城市典型开放源扬尘不同粒径颗粒物的成分谱特征和风险评价及毒性分析

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城市典型开放源扬尘不同粒径颗粒物的成分谱特征和风险评价及毒性分析张栋南京信息工程大学
环境空气颗粒物的源成分谱不仅可以反映颗粒物中的元素浓度及其污染程度,还可以为颗粒物的源解析提供必要的成分数据,是防治大气颗粒物污染的重要依据。开放源扬尘(包括道路扬尘、施工扬尘和土壤扬尘)是城市大气颗粒物最重要的贡献者之一,其携带的有毒金属等污染物对人类健康具有潜在威胁,因此不同种类的开放源颗粒物的化学成分、污染物来源和健康风险值得研究。本研究在中国东部重点城市南京共采集了多种典型的开放源扬尘,包括道路扬尘(快速路、主干道、次干道和支路),施工扬尘(施工现场、水泥、土方现场)以及土壤扬尘(山体裸地、干河滩和农田)。然后通过对扬尘样品再悬浮分粒径采样,获得可吸入颗粒物(PM2.5和PM10)并对其中的无机元素、水溶性离子和碳组分进行化学分析,建立开放源扬尘颗粒物的成分谱。利用化学成分谱评估了开放源扬尘颗粒物中重金属的污染特征和潜在生态风险及人体健康风险,最后通过体外毒性实验,明确其对人肺上表皮细胞的毒性特征。此外,还结合沙尘天气的环境空气颗粒物,比较分析自然尘源和城市尘源颗粒物的成分和毒性。结果表明1)地壳元素(Al、Ca和Fe等)是开放源扬尘颗粒物中含量最多的金属元素,道路扬尘成分受人为污染影响程度最高,土壤扬尘受人为活动污染程度较轻;Ca2+是开放源扬尘颗粒物最主要的水溶性离子;10类扬尘碳组分中有机碳(OC)含量较高,元素碳(EC)含量较低。PM2.5包含更多的无机元素、水溶性离子和碳组分。(2)重金属污染特征分析结果显示,开放源扬尘颗粒物中的重金属主要来自车辆排放和建筑施工;颗粒物中Cd的潜在生态风险最大;人体健康风险最高的扬尘中重金属的摄入途径是通过口食摄入,且对儿童造成的非致癌风险更高;Cr是非致癌风险和致癌风险的主要贡献元素。PM2.5比PM10更容易富集有毒重金属,环境风险更高。(3)各种类型开放源颗粒物中,道路扬尘对人肺细胞的综合毒性最大,且主要毒性损伤为细胞膜损伤M2.5对细胞膜的损伤和促炎效果强于PM10,但在氧化应激方面与PM10相当。施工扬尘中,水泥和土方阶段的PM2.5的促炎能力较强,需要注意。(4)对沙尘天气大气颗粒物的重金属成分和毒性分析表明,沙尘天气间PMs中Cr、Cu、Ni和Pb等重金属的浓度低于日常Ms中Ni和Pb的浓度与人肺细胞毒性显著相关,且沙尘天气间郊区和市中心PMs的细胞毒性差异不显著。然而,沙尘天气间大气PM10的促炎能力与正常期相近,且沙尘天气PM10浓度显着增加会导致炎症损伤的总体风险更高。本研究通过再悬浮采样分析建立了典型城市各种代表性开放源扬尘不同粒径可吸入颗粒物的化学成分谱,并评估了其污染特征和人体细胞毒性,同时分析了沙尘天气城市大气颗粒物的重金属成分和毒性,为环境空气颗粒物的污染防治提供理论依据。