冶煉廠室內(nèi)空氣PM2.5中金屬元素的濃度分析

汪 穎

（湖南品標華測檢測技術(shù)有限公司，湖南 長沙 410000）

近年來，公眾和環(huán)保相關(guān)部門越來越高度關(guān)注空氣環(huán)境質(zhì)量［1］，我國也對相關(guān)大氣標準進行了修訂，如2018年對《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）進行了部分修訂［2］，同時高校和科研院所也對大氣中的成分組成及各組分對人體健康的影響進行了大量研究［3］。國際著名期刊《柳葉刀》刊文指出，全球每年約有420萬人因PM2.5污染而早死，而室內(nèi)PM2.5污染是造成上述結(jié)果的主要原因之一［4］。在對美國室內(nèi)空氣污染引發(fā)的慢性健康危害導致的傷殘調(diào)整生命年損失的研究中，美國伯克利國家實驗室Logue等發(fā)現(xiàn)PM2.5、丙烯醛、甲醛對人體慢性健康危害貢獻率排名前三［4］。中國學者Xie R通過模型預測，我國這些室內(nèi)空氣中PM2.5污染的早死人數(shù)約126萬人，約占全球總數(shù)的1／3［5］。

作為一種常規(guī)監(jiān)測污染物的PM2.5，據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，其不僅能引發(fā)呼吸道阻塞或炎癥，且能作為像“公交車”一樣的載體，搭載大量致病微生物、化學污染物、重金屬等進入人體內(nèi)部，導致人體罹患一系列高致死率的疾?。?］。

重金屬元素雖然在大氣中含量不高，但如果人體長期暴露在重金屬含量過高的大氣中，也會引起一些疾病，而大氣中的重金屬主要是以PM2.5的形式進入人體的?，F(xiàn)對冶煉廠的生廠車間、工作區(qū)和農(nóng)家住宅區(qū)3個區(qū)域的一層室內(nèi)空氣中PM2.5及PM2.5中的Zn、Pb、Cu、Mn的月平均濃度、變化規(guī)律進行研究，探討3個區(qū)域中PM2.5的濃度及其成分，以及生廠車間中生成的PM2.5對工作區(qū)空氣質(zhì)量的影響，以期為冶煉廠區(qū)內(nèi)員工在工作過程中科學地防護PM2.5及重金屬對自身的傷害提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗材料與儀器

1.1 試驗藥品

硝酸（優(yōu)級純）、氫氟酸（優(yōu)級純）、超純水（實驗室自制）、鋅標準液（GSB 04-1761-2004）、鉛標準液（GSB 04-1742-2004）、銅標準液（GSB 04-1725-2004）、錳標準液（GSB 04-1736-2004）、微孔濾膜（0.22μm，上海名列新材料有限公司產(chǎn)）及其它實驗室常規(guī)藥品。

1.2 試驗儀器與設(shè)備

電子分析天平（Secura225D-1CN型，北京賽伯樂儀器廠制）；微波消解儀（MARS6型，美國CEM公司制）；大氣顆粒物采樣器（TH-150C型，武漢天虹環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司制）；超級純水機（EPED-E2-20TH型，南京易普易達科技發(fā)展有限公司制）；ICP-MS（7900，美國安捷倫制）。

移液管、燒杯、量筒、玻璃棒、容量瓶等常規(guī)實驗室玻璃儀器。

2 試驗方法

2.1 采樣方法

于冶煉廠車間室內(nèi)（稱為A區(qū)）、冶煉廠一層工作區(qū)一層室內(nèi)（稱為B區(qū)）和距離冶煉廠邊界約1 000 m處的農(nóng)家住宅區(qū)一層室內(nèi)（稱為C區(qū)），分別設(shè)置三個采樣點，通過大氣顆粒物采樣器進行PM2.5采樣。

于2月、5月、8月、11月采樣，每月任選7 d連續(xù)采集，每天連續(xù)采樣20 h，樣品采集后第二天測定分析，以7 d為一個周期計算月平均濃度。

2.2 消解方法［7］

將采樣后的微孔濾膜至于Teflon罐中，加5 mL硝酸和HF混合液（體積比4∶1），密封后微波消解儀中消解30 min，消解后于趕酸器中濃縮至2 mL左右，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移入容量瓶中，稀釋至10.0 mL，搖勻，供測定。

2.3 測試方法

Zn、Pb、Cu、Mn的濃度測定：ICP-MS中測定。儀器工作參數(shù)為：7.2 mm采樣深度；1.4 L／min載氣流量；3℃霧化室當量溫度；1 500 W高頻發(fā)射功率；13.0 L／min等離子體氣流；0.2 L／min輔助氣流量；重復3次數(shù)。

PM2.5的測定：重量法。

3 結(jié)果與分析

3.1 室內(nèi)空氣中PM2.5的測定

在不同月份對各區(qū)域室內(nèi)空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，對2月、5月、8月、11月平均濃度統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖1所示，其不同月份不同區(qū)域的相對標準偏差在3.9%～5.39%之間。

圖1 細顆粒物月平均濃度水平

由圖1可知，不同月份中，A區(qū)室內(nèi)PM2.5濃度均高于B區(qū)和C區(qū)，其中2月、8月、11月這3個月份中遠高于B區(qū)和C區(qū)室內(nèi)PM2.5濃度，A區(qū)室內(nèi)PM2.5濃度在11月份達到最高值，5月份達到最低值，這是由于車間冶煉工序中產(chǎn)生了大量的粉塵所致，而B區(qū)室內(nèi)PM2.5濃度略高于C區(qū)，但差別不大，說明車間冶煉過程中產(chǎn)生的粉塵擴散到冶煉廠工作區(qū)時已擴散稀釋較為充分，對工作區(qū)室內(nèi)空氣中的PM2.5影響不明顯。分別對3個區(qū)不同月份進行比較，5月份為3個區(qū)室內(nèi)PM2.5濃度最低的月份，這是由于5月份開始進入多雨季節(jié)，雨水有利于降塵作用。

3.2 PM2.5中Zn的濃度分析

在不同月份對各區(qū)域室內(nèi)空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Zn的濃度進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示，其不同月份不同區(qū)域的相對標準偏差在0.39%～4.52%之間。

圖2 Zn月平均濃度水平

由圖2可知，A區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Zn濃度均遠高于B區(qū)和C區(qū)，且在被監(jiān)測的4個月份中都處于較高濃度，每立方米室內(nèi)空氣中PM2.5中的Zn的濃度達到0.3 mg以上，A區(qū)中Zn的濃度最高峰值出現(xiàn)在11月。

通過對比A區(qū)和B區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Zn濃度月份變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，B區(qū)中PM2.5中的Zn的濃度并不隨著A區(qū)Zn濃度的變化規(guī)律而變化，B區(qū)中Zn的濃度最高峰值出現(xiàn)在5月，C區(qū)和B區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Zn的濃度月份變化規(guī)律也不相同，C區(qū)中Zn的濃度最高峰值出現(xiàn)在5月，但C區(qū)和B區(qū)最低濃度月份都為2月，且在8月、11月時，C區(qū)中Zn的濃度高于B區(qū)，這說明B區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Zn的濃度受到冶煉廠外界區(qū)域和冶煉廠冶煉過程中產(chǎn)生的含Zn的PM2.5粉塵的雙重影響。

3.3 PM2.5中Pb的濃度分析

在不同月份對各區(qū)域室內(nèi)空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Pb的濃度進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖3所示，其不同月份不同區(qū)域的相對標準偏差在1.25%～6.53%之間。

由圖3可知，在監(jiān)測的四個月中，A區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Pb濃度均高于B區(qū)和C區(qū)，Pb濃度最高值出現(xiàn)在11月，且高于其它三個月，達到0.114 mg／m3，最低值出現(xiàn)在5月，為0.052 mg／m3，但2月、5月、8月三個月份的Pb濃度差距不大。

圖3 Pb月平均濃度水平

B區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Pb濃度月份變化規(guī)律與A區(qū)相同，但沒有A區(qū)變化明顯，其四個月份之間Pb濃度有差異，但差異不大，都小于0.04 mg／m3。C區(qū)的Pb濃度在監(jiān)測的四個月份中變化不明顯，且都低于0.03 mg／m3。

3.4 PM2.5中Cu的濃度分析

在不同月份對各區(qū)域室內(nèi)空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Cu的濃度進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖4所示，其不同月份不同區(qū)域的相對標準偏差在2.22%～3.12%之間。

圖4 Cu月平均濃度水平

由圖4可知，A區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Cu濃度均遠高于B區(qū)和C區(qū)，且A區(qū)Cu濃度均高于0.5 mg／m3。對比A區(qū)和B區(qū)的Cu濃度變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，兩個區(qū)變化規(guī)律相同，Cu濃度最高峰值出現(xiàn)在11月，最低值出現(xiàn)在5月，對比C區(qū)和B區(qū)的Cu濃度變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，兩個區(qū)變化規(guī)律并不相同，且在監(jiān)測的四個月份中，B區(qū)的Cu的濃度皆高于C區(qū)，說明B區(qū)的Cu濃度受冶煉廠冶煉過程中產(chǎn)生的含Cu粉塵影響較大，且C區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Cu濃度在四個月份中變化不大。

3.5 PM2.5中Mn的濃度分析

在不同月份對各區(qū)域室內(nèi)空氣中PM2.5進行采樣檢測分析，并對采集到的PM2.5中的Mn的濃度進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖5所示，其不同月份不同區(qū)域的相對標準偏差在2.38%～7.27%之間。

圖5 Mn月平均濃度水平

由圖5可知，A區(qū)和B區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Mn濃度變化趨勢相同，從2月到11月呈現(xiàn)一個逐漸上升的變化趨勢，且這種增長趨勢較為明顯，在相同月份，對比A區(qū)和B區(qū)Mn濃度，A區(qū)Mn濃度基本保持在B區(qū)的2倍以上。C區(qū)室內(nèi)空氣中PM2.5中的Mn濃度則在五月份呈現(xiàn)出最低值，在8月份呈現(xiàn)出最高值，對比C區(qū)和B區(qū)Mn濃度，C區(qū)Mn濃度較B區(qū)要低。這說明B區(qū)的Mn濃度受冶煉廠冶煉過程中產(chǎn)生的含Mn粉塵影響較大。

4 結(jié) 論

通過對比冶煉廠車間、冶煉廠一層工作區(qū)和農(nóng)家住宅區(qū)3個區(qū)域的一層室內(nèi)空氣中PM2.5的月平均濃度，結(jié)果顯示，車間冶煉過程中產(chǎn)生的粉塵擴散到冶煉廠工作區(qū)時已經(jīng)稀釋擴散較為充分，并未明顯導致工作區(qū)室內(nèi)空氣中的PM2.5增加，且3個區(qū)域室內(nèi)PM2.5最低濃度都出現(xiàn)在5月。

通過對三個區(qū)域室內(nèi)空氣中PM2.5的成分進行分析，冶煉廠車間室內(nèi)空氣中PM2.5的Zn、Pb、Cu、Mn這4種元素含量都明顯高于冶煉廠工作區(qū)和農(nóng)家住宅區(qū)，且冶煉廠車間產(chǎn)生的PM2.5對冶煉廠工作區(qū)PM2.5中的Pb、Cu、Mn元素含量貢獻較大。