2019─2020年兰州市大气PM2.5中金属元素污染特征及健康风险评估

[背景]大气污染物中PM2.5及其吸附的金属元素是影响公众健康的重要因素.[目的]探究2019—2020年兰州市大气PM2.5中金属元素的分布特征及金属来源,并评估金属元素经吸入途径对不同人群的健康风险.[方法]于2019年1月至2020年12月在兰州市两区(城关区和西固区)定期监测PM2.5及金属元素[锑(Sb)、铝(Al)、砷(As)、铍(Be)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、锰(Mn)、镍(Ni)、硒(Se)和铊(Tl)]的质量浓度(后简称:浓度)(因Be、Cr、Hg、Ni和Se 5种元素检出率<70％,后续未做分析),用中位数M和第25、75百分位数(P25,P75)描述不符合正态分布的PM2.5和金属元素浓度,按GB 3095—2012《环境空气质量标准》中二级浓度限值进行比对;两组中位数的差异比较用Mann-Whitney U秩和检验,多组中位数比较采用Kruskal-Wallis H秩和检验;采用富集因子(EF)法和主成分分析法对金属的污染程度及其来源进行评价;利用终生致癌风险(ILC)模型和非致癌风险评估模型的总危害指数(HI)及危害商值(HQ),分别对PM2.5中5种非致癌金属(Sb、Al、Pb、Mn、Tl)和2种致癌金属(As、Cd)进行健康风险评估.[结果]兰州市2019、2020年PM2.5浓度的中M(P25,P75)分别为38.50(26.00,65.00)和41.00(29.00,63.10)μg·m–3.2020年与2019年之间PM2.5浓度差异无统计学意义(Z=?0.989,P>0.05).各金属元素浓度的M由高到低为:Al>Pb>Mn>As>Cd>Sb>Tl,且2019年各金属元素年均浓度均高于2020年(P<0.05).城关区和西固区PM2.5浓度的M(P25,P75)分别为52.98(17.00,61.00)、55.40(17.00,67.00)μg·m–3,差异无统计学意义(P<0.05);城关区Sb和Al的浓度均低于西固区(P<0.05),其他金属元素的浓度在两区之间无差异(P>0.05).而春夏秋冬四个季节比较,兰州市PM2.5和7种金属元素的浓度均存在季节差异(除PAl=0.007外,其余均P<0.001).富集因子法结果显示:6种金属元素(Sb、Al、As、Cd、Pb和Tl)的EF值均大于1.其中,除As外,其他金属元素的EF值均大于10,且Al和Cd的EF值均大于100.主成分分析法结果显示,三个主成分方差贡献率分别为45.61％、24.22％和14.42％,累计贡献率达到84.25％.主成分1包括Pb、As、Cd和Sb,主成分2包括Al和Mn,主成分3为Tl.5种金属非致癌风险从高到低依次为:Al>Mn>Pb>Tl>Sb,其中除Al元素对成人的HQ值大于1外,其余4种非致癌金属元素对成人和儿童的HQ值均小于1.致癌金属As对成年男性、成年女性及儿童的ILC值分别为2.68×10–5、2.51×10–5和1.45×10–5;致癌金属Cd对成年男性、成年女性及儿童的ILC值分别为1.53×10–6、1.43×10–6和8.26×10–7.[结论]兰州市存在大气PM2.5及其金属污染情况,其中As和Cd对人群可能存在潜在致癌风险.