大厂户外儿童游乐场地表灰尘重金属污染特征及磁学响应

论文总字数：18799字

目 录

1.绪论 5

1.1研究状况与进展 5

1.2研究目的和意义 5

1.3研究内容 6

2.材料与方法 6

2.1研究区域概况 6

2.2样品采集 7

2.3磁学测量 7

2.4化学分析 8

2.5数据分析 8

3.结果与分析 9

3.1重金属浓度 9

3.2磁性特征 10

3.2.1磁性矿物浓度 10

3.2.2磁性矿物种类 11

3.2.3磁性矿物粒径 12

3.3磁性参数与重金属浓度的关系 12

3.3.1相关系数分析 12

3.3.2主成分分析 13

4.结论 15

大厂户外儿童游乐场地表灰尘重金属污染特征及磁学响应

刘欣

, China

Abstract：The magnetic parameters and heavy metal concentration of 50 dust samples in the children's playground area of Nanjing Dachang Industrial Zone were analyzed, and the degree of heavy metal pollution was studied and the effect of Instructions of magnetic parameters on heavy metal pollution was discussed. The results showed that the heavy metal pollution of Dachang children 's activity site was high and the enrichment effect was obvious. The magnetic minerals in dust are dominated by pseudomorphic domains and multiphase ferromagnetism. Using the correlation analysis, it was found that the saturated isothermal remanence and non-hysteresis remanence and heavy metals have a high correlation, which indicates that the degree of heavy metal pollution is obvious. In order to understand the sources of heavy metals and magnetic minerals, five factors were obtained by principal component analysis, and heavy metals were analyzed mainly for human, such as industrial and transportation activities.

Key words: dust; heavy metals; magnetic parameters; principal component analysis

1.绪论

1.1研究状况与进展

中国经济迅速发展的同时，伴随着频繁的建筑施工和的大量汽车尾气排放等问题，导致城市灰尘污染。城市灰尘是一种成分复杂的环境介质，它既有人为源也有自然源，同时也作为传播细菌病毒和污染物质的重要载体和介质^[1]。由于交通运输和工业生产的等人为因素，灰尘本身附着着大量的重金属元素（铁、铜、猛等）。当灰尘中重金属浓度达到一定毒性水平，必然会对城市居民健康造成一定的影响，尤其是抵抗力低，耐受性低，又有着频繁手口接触的儿童群体 ^[2-4]。而且城市灰尘很容易扩散，大气运动会将地表灰尘重新带入大气中悬浮，并随着降水作用，进入河流，土壤等介质中产生持续污染 ^[5-6]。

对于城市灰尘的研究从上世纪70年代就开始了。在1975年Day及其团队第一次在《Nature》中提出了街道灰尘的概念^[7]。自此以后对于街道灰尘的研究便一发不可收拾，目前国内外对于街道灰尘的研究主要集中在灰尘中的重金属污染，灰尘中的有机物污染以及灰尘中污染来源的分析。然而传统的化学分析方法测定重金属元素，如原子吸收光谱法，电感耦合等离子体原子发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法是耗费时间，操作复杂且花费昂贵的。对于灰尘中的重金属污染，有研究表明，灰尘中的重金属和磁性矿物之间有着密不可分的关系^[8]。所以环境磁学凭借使用磁学参数指示重金属元素浓度具有灵敏度高，破坏性小，简便快捷，代价低廉的优点，已经逐渐被研究者们所认可并应用于城市环境监测中来量化城市地区重金属污染的水平^[9]。

前人的许多研究都揭示了许多环境样品，包括街头粉尘，土壤，河流和海洋沉积物，树叶和大气颗粒物中的磁性参数(如磁化率和饱和等温剩磁) 和重金属元素 (如铁、铅、锌和铜) 浓度之间的关系^[10]。国外对于街道灰尘的磁性研究比较早，比如Xie等^[1]在对利物浦的街道灰尘的研究中，对其进行了磁学测量的同时进行了化学分析，对街道灰尘中的磁性污染源做出了解释，指出城市污染是磁性矿物的主要贡献者。Goddu等^[10]对印度东部城市工业区街道灰尘进行了磁学方面的研究，指出磁性矿物是城市污染检测的一项有效指标。而国内对街道灰尘的磁性研究近几年也发展迅速。聂燕等^[11]对于西北典型工业城市的街道灰尘重金属污染的环境磁学研究中指出，污染符合指数和磁学参数相关性极高，空间分布也高度一致。李鹏等^[12]对于西安街道灰尘磁学特征的研究中表明，磁性矿物对于环境污染分布以及污染源的划分都具有指示作用。贾正长等^[13]在对上海市土壤研究中通过环境磁学进行污染源分析，得出磁性矿物污染主要来自交通运输和工业生产。对于国内的街道灰尘的磁学研究，大多集中在工业污染比较严重的地区，多为兰州，徐州，北京和西安等地，从地理分布上看，这些多是北方地区的城市，而对于南方城市，比如南京的街道灰尘的重金属磁学研究就相对较少了。

1.2研究目的和意义

目前城市环境问题突出，城市居民对颗粒物污染和重金属污染也越来越关注。地表灰尘作为城市污染问题中的一个重要的污染物质的载体^[1]，来源广泛，可以来自土壤由于刮风或者其他外力作用而引起。然而土壤中由于长期的工业排放和交通运输以及建筑施工等，积累了大量的重金属元素。这样土壤中重金属通过空气传播很容易进入人体从而在人体内蓄积影响人体健康。所以对于街道灰尘中重金属的研究很有必要。然而，前人研究的多为城市街道灰尘，路边土壤，或者室内灰尘，多为污染较为严重的地区的周边环境，而对于儿童这一身体素质较弱的群体经常聚集的户外儿童游乐场的地表灰尘中重金属元素浓度的研究涉及少。所以本研究挑选了南京大厂儿童游乐场作为研究区域。但是常规的地球化学分析方法，用到很多化学溶剂，大部分化学溶剂会对环境造成污染，而且化学溶剂的配置肯定要花费大量时间，用到大量的人力，同时每个样品使用的化学试剂也不能重复使用，这样花费的经济代价也少不了。

环境磁学方法在近十多年来，在街道灰尘重金属污染方面应用发展迅速。而且由于环境磁学方法不管在对样品，对环境方面都不会产生破坏，是一种环保且性价比很高的污染检测手段。但是由于各地区磁性参数和不同重金属浓度之间的相关性有所差异，所以本研究同时对样品的磁学数据进行了分析，以探讨南京城市灰尘中不同重金属浓度和磁性参数之间的相关性。从中找出能指示南京大厂儿童游乐场重金属污染水平的具体磁性参数，对于以后利用环境磁学监测南京工业区污染状况有一定参考价值。

1.3研究内容

本研究对南京市六合区大厂10个儿童游乐场进行采样研究，通过对地表灰尘样品的重金属浓度测定分析，并计算污染符合指数和富集系数，揭示了该地的重金属污染程度；通过对样品的磁学参数进行统计分析，了解了灰尘样品中磁性矿物的浓度、种类和粒径大小；通过对重金属浓度、污染符合指数与磁学参数的pearson相关系数分析，揭示了灰尘重金属浓度、污染符合指数与磁学系数的相关性，并建立了几种重金属与部分磁学参数的线性回归方程；通过对样品数据的PCA主成分分析，对重金属和磁性矿物的主要来源进行了预测，来探究重金属与磁性矿物是否具有相似来源，为利用磁学参数作为重金属污染的指标提供有力的依据。

2.材料与方法

2.1研究区域概况

本文研究的南京工业区位于六合区大厂，地处南京北部，长江下游，与浦口和六合接壤。19世纪30年代初，这里建成了远东第一大厂，永利铔厂，这也是我国最早的化工基地，“大厂”也因此而得名。1949年后，永利铔厂在国家扶持下逐步发展扩大成为南化(集团)公司，随后南京钢铁(集团)公司、扬子石化公司等一些大型企业也在此扎根立足，同时带动了一些小型的化工企业的成立，如今工业生产在南京资产中举足轻重。但是由于这些化工企业的存在，排放出的污染物随着扩散沉降降到地面，对大厂及其周围的环境造成一定的影响。大厂有许多居民生活场所、十几家幼儿园和小学以及若干儿童游乐场，街尘重金属通过手—口途径、呼吸途径以及摄食途径进入人体，在体内长期积累，对儿童和成人造成不同的健康危害。因此，本研究基于该地区儿童场所的重金属含量数据和磁学参数数据，评价街尘重金属健康风险，及重金属和磁学参数之间的相关性；根据主成分分析，对儿童游乐场污染源进行分析。

2.2样品采集

为了较为全面系统的研究南京工业区儿童游乐场街尘重金属污染健康风险评价和与磁性参数间的相关性，本文以南京大厂区范围内的10个儿童游乐场为研究对象，2015年4月在不同采样点进行了灰尘样品采集，采样点分布情况如图1所示。对进行了样品采集前期的天气状况进行了调查，晴天累积天数约为五天，各个儿童游乐场采集五份街尘样品，采样时间选在采样区清扫周期的中间时刻。为了防止人为原因造成的样品污染，采集时选用毛刷和塑料铲清扫街尘，收集样品质量约40g，剔除样品中的树叶等其他废料后，把样品装入在事先做好标记的自封袋内，进行现场密封保存，并分别记录采样时间及采样点的地理位置，然后，将所有采集的街尘样品带回实验室进行研究分析。

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