AF 皮肤吸附因子 mg·cm−2·d−1 0.07 [23]
    SA 暴露皮肤面积 cm2 2100 [21,23]
    PEF 颗粒释放因子 m3·kg−1 1.36×109 [24]
    ABS 皮肤吸收因子 无量纲 0.001/0.03c [24]
    AT 平均暴露时间 d 1460/8760/29294.9d [2122]
      注:a, 地铁工作人员、写字楼工作人员、高校学生、商铺工作人员和商场工作人员工作/学习中分别取91.25、121.67、116.8、174.9和121.67,生活中分别取223.26、192.84、197.71、139.61和192.84,室外环境中为45.88;b. 高校学生取4,其他职业取24;c. As为0.03,其余元素为0.001;d. 高校学生非致癌平均暴露时间取1460,其他职业取8760,致癌终生暴露时间取29294.9.
    参数
    Parameter
    含义
    Meaning
    单位
    Unit
    取值
    Value
    参考文献
    Reference
    C 灰尘中重金属含量 mg·kg−1 本文
    EF 人体暴露频率 d·a−1 91.25/121.67/116.8/174.9/121.67
    223.26/192.84/197.71/139.61/192.84
    45.88a
    [21]
    ED 暴露持续时间 a 4/24b [2122]
    BW 体重 kg 63.5 [21]
    Ring 经口途径摄入率 mg·d−1 50 [21]
    CF 换算系数 kg·mg−1 10×10−6
    Rinh 呼吸摄入率 m3·d−1 16.3 [21]
    AF 皮肤吸附因子 mg·cm−2·d−1 0.07 [23]
    SA 暴露皮肤面积 cm2 2100 [21,23]
    PEF 颗粒释放因子 m3·kg−1 1.36×109 [24]
    ABS 皮肤吸收因子 无量纲 0.001/0.03c [24]
    AT 平均暴露时间 d 1460/8760/29294.9d [2122]
      注:a, 地铁工作人员、写字楼工作人员、高校学生、商铺工作人员和商场工作人员工作/学习中分别取91.25、121.67、116.8、174.9和121.67,生活中分别取223.26、192.84、197.71、139.61和192.84,室外环境中为45.88;b. 高校学生取4,其他职业取24;c. As为0.03,其余元素为0.001;d. 高校学生非致癌平均暴露时间取1460,其他职业取8760,致癌终生暴露时间取29294.9.
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    表 3  重金属非致癌参考剂量(RfD)和致癌斜率因子(SF)

    Table 3.  Non-carcinogenic reference doses(RfD)and carcinogenic slope factor(SF)of heavy metals

    RfD/(mg∙(kg∙d)−1 SF/((kg∙d)∙mg−1
    RfDing RfDinh RfDder SFing SFinh SFder
    As 1.23×10−4 3.00×10−4 3.00×10−4 1.50 1.50 7.50
    Cd 1.00×10−4 1.00×10−3 4.00×10−5 6.10 6.40 6.10
    Cr 2.86×10−5 3.00×10−3 6.00×10−5 0.50 42.0 20.0
    Ni 2.06×10−2 2.06×10−2 5.04×10−2 0.84 0.84 0.84
    Cu 4.00×10−2 4.00×10−2 1.20×10−2
    Pb 3.52×10−3 3.50×10−3 5.25×10−3
    Zn 3.00×10−1 3.00×10−1 6.99×10−2
    RfD/(mg∙(kg∙d)−1 SF/((kg∙d)∙mg−1
    RfDing RfDinh RfDder SFing SFinh SFder
    As 1.23×10−4 3.00×10−4 3.00×10−4 1.50 1.50 7.50
    Cd 1.00×10−4 1.00×10−3 4.00×10−5 6.10 6.40 6.10
    Cr 2.86×10−5 3.00×10−3 6.00×10−5 0.50 42.0 20.0
    Ni 2.06×10−2 2.06×10−2 5.04×10−2 0.84 0.84 0.84
    Cu 4.00×10−2 4.00×10−2 1.20×10−2
    Pb 3.52×10−3 3.50×10−3 5.25×10−3
    Zn 3.00×10−1 3.00×10−1 6.99×10−2
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    表 4  不同职业人群对室内环境(工作/学习、生活)和室外环境灰尘中重金属的平均日暴露量(mg·(kg·d)−1

    Table 4.  ADD of different occupations exposure to heavy metals in dusts of indoor and outdoor environments

    Cr Ni Cu Zn As Cd Pb 7HM
    地铁
    工作人员
    Subway station staff
    ADDinh 7.01×10−8 1.37×10−8 3.47×10−8 1.49×10−7 4.04×10−9 6.02×10-10 3.97×10−8 3.12×10−7
    ADDing 2.93×10−4 5.73×10−5 1.45×10−4 6.21×10−4 1.69×10−5 2.51×10−6 1.65×10−4 1.30×10−3
    ADDder 4.03×10−7 8.48×10−8 2.14×10−7 1.10×10−6 9.20×10−7 4.80×10−9 3.38×10−7 3.06×10−6
    ∑ADD 2.93×10−4 5.74×10−5 1.45×10−4 6.22×10−4 1.78×10−5 2.52×10−6 1.66×10−4 1.30×10−3
    写字楼
    工作人员
    Office staff
    ADDinh 7.09×10−8 1.49×10−8 4.03×10−8 1.68×10−7 3.87×10−9 5.75×10-10 3.20×10−8 3.31×10−7
    ADDing 2.96×10−4 6.23×10−5 1.68×10−4 7.02×10−4 1.61×10−5 2.40×10−6 1.34×10−4 1.38×10−3
    ADDder 6.24×10−7 1.38×10−7 3.80×10−7 1.67×10−6 1.12×10−6 5.66×10−9 3.12×10−7 4.25×10−6
    ∑ADD 2.97×10−4 6.25×10−5 1.68×10−4 7.04×10−4 1.73×10−5 2.40×10−6 1.34×10−4 1.38×10−3
    高校学生
    Undergraduate
    ADDinh 2.67×10−8 8.07×10−9 2.26×10−8 1.92×10−7 4.06×10−9 7.67×10-10 1.90×10−8 2.73×10−7
    ADDing 1.11×10−4 3.37×10−5 9.41×10−5 7.99×10−4 1.69×10−5 3.20×10−6 7.91×10−5 1.14×10−3
    ADDder 2.56×10−7 7.79×10−8 2.15×10−7 1.98×10−6 1.12×10−6 6.92×10−9 1.85×10−7 3.84×10−6
    ∑ADD 1.12×10−4 3.37×10−5 9.43×10−5 8.02×10−4 1.81×10−5 3.21×10−6 7.93×10−5 1.14×10−3
    商铺
    工作人员
    Shop staff
    ADDinh 6.87×10−8 1.18×10−8 2.86×10−8 5.11×10−7 4.10×10−9 6.95×10-10 2.37×10−8 6.49×10−7
    ADDing 2.87×10−4 4.91×10−5 1.19×10−4 2.13×10−3 1.71×10−5 2.90×10−6 9.87×10−5 2.71×10−3
    ADDder 9.65×10−7 1.67×10−7 4.07×10−7 6.46×10−6 1.66×10−6 9.21×10−9 3.30×10−7 1.00×10−5
    ∑ADD 2.88×10−4 4.93×10−5 1.20×10−4 2.14×10−3 1.88×10−5 2.91×10−6 9.91×10−5 2.72×10−3
    商场
    工作人员
    Shopping mall Staff
    ADDinh 6.40×10−8 1.38×10−8 3.65×10−8 1.94×10−7 3.97×10−9 6.35×10-10 2.91×10−8 3.42×10−7
    ADDing 2.67×10−4 5.78×10−5 1.52×10−4 8.08×10−4 1.66×10−5 2.65×10−6 1.21×10−4 1.43×10−3
    ADDder 5.39×10−7 1.25×10−7 3.34×10−7 1.98×10−6 1.15×10−6 6.39×10−9 2.76×10−7 4.42×10−6
    ∑ADD 2.68×10−4 5.79×10−5 1.53×10−4 8.10×10−4 1.77×10−5 2.65×10−6 1.22×10−4 1.43×10−3
    Cr Ni Cu Zn As Cd Pb 7HM
    地铁
    工作人员
    Subway station staff
    ADDinh 7.01×10−8 1.37×10−8 3.47×10−8 1.49×10−7 4.04×10−9 6.02×10-10 3.97×10−8 3.12×10−7
    ADDing 2.93×10−4 5.73×10−5 1.45×10−4 6.21×10−4 1.69×10−5 2.51×10−6 1.65×10−4 1.30×10−3
    ADDder 4.03×10−7 8.48×10−8 2.14×10−7 1.10×10−6 9.20×10−7 4.80×10−9 3.38×10−7 3.06×10−6
    ∑ADD 2.93×10−4 5.74×10−5 1.45×10−4 6.22×10−4 1.78×10−5 2.52×10−6 1.66×10−4 1.30×10−3
    写字楼
    工作人员
    Office staff
    ADDinh 7.09×10−8 1.49×10−8 4.03×10−8 1.68×10−7 3.87×10−9 5.75×10-10 3.20×10−8 3.31×10−7
    ADDing 2.96×10−4 6.23×10−5 1.68×10−4 7.02×10−4 1.61×10−5 2.40×10−6 1.34×10−4 1.38×10−3
    ADDder 6.24×10−7 1.38×10−7 3.80×10−7 1.67×10−6 1.12×10−6 5.66×10−9 3.12×10−7 4.25×10−6
    ∑ADD 2.97×10−4 6.25×10−5 1.68×10−4 7.04×10−4 1.73×10−5 2.40×10−6 1.34×10−4 1.38×10−3
    高校学生
    Undergraduate
    ADDinh 2.67×10−8 8.07×10−9 2.26×10−8 1.92×10−7 4.06×10−9 7.67×10-10 1.90×10−8 2.73×10−7
    ADDing 1.11×10−4 3.37×10−5 9.41×10−5 7.99×10−4 1.69×10−5 3.20×10−6 7.91×10−5 1.14×10−3
    ADDder 2.56×10−7 7.79×10−8 2.15×10−7 1.98×10−6 1.12×10−6 6.92×10−9 1.85×10−7 3.84×10−6
    ∑ADD 1.12×10−4 3.37×10−5 9.43×10−5 8.02×10−4 1.81×10−5 3.21×10−6 7.93×10−5 1.14×10−3
    商铺
    工作人员
    Shop staff
    ADDinh 6.87×10−8 1.18×10−8 2.86×10−8 5.11×10−7 4.10×10−9 6.95×10-10 2.37×10−8 6.49×10−7
    ADDing 2.87×10−4 4.91×10−5 1.19×10−4 2.13×10−3 1.71×10−5 2.90×10−6 9.87×10−5 2.71×10−3
    ADDder 9.65×10−7 1.67×10−7 4.07×10−7 6.46×10−6 1.66×10−6 9.21×10−9 3.30×10−7 1.00×10−5
    ∑ADD 2.88×10−4 4.93×10−5 1.20×10−4 2.14×10−3 1.88×10−5 2.91×10−6 9.91×10−5 2.72×10−3
    商场
    工作人员
    Shopping mall Staff
    ADDinh 6.40×10−8 1.38×10−8 3.65×10−8 1.94×10−7 3.97×10−9 6.35×10-10 2.91×10−8 3.42×10−7
    ADDing 2.67×10−4 5.78×10−5 1.52×10−4 8.08×10−4 1.66×10−5 2.65×10−6 1.21×10−4 1.43×10−3
    ADDder 5.39×10−7 1.25×10−7 3.34×10−7 1.98×10−6 1.15×10−6 6.39×10−9 2.76×10−7 4.42×10−6
    ∑ADD 2.68×10−4 5.79×10−5 1.53×10−4 8.10×10−4 1.77×10−5 2.65×10−6 1.22×10−4 1.43×10−3
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-25
  • 录用日期:  2024-03-12
  • 刊出日期:  2025-04-27
袁蒙飞, 赵静, 汪瑜, 顾卫华, 白建峰. 上海市不同微环境灰尘中重金属污染特征及健康风险评价[J]. 环境化学, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501
引用本文: 袁蒙飞, 赵静, 汪瑜, 顾卫华, 白建峰. 上海市不同微环境灰尘中重金属污染特征及健康风险评价[J]. 环境化学, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501
YUAN Mengfei, ZHAO Jing, WANG Yu, GU Weihua, BAI Jianfeng. The pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in dust from different microenvironments in Shanghai[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501
Citation: YUAN Mengfei, ZHAO Jing, WANG Yu, GU Weihua, BAI Jianfeng. The pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in dust from different microenvironments in Shanghai[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(4): 1281-1291. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023122501

上海市不同微环境灰尘中重金属污染特征及健康风险评价

    通讯作者: E-mail:zhaojing@sspu.edu.cn
  • 1. 上海第二工业大学资源与环境工程学院,上海,201209
  • 2. 上海电子废弃物资源化协同创新中心,上海,201209
基金项目:
国家重点研发计划项目(2019YFC1906101)和长江水环境教育部重点实验室开放课题(YRWEF202106)资助.

摘要: 以灰尘为研究对象,探究上海市8种微环境包括商场、街边商铺、地铁站、写字楼、高校教室、宿舍、家庭等7种室内环境及其周边道路等室外环境灰尘中重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)的污染特征和污染程度;在此基础上,整合工作/学习和生活等2类室内暴露情景以及室外暴露情景,综合评估室内外灰尘中重金属对不同职业人群的健康风险. 研究结果表明,不同微环境灰尘中重金属污染普遍存在,其中Zn的含量远高于其他重金属,而Cd和Zn的污染程度最为严重;与其他微环境相比,街边商铺室内灰尘重金属的含量最高,污染程度最严重;室外灰尘中重金属的含量和污染程度均与绝大多数室内环境基本相当. 手-口摄入是5种职业人群对灰尘中重金属的主要暴露途径,但是不同职业人群的主要暴露源存在一定差异,其中家庭室内灰尘是地铁站、写字楼、商场工作人员的主要暴露源,商铺室内灰尘是街边商铺工作人员的主要暴露源,而宿舍和教室均是高校学生的主要暴露源;5种职业人群的重金属致癌风险均在可接受范围内,但是不存在非致癌风险.

English Abstract

  • 重金属是普遍存在于环境中的一类污染物,其具有持久性、难降解性和生物富集性等污染特点[1]. 日常生活中接触到的家具、装修涂料、电子产品等都会伴随着重金属的释放[24],释放到环境中的重金属通过各种途径进入人体,随着重金属在人体内不断富集,会影响人体呼吸系统、消化系统、神经系统等系统的正常功能,造成不可逆性损伤[57].

    灰尘是分布最为广泛的污染物载体之一,其往往附着大量的重金属等有害物质[89],在外力条件的影响下灰尘会悬浮进入空气环境中,成为危害生态环境和人体健康的重要环境介质[10]. 学者对室内外灰尘重金属的研究中发现,各类微环境灰尘中均存在不同程度的重金属污染,包括家庭[1113]、地铁[1415]、教学楼[1]和办公楼[16]等. 成都[11]、济南[12]和贵阳[13]等家庭室内灰尘重金属普遍高于当地土壤背景值,不同城市之间存在明显差异,贵阳的家庭室内灰尘总重金属含量最高,其次为成都和济南. 郑州[14]和北京[15]地铁站内灰尘重金属数据显示,Pb均达到严重污染水平;Cd在郑州地铁站内污染水平为中度-重度,在北京为中度. 佛山高校[1]室内灰尘中重金属含量均高于广东省土壤背景值,除教工区个别样点Cr存在明显非致癌风险外,教工区其他样点及学习区室内灰尘重金属均未对人体造成健康危害. 上海市研究主要集中在单一环境中,对多种环境重金属含量、污染水平和健康风险评估的比较相对较少,因此通过展开对不同微环境灰尘重金属的研究,比较不同微环境重金属污染状况,明确重金属在不同微环境的风险水平及造成的健康风险,以期为城市环境健康监测和环境风险管理提供依据.

    本文以灰尘为研究对象,探究上海市8种微环境包括商场、街边商铺、地铁站、写字楼、高校教室、宿舍和家庭等7种室内环境及其周边道路等室外环境灰尘中重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)的污染特征和污染程度;在此基础上,整合工作/学习和生活等2类室内暴露情景以及室外暴露情景,综合评估室内外灰尘中重金属对不同职业人群的健康风险.

    • 2020年12月—2021年2月在上海市采集了8种微环境共39个灰尘样品,其中21个室内灰尘样品采集于7种室内环境,包括商场、街边商铺、地铁站、写字楼、高校教室、宿舍和家庭等各3个样品;18个室外灰尘样品采集于周边道路. 灰尘采用主动采样法,用软毛刷采集地面、家具、货架和闲置物品等表面的灰尘,同一采样点不同位置的灰尘混合后用锡箔纸包裹装入自封袋,于−20 ℃冰箱避光保存.

    • 参考先前研究[11,17]对灰尘样品进行预处理. 待测样品过200目尼龙筛后,准确称取样品(0.2000±0.0002)g,置于聚四氟乙烯消解罐中,加入5 mL HNO3、3 mL HF和1 mL H2O2,放入微波消解仪消解,完成后加入2 mL HClO4赶酸,最后用1%的HNO3稀释定容到20 mL,过滤后待测.

      采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定样品中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb等7种重金属的含量. 标准工作溶液设置为0.1、1、2、5、10 μg·mL−1,线性相关系数(R2)均大于0.999. Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的仪器检出限分别为0.00900.00300.01000.00600.04100.00200.0250 mg·kg−1;仪器定量限分别为0.02960.00990.03290.01970.13490.00660.0823 mg·kg−1;方法检出限分别为0.01720.00570.01910.01150.07830.00380.0477 mg·kg−1;方法定量限分别为0.05650.01880.06280.03770.25750.01260.1570 mg·kg−1. 为确保实验的准确性,每批实验均做溶剂空白和程序空白实验,结果表明其中各元素均低于仪器检出限. 各元素回收率范围在99%—118%之间,测试结果相对偏差均小于10%,符合重金属分析质量控制要求.

    • 采用地累积指数法(Geoaccumulation Index, Igeo)评价灰尘中重金属污染程度. Igeo计算公式如下:

      式中,Ci表示灰尘中重金属i的含量(mg·kg−1),Bi为重金属i的土壤背景值(mg·kg−1). 本文采用上海市土壤背景值[18], Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的土壤背景值分别为75、40、28.6、86.11、9.11、0.133、25.48 mg·kg−1. 地累积指数评价灰尘中重金属污染的分级标准见表1.

    • 本研究采用美国环境保护署(USEPA)提出的健康风险评价模型[19],评估灰尘中重金属通过手-口摄入、呼吸吸入和皮肤接触3种暴露途径对不同职业人群(包括高校学生、商场工作人员、写字楼工作人员、地铁工作人员和商铺工作人员)的暴露水平和健康风险. 本文所研究的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb对人体都具有非致癌健康风险,其中Cd、Cr、Ni和As还具有致癌风险[20]. 不同暴露途径下日均暴露量计算公式如下所示.

      手-口摄入途径日平均暴露量($ {\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{D}}_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}} $):

      呼吸吸入途径日平均暴露量($ {\text{ADD}}_{\text{in}\text{h}} $):

      皮肤接触途径日平均暴露量($ {\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{D}}_{\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{r}} $):

      总日均暴露量ADD:

      式中,$ {\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{D}}_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}} $$ {\text{ADD}}_{\text{in}\text{h}} $$ {\text{ADD}}_{\text{der}} $的单位为mg·(kg·d)−1$ \sum {\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{D}}_{\mathrm{W}} $$ \sum {\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{D}}_{\mathrm{R}} $$ \sum {\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{D}}_{\mathrm{O}} $分别为不同职业人群在室内外环境(工作/学习、生活)中总日均暴露量,单位为mg·(kg·d)−1. 其他暴露参数的取值见表2.

    • 非致癌风险的评估采用非致癌危害指数法,致癌风险的评估采用致癌风险指数法[1]. 非致癌风险商数(HQ)、非致癌危险指数(HI)和致癌风险指数(CR)的计算公式如下所示.

      式中,ADD非致癌为3种暴露途径下重金属日均暴露量,ADD致癌是3种暴露途径下终生平均日暴露量,单位均是mg·(kg·d)−1;RfD表示污染物的参考剂量,单位是mg·(kg·d)−1;SF为致癌斜率因子,单位为(kg·d)·mg−1. 各重金属元素不同的RfD和SF具体见表3.

      非致癌风险评价标准:若HI<1,认为风险较小或可以忽略;若HI>1,则认为存在非致癌风险. 致癌风险评价标准:当CRT值在10−6—10−4范围内时认为是人体可接受致癌风险范围;当CRT<10−6时,认为不存在致癌风险;当CRT>10−6时,认为存在明显致癌风险,且数值越大说明风险越高.

    • 上海市不同微环境灰尘中各重金属的含量见图1. 上海市不同微环境灰尘中重金属含量存在一定差异,街边商铺重金属的含量最高(5161 mg∙kg−1),其次为家庭(1971 mg∙kg−1)、教室(1917 mg∙kg−1)、商场(1679 mg∙kg−1)、写字楼(1506 mg∙kg−1)、宿舍(1149 mg∙kg−1),地铁站重金属含量最低(945 mg∙kg−1),比其他微环境低1个数量级. 此外,本研究室外灰尘中重金属含量为1664 mg∙kg−1,与绝大多数室内灰尘基本相当. 先前研究发现,成都家庭(1646 mg∙kg−1[25]和重庆家庭(1694 mg∙kg−1[26],略低于本研究,但是均高于安徽农村家庭(1040 mg∙kg−1[27]. 鉴于重金属来源的不同,室内灰尘重金属含量在不同区域、城市和农村之间均存在显著的空间差异[28]. 采矿和冶炼活动、电子废物回收和工业生产均能提高室内灰尘中重金属含量[2829]. 例如,电子废物拆解车间室内重金属含量(上海29527 mg∙kg−1[17]、华南24694 mg∙kg−1[30]和华东24662 mg∙kg−1[31])显著高于其对照区.

      上海市不同微环境灰尘中Zn的含量(413—4636 mg∙kg−1)远高于其他重金属,占比为43.70%—89.83%. 大量研究均已证实中国室内外灰尘中Zn的含量最高[2829],本研究结果与其相一致. 汽车尾气排放、润滑油泄露、汽车轮胎磨损以及城市建设等可能是室外灰尘中Zn的主要来源[8,32];地毯底衬橡胶、电子设备、建筑材料和乳胶漆等的使用可能是室内灰尘中Zn的主要来源[11,26,3334],同时也可能来源于通过门窗或人群活动等途径的室外灰尘. 此外,与其他微环境(7.8—178 mg∙kg−1)相比,地铁站内灰尘中Pb(304 mg∙kg−1)的含量最高,这与北京地铁站研究结果相一致[15],这可能源自列车与轨道间的摩擦及刹车磨损所形成的含Pb颗粒物[3536]. 家庭室内灰尘中Cr(546 mg∙kg−1)和Cu(252 mg∙kg−1)的含量最高,可能源自室内金属制品、家具和生活器具等使用过程中受到的磨损[16,26].

    • 上海市不同微环境灰尘中各重金属的地累积指数值见图2. 上海市不同微环境灰尘均存在不同程度的重金属污染,尤其是Cd(3.70—4.45)均处于重度污染水平以上,Zn(2.60—5.17)均处于中度-重度污染水平以上(地铁站除外),需要重点关注. 研究表明,合肥市[6]和豫北地区[37]室内灰尘Cd的污染程度达到了重度污染水平以上;珠三角城市[38]和香港[39]道路灰尘中Zn处于重度污染水平,与本研究一致. 与其他微环境相比,街边商铺室内灰尘中Cd(4.45)和Zn(5.17)的污染程度最为严重,分别处于重度-极度污染和极度污染水平. 与Cd和Zn相比,不同微环境室内灰尘中其余5种重金属的污染程度均较轻,其中Cu(0.97—2.56)和Pb(0.8—3.00)均处于轻度-中度污染至中度-重度污染水平;Cr (−1.13 —2.28)处于无污染至中度-重度污染水平;As(0.45—0.84)处于轻度-中度污染水平;Ni(−1.13—0.11)处于无污染至轻度-中度污染水平. 此外,室外灰尘重金属污染程度与绝大多数室内灰尘基本相当.

    • 表4列出了高校学生、商场工作人员、写字楼工作人员、地铁工作人员和商铺工作人员等5种不同职业人群通过手-口摄入、呼吸吸入和皮肤接触3种暴露途径对重金属的平均日暴露量. 结果表明,手-口摄入是对灰尘重金属的主要暴露途径,ADDing比ADDder和ADDinh的暴露量高2—4个数量级,与Li等[11]研究结果一致. 不同职业人群暴露量由大到小的顺序为商铺工作人员(2.72×10−3 mg·(kg·d)−1)>商场工作人员(1.43×10−3 mg·(kg·d)−1)>写字楼工作人员(1.38×10−3 mg·(kg·d)−1)>地铁工作人员(1.30×10−3 mg·(kg·d)−1)>高校学生(1.14×10−3 mg·(kg·d)−1).

      不同职业人群摄入重金属的主要暴露源存在一定差异(图3). 地铁站、写字楼和商场工作人员对灰尘中重金属的主要暴露源为家庭室内灰尘,这3种职业人群对家庭室内灰尘中重金属的摄入量占3种环境灰尘重金属总暴露量的比重分别为73.0%、59.4%和57.5%. 商铺工作人员对灰尘中重金属的主要暴露源为商铺室内灰尘,占灰尘重金属总暴露量的比重为71.9%. 高校学生对灰尘中重金属的主要暴露源为宿舍和教室室内灰尘,两者所占比重相近,分别为42.4%和43.1%.

    • 5种职业人群不同暴露途径的HQ值排序为HQing>HQder>HQinh图4). 在7种重金属中,Cr是对非致癌风险的主要贡献者,Cr的HI值比其他金属元素高出1—2个数量级. 5种职业人群暴露于室内环境(工作/学习、生活)和室外环境灰尘的HI值的顺序为:地铁工作人员(2.24×10−1)>商铺工作人员(2.20×10−1)>写字楼工作人员(2.19×10−1)>商场工作人员(2.06×10−1)>高校学生(1.35×10−1). 可见,整合室内外灰尘暴露情境,不同职业人群重金属暴露的非致癌风险均小于1,表明上海市5种职业人群的非致癌风险可忽略不计. Liu等[40]研究表明,全国11个省份33个城市的室内灰尘重金属的非致癌风险均小于1,非致癌风险可忽略不计,与本研究结果相一致.

    • 5种职业人群不同暴露途径的CR值排序为CRing>CRder>CRinh图5). 在7种重金属中,致癌风险贡献最大的为Cr,接近阈值10−4. Zhou等[6]的研究也证实在合肥行政区、商业区室内灰尘中致癌风险贡献最大的为Cr. 5种职业人群暴露于室内环境(工作/学习、生活)和室外环境灰尘的总致癌风险指数排序为:写字楼工作人员(7.90×10−5)>商铺工作人员(7.88×10−5)>地铁工作人员(7.59×10−5)>商场工作人员(7.36×10−5)>高校学生(4.31×10−5). 可见,整合室内外灰尘暴露情境,不同职业人群重金属的致癌风险CRT值均在可接受水平范围内(10−6—10−4),表明上海市5种职业人群的致癌风险均相对较低,处于可接受水平. 合肥非工业区[6]室内灰尘重金属的致癌风险也处于可接受水平,与本研究结果相一致.

    • (1)上海市不同微环境灰尘中重金属污染现象普遍存在,但是重金属的含量存在一定差异,其中Zn的含量远高于其他重金属;与其他微环境相比,街边商铺重金属的含量最高;室外灰尘重金属含量与绝大多数室内灰尘基本相当.

      (2)地累积指数评价结果显示,上海市不同微环境灰尘均存在不同程度的重金属污染,其中Cd和Zn的污染程度最为严重;与其他微环境相比,街边商铺室内灰尘重金属污染程度最为严重;室外灰尘重金属污染程度和绝大多数室内灰尘基本相当.

      (3)健康风险评价结果表明,整合工作/学习和生活等2类室内暴露情景以及室外暴露情景,手-口摄入是5种职业人群对不同微环境灰尘中重金属的主要暴露途径,但是不同职业人群的主要暴露源存在一定差异,家庭室内灰尘是地铁站、写字楼、商场工作人员的主要暴露源,商铺室内灰尘是街边商铺工作人员的主要暴露源,宿舍和教室均是高校学生的主要暴露源;5种职业人群的重金属致癌风险均在可接受范围内,但是不存在非致癌风险.

    参考文献 (40)

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