临汾市位处于汾渭平原上，为华北地区典型的燃煤城市，从官方统计数据显示，过去几年临汾市大气颗粒物污染情形严重，空气质量在全国385个重要城市中排名常在倒数20位。微量元素虽然在颗粒物中的占比低，但对于人体的健康具有严重威胁。本研究于2017年冬季高污染期间，在临汾市采集大气气溶胶粒径分布样品，分析其水溶性离子、含碳成分及金属元素，并探讨了临汾市冬季高污染期间大气不同粒径颗粒物对当地民众健康危害的程度及可能的污染来源，此信息可提供政府部门控管相关污染源排放以降低民众健康危害拟定策略作为科学依据。
调查结果显示，2017年冬季高污染期间，临汾市大气颗粒物PM10 (274 ± 57 mg m-3)以有机物质(57%)与二次气溶胶(15%)为主要的组分，微量元素占比仅为3%。从粒径分布显示，砷及硒(煤燃烧的指针元素)呈现单峰分布，主要粒径为0.4-0.7 mm，其他的元素多呈双峰分布，以3.3-5.8 mm为主。此外，考虑微量元素浓度与不同颗粒粒径在肺泡的沉积效率推估微量元素导致的健康风险，结果显示采样期间PM10微量元素对儿童及成人所造成的致癌(非致癌)风险为2.91×10-5 (2.10)及7.75×10-5 (0.70)。相较于国内外其他主要城市在高污染期间研究的结果，临汾市的致癌风险值偏高(图1)，说明长久暴露于此地区污染空气环境下致癌性高。此外，铬是造成本地区致癌风险最主要的物种，其贡献量约为89%，由于亚微米(submicron)的颗粒在肺泡拥有高沉积量，因此，亚微米颗粒具有最高的致癌风险值。最后，利用正交矩阵因子分析发现，交通污染源(40%)及燃煤(36%)是造成临汾市此次高污染期间致癌风险最主要的污染源(图2)。在相关的研究上，过去鲜少有研究针对颗粒物的健康风险评估与污染源进行调查，然而，本研究除了首次将不同粒径颗粒对肺泡所造成的沉降效率考虑至健康风险的推估上，了解不同粒径微量元素对人体健康风险危害的分布外，并结合统计模式推估不同颗粒粒径下健康风险的来源，此结果将可从公共卫生的角度上，提供政府部门进行大气颗粒物微量元素排放源的控管相关信息。
图1. 临汾市与国内外各大城市高污染期间PM10颗粒物重金属致癌风险值。
图2. 2017年冬季临汾市高污染期间致癌(CR)与非致癌风险(NCR)及重金属污染来源解析结果。
此研究以“Specific Sources of Health Risks Caused by Size-resolved PM-bound Metals in a Typical Coal-burning City of Northern China during the Winter Haze Event”为题于2020年4月被国际著名环境期刊《Science of the Total Environment》接受，耶鲁-南信大大气环境中心林煜棋教授为第一作者，章炎麟教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(项目号:41761144056)及江苏省杰出青年基金（BK20180040)的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138651
（供稿：林煜棋 章炎麟）