（环境科学专业论文）南昌市街道灰尘重金属污染特征及形态分析研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t u r b a ns t r e e td u s tw h i c hi sas o r to fp o l l u t a n ta sw e l la sc a r r i e ro fh e a v ym e t a l s b e l o n g st ot h er e s e a r c hs c o p eo fu r b a ne n v i r o n m e n t a ls t u d y c o n c e n t r a t i o no fh e a v y m e t a l si nu r b a ns t r e e td u s ti sm a i n l ya f f e c t e db yh u m a nr e l a t e da c t i v i t i e sa st r a f f i c ， t r a n s p o r t a t i o n ，i n d u s t r i a lp r o d u c t i o na n du r b a nc o n s t r u c t i o n u r b a ns t r e e td u s ti s d e t r i m e n t a lt oh u m a nh e a l t hb yr e s p i r a t i o na n ds k i nt o u c h t h e r e f o r e ，i ti so f p r o f o u n ds c i e n t i f i ca n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et os t u d yo np o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f h e a v ym e t a l s ( p b 、c u 、c r 、m n 、n i 、c d 、z n ) i nn a n c h a n gs t r e e td u s t p h y s i c o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，t o t a lc o n c e n t r a t i o na n dc h e m i c a lf o r m so f h e a v ym e t a l sa r ea n a l y z e di no r d e rt oi n v e s t i g a t ei t s d i s t r i b u t i o nf e a t u r e s ，s o u r c e s ， p o l l u t i o nc o n d i t i o n , a c c u m u l a t i o nd e g r e ea n dp o t e n t i a le c o l o g i c a lh a z a r d t h em a i n c o n c l u s i o n so ft h i ss t u d yc a nb es u m m e du pa sf o l l o w s ： t h eo v e r a l ll e v e lo f h e a v ym e t a l si ns t r e e td u s to f n a n c h a n gm a i n t a i n sh i g h t h e a v e r a g ec o n t e n t so f p b 、c u 、c r 、m n 、n i 、c d 、z na r e1 5 9 ，8 1 5 ，2 9 ，2 3 7 ，2 2 1 ， 3 1 7 ，3 9 3 6t i m e si nc o m p a r e dw i t hs o i lb a c k g r o u n dv a l u eo fn a c h a n g t h em o s t p o l l u t e da r e ai sb a y ir o a d 、i t l lh e a v yt r a f f i ca n dh i g hv e h i c a lf l o w ；s e c o n d l y , t h e z h o n g s h a nr o a dc o m m e r c i a la r e aa n dn a n j i n g - b e i j i n gr o a d i nc o m p a r i s o n 、析t l lo t h e r s t r e e td u s ti no t h e rc i t i e si na n da b r o a d ，i ti so b v i o u s l yt h a tt h es i t u a t i o no fh e a v y m e t a l sp o l l u t i o ni nn a n c h a n gi sn o to p t i m i s t i c e x c e p tf r o mp b 、m n 、n i ，t h e c o n c e n t r a t i o no fc u 、c r 、c d 、z na r em o r et h a nt h ea v e r a g el e v e li nd o m e s t i c ，a m o n g s t w h i c hz ni st h eh i g h e s ta n dp bi st h el o w e s t a s s e s st h ep o l l u t i o nd e g r e eb yu s i n g e n r i c h m e n tf a c t o rm e t h o d i ts h o w st h a t ：z ni st h em o s ta c c u m u l a t e d ，f o l l o w e dw i t h c ua n dc d p b ，c r , m nw h i c ha r em o d e r a t e l ya c c u m u l a t e d n ia c c u m u l a t e dt h el e a s t c h o o s et h em o s t4s e r i o u s l ya c c u m u l a t e dh e a v ym e t a l sc u ，c r ，c d ，z nf o rp o n t e n t i a l e c o l o g i c a lh a z a r da s s e s s m e n t i tc o m et ot h ec o n c l u s i o nt h a te x c e p tt h a tc ri s a t r e l a t i v e l yh i g h e rc o n t a m i n a t i o nl e v e l t h e r e s t3h e a v ym e t a l sa r ea l l a t l l i g h c o n t a m i n a t i o nl e v e l ，e s p e c i a l l yc d 、z n t h es e l e c t i v es e q u e n t i a le x t r a c t i o np r o c e d u r e sb c rw a su s e dt os t u d yc h e m i c a l s p e c i a t i o no fh e a v ym e t a l si nu r b a ns t r e e td u s ti nn a n g c h a n g t h er e s u l t ss h o wt h a t i i a b s t r a c t c r 、z n 、p b 、n ia n dm na r ep r e s e n tm a i n l yi nt h er e s i d u a lf r a c t i o nw h i c ha r er e l a t i v e l y s t a b l ei nu r b a ns t r e e td u s t c ua n dc de x i s t e dm a i n l yi nt h e o x i d i z a b l ef r a c t i o nw h i c h c o n f i r mt h a tc u 、c da r em o r ea c t i v ea n dh a d p o t e n t i a li n f l u e n c eo nt h ee n v i r o n m e n t 1 1 l eo r d e ro f b i o a v a i l a b i l i t yo fh e a v ym e t a l si nu r b a ns t r e e td u s ti sa sf o l l o w e d ：m n 、 z n 、c d 、n i 、p b 、c u 、c r n eo r d e ro f h e a v ym e t a la c t i v i t y ：c d 、c u 、m n 、n i 、 p b 、z n 、c ri sf i g u r e do u ta c c o r d i n gt ot h ec o n c e n t r a t i o no f n o n - r e s i d u a lf r a c t i o n k e yw o r d s ：s t r e e td u s th e a v ym e t a l sp o l l u t i o na s s e s s m e n t h e a v ym e t a l s c h e m i c a lf o r m s i i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：惫r 奔 签字日期：加l 。年 j 月j 争日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：压r 暂 签字日期：z 口lo 年1 月f 年日 第l 章引言 第1 章引言 1 1 概述 城市灰尘是城市环境学研究的范畴，城市灰尘造成的污染主要是颗粒物及 重金属污染。城市灰尘颗粒物既是污染物又是重金属污染物的载体。除城市灰 尘颗粒物本身外，其携带的有毒有害重金属，更增强了城市灰尘本身的危害性【l 】。 城市灰尘中的重金属含量主要受交通运输、工业生产以及城市建设等人类活动 的影响，在降水、风等外动力条件下对城市环境造成直接污染；富集大量重金 属的灰尘细颗粒可以再次扬起，并进行远距离传输，造成重金属的累积性慢性 中毒，严重危害城市人群的健康【2 】。 近年来，随着南昌城市的快速发展各种基础设施的相继建成，使得南昌市 的城市面貌焕然一新。但随着南昌工业蓬勃兴起、交通运输迅速发展，人口急 剧增加，城市规模不断扩大，南昌的环境污染日趋严重。 因此，本论文对南昌市区街道灰尘污染情况进行研究，通过南昌市三十一 个街道采样点灰尘的理化性质、重金属( p b 、c u 、c r 、m n 、n i 、c d 、z n ) 含量 水平、分布特征、污染评价、化学形态等的分析测试，探讨南昌市重要街道的 灰尘污染的特征。 1 2 城市街道灰尘 1 2 1 城市街道灰尘的概念 有关城市灰尘的研究始于2 0 世纪7 0 年代中期。1 9 7 5 年刊登于自然杂 志的一篇名为“城市街道灰尘中的铅”的文章首次对“城市街道灰尘”进行了研究 【3 】。在其后的几十年时间，各国学者开展了不同程度的城市灰尘环境污染研究， 主要研究城市不同区域灰尘中的颗粒物及其携带的重金属污染及危害等。国内 学术界对城市灰尘的污染研究起步较晚，国外则研究报道较多，其研究对象主 要集中于街道灰尘、道路沉积物、城市公路边土壤、土壤灰尘、城市土壤等。 城市灰尘的物理化学性质是研究的主体，其物理性质集中在易对人体造成直接 危害的p m 2 5 和p m l o 上；城市灰尘的化学性质集中在赋存于灰尘中的重金属中。 第1 章引言 总体以研究城市灰尘的空间分布、其携带污染物的物质组成、迁移转化规律、 环境效应等为主体，明确提出了“城市灰尘( u r b a nd u s t ) ”的名称【4 j 。我国对城市 灰尘环境污染的问题缺乏足够全面的认识，未引起环境行业的重视，对城市灰 尘污染的研究还不完善。 关于城市灰尘的定义，不同学者有各自的理解。杜佩轩认为城市灰尘是指 粒径小于2 0 目，分散于城市不同区域( 位置、功能区) 的表面固体颗粒物【5 j 。 朱礼学则把城市灰尘定义为附着、沉淀于城市人工铺地( 道路、桥面、街面、 广场) 及地面附着物、建筑物的裸露面上，未被固化粘结，且易于被地表径流、 雨水及大气带动、运移和漂浮的颗粒物 6 1 。城市灰尘是城市大气尘埃及地表尘土 在人与自然力长期作用下淀积、漂浮、淀积的结果，是大气中颗粒悬浮物的主 要来源与归宿。 1 2 2 城市街道灰尘的环境危害及污染特点 城市灰尘是城市环境污染的一个重要贡献者，也是各类环境污染物质的载 体，在城市环境灾害发生中具有传媒、导向、传递、引发等作用 7 1 。城市灰尘污 染和大气污染、水污染、噪声污染、光化学烟雾、城市热岛效应等构成了不同 类型的城市环境灾害系统。城市街道灰尘对环境及人体健康的危害主要表现在 以下两个方面： ( 1 ) 城市街道灰尘颗粒物本身的直接危害。城市街道灰尘与城市大气颗粒 物密切相关，互相转化，具有明显的成因演化关系。灰尘对人体的危害程度与 粒径分布特征有直接的关系。通常，灰尘颗粒物粒径越小，对人体危害也越大。 大气降尘( 粒径 l o l a m ) 可通过重力作用自然沉降到地面。可吸入颗粒物( p m l o ) ， 即粒径_ l o p m 的颗粒物则长期漂浮于空中，易通过呼吸系统进入呼吸道；而p m 2 5 ( 粒径q 5 岬) 则通过呼吸系统进入人体肺泡导致颗粒物在肺泡内沉积引发尘 肺。 ( 2 ) 城市街道灰尘颗粒物中有害化学成分的危害。城市街道灰尘化学成分 中的重金属元素、持久性或难降解有机污染物、多氯联苯、多氯联萘等对环境 的影响是以城市街道灰尘颗粒物为媒介及载体的i 。 在城市街道灰尘的迁移过程中，灰尘中有毒化学物质的危害主要通过三种 途径表现出来【1 1 l ：在自然风、巷道风、车辆流动在外力作用下，部分街道灰 尘被扬起产生二次扬尘，漂浮于空中，被人体吸入或摄入。街道灰尘通过雨 2 第l 章引言 水沉降汇入地表径流中。流过土壤中， 在表土产生富集作用，危害植物生长； 物或与河床沉积物发生吸附解吸反应， 灰尘中的有毒有害物质被土壤截留，易 若进入地表水体中，则可能危害水生生 污染水体。由于市政清洁部门定时人 工清扫街道，城市街道灰尘被作为生活垃圾填埋，其有毒有害污染物随着垃圾 渗滤液流入河流中，污染水体；或作为垃圾污泥堆肥还田，对土壤作物系统构 成潜在生态风险。 杜佩轩等将城市街道灰尘污染分为城市街道灰尘动力污染、物质污染、地 理污染、循环污染、人体污染五种类型引。城市街道灰尘中颗粒物的根本来源是 人为污染的土壤颗粒物，因此城市街道灰尘污染具有土壤污染的一般特点：隐 蔽性、累积性、滞后性等。之外，城市街道灰尘污染也有其自身的特点【1 2 】。 ( 1 ) 动力性。城市灰尘动力污染主要是以“自然风”、“人流、车流”、“卫生 清洁”、“巷道风”等为动力源所造成【1 7 】。因此在外动力的作用下，城市街道灰尘 形成了典型的“点、线、面”污染i l 引。 ( 2 ) 循环性。城市街道灰尘颗粒物湿度小、容重小、粒径小，容易在外动 力下二次扬起，成为大气悬浮物，进入大气颗粒物人体循环系统【5 l ，为人体所 吸收，危害人体健康。 ( 3 ) 局域性。城市地理条件直接影响城市街道灰尘的空间传播。城市内高 楼林立，会产生阻滞作用，加大了城市街道灰尘地理污染【1 1 1 。 1 2 3 城市街道灰尘研究内容 有关城市街道灰尘方面的研究主要包括以下几个方面：( 1 ) 技术方法研究。 如城市街道采样的科学布点、采样技术、分析方法、污染评价方法治理方法等； ( 2 ) 灰尘的基本理化性质研究。包括p h 值、粒度、粒径分布、有机质、矿物 组成等：( 3 ) 灰尘中颗粒物的相关研究。主要包括颗粒物的来源、机械组成、 迁移演化及污染效应；( 4 ) 重金属污染相关研究。包括其含量、来源、分布、 迁移及其富集程度、生态危害程度等。( 5 ) 有机物污染相关研究。主要包括持 久性或难降解有毒有机污染物的种类、含量、来源、分布、风险；( 6 ) 城市街 道灰尘生源物质相关研究。如c 、n 、p 、k 等) 的含量，来源、分布、形态及 危害等。在实际工作中，由于实验条件和资金的限制不可能面面俱到，只能在 某一方面开展针对性的研究。 3 第1 章引言 1 3 城市街道灰尘重金属污染国内外研究进展 1 3 1 城市街道灰尘重金属的来源及污染特征 1 3 1 1 城市街道灰尘重金属来源 城市街道灰尘中的重金属元素组成、分布特征及其可能的来源在各城市环 境中都不同，随环境特征而变化。城市街道灰尘污染源自多方面，如周围土壤、 道路铺筑物( 如沥青、混凝土) 、机动车( 轮胎、车体、刹车磨损及尾气排放) 、 工业排放和大气、干湿沉降等【1 4 】。表1 1 为不同污染源排放的主要元素。 4 第1 章引言 表1 1 不同污染源排放的丰要元素f 1 5 】 t a b l e1 1m a i ne l e m e n t sf r o md i f f e r e n tl e s o a r c c s 代表排放源同类排放源 特征元素 土壤道路尘、地面扬尘 a l 、s i 、f e 、t i 汽车尾气排放、摩托车、机动车尾气排放、机动车轮胎、 p b 、z n 、c l 、f e 交通 零部件磨损 c u 、c r 、m n 、c d 建筑建筑源 c a 、m g 、c d m n 、n i 、f e 、c o 工业 钢铁尘、重金属冶炼行业 c r 、c u s ，z n 、m n ，a s 燃煤民用煤烟尘、工厂用煤、矿石类、燃料燃烧 n i 、c u 海盐海浪飞沫 n a 垃圾垃圾焚烧z n 、c d 、s b 、c u 燃油汽油、柴油 v 、n i 、c o 、c u 1 3 1 2 城市街道灰尘重金属的污染危害 重金属是指比重大于5 0 9 e r a 3 的金属元素，也指原子量大于5 5 的金属 1 6 】。 重金属约有4 5 种，一般都是属于过渡元素。如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、 镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微 量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重 金属超过一定浓度都对人体有毒。另外、砷虽不属于重金属，但因其来源以及 危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行研究、讨论。而铁在环境介质 中含量较高，故不将其列入重金属的研究行列。本文所研究的铅、铜、铬、锰、 镍、镉、锌为城市灰尘中常见的金属，含量普遍较高，且属于e p a ( 美国环保 总署规定的优先污染物，对人体及环境具有较大的危害。 本研究中7 种重金属对人体及环境的危害如下【1 。7 - 1 9 1 。 汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成目前地表铅的浓度 已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约1 0 0 倍。铅是重 金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。能直接伤害人的脑细 胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下；对老年人会造成痴呆等。另 外还有致癌、致突变作用。 铜是重要的必需微量元素，但摄入过量，也易引起中毒反应。人体铜过量 会引发急性肠胃炎、腹痛、皮疹、腹泻、呕吐；同时，铜在肝脏中累积会损伤 5 第1 章引言 红细胞导致溶血和贫血。 铬也是人体的微量营养元素，但铬过量( 尤其六价铬) 会引起呼吸道疾病、 肠胃道病和皮肤损伤等。此外，六价铬化合物由呼吸道吸入时有致癌作用，通 过皮肤和消化道大量吸入能引起死亡。 锰是一种吸入时危害最大的金属。通过这个途径，无需代谢过程，锰直接 进入大脑引发神经紊乱。高浓度的锰能够干扰身体对饮食中摄入的铁的吸收， 进而导致贫血症或甲状腺机能亢进。过量的锰对铜的活性也具有干扰性。 镍是人体必需的生命元素，但过量的镍会对人体造成危害。空气中的镍， 经呼吸道吸入或通过皮肤吸收，可引起炎症、癌症、神经衰弱症、系统紊乱、 降低生育能力、致畸和致突变等疾病。其对人体危害程度与镍的化学形态有很 大的关系。 镉是一种生物毒性显著的重金属。镉的粒径较小，容易通过人体的下呼吸 道，沉积于肺部，并穿过肺泡进入血液。会导致高血压，引起心脑血管疾病， 破坏骨骼和肝肾，并能引起肾功能衰竭。 过量摄入锌会出现贫血、高血压、冠心病、胃肠炎和前列腺肥大等症状， 直接与肺癌、乳房癌、皮肤癌、胰腺癌、前列腺癌、子宫癌和膀胱癌等的发病 率有关。并出现食欲不振、呕吐、发热、出汗、全身疼痛和倦怠等症状。锌引 起的急性中毒常有呕吐、腹泻、头痛和肌肉收缩失调等方应，并有肾功能减退、 肝中毒和肺管状坏死。 1 3 1 3 城市街道灰尘重金属的含量特征 国外学者对城市街道灰尘中重金属污染现象十分重视。从2 0 世纪七八十年 代至今，国外诸多城市都开展了城市街道灰尘重金属含量的研究。我国最早的 报道仅可追溯到1 9 9 5 年施为光1 2 0 1 对成都市街道地表物中重金属成分的研究。 2 0 0 2 年，长安大学杜佩轩教授在探讨西安护城河径流面源污染的成因时对西安 市街道灰尘重金属作了相应研究。之后，国内才有其他学者相继对重庆、邯郸、 上海、北京等城市开展了部分工作【l j 。 国外城市街道灰尘中，z n 的平均值为8 1 8 7 m g k g ；p b 平均含量为 5 0 5 3 m g k g ：c u 平均含量范围3 8 - - 。4 6 6 9 m g k g 。平均值为1 4 7 3 m g k g ，n i 平均 含量范围1 0 , - - - 1 2 9 7m g k g ，平均值为7 3 5m g k g ；c r 平均含量范围2 6 - 1 4 4 4 m g k g ，平均值为5 9 8m g k g ；c d 平均含量范围0 9 7 2m g k g 平均值为9 8 m g k g t l l 】 6 第l 章引言 1 3 2 街道灰尘重金属的化学形态 重金属污染物的化学行为和生态效应复杂，对环境存在着难于治理的潜在 危害，其物化行为多具有可逆性，同时在适宜条件下，又具有相对稳定性。大 多数重金属化合物为非降解型有毒物质，生态效应的浓缩和累积作用使微量重 金属产生生物毒性，沿食物链被动植物吸收、富集、最终成为生命体积累和慢 性中毒的源场。环境中特定重金属元素的生物可给性及在生物体中的积累能力， 以及对生物毒性与该元素在环境中物理形态及化学形态密切相关【2 1 1 。重金属的 总量往往很难表征其污染特性和危害，水体沉积物中重金属的迁移转化规律、 毒性以及可能产生的环境危害更大程度上取决于其赋存形态。 1 3 2 1 重金属形态 重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面，即某 一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式。重金属可以因形态 中某一个或几个方面不同而表现出不同的毒性和环境行为，尤其是重金属在土 壤和沉积层中的形态更具有重要意义。对于重金属形态，目前还没有统一的定 义及分类方法。常见的重金属形态分析方法有以下几种：t e s s i e r t 2 2 】等将沉积物或 土壤中重金属元素的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机物 结合态和残渣态5 种形态；c a m b r e l l 认为土壤和沉积物中的重金属存在7 种形态， 即水溶态、易交换态、无机化合物沉淀态、大分子腐殖质结合态、氢氧化物沉 淀吸收态或吸附态、硫化物沉淀态和残渣态；s h u m a n 将其分为交换态、水溶态、 碳酸盐结合态、松结合种形态有机态、氧化锰结合态、紧结合有机态、无定形 氧化铁结合态和硅酸盐矿物态8 种形态；为融合各种不同的分类和操作方法， 欧洲参考交流局( t h ec o m m u n i t yb u r e a uo f r e f e r e n c e ) 即b c r 法提出了较新的 划分方法，将重金属的形态分为4 种，即酸溶态( 如碳酸盐结合态) 、可还原态 ( 如铁锰氧化物态) 、可氧化态( 有机结合态) 、残渣态1 2 3 1 。 1 3 2 2 重金属形态分析方法 重金属形态分析是指对用各种提取剂对土壤蕈金属的各个形态进行连续提 取进而采用一定的方法测定其各形态含量。连续提取通常依次采用中性、弱酸 性、中酸性、强酸性提取剂对土壤中重金属进行提取，同时随着提取步骤的深 入，提取条件也不断加强。许多学者提出了不同的方法和流程。t e s s i e r 等：可 交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态、残渣态：邵涛等六步法： 7 第1 章引言 水溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机质结合态、残渣态。f o r s t n e r 七步连续提取法：交换态、碳酸盐结合态、无定型氧化铁结合态、有机态、无 定型氧化铁结合态、晶型氧化铁结合态、残渣态：b c r 提取法则把重金属形态 分为酸可提取态、可还原态、可氧化态、残渣态。本文使用b c r 法对重金属进 行形态提取。 1 3 2 3 重金属形态分析的环境学意义 由于溶解、凝聚、沉淀、络合吸附等物理化学反应，土壤中的重金属具有不 同的化学形态，并表现出不同的生物毒性 2 4 1 。研究表明，土壤的p h 值、氧化还 原电位、有机质、矿物质、胶体的含量和组成及气候水文等条件均会对重金属 化学形态产生影响。土壤重金属的化学形态与重金属在土壤中的迁移性、可给 性、活性及污染土壤修复关系密切【2 5 】。 1 4 城市街道灰尘环境质量评价 1 4 1 评价标准 目前，国内外尚无统一的对于城市街道灰尘重金属污染评价的标准和方法， 因为城市灰尘主要来源于土壤，是在土壤颗粒物基础上产生的人为环境污染。 故在制定城市灰尘重金属环境污染标准时，必须充分参考国家制定出的土壤重 金属环境标准。韩永明【2 6 j 根据对西安市城市灰尘重金属污染研究，结合国家土 壤环境质量标准，对铅、锌、砷、汞、铜、镉、银等8 种重金属灰尘环境质量 进行了规定，提出了城市灰尘重金属环境质量标准。 1 4 2 评价方法 灰尘中重金属污染的评价方法 2 7 - 3 3 】包括单因子污染指数评价、富集因子评 价、内梅罗综合污染指数评价、地积累指数评价法、潜在生态危害指数法等。 张菊【8 1 选用了地积累指数法和潜在生态危害指数法对上海城市街道灰尘重金属 污染的现状进行了评价：李凤全采用富集系数法和潜在生态危害法对金华市灰 尘中重金属的生态危害进行了评价。由于不同的评价方法可能会产生不同的结 果，故应慎重选取适合的方法，减少人为误差。 8 第l 章引言 1 5 研究目的意义及内容 1 5 1 研究目的及意义 1 5 1 1 研究目的 ( 1 ) 了解研究区域街道灰尘中p b 、c u 、c r 、m n 、n i 、c d 、z n 等七种重金 属元素的含量水平； ( 2 ) 研究区域街道灰尘中各重金属含量的分布特征和来源分析； ( 3 ) 评价研究区街道灰尘中各重金属的污染水平和环境潜在危害程度； ( 4 ) 研究街道灰尘中重金属化学形态及其环境风险。为南昌市城市生态环 境调控及可持续发展提供资料和科学决策依据。 1 5 1 2 研究意义 城市环境是影响人类生活质量和健康的关键性因素。随着城市化进程的不 断加快，在城市工业中心，环境污染的水平( 在土壤和街道灰尘中积累的对人 类健康不利的痕量元素的含量) 通常较高。而且，由于过去较少关注工业活动 发展的负面影响，工业污染对城市环境的影响也有所增加【蚓。 一些与人类活动密切相关并且对生命有害的元素，在城市的表层土壤、大 气及街道灰尘中呈现出与城市规模大小呈相关关系的具有浓集中心的地球化学 异常。并且随着城市化进程的加速，这种地球化学异常中心将持续的对生态环 境产生影响。而且城市灰尘由于刮风或人为翻动等原因会发生再悬浮进入大气 或沉降成为灰尘。由于城市环境中的街道灰尘和大气中的悬浮物质含有重金属 等元素，可能对人体的健康产生影响，世界范围已经广泛关注周围空气和灰尘 中的痕量元素对人类健康的风险。车辆尾气、工业排放等来源污染物质影响到 一些重金属元素的形态组成，改变生物有效性。因此城市人口不仅仅暴露于通 常的大气环境，而且受到有毒痕量元素的影响。由于街道灰尘的来源复杂，其 中的有毒痕量变化较大。 关于痕量元素在城市环境中的研究已经在一些城市中作为一个和污染水平 相关的健康风险来进行监测。人体吸入受污染的悬浮颗粒和街道灰尘，都会导 致有害物质进入人体，影响健康。因此，开展南昌市街道灰尘重金属含量和形 态分析研究，有助于了解研究区的潜在生态危害，可更全面、系统地反映区域 环境质量的总体状况，对研究区域环境重金属污染的控制、环境质量评价和合 理城市规划布局具有重要的现实指导意义。 9 第l 章引言 1 5 2 研究工作内容 按照均匀布点法，同时兼顾人口密集程度，在南昌市区采集了3 1 个街道灰 尘样品。通过实验室分析样品的p h 值、粒径分布、有机质以及重金属p b 、c u 、 c r 、m n 、n i 、c d 、z n 的含量及其形态组成，本论文的工作内容主要包括以下五 个方面： ( 1 ) 分析研究区域街道灰尘的基本物理化学性质，包括街道灰尘的p h 值、粒 径分布特征； ( 2 ) 分析研究区域街道灰尘重金属的含量水平及其分布特征： ( 3 ) 采用富集系数法和潜在生态危害法对南昌市城市街道灰尘的重金属污染 程度进行评价，综合反映重金属对生态环境的影响潜力； ( 4 ) 初步判别了研究区域街道灰尘重金属的来源； ( 5 ) 用b c r 多级连续提取法，对重金属进行形态分析，以其了解不同的城市 活动对灰尘中重金属形态分布的作用及影响、以及形态分布情况。 1 5 3 研究拟解决的问题及创新点 本文拟解决的问题主要有： ( 1 ) 研究南昌市街道灰尘的基本理化性质( p h 值、粒径分布) ； ( 2 ) 分析街道灰尘重金属的含量以及存在形态，并对街道灰尘中的重金属 进行污染特征和生态危害评价。 本文的创新点： ( 1 ) 对采集的街道灰尘进行了包括理化性质、重金属含量及其组成形态、 污染指数、富集程度、潜在生态危害的分析，研究内容较为系统、全面。 ( 2 ) 灰尘中重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大程度上取决于其形 态分布，不同的化学形态产生不同的环境效应。我国有关城市灰尘重金属形态 的研究已有一些报道，但目前还没有见到有关南昌市城市灰尘重金属赋存形态 的研究。 1 0 第2 章南昌市概况 第2 章南昌市概况 2 1 自然环境概况 南昌是江西的省会，全省政治、经济、文化的中心，也是全国3 5 个大城市 之一，是一座具有2 0 0 0 多年历史的文明古城。南昌位于东经1 1 5 0 2 7 1 1 6 0 3 5 ， 北纬2 8 0 0 9 2 9 0 1 1 ，处江西省中部偏北，赣江、抚河下游，滨临我国第一大淡 水湖都阳湖。全境以平原为主，东南平坦，西北丘陵起伏，南北长约1 1 2 1 公 里，东西宽约1 0 7 6 公里。总面积7 4 0 2 3 6 平方公里，平原占3 5 8 ，水域占2 9 8 ， 岗地、低丘占3 4 4 。全市平均海拔2 5 米，城区地势偏低洼，平均海拔2 2 米。 西部是西山山脉，最高点梅岭主峰洗药坞，海拔8 4 1 4 米。 南昌市土地耕地面积2 1 0 4 万公顷。其中，有效灌溉面积1 8 9 8 万公顷，占 9 0 2 。在有效灌溉面积中，旱涝保收面积1 5 5 7 万公顷，占8 2 0 。水资源全 市年均产水量为6 6 2 5 亿立方米，地表水资源为6 1 5 3 亿立方米，地表径流量为 5 1 4 2 亿立方米，还原水量为4 0 7 亿立方米。 南昌气侯湿润温和，属亚热带季风区，雨量充沛，四季分明，春秋季短， 冬夏季长。年平均气温1 7 1 7 7 ，极端最高气温4 0 9 c ，极端最低气温 一1 5 2 。年降雨量1 6 0 0 - - 1 7 0 0 毫米，降水日为1 4 7 1 5 7 天，年平均暴雨日5 6 天，年平均相对湿度为7 8 5 。年日照时间1 7 2 3 1 8 2 0 小时，日照率为4 0 。年 平均风速2 3 米秒。年无霜期2 5 1 2 7 2 天。冬季多偏北风，夏季多偏南风。适 合植物、花卉生长，是营造“花园城市”的理想地区1 3 副。 2 2 社会经济概况 2 2 1 经济发展 2 0 0 8 年南昌市g d p l 6 6 0 亿元，比上年增长1 5 ，2 0 0 8 年，全市5 0 万元以 上项目共完成投资额1 0 8 6 0 5 亿元，比上年增长3 4 0 ，其中城镇以上固定资产 投资1 0 5 2 6 1 亿元，增长3 6 0 ，房地产开发投资1 6 3 3 0 亿元，增长3 0 o 。据 抽样调查，城镇居民人均可支配收入1 5 1 1 2 元，增长1 5 6 。人均消费性支出 1 1 5 5 1 元，增长1 4 8 。城镇居民家庭恩格尔系数为3 5 8 ，比上年下降4 1 个 第2 章南昌市概况 百分点。全年农民人均纯收入5 7 7 4 元，增长1 4 7 。农民人均生活消费支出3 4 5 6 元，增长1 6 3 。农村居民家庭恩格尔系数为4 7 4 ，比去年下降2 9 个百分点。 南昌是江西省最大的工业城市。改革开放以来，南昌的汽车制造、冶金、 机电、纺织、化工、医药等现代化工业体系，和以电子信息、生物工程、新材 料等为代表的新兴高新技术产业也具有一定的水平，现在正围绕打造现代制造 业重要基地，以工业园区为主战场，已形成了六大支柱、十大产品基地、拥有 省级以上工业园区8 个、规模企业近7 0 0 家。 随着经济的发展，南昌市的环境也受到了不少污染。据有关部门统计2 0 0 8 年南昌市废水排放总量2 6 0 4 8 万吨，其中生活污水1 7 1 7 4 万吨；工业废气排放 总量为6 2 0 亿立方米，其中包含5 1 万吨二氧化硫，3 6 万吨烟尘；产生工业固 废2 5 6 万吨。 2 2 2 南昌市交通现状 南昌市共分成8 个区，分别为东湖区、西湖区、青云谱区、青山湖区、高 新区、红谷滩新区、湾里区和经济开发区，交通压力主要集中在老城区，即东 湖区、西湖区、青山湖区和青云谱区。老城区的南北主干道包括：井冈山大道、 八一大道、洪都大道、抚河路、象山路；东西主干道包括：解放路、南京路、 北京路、中山路、阳明路等。老城区与红谷滩新区主要由八一大桥和南昌大桥 连接。 随着城市经济的不断发展，南昌市机动车辆快速增加，高峰时段八一大道、 阳明路、抚河路、北京路、孺子路等主要道路交通出现拥堵。截至2 0 0 8 年底， 南昌市机动车保有量为4 1 2 5 1 3 辆，与去年同期相比增长了1 3 5 8 t 3 6 。 南昌市从2 0 0 1 年开始实施车用汽油的无铅化，铅的污染得到了有效的控制， 然后，南昌市的道路状况虽然总体有所改善，但与机动车流量的增加相比较仍 然有很大的差距，加之多数十字路实施自动红绿灯措施，机动车处于怠速排放 的情况随车可见。而通常情况下，处于怠速状态的机动车排放的废气污染浓度 是最高的。 今年由于市政府对八一大桥进行除险加固，以及阳明路的检修拓宽，在施 工期间进行全封闭，所有要过江的车辆必须绕道走南昌大桥、赣江大桥或者生 米大桥，这样更加加剧了城区的交通拥堵，政府为了缓解施工期的交通压力， 对车辆实行限号制度。 1 2 第2 章南昌市概况 2 2 3 南昌市人口分布情况 南昌市2 0 0 7 年年末户籍总人口为4 9 1 3 1 万人，比上年末净增7 3 5 万人， 其中非农业人口2 3 2 7 6 万人，增长2 2 。 南昌市的人口密度分布基本形成以旧城区为核心，逐渐向外围递减态势， 居民人口密度呈现内高外低、且由内向外沿主要交通干线指状扩展的分布特点。 此外，现状旧城中心地区和外围地区人口密度差别明显，人口密度最高的街办 人口密度达1 4 4 6 万人平方公里，最低人口密度o 2 1 万人平方公里。最高密度 与最低密度比例在1 0 ：1 以上。其中，人口密度最高的区域为中山路、叠山路、 明德路这块商业区，其次是火车站周围的区域。 随着社会经济发展，城市规模越来越大，居民收入也逐步提高，导致机动 化出行需求迅速发展。尽管公交承担了一部分机动化需求，但并未能影响各种 社会和个体机动车辆的发展。在老城区延续了高密度的居住、就业和低规模交 通设施的情况下，道路交通供需矛盾迅速激化，交通拥挤难以避免，汽车尾气 污染问题突出。 2 2 4 南昌市环境质量状况 南昌市环境污染主要来自城市生活污水、工业废水、煤炭燃烧产生的废气、 生活垃圾和机动车辆尾气等。2 0 0 8 年南昌市空气质量全年优良天数为3 4 4 天， 较2 0 0 7 年减少4 天，全年优良率为9 4 2 4 。以下是南昌市2 0 0 8 年度环境质量 主要指标( 表2 1 ) ： 表2 1 南昌市2 0 0 8 年度环境质量主要指标【3 5 】 t a b l e2 1e n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo f n a n e h a n gi n2 0 0 8 指标数值 空气质量优良率( ) 9 4 0 空气质量优良天数( 天) 3 4 4 可吸入颗粒物年日平均值( 毫克立方米) 0 0 8 4 二氧化硫年口平均值( 毫克立方米) 0 0 5 0 二氧化氮年日平均值( 毫克立方米) 0 0 3 6 降尘( 屯月平方公里) 8 3 9 城市交通干线噪声平均值( 分贝) 6 9 8 区域环境噪声( 分贝) 5 6 6 饮用水源水质达标率( ) l o o 1 3 第2 章南昌市概况 2 3 采样点的选取与概况 在查阅了大量的背景资料和相关研究成果的基础上，结合本研究的内容和 研究意义并充分考虑到研究的可行性，本研究选择以南昌市区主要街道为主要 研究对象，选取了八一大道、洪都大道、井冈山大道、高新大道、象山路、南 京路、北京路、中山路、胜利路等主要街道沿线的灰尘作为采样对象，如图2 1 所示。这些街道采样点涉及到了市区的各个区域，既有市中心繁华区域，也有 红谷滩新区：既有商业贸易区，又有工业园区。所以本论文的研究不仅能够反 映出南昌城市街道沿线灰尘重金属的线型污染状况，而且可以反映出市区不同 类型土地的利用状况和交通、人口的密集程度对交通沿线的影响。 实验采样方式大致为街道沿线均匀布点采集，采样点为交通干道和各主要 道路的交叉口区域，采集样品为道路交叉口为中心两侧区域1 0 米范围内多点混 合成的样品作为该点的代表样品。以站前路、八一大道、中山路、胜利路、苏 圃路、永叔路、民德路、福州路、叠山路、象山路、阳明路、南京西路、南京 东路、洪都大道、上海北路、青山湖大道、火炬大街、高新大道、京东大道、 洪城路、解放西路、建设西路、市场中路、市场东路、灌婴路、南斯友好路、 庐山南大道、丰和中大道、凤凰大道、怡园路、会展路为研究对象，共采集3 1 个样品。研究区域大致分火车站老福山八一大道、中山路商业中心、南京路和 北京路、红谷滩新以及工业、贸易区五个区域，如图2 2 、2 3 、2 4 、2 5 、2 6 所 示。 1 4 第2 章南昌市概况 2 4 圆 1 。一火车站2 l 老福山3 l 长途汽车站扛电信太楼5 l 八一广场 6 i 一江西宾馆7 4 一坛子u8 i 一百花洲9 l 万寿宫l o i 一步行街1 1 i 一工人文化 1 2 i 夭虹百货】3 l 几童医院1 4 i 一青山路口1 5 i 一一鲋睡院1 6 i 一青山湖 7 4 一省肿瘤医院1 矿扛西师太l 矿一南大南区2 一南昌大轿2 l 。一吕北d 一敢水广场 2 3 丰和立交2 4 i 沙井2 5 洪城太市场2 洪城客运站2 7 l 五华大批畅 2 8 l 一金润广场2 9 | - 火炬广场3 矿一泰豪3 l l 高新太道 图21 南昌市街道灰尘采样街道分布图 f i g u r e 21t h e d i s t r i b u t i o n i l l a d o f u r b a ns a e e t d u s t i n n 锄c h 肌 2 3 1 火车站老福山八一大道段概况和采样分布 该区域主要包括站前路和八一大道、井冈山大道主干道和永叔路、孺子路、 福州路、广场南路、广场东路等支干道。八一大道和井冈山大道是南昌市中心 区交通主轴线，南北向交通汇集在这条路上，这个区域包括火车站、长途汽车 站、徐家坊客运站在内，交通负荷非常大。主干