论文摘要
近十年来,有关城市灰尘重金属污染的研究逐渐成为一个热点。城市灰尘包括街道灰尘、区域灰尘、大气降尘[1]。本文的研究对象为街道灰尘和大气降尘。街道灰尘和降尘都是物质组成和来源复杂的环境介质,由于受到汽车交通运输、工业生产和城市建设等人类活动的影响,它们都会累积大量的重金属,从而成为城市环境重金属污染的一个重要来源[2]。国内外的研究结果表明,城市灰尘中的重金属对人体健康构成危害,对城市大气环境和水环境造成污染。国外学者对城市灰尘中重金属的研究较多,方法也比较成熟,对不同功能区、不同形态及不同粒径中的重金属都有较系统的研究。相比之下,国内主要侧重于灰尘对大气颗粒物的贡献率及防尘措施的研究,而对街道灰尘中重金属的研究才刚起步,仅有西安、上海有初步研究,在东北地区尚属空白。沈阳市是中国东北地区典型的老工业基地,也是全国重要的有色金属冶炼与工业加工基地,因此,针对沈阳市的典型特征来研究城市灰尘中金属的空间分布特征有着十分重要的意义。本文共采集了61个街道灰尘样品和54个大气降尘样品（供暖期和非供暖期降尘样品各27个）,在分析获得的2811个有效数据基础上,对沈阳市街道灰尘中Cd、Cu、Pb、Zn、Ca、Na、K、Mg的含量水平、空间分布特征、不同粒径灰尘中金属含量的分布及不同功能区、不同时期的降尘中金属含量的分布差异情况进行了研究。本文的研究结果不仅填补了沈阳市在城市灰尘金属污染研究方面的空白,而且为沈阳市的城市环境污染防治、环境质量评价和城市规划提供了可靠的科学依据。本文取得的主要研究结果如下:（1）沈阳市区街道灰尘的pH值范围在7.92～10.02之间,平均值为8.71,呈明显的碱性。街道灰尘颗粒的粒径主要集中于100目以下（< 0.152 mm）,粒径为100目以下的部分占灰尘总量的质量分数平均值为42.59%。（2）沈阳市区街道灰尘中Cd、Cu、Pb、Zn、Ca、Na、K、Mg的含量范围依次为2.29～15.04 mg·kg-1、46.96～204.29 mg·kg-1、62.76～509.48 mg·kg-1、277.41～422.89 mg·kg-1、30125.16～115677.60 mg·kg-1、16000.54～34728.37 mg·kg-1、14197.07～24691.76 mg·kg-1、12498.90～19462.95 mg·kg-1,平均值分别为4.35mg·kg-1、81.33 mg·kg-1、106.26 mg·kg-1、334.47 mg·kg-1、50755.00 mg·kg-1、24415.78 mg·kg-1、18711.02 mg·kg-1、16875.69 mg·kg-1,Cd、Cu、Pb、Zn含量分别是沈阳市土壤重金属元素背景值的27.18、3.31、4.80、5.67倍,是对照值的2.25、2.87、2.35、2.36倍。采用地积累指数法进行评价,结果表明:Cd、Cu、Pb、Zn的污染指数范围依次为3.25～5.97、0.35～2.47、0.92～3.94、1.65～2.26,污染指数平均值为4.18、1.14、1.68、1.92,除Cd达到重污染水平外,其余3种重金属均达到偏中度污染水平。（3）沈阳市区街道灰尘重金属的空间分布差异较大,局部区域污染严重,尤其是铁西区的Pb和Cu污染较重,其平均含量分别为152.66 mg·kg-1和98.32 mg·kg-1,高值点主要位于北二路上。铁西区的重金属含量高是其工业区性质决定的,虽然工业区已搬迁,但仍有大量残留。市区街道灰尘中Cd的高值点主要集中于大东区,这应与沈阳市东部的汽车产业特征有密切关系。Zn和Mg的空间分布较均匀,各区含量差异不大。总的来说,市区西部重金属Cu、Pb、Zn污染程度均高于东部,而Cd、Ca、Na、K、Mg相反,在东部的含量要高于西部。（4） Cd-Zn,Cu-Pb,Cu-Zn,Pb-Zn,Ca-Na,Ca-Mg,Na-K之间都有着极显著的相关性,并同时在大部分样品中出现这些金属元素含量同时增高的现象,表现出复合污染的特征。说明这些金属来自相同污染源的概率较大。（5）本文对街道灰尘采用3个粒径进行分析,分别是125～100μm、100～63μm、<63μm。结果表明,8种金属在此3个粒径中的含量较接近,基本趋势是随着街道灰尘粒径的减小,金属含量稍有增高。这是因为颗粒越小,总的比表面积越大,越容易吸附金属元素。（6）降尘中Cd、Cu、Pb、Zn、Ca、Na、K、Mg的含量范围依次为1.80～6.65 mg·kg-1、28.35～300.50 mg·kg-1、44.55～767.00 mg·kg-1、141.85～308.77 mg·kg-1、10524.62～167537.50 mg·kg-1、11707.50～25580.00 mg·kg-1、11345.00～50010.00 mg·kg-1、10152.50～22940.00 mg·kg-1,平均值分别为3.36 mg·kg-1、105.78 mg·kg-1、138.72 mg·kg-1、224.31 mg·kg-1、74285.42 mg·kg-1、18381.34 mg·kg-1、27587.89 mg·kg-1、18295.83 mg·kg-1,Cd、Cu、Pb、Zn含量分别是沈阳市土壤重金属元素背景值的21.00、4.31、6.26、3.80倍。通过对不同功能区及不同时期降尘中金属含量的比较得出如下结果:金属含量从高到低依次为工业区>商业区>街道>文教区>公园。沈阳市一环路内供暖期降尘中金属含量大部分高于非供暖期降尘中金属含量,尤其是Pb、Ca在供暖期含量要远高于非供暖期含量。供暖期重金属含量高与冬季东北地区燃煤有密切关系,而供暖期Ca、Na、K、Mg含量高是因为沈阳市冬季在交通街道上使用大量的融雪剂。降尘中Cd、Cu、Pb、Zn的污染指数依次为3.81、1.52、2.06、1.34,Cd处于偏重污染水平,Pb处于中度污染水平,Cu和Zn处于偏中度污染水平。降尘中各重金属的污染水平与街道灰尘相近,还是Cd污染最为严重,所以沈阳市应重点治理Cd污染。