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电子废弃物拆解车间灰尘中重金属污染特征及职业人群健康风险评价

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万千, 赵静, 韦旭, 顾卫华, 白建峰. 电子废弃物拆解车间灰尘中重金属污染特征及职业人群健康风险评价[J]. 环境化学, 2022, 41(3): 883-892. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020110901
引用本文: 万千, 赵静, 韦旭, 顾卫华, 白建峰. 电子废弃物拆解车间灰尘中重金属污染特征及职业人群健康风险评价[J]. 环境化学, 2022, 41(3): 883-892. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020110901
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WAN Qian, ZHAO Jing, WEI Xu, GU Weihua, BAI Jianfeng. Pollution characteristics of heavy metals in the dust from e-waste dismantling workshop and health risk assessment of occupational population[J]. Environmental Chemistry, 2022, 41(3): 883-892. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020110901
Citation: WAN Qian, ZHAO Jing, WEI Xu, GU Weihua, BAI Jianfeng. Pollution characteristics of heavy metals in the dust from e-waste dismantling workshop and health risk assessment of occupational population[J]. Environmental Chemistry, 2022, 41(3): 883-892. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020110901
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电子废弃物拆解车间灰尘中重金属污染特征及职业人群健康风险评价

  • 1.

    上海第二工业大学资源与环境工程学院，上海，201209

  • 2.

    上海电子废弃物资源化协同创新中心，上海，201209

    • 通讯作者: Tel：021-50215021, E-mail：zhaojing@sspu.edu.cn; 
  • 基金项目:
    国家重点研发计划项目（2019YFC1906101），长江水环境教育部重点实验室开放课题（YRWEF202106）和上海第二工业大学研究生项目基金（EGD19YJ0060）资助.

Pollution characteristics of heavy metals in the dust from e-waste dismantling workshop and health risk assessment of occupational population

  • 1.

    School of Resources and Environmental Engineering, Shanghai Polytechnic University, Shanghai, 201209, China

  • 2.

    Shanghai Collaborative Innovation Centre for WEEE Recycling, Shanghai, 201209, China

    • Corresponding author: ZHAO Jing, zhaojing@sspu.edu.cn ; 
  • Fund Project: National Key Research and Development Program of China (2019YFC1906101), Foundation of Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education (Tongji University), China (YRWEF202106)and the Graduate Program Fund of Shanghai Polytechnic University（EGD19YJ0060）.

  • 摘要: 以上海市某正规电子废弃物手工拆解车间为研究对象，同时选取某高校研究生办公室和教室进行对照研究，采集室内灰尘样品，用电感耦合等离子体发射光谱（ICP—OES）法测定了灰尘中铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）和镍（Ni）的含量，采用地累积指数法（Igeo）评价了室内灰尘中重金属的污染程度，采用美国环保署（US EPA）推荐的健康风险评价模型，结合中国人群暴露参数，对人体室内灰尘暴露重金属的潜在健康风险进行评价。研究发现，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的平均浓度分别为13611、2034、12503、25.1、10.7、428、915 mg·kg−1，分别是高校研究生办公室的76、6、10、2、3、6、2倍；分别是教室的268、40、33、6、27、19、49倍，可见Pb是电子废弃物手工拆解车间室内灰尘的首要特征污染物；同时距拆解工位距离越远，灰尘中重金属含量越低，表明重金属从点源的扩散是周边环境中重金属污染的主要来源。地累积指数结果表明，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中重金属污染程度远远超过高校研究生办公室和教室，其中Pb（8.43）、Zn（6.30）、Cu（5.42）和Cd（5.16）处于极度污染水平，Ni（3.78）处于重度污染水平，Cr（1.76）和As（1.13）处于中度污染水平。健康风险评价结果表明，在电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中Pb是造成非致癌风险的主要重金属，非致癌危险指数（HI）为2.26，大于1，表明Pb可能对拆解工人造成一定的非致癌风险；As、Cd、Cr和Ni的总致癌风险指数（CR）为1.02×10−4，超过了致癌风险可接受水平范围（10−6至10−4），表明电子废弃物拆解活动可能对拆解工人造成一定致癌风险，其中Ni和Cr是造成致癌风险的主要重金属。研究结果表明电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中重金属的污染程度与拆解活动密切相关，且对拆解工人会造成一定程度的健康风险。
    Abstract: Taking a formal e-waste manual dismantling workshop in Shanghai as the research object and a postgraduate office and classrooms of a university as the control sites, indoor dust samples were collected. And the concentrations of lead (Pb), copper (Cu), zinc (Zn), arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr) and nickel (Ni) were detected by inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-OES). The pollution levels of heavy metals in the indoor dust were analyzed by the geo-accumulation index (Igeo) method. The potential health risk of human exposure to heavy metals from indoor dust was evaluated by the health risk assessment model recommended by the US EPA combined with the exposure parameters of the Chinese population. The results showed that the mean concentrations of Pb, Cu, Zn, As, Cd, Cr and Ni in the indoor dust of the e-waste manual dismantling workshop were 13611, 2034, 12503, 25.1, 10.7, 428, 915 mg·kg−1, which were 76, 6, 10, 2, 3, 6, 2 times higher than the postgraduate office, and 268, 40, 33, 6, 27, 19, 49 times higher than the classroom, respectively. Pb is the primary characteristic pollutant in the e-waste manual dismantling workshop. The concentrations of heavy metals showed a noticeable decreasing trend with the distance from the e-waste recycling site. It was obvious that the diffusion of heavy metals form the point pollution source made a dominant contribution to the heavy metal pollution in the surrounding areas. The results of the geoaccumulation index showed that in the indoor dust of the e-waste manual dismantling workshop, Pb (8.43), Zn (6.30), Cu (5.42) and Cd (5.16) were extremely polluted, Ni (3.78) was strongly polluted; Cr (1.76) and As (1.33) were moderately polluted. The results of the health risk assessment showed that in the indoor dust of e-waste manual dismantling workshop, Pb was the primary heavy metal causing non-carcinogenic risks. The non-carcinogenic hazard index (HI) of Pb was 2.26, greater than 1, indicating that Pb may pose a certain non-carcinogenic risk to the dismantling workers. The total carcinogenic risk (CR) of As, Cd, Cr and Ni was 1.02×10−4, higher than its threshold value (the range of threshold value was 10−6 to 10−4), indicating that e-waste dismantling activities may pose a certain carcinogenic risk to the dismantling workers, among which Ni and Cr were the main heavy metals causing carcinogenic risks. The results of this study suggested that in the indoor dust of the e-waste manual dismantling workshop, the pollution degree of heavy metals was closely related to the dismantling activities, and heavy metals might cause a certain degree of health risk to the dismantling workers.
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  • 图 1  电子废弃物手工拆解车间室内外灰尘样品中重金属浓度 （mg·kg−1）

    Figure 1.  Heavy metal concentrations of indoor and outdoor dust samples in the e-waste manual dismantling workshop （mg·kg−1）

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    图 2  灰尘样品中重金属地累积指数值

    Figure 2.  Igeo of heavy metal in indoor dust samples

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    表 1  灰尘样品采样信息

    Table 1.  Dust sample sampling information

    采样点
    Sampling points    		采样位置
    Sampling locations    		代号
    Name    		样品数量
    Number
    电子废弃物手工拆解车间内（1 间）废旧CRT电视机拆解工位CJGW3
    车间地面CJDM3
    电子废弃物手工拆解车间外（2 个）车间外部空地CJWB3
    公司周边道路DL3
    研究生办公室（2 间）地面BGS3
    教室（20 间）地面JS3
    废旧CRT电视机（15 个）外壳内部DSJK3
    采样点
    Sampling points    		采样位置
    Sampling locations    		代号
    Name    		样品数量
    Number
    电子废弃物手工拆解车间内（1 间）废旧CRT电视机拆解工位CJGW3
    车间地面CJDM3
    电子废弃物手工拆解车间外（2 个）车间外部空地CJWB3
    公司周边道路DL3
    研究生办公室（2 间）地面BGS3
    教室（20 间）地面JS3
    废旧CRT电视机（15 个）外壳内部DSJK3
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    表 2  不同人群的暴露参数取值

    Table 2.  Values of exposure parameters in different populations

    参数
    Parameter    		含义
    Implication    		参考值
    Reference
    inhaleR /（m3·d−1）呼吸摄入率15.7[16]
    EF /（d·a−1）人体暴露频率250[17]
    ED /a暴露持续时间10[17]/4a
    PEF /（m3·kg−1）颗粒排放因子1.36×109[18]
    BW /kg平均体重61.9[16]
    AT非致癌 /d平均接触时间2500[17] / 1000b
    AT致癌 /d平均终身接触时间17500[19]
    ingestR /（mg·d−1）灰尘摄入率50[16]
    SA /cm2皮肤接触污染物质面积2253[17] / 4000c
    ABS皮肤吸收因子0.001 / 0.03[18] d
    AF /（mg·cm−2·d−1）附着于皮肤的灰尘0.22[20]
    　　注：a，拆解车间人群持续暴露时间为10年，高校研究生办公室、教室人群暴露时间为4年；b，拆解车间人群平均接触时间为2500 d，高校研究生办公室、教室人群平均接触时间为1000天；c，办公室和教室接触人群取人体表面积的25%；d，As为0.03，其余元素为0.001。
    　　 a, the continuous exposure time of the population in the dismantling workshop is 10 years, and the exposure time of the population in the university graduate office and classroom is 4 years; b, the average contact time of the population in the dismantling workshop is 2500 days, and the average contact time of the population in the university graduate office and classroom is 1000 days; c, taking 25% of the human body surface area of the population in the university graduate office and classroom; d, As is 0.03, the other elements are 0.001.
    参数
    Parameter    		含义
    Implication    		参考值
    Reference
    inhaleR /（m3·d−1）呼吸摄入率15.7[16]
    EF /（d·a−1）人体暴露频率250[17]
    ED /a暴露持续时间10[17]/4a
    PEF /（m3·kg−1）颗粒排放因子1.36×109[18]
    BW /kg平均体重61.9[16]
    AT非致癌 /d平均接触时间2500[17] / 1000b
    AT致癌 /d平均终身接触时间17500[19]
    ingestR /（mg·d−1）灰尘摄入率50[16]
    SA /cm2皮肤接触污染物质面积2253[17] / 4000c
    ABS皮肤吸收因子0.001 / 0.03[18] d
    AF /（mg·cm−2·d−1）附着于皮肤的灰尘0.22[20]
    　　注：a，拆解车间人群持续暴露时间为10年，高校研究生办公室、教室人群暴露时间为4年；b，拆解车间人群平均接触时间为2500 d，高校研究生办公室、教室人群平均接触时间为1000天；c，办公室和教室接触人群取人体表面积的25%；d，As为0.03，其余元素为0.001。
    　　 a, the continuous exposure time of the population in the dismantling workshop is 10 years, and the exposure time of the population in the university graduate office and classroom is 4 years; b, the average contact time of the population in the dismantling workshop is 2500 days, and the average contact time of the population in the university graduate office and classroom is 1000 days; c, taking 25% of the human body surface area of the population in the university graduate office and classroom; d, As is 0.03, the other elements are 0.001.
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    表 3  重金属非致癌参考剂量（RfD）和致癌斜率因子（SF）[21]

    Table 3.  Non-carcinogenic reference dose （RfD） and carcinogenic slope factor （SF） of heavy metals

    重金属
    Metal    		RfD /（mg·kg−1·d−1）SF /（（kg·d）·mg−1）
    呼吸吸入
    Inhale    		经口摄入
    Ingest    		皮肤接触
    Dermal    		呼吸吸入
    Inhale    		经口摄入
    Ingest    		皮肤接触
    Dermal
    Cu4.00×10−24.00×10−21.20×10−2
    Pb3.52×10−33.50×10−35.25×10−3
    Zn3.00×10−13.00×10−16.99×10−2
    As1.23×10−43.00×10−43.00×10−41.501.507.50
    Cd1.00×10−41.00×10−34.00×10−56.406.106.10
    Cr2.86×10−53.00×10−36.00×10−542.00.5020.0
    Ni2.06×10−22.06×10−25.04×10−20.840.84a0.84
    　　注：a，无Ni的经口摄入致癌斜率因子参考值，此处参考呼吸吸入和皮肤接触。
    　　a, Reference value of carcinogenic slope factor for oral intake without Ni, here refer to breathing inhalation and skin contact.
    重金属
    Metal    		RfD /（mg·kg−1·d−1）SF /（（kg·d）·mg−1）
    呼吸吸入
    Inhale    		经口摄入
    Ingest    		皮肤接触
    Dermal    		呼吸吸入
    Inhale    		经口摄入
    Ingest    		皮肤接触
    Dermal
    Cu4.00×10−24.00×10−21.20×10−2
    Pb3.52×10−33.50×10−35.25×10−3
    Zn3.00×10−13.00×10−16.99×10−2
    As1.23×10−43.00×10−43.00×10−41.501.507.50
    Cd1.00×10−41.00×10−34.00×10−56.406.106.10
    Cr2.86×10−53.00×10−36.00×10−542.00.5020.0
    Ni2.06×10−22.06×10−25.04×10−20.840.84a0.84
    　　注：a，无Ni的经口摄入致癌斜率因子参考值，此处参考呼吸吸入和皮肤接触。
    　　a, Reference value of carcinogenic slope factor for oral intake without Ni, here refer to breathing inhalation and skin contact.
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    表 4  灰尘样品中重金属平均浓度（mg·kg−1）

    Table 4.  Mean heavy metal concentrations in indoor dust samples （mg·kg−1）

    采样点
    Sampling point    		PbCuZnAsCdCrNi
    CJCJ13611 ± 38212034 ± 24112503 ± 42925.1 ± 13.610.7 ± 5.18428 ± 66.6915 ± 401
    BGS178 ± 12.0340 ± 82.01268 ± 76.915.9 ± 1.753.66 ± 0.2277.0 ± 3.35442 ± 39.8
    JS50.8 ± 0.7851.1 ± 13.4383 ± 1423.96 ± 1.400.40 ± 0.0522.4 ± 4.9618.6 ± 6.24
    采样点
    Sampling point    		PbCuZnAsCdCrNi
    CJCJ13611 ± 38212034 ± 24112503 ± 42925.1 ± 13.610.7 ± 5.18428 ± 66.6915 ± 401
    BGS178 ± 12.0340 ± 82.01268 ± 76.915.9 ± 1.753.66 ± 0.2277.0 ± 3.35442 ± 39.8
    JS50.8 ± 0.7851.1 ± 13.4383 ± 1423.96 ± 1.400.40 ± 0.0522.4 ± 4.9618.6 ± 6.24
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    表 5  灰尘样品中重金属危险指数（HI）

    Table 5.  The hazard index of heavy metals in indoor dust samples

    重金属

    Metal    		CJCJBGSJS
    HQinhaleHQingestHQdermalHIHQinhaleHQingestHQdermalHIHQinhaleHQingestHQdermalHI
    Pb5.15×10−42.241.48×10−22.262.70×10−61.18×10−21.38×10−41.19×10−27.69×10−73.35×10−33.93×10−53.39×10−3
    Cu6.77×10−62.93×10−29.69×10−43.03×10−24.53×10−71.96×10−31.15×10−42.08×10−36.81×10−82.95×10−41.73×10−53.12×10−4
    Zn5.55×10−62.40×10−21.02×10−32.51×10−22.25×10−79.75×10−47.37×10−51.05×10−36.80×10−82.95×10−42.23×10−53.17×10−4
    As2.72×10−54.82×10−21.43×10−26.26×10−26.90×10−61.23×10−26.47×10−31.87×10−21.72×10−63.05×10−31.61×10−34.66×10−3
    Cd1.42×10−66.16×10−31.53×10−37.68×10−31.95×10−78.45×10−43.72×10−41.22×10−32.15×10−89.33×10−51.23×10−31.33×10−3
    Cr1.99×10−38.23×10−24.08×10−21.25×10−11.43×10−45.92×10−35.21×10−31.13×10−24.17×10−51.72×10−31.51×10−33.28×10−3
    Ni5.92×10−62.56×10−21.04×10−42.57×10−21.15×10−64.96×10−33.57×10−55.00×10−34.82×10−82.09×10−41.50×10−62.10×10−4
    ΣHI2.55×10−32.467.36×10−22.541.55×10−43.87×10−21.24×10−25.12×10−24.44×10−59.01×10−34.44×10−31.35×10−2
    重金属

    Metal    		CJCJBGSJS
    HQinhaleHQingestHQdermalHIHQinhaleHQingestHQdermalHIHQinhaleHQingestHQdermalHI
    Pb5.15×10−42.241.48×10−22.262.70×10−61.18×10−21.38×10−41.19×10−27.69×10−73.35×10−33.93×10−53.39×10−3
    Cu6.77×10−62.93×10−29.69×10−43.03×10−24.53×10−71.96×10−31.15×10−42.08×10−36.81×10−82.95×10−41.73×10−53.12×10−4
    Zn5.55×10−62.40×10−21.02×10−32.51×10−22.25×10−79.75×10−47.37×10−51.05×10−36.80×10−82.95×10−42.23×10−53.17×10−4
    As2.72×10−54.82×10−21.43×10−26.26×10−26.90×10−61.23×10−26.47×10−31.87×10−21.72×10−63.05×10−31.61×10−34.66×10−3
    Cd1.42×10−66.16×10−31.53×10−37.68×10−31.95×10−78.45×10−43.72×10−41.22×10−32.15×10−89.33×10−51.23×10−31.33×10−3
    Cr1.99×10−38.23×10−24.08×10−21.25×10−11.43×10−45.92×10−35.21×10−31.13×10−24.17×10−51.72×10−31.51×10−33.28×10−3
    Ni5.92×10−62.56×10−21.04×10−42.57×10−21.15×10−64.96×10−33.57×10−55.00×10−34.82×10−82.09×10−41.50×10−62.10×10−4
    ΣHI2.55×10−32.467.36×10−22.541.55×10−43.87×10−21.24×10−25.12×10−24.44×10−59.01×10−34.44×10−31.35×10−2
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    表 6  灰尘样品中重金属致癌风险指数（CR）

    Table 6.  Carcinogenic risk of heavy metals in indoor dust samples

    重金属

    Metal    		CJCJBGSJS
    CRinhaleCRingestCRdermalCRTCRinhaleCRingestCRdermalCRTCRinhaleCRingestCRdermalCRT
    As7.16×10−103.10×10−64.61×10−67.71×10−61.82×10−107.88×10−72.08×10−62.87×10−64.52×10−111.96×10−75.17×10−77.13×10−7
    Cd1.30×10−95.37×10−65.32×10−85.42×10−65.20×10−107.36×10−71.30×10−87.50×10−71.38×10−108.13×10−81.43×10−98.29×10−8
    Cr3.42×10−71.76×10−56.99×10−62.50×10−51.37×10−71.27×10−68.93×10−72.30×10−67.15×10−93.69×10−72.60×10−76.35×10−7
    Ni1.46×10−86.34×10−56.28×10−76.40×10−55.85×10−91.23×10−52.16×10−71.25×10−51.19×10−105.16×10−79.08×10−95.25×10−7
    ΣCR3.59×10−78.95×10−51.23×10−51.02×10−41.43×10−71.51×10−53.20×10−61.84×10−57.45×10−91.16×10−67.87×10−71.96×10−6
    重金属

    Metal    		CJCJBGSJS
    CRinhaleCRingestCRdermalCRTCRinhaleCRingestCRdermalCRTCRinhaleCRingestCRdermalCRT
    As7.16×10−103.10×10−64.61×10−67.71×10−61.82×10−107.88×10−72.08×10−62.87×10−64.52×10−111.96×10−75.17×10−77.13×10−7
    Cd1.30×10−95.37×10−65.32×10−85.42×10−65.20×10−107.36×10−71.30×10−87.50×10−71.38×10−108.13×10−81.43×10−98.29×10−8
    Cr3.42×10−71.76×10−56.99×10−62.50×10−51.37×10−71.27×10−68.93×10−72.30×10−67.15×10−93.69×10−72.60×10−76.35×10−7
    Ni1.46×10−86.34×10−56.28×10−76.40×10−55.85×10−91.23×10−52.16×10−71.25×10−51.19×10−105.16×10−79.08×10−95.25×10−7
    ΣCR3.59×10−78.95×10−51.23×10−51.02×10−41.43×10−71.51×10−53.20×10−61.84×10−57.45×10−91.16×10−67.87×10−71.96×10−6
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-09
  • 录用日期:  2022-02-14
  • 刊出日期:  2022-03-27

电子废弃物拆解车间灰尘中重金属污染特征及职业人群健康风险评价

    通讯作者: Tel：021-50215021, E-mail：zhaojing@sspu.edu.cn; 
  • 1. 上海第二工业大学资源与环境工程学院，上海，201209
  • 2. 上海电子废弃物资源化协同创新中心，上海，201209
  • 收稿日期:  2020-11-09
  • 录用日期:  2022-02-14
  • 网络出版日期:  2022-03-25
基金项目:
国家重点研发计划项目（2019YFC1906101），长江水环境教育部重点实验室开放课题（YRWEF202106）和上海第二工业大学研究生项目基金（EGD19YJ0060）资助.

摘要: 以上海市某正规电子废弃物手工拆解车间为研究对象，同时选取某高校研究生办公室和教室进行对照研究，采集室内灰尘样品，用电感耦合等离子体发射光谱（ICP—OES）法测定了灰尘中铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）和镍（Ni）的含量，采用地累积指数法（Igeo）评价了室内灰尘中重金属的污染程度，采用美国环保署（US EPA）推荐的健康风险评价模型，结合中国人群暴露参数，对人体室内灰尘暴露重金属的潜在健康风险进行评价。研究发现，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的平均浓度分别为13611、2034、12503、25.1、10.7、428、915 mg·kg−1，分别是高校研究生办公室的76、6、10、2、3、6、2倍；分别是教室的268、40、33、6、27、19、49倍，可见Pb是电子废弃物手工拆解车间室内灰尘的首要特征污染物；同时距拆解工位距离越远，灰尘中重金属含量越低，表明重金属从点源的扩散是周边环境中重金属污染的主要来源。地累积指数结果表明，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中重金属污染程度远远超过高校研究生办公室和教室，其中Pb（8.43）、Zn（6.30）、Cu（5.42）和Cd（5.16）处于极度污染水平，Ni（3.78）处于重度污染水平，Cr（1.76）和As（1.13）处于中度污染水平。健康风险评价结果表明，在电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中Pb是造成非致癌风险的主要重金属，非致癌危险指数（HI）为2.26，大于1，表明Pb可能对拆解工人造成一定的非致癌风险；As、Cd、Cr和Ni的总致癌风险指数（CR）为1.02×10−4，超过了致癌风险可接受水平范围（10−6至10−4），表明电子废弃物拆解活动可能对拆解工人造成一定致癌风险，其中Ni和Cr是造成致癌风险的主要重金属。研究结果表明电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中重金属的污染程度与拆解活动密切相关，且对拆解工人会造成一定程度的健康风险。

English Abstract

    全文HTML

  • 目前电子废弃物被公认为是世界上数量增长最快的生活垃圾。根据2020年发布的《The Global E-waste Monitor 202：Quantities, flows and the circular economy potential》显示[1]，2019年全球产生了5360万吨电子废弃物，与2014年相比增长了21%；据预测到2030年全球电子废弃物产量将达到7400万吨。中国是世界上电子废弃物产量增长最快的国家，目前电子废弃物产量已超过美国跃居世界首位，据预测到2030年中国将产生2840万吨电子废弃物[2]。相较于庞大的产量，我国电子废弃物简易落后的拆解处理技术及装备，不合理、粗放式回收处理给环境和人类健康带来了严重的负面影响[3]。其中电子废弃物拆解区重金属污染问题早就受到研究者的关注。大量研究证实中国尤其是台州、贵屿和清远等传统电子废弃物拆解区环境中重金属污染严重，对生态环境和人体健康构成了潜在的巨大威胁[4-6]。

    灰尘是一种重要的环境媒介，可以携带环境地表污染物的含量水平、分布、形态等信息。尤其是在电子产品使用过程和后续拆解、破碎过程，污染物不可避免的随着细小的碎屑释放出来，很容易与灰尘结合在一起，因此灰尘被认为是生态系统及人类健康风险的主要来源[7]。

    本研究以上海市某正规电子废弃物手工拆解车间为主要研究对象，同时选取某高校研究生办公室和教室进行对照研究，采集室内灰尘样品。采样期间，电子废弃物手工拆解车间主要拆解回收废旧阴极射线管（CRT）电视机，拆解工人利用简单的工具对废旧CRT电视机进行手工拆解，分离出电视机外壳、CRT、电路板、电线以及扬声器等部件，日均拆解量为2000台左右。高校研究生办公室为电脑等电子产品密集使用场所，电脑的保有量为0.31台·m−2。高校教室中的电子产品较少，一般仅为教学多媒体。采集灰尘样品后，用ICP—OES法分析灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni等7种重金属的含量；采用地累积指数法评价室内灰尘中重金属的污染程度；采用US EPA推荐的健康风险评模型，结合中国人群的暴露参数对人体室内灰尘暴露重金属的潜在健康风险进行评价。

    • 1.   材料与方法（Materials and methods）

      1.1.   样品采集

    • 2020年6—7月在上海市某正规电子废弃物手工拆解车间内采集废旧CRT电视机拆解工位处（CJGW）和拆解车间地面（CJDM）灰尘样品，在拆解车间外采集外部空地（CJWB）和公司周边道路（DL）灰尘样品，分别距拆解车间15 m和50 m左右，同时采集废旧CRT电视机外壳内灰尘样品；在对照点某高校研究生办公室（BGS）和教室（JS）地面采集灰尘样品。尽量对室内地面全面采集，以便反应实际情况。具体采样信息如表1所示。灰尘使用柔软的带柄毛刷采集，装入自封袋保存备用。同一类型采样点灰尘混合均匀后随机分为3份待测。

      • 1.2.   重金属含量测定

    • 灰尘样品的消解参考本实验室先前研究[8]。灰尘样品过200目尼龙筛后，准确称取（0.2000±0.0002 ）g置于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL硝酸、3 mL氢氟酸和1 mL过氧化氢，微波辅助消解完成后，加入2 mL高氯酸赶酸，稀释定容至50 mL容量瓶中，过滤后待测。采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP—OES）法测量灰尘中7种重金属（Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr、Ni）的含量，为保证实验准确性，每批样品均进行空白实验对照。结果表明空白样品中元素本底值低于仪器检出限，对样品检测结果无影响。各元素回收率范围在99%—118%之间，测试结果相对标准偏差均小于10%，符合重金属分析质量控制的要求。

      • 1.3.   灰尘重金属污染评价方法

    • 地累积指数法（Geoaccumulation Index，Igeo）是由德国科学家Muller提出一种评价沉积物重金属污染程度的定量指标[9]，现在也广泛应用于灰尘[10]和土壤[11]中重金属污染评价。本研究采用该方法对某正规电子废弃物手工拆解车间、某高校研究生办公室和教室灰尘中重金属含量进行污染评价。Igeo的计算公式为：

      式中，ci表示灰尘中重金属i浓度，mg·kg−1；Bi表示重金属i的环境背景值，mg·kg−1，采用2016年上海市土壤重金属背景值[12]，Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr 和 Ni的取值分别为26.3、31.6、106、7.66、0.20、84.2、44.3 mg·kg−1。评价标准为[13]：Igeo≤0表示无污染（unpolluted）；0<Igeo≤1表示轻度中度污染（unpolluted to moderately polluted）；1<Igeo≤2表示中度污染（moderately polluted）；2<Igeo≤3表示中度—重度污染（moderately to strongly polluted）；3<Igeo≤4表示重度污染（strongly polluted）；4<Igeo≤5表示重度—极度污染（strongly to extremely polluted）；5<Igeo≤10表示极度污染（extremely polluted）。

      • 1.4.   健康风险评价方法

      1.4.1.   人体暴露评估模型

    • 本文所关注的Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni对人体都具有慢性非致癌风险，同时As、Cd、Cr和Ni又具有致癌风险[14]。鉴于灰尘中重金属进入人体的途径主要包括呼吸吸入、经口摄入和皮肤接触等3种方式，采用美国环保署（US EPA）建立的人体暴露评估模型[15]和已有研究为基础，主要参考《中国人群暴露参数手册》[16]及已有研究[17-20]提供的暴露评估参数计算拆解车间、研究生办公室和教室人群经灰尘暴露重金属的暴露量，具体计算公式如下：

      呼吸吸入途径：

      经口摄入途径：

      皮肤接触途径：

      式中，ADDinhale、ADDingest和ADDdermal分别为呼吸吸入、经口摄入和皮肤接触的日均暴露量，mg·kg−1·d−1；Ci为灰尘中重金属i的浓度，mg·kg−1；CF为换算系数，取1×10−6 kg·mg−1。其他参数含义及取值见表2 。

      • 1.4.2.   人体健康风险评价模型

    • 非致癌风险的评估采用非致癌危害指数法；致癌风险的评估采用致癌风险指数法。根据以下公式计算非致癌风险商数（HQ），非致癌危险指数（HI）和致癌风险指数（CR）：

      式中，ADD非致癌为不同暴露途径下重金属日均暴露量，mg·kg−1·d−1；ADD致癌为不同暴露途径下重金属终生平均暴露量，mg·kg−1·d−1；RfD为参考剂量，mg·kg−1·d−1；SF为致癌斜率因子，（kg·d） ·mg−1。参考剂量和重金属致癌斜率因子见表3。评价标准[21]：HI<1，表示暴露人群非致癌健康风险低，HI>1，表示暴露人群存在潜在非致癌健风险。致癌风险评价标准：致癌风险可接受水平范围为10−6至10−4[17-19]。

    2.   结果与讨论（Results and discussion）

      2.1.   灰尘中重金属含量与分布特征

    • 电子废弃物手工拆解车间室内外灰尘中重金属平均浓度见图1。拆解工位灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的浓度分别为16313、2204、12200、15.5、14.3、381、1199 mg·kg−1；拆解车间地面灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的浓度分别10910、1863、12806、34.7、7.01、475、631 mg·kg−1；车间外部空地灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的浓度分别为5652、920、2974、9.31、0.30、132、310 mg·kg−1；公司周边道路灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的浓度分别为409、226、749、8.54、1.03、137、80.2 mg·kg−1。可见，距拆解工位距离越远，灰尘中重金属含量越低。Leung等[22]发现贵屿家庭作坊式废旧线路板拆解车间地面灰尘中重金属浓度显著高于相邻道路（Pb：110000 mg·kg−1vs 22600 mg·kg−1；Cu：8360 mg·kg−1vs 6170 mg·kg−1；Zn：4420 mg·kg−1vs 2370 mg·kg−1；Ni：1500 mg·kg−1vs 304 mg·kg−1），其中道路灰尘中Pb和Cu的浓度分别是8 km外非电子废弃物拆解对照点的330倍和106倍，是30 km外的非电子废弃物拆解对照点的371倍和155倍。Wu等[23]也曾报道在浙江温岭随着距电子废弃物拆解工业园区距离的增加，室内外灰尘中Pb、Cr和Cd等重金属浓度逐渐降低。此外，本研究还发现，拆解工位灰尘中除As以外的其他6种重金属浓度，均显著高于电视机外壳内部（Pb：16313 mg·kg−1 vs 995 mg·kg−1；Cu：2204 mg·kg−1 vs 690 mg·kg−1；Zn：12200 mg·kg−1 vs 3553 mg·kg−1；Cd：14.3 mg·kg−1 vs 7.59 mg·kg−1；Cr：381 mg·kg−1 vs 189 mg·kg−1；Ni：1199 mg·kg−1 vs 243 mg·kg−1）。上述研究结果均表明重金属极易在电子废弃物拆解过程中释放到周围环境中，并且重金属从电子废弃物拆解点等点源的扩散是周边环境中重金属污染的主要来源。

      在本研究中以拆解工位（CJGW）和车间地面（CJDM）灰尘中重金属的平均浓度作为该手工拆解车间（CJCJ）灰尘中的重金属浓度。由表4可得，电子废弃物手工拆解车间内灰尘中Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的平均浓度分别为13611、2034、12503、25.1、10.7、428、915 mg·kg−1，分别是高校研究生办公室的76、6、10、2、3、6、2倍；分别是教室的268、40、33、6、27、19、49倍。本研究中电子废弃物手工拆解车间内灰尘中重金属的浓度与先前的研究结果水平基本相当。Fang等[17]调研了上海某废旧电视机手工拆解车间室内灰尘中重金属浓度，发现Pb、Cu、Cd、Cr和Ni的浓度分别为17830、2160、59.0、152、318 mg·kg−1。Deng等[24]调研了中国东部某规模化的废旧电视机手工拆解车间地面灰尘中重金属浓度，发现Pb、Cu、Cd、Cr、Ni的浓度为22900、856、31.1、208、667 mg·kg−1。本研究和先前的研究结果均证实[17,24]，与Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni相比，Pb更容易通过电子废弃物手工拆解过程释放到环境中，是电子废弃物手工拆解车间中的首要污染物。这可能是因为老式彩色CRT电视机中含有大量的Pb，每台含量大约在2—3 kg[25]。但这些正规电子废弃物拆解车间室内灰尘中Pb的浓度均远远低于先前的粗放式拆解车间，如贵屿[22]家庭作坊式拆解车间Pb含量高达110000 mg·kg−1。上述研究结果表明在中国正规电子废弃物拆解取代非正规电子废弃物拆解确实能降低室内灰尘的重金属污染，但是即使是正规电子废弃物拆解车间室内灰尘的重金属含量依然相对较高，特别是Pb。鉴于Pb的神经毒性是全世界受关注的主要公共卫生问题[26]，电子废弃物拆解技术及装备的升级势在必行。此外，贵阳办公室[27]室内灰尘中Pb、Zn和Cd的浓度分别为223、1535、2.20 mg·kg−1；北京办公室[28]室内灰尘中Cu、Cd和Cr的浓度分别为200、3.70、59.0 mg·kg−1，均与本研究结果相似。珠江高校教室[29]室内灰尘中7种重金属含量均高于本研究一个数量级。

      • 2.2.   灰尘中重金属污染程度评价

    • 由图2可得，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中各重金属的地累积指数大小顺序为Pb（8.43）>Zn（6.30）>Cu（5.42）>Cd（5.16）>Ni（3.78）>Cr（1.76）>As（1.13），其中Pb、Zn、Cu和Cd处于极度污染水平，Ni处于重度污染水平，Cr和As处于中度污染水平；高校研究生办公室室内灰尘中各重金属的地累积指数大小顺序为Cd（3.62）>Zn（2.99）>Cu（2.84）>Ni（2.74）>Pb（2.18）> As（0.47）>Cr（-0.71），其中Cd处于重度污染水平，Zn、Cu、Ni和Pb处于中度—重度污染水平，As处于轻度—中度污染水平，Cr处于无污染水平；高校教室室内灰尘中各重金属的地累积指数大小顺序为Zn（1.27）>Cd（0.44）>Pb（0.36）>Cu（0.11）>Ni（-1.84）>As（-1.54）>Cr（-2.50），其中Zn处于中度污染水平，Cd、Pb和Cu处于轻度-中度污染水平，Ni、As和Cr处于无污染水平。可见，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘重金属污染程度较为严重，远高于高校研究生办公室和教室，Pb、Zn、Cu、Cd和Ni均处于重度污染水平以上；另一方面，拆解车间室内重金属污染与电子废弃物拆解活动密切相关。

      此外，先前的研究也证实即使是在拆解车间周边环境介质中重金属的污染程度也较为严重。例如，白建峰等[30]发现在新建电子废弃物拆解厂附近土壤中，As（2.47）和Cd（2.66）处于中度-重度污染水平；Tzoraki等[31]发现电子废弃物拆解厂附近土壤中，Pb和Zn处于重度-极度污染水平。此外，与本研究相比，南京市某高校学生办公室[32]灰尘中重金属污染程度更为严重，如Cd处于极度污染水平，Pb和Zn处于重度-极度污染水平，Cu处于重度污染水平，Ni处于中度污染水平。这可能是因为办公室内电子产品如电脑、打印机等数量较多，在使用过程中同样会释放重金属。

      • 2.3.   灰尘中重金属健康风险评价

    • 由表5可得，在电子废弃物手工拆解车间中3种暴露途径下Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的总非致癌危险指数分别为2.26、3.03×10−2、2.51×10−2、6.26×10−2、7.68×10−3、1.25×10−1、2.57×10−2。非致癌危险指数小于1，则表明非致癌风险在安全范围内。在本研究中Pb的非致癌危险指数明显超过1，这表明Pb可能对拆解工人造成一定的非致癌风险。原因可能在于Pb在室内灰尘的浓度很高，并且在废旧CRT电视机拆解回收过程中可能更容易释放到灰尘中。此外，电子废弃物手工拆解车间内7种重金属所造成的总非致癌风险值为2.54，也大于1，超过了安全范围。总的来说，电子废弃物手工拆解车间内Pb是7种重金属中的主要污染物，可能会造成职业工人健康风险。Xu等[33]研究也发现Pb是电子废弃物拆解车间非致癌风险影响最大的重金属元素，在未来拆解过程中应首要加强对Pb的管控，降低Pb的扩散风险。

      另一方面，在电子废弃物手工拆解车间内，就经口摄入途径而言，7种重金属HQingest的大小排序为Pb>Cr>As>Cu>Ni>Zn>Cd，总非致癌危险指数为2.46，其中Pb的贡献值最大（91%）；就皮肤接触途径而言，7种重金属的总非致癌危险指数为7.36×10−2，小于1，其中Cr的贡献值占比55%，Pb占比20%，As占比19%；就呼吸吸入途径而言，7种重金属的总非致癌危险指数为2.55×10−3，远远小于1。总的来说，3种不同暴露途径的HQ排序为：经口摄入>皮肤接触>呼吸吸入，表明电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中重金属暴露以经口摄入途径为主。

      在对照点高校研究生办公室和教室，7种重金属的非致癌危险指数排序分别为As>Pb>Cr>Ni>Cu>Cd>Zn和As>Pb>Cr>Cd>Zn>Cu>Ni，且单个重金属的非致癌危险指数均小于1；此外，7种重金属所造成的的总非致癌风险值分别为5.12×10−2和1.35×10−2，也均小于1，表明人体健康风险可忽略。就经口摄入途径而言，对照点高校研究生办公室和教室7种重金属的非致癌危险指数分别为3.87×10−2和9.01×10−3；就皮肤接触途径而言，分别为1.24×10−2和4.44×10−3；就呼吸吸入途径而言，分别为1.55×10−4和4.44×10−5。可见，对照点3种不同暴露途径的HQ排序与电子废弃物手工拆解车间相一致，也与以往关于灰尘的研究结果[34]相一致。

      从表6可见，在电子废弃物手工拆解车间、对照点高校研究生办公室和教室，4种致癌重金属所造成的的总致癌风险值分别为1.02×10−4、1.84×10−5和1.96×10−6。本研究中手工拆解车间内致癌风险与先前上海某废旧电视机手工拆解车间内PM2.5中Cr、Ni、Cd和Pb等4种致癌重金属所造成的致癌风险水平相当（1.46×10−4），但是超过了致癌风险可接受水平范围（10−6至10−4）。由此可见电子废弃物手工拆解活动可能对拆解工人存在一定致癌风险。但是Deng等[24]的研究却表明规模化废旧电视机手工拆解车间室内灰尘中Cd、Cr和Ni等3种致癌重金属的致癌风险值均未超过10−6。本研究中单个重金属的致癌风险最大的为Ni，其次为Cr；而在先前的研究中，单个重金属的致癌风险最大的均为Cr[17,24,35-36]。综合前文的结果Pb是非致癌风险中贡献值最大的重金属，电子废弃物拆解活动释放的重金属较易吸附到灰尘上，危害较大，因此拆解企业仍需加强对Pb、Ni和Cr排放的管理，降低职业工人的健康风险。此外，对照点高校研究生办公室和教室内致癌风险并未超过致癌风险可接受水平范围（10−6至10−4），表明对照点的致癌风险均相对较低，处于可接受水平。

    3.   结论（Conclusion）

    • （1）电子废弃物手工拆解车间室内灰尘中 Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni的含量均远远高于高校研究生办公室和教室，其中Pb为首要特征污染物；同时发现距拆解工位距离越远，灰尘中重金属含量越低，这也说明重金属从点源的扩散是周边环境中重金属污染的主要来源。

      （2）地累积指数评价结果表明，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘重金属污染程度远高于高校研究生办公室和教室，其中Pb、Zn、Cu和Cd处于极度污染水平，Ni处于重度污染水平，Cr和As处于中度污染水平，说明电子废弃物手工拆解车间室内灰尘重金属污染程度较为严重，且与电子废弃物拆解活动密切相关。

      （3）健康风险评价结果表明，电子废弃物手工拆解车间室内灰尘重金属污染可能会造成一定的职业人群健康风险，其中Pb是造成非致癌风险的主要重金属，而Ni和Cr是造成致癌风险的主要重金属。这也说明在即使在正规电子废弃物回收处理过程中重金属污染的控制与削减技术仍需进一步加强。

    参考文献 (36)

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