環(huán)境暴露風(fēng)險評價在大黃堡濕地*自然保護(hù)區(qū)中的應(yīng)用

孫貽超 鄧小文 周 濱 盧學(xué)強(qiáng)

(天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，天津300191)

一直以來，我們對保護(hù)區(qū)環(huán)境監(jiān)測主要為常規(guī)污染物監(jiān)測，對保護(hù)區(qū)環(huán)境質(zhì)量評價也僅限于常規(guī)各項指標(biāo)與國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合性判定的層次。這種監(jiān)測及評價體系存在兩個方面的缺陷，一是常規(guī)污染物監(jiān)測無法表征區(qū)域內(nèi)特征污染物分布差異，二是常規(guī)評價僅能顯示區(qū)域環(huán)境的總體污染水平，卻無法反應(yīng)環(huán)境污染物對區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及人體健康造成的暴露風(fēng)險。環(huán)境暴露風(fēng)險評價由于可以評價和預(yù)測環(huán)境污染對人體潛在健康風(fēng)險，有利于有關(guān)管理部門及早發(fā)現(xiàn)問題，采取相關(guān)的管理對策和措施，逐漸受到了科學(xué)研究者和政府部門的高度重視。

目前國內(nèi)的環(huán)境暴露風(fēng)險評價多針對城市飲用水、湖泊底泥、污染場地土壤、煤煙型大氣等單一環(huán)境要素進(jìn)行評價，針對區(qū)域復(fù)合環(huán)境要素的暴露風(fēng)險評價開展則相對較少。本文通過引入環(huán)境暴露風(fēng)險評價理論與模型，從影響人體的健康出發(fā)，對保護(hù)區(qū)內(nèi)企業(yè)及人口分布相對集中的區(qū)域，按照復(fù)合環(huán)境要素進(jìn)行環(huán)境暴露風(fēng)險綜合判定。

1 研究區(qū)概況

大黃堡濕地自然保護(hù)區(qū)位于天津市武清區(qū)境東部，總面積112km2，主要保護(hù)對象為蘆葦沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)及瀕危、珍稀鳥類棲息地，由于歷史原因，保護(hù)區(qū)內(nèi)存在大量人口和工業(yè)企業(yè)，保護(hù)區(qū)北部是區(qū)域內(nèi)工業(yè)企業(yè)和人口相對密集的區(qū)域，分布有大型農(nóng)藥類、小型印染、皮革制品、金屬電鍍、磚窯等污染型企業(yè)，同時該區(qū)域又是保護(hù)區(qū)人口較為密集地區(qū)，因此，本次評價選取保護(hù)區(qū)北部地區(qū)作為重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域。

2 研究方法

2．1 監(jiān)測對象及樣點(diǎn)布置

本次監(jiān)測對象為保護(hù)區(qū)北部地區(qū)內(nèi)地表水體、地下水體、土壤、大氣等環(huán)境要素，主要監(jiān)測農(nóng)藥類及重金屬類特征指標(biāo)，按照特征性、代表性及相關(guān)性原則，項目組在以下五個區(qū)域進(jìn)行集中布點(diǎn)采樣，每個區(qū)域樣本采集數(shù)量為10個，其中A1采集區(qū)為保護(hù)區(qū)內(nèi)主要人口居住區(qū)，區(qū)域內(nèi)常住人口超過2 500人，A2采集區(qū)是保護(hù)區(qū)內(nèi)主要企業(yè)分布區(qū)，行業(yè)涉及磚窯、地毯化工、制革以及畜禽養(yǎng)殖，A3采集區(qū)則位于保護(hù)區(qū)內(nèi)大型農(nóng)藥化工企業(yè)南部，該企業(yè)是區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)監(jiān)測對象，A4采集區(qū)則位于保護(hù)區(qū)北部核心區(qū)內(nèi)，區(qū)域周邊為大面積原生蘆葦，是保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對象，A5采集區(qū)位于后蒲棒村周邊，該部分是保護(hù)區(qū)內(nèi)新農(nóng)村建設(shè)的重點(diǎn)規(guī)劃區(qū)域。

2．2 環(huán)境暴露風(fēng)險評價模型

環(huán)境污染對人體健康的危害主要通過以下三種途徑產(chǎn)生，一是通過人體的皮膚直接接觸，二是呼吸含污染顆粒的空氣，三是飲用被污染的地下水或地表水，即人體暴露環(huán)境污染物的途徑主要為經(jīng)皮膚暴露、經(jīng)呼吸和經(jīng)口3種。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)2006年發(fā)布的《暴露參數(shù)手冊》中詳細(xì)規(guī)定了不同人群呼吸、飲食、飲水和皮膚接觸的各種參數(shù)，給出了各參數(shù)在不同情況下的均值、中位值、最大值、最小值和范圍值，并提出了在各種情況和需求下暴露參數(shù)選用原則的建議［1］。

2．2．1 水環(huán)境健康風(fēng)險評價模型

(1)飲水途徑與洗浴途徑。根據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)編制的分類系統(tǒng)，飲水途徑、洗浴途徑化學(xué)致癌物和非致癌物健康風(fēng)險度危害的風(fēng)險模型［2］如下:

一是飲水途徑致癌風(fēng)險評價模型。一般認(rèn)為，只要有微量的致癌風(fēng)險物存在，即會對人體健康產(chǎn)生危害。致癌風(fēng)險常用風(fēng)險值(R1)表示，其表示暴露于某種致癌物而導(dǎo)致的一生中超過正常水平的癌癥發(fā)病率，模型表達(dá)式如下:

二是飲水途徑非致癌風(fēng)險評價模型。一般認(rèn)為，只有在非致癌物超過某一閾值時才會對人體健康產(chǎn)生危害。非致癌風(fēng)險通常用風(fēng)險值(R2)表示，它指暴露造成的長期日攝入量與參考劑量的比值，模型表達(dá)式如下:

三是洗浴途徑致癌與非致癌風(fēng)險評價模型。模型表達(dá)式如下:

(2)水環(huán)境健康風(fēng)險評價模型。假設(shè)有毒物質(zhì)對人體健康危害的毒性作用呈相加關(guān)系，而非協(xié)同或拮抗關(guān)系，則水環(huán)境健康風(fēng)險評價模型為:

(3)評價參數(shù)選擇［3］。本文以成人為保護(hù)對象，主要是考慮成人相對小孩攝入量較大，受影響程度較大。水體中化學(xué)致癌物致癌強(qiáng)度系數(shù)及非致癌物參考劑量見表1、表2，人均體重BW取70kg，洗澡時為全身暴露，平均皮膚暴露面積SA1成人為19 400cm2。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝腿巳荷罘绞?，人群平均每星期洗?次，每次洗澡時間ET1為0．35 h，則洗澡暴露頻率EF1為156次/a;洗臉時人體暴露部位為臉和手，成人臉手皮膚暴露面積SA2為1 930cm2，每次洗臉時間ET2為0．03 h，暴露頻率EF2為1 295次/a。本文中滲透系數(shù)PC取0．1;暴露期ED取人均壽命70a;平均暴露時間AT取25 550d(以人的壽命70歲計)［4］。

表1 化學(xué)致癌物致癌強(qiáng)度系數(shù)(mg/kg·d)－1

2．2．2 土壤環(huán)境健康風(fēng)險評價模型

(1)皮膚接觸途徑與食入途徑。根據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)編制的分類系統(tǒng)，皮膚接觸途徑與經(jīng)口食入途徑土壤中化學(xué)致癌物和非致癌物健康風(fēng)險度危害的風(fēng)險模型［3－4］如下:

一是皮膚接觸途徑土壤風(fēng)險評價模型。模型表達(dá)式如下:

(2)土壤健康風(fēng)險評價模型。假設(shè)有毒物質(zhì)對人體健康危害的毒性作用呈相加關(guān)系，而非協(xié)同或拮抗關(guān)系，則土壤環(huán)境總的健康風(fēng)險評價模型為:S=S 1+S 2

(3)評價參數(shù)選擇［3］。本文以1－3歲小孩為保護(hù)對象，主要是考慮小孩在土壤環(huán)境中玩耍嬉鬧，與土壤接觸比較頻繁，土壤污染物通過其口及呼吸道進(jìn)入體內(nèi)對人體造成長期影響，而成人則影響較小。其體重BW平均為13kg。按照美國(USEPA)的推薦［4］，2－3歲男童的皮膚表面積SA中位數(shù)分別為0．603cm2，2－3歲女童的皮膚表面積SA中位數(shù)分別為0．579 cm2，本研究選擇0．603cm2作為SA輸入，EF經(jīng)皮膚接觸、經(jīng)口食入分別取103、274d/a，CR為200 mg/d，ED 為2 a，F(xiàn)adh 為0．2 mg/cm2，ABS 取1，平均暴露時間AT取25 550d(以人的壽命70歲計)［4］。

表2 化學(xué)致癌物及非致癌物參考劑量(mg/kg·d)

表3 農(nóng)藥及重金屬類土壤特征污染物的參考劑量(mg/kg·d)

2．2．3 大氣環(huán)境健康風(fēng)險評價模型

(1)評價模型。根據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)編制的分類系統(tǒng)，人們長期暴露在含有有機(jī)農(nóng)藥及汞蒸氣的污染大氣中，經(jīng)呼吸道吸收進(jìn)入人體體內(nèi)為主要途徑，風(fēng)險評價模型表達(dá)式如下:

(2)評價參數(shù)選擇。本文以成人為保護(hù)對象，主要是考慮成人相對小孩攝入量較大，受影響程度較大。按照美國(USEPA)的推薦［4］，其體重(BW)取 70kg;呼吸量(IR)取15．25m3/d;吸收效率(ABS)取 10%;暴露頻率(EF)取365d/a;呼吸時間(ET)取24 h/d;暴露期(ED)取人均壽命70a;平均暴露時間(AT)取25 550 d(以人的壽命70歲計)。

表4 非致癌物經(jīng)呼吸途徑的參考劑量(mg·(kg·d)－1)

2．2．4 環(huán)境健康風(fēng)險評價模型

假設(shè)有毒物質(zhì)對人體健康危害的毒性作用呈相加關(guān)系，而非協(xié)同或拮抗關(guān)系，則總的環(huán)境健康風(fēng)險評價模型為:T=R+S+W(式中T為人均年復(fù)合環(huán)境要素健康致癌風(fēng)險(a－1);以上模型中，R、S、W分別為人均年水環(huán)境、土壤環(huán)境、大氣環(huán)境致癌風(fēng)險(a－1);R1i、R2i、R3i分別為第i種水體污染物經(jīng)飲水、洗浴途徑產(chǎn)生的人均年致癌風(fēng)險(a－1);S1i、S2i分別為第i種土壤污染物經(jīng)皮膚接觸途徑、經(jīng)口食入途徑產(chǎn)生的人均年非致癌風(fēng)險(a－1);Wi為第i種大氣污染物經(jīng)呼吸產(chǎn)生的人均年非致癌風(fēng)險(a－1);Qi為水體中化學(xué)致癌物i的致癌強(qiáng)度系數(shù)(mg/(kg·d))－1;Dig、ADi分別為第i種污染物不同途徑單位體重日均暴露劑量(mg/(kg·d));RFDig為非致癌物i的參考劑量(mg/(kg·d));Ci、Cs、Cg分別為水體、土壤、大氣中污染物濃度(mg·L－1);CR為人體每日攝入土壤量(mg/d);IR為人體對大氣的呼吸量(m3/d);CF為單位轉(zhuǎn)化因子;SA為皮膚接觸表面積(cm2);ABS為皮膚對污染物的吸收分?jǐn)?shù);Fadh為土壤對皮膚的黏附系數(shù)(mg/cm2);ET為使用時間(h/d);EF為暴露頻率(d/a);PC為水體中污染物皮膚穿透系數(shù)(cm/h);ED為暴露持續(xù)時間(a);BW為體重(kg);AT為平均暴露時間(d)。

3 評價結(jié)果分析

3．1 水健康風(fēng)險評價值

以保護(hù)區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域地下水的飲水途徑、地下水的洗浴途徑、地表水的洗浴途徑檢測結(jié)果為對象，評價結(jié)果顯示:在水環(huán)境健康風(fēng)險評價中，各類污染物通過飲水途徑引起的風(fēng)險值明顯大于洗浴途徑風(fēng)險(∑R1+∑R2＞∑R3);洗浴途徑單污染物風(fēng)險評價值比較則是地表水的洗浴風(fēng)險大于地下水的洗浴風(fēng)險。飲水途徑化學(xué)致癌物的風(fēng)險值遠(yuǎn)高于非化學(xué)致癌物，是非化學(xué)致癌物風(fēng)險值的10 000倍(∑R1＞∑R2)。3類化學(xué)致癌物中以砷的個人年健康風(fēng)險最大，占52．7%;其次為六價鉻，占45．8%;鎘產(chǎn)生的健康風(fēng)險是3種致癌物中最小的，僅占1．5%。7種非化學(xué)致癌物中以氟化物產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險最大，銅次之，酚最小，按照個人年健康風(fēng)險大小排序依次為氟化物＞銅＞鉛＞汞＞氨氮 ＞氰化物 ＞酚，其中氟化物占56%，銅占36．4%，鉛占5．2%，汞占4．1%，其它幾項比重都很小。地下水的洗浴途徑中，10種化學(xué)及非化學(xué)致癌物中以氟化物產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險最大，銅次之，酚最小，按照個人年健康風(fēng)險大小排序依次為氟化物＞銅＞鉛＞汞＞氨氮＞氰化物＞砷＞鎘＞六價鉻＞酚。地表水的洗浴途徑中，10種化學(xué)及非化學(xué)致癌物中以汞產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險最大，氨氮次之，氰化物最小，按照個人年健康風(fēng)險大小排序依次為汞＞氨氮＞鉛＞六價鉻＞鎘＞錳＞銅＞酚＞砷＞氰化物。

3．2 土壤健康風(fēng)險評價值

以保護(hù)區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域土壤的皮膚接觸途徑、經(jīng)口食入途徑檢測結(jié)果為對象，結(jié)果分別見表5、表6。從計算結(jié)果可以看出:在土壤環(huán)境健康風(fēng)險評價中，各農(nóng)藥類及重金屬類污染物通過食入途徑引起的風(fēng)險值明顯大于皮膚接觸途徑風(fēng)險(∑S2＞∑S1)。通過單污染物風(fēng)險評價值比較，除總汞外，土壤中化學(xué)致癌物的風(fēng)險值要高于非化學(xué)致癌物風(fēng)險。3類化學(xué)致癌物中以總鎘產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險最大，其次為六價鉻，總砷產(chǎn)生的健康風(fēng)險是3種致癌物中最小的。10種化學(xué)致癌物及非化學(xué)致癌物中以總鎘產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險最大，總汞次之，二甲苯最小，按照個人年健康風(fēng)險大小排序依次為總鎘＞總汞＞六價鉻＞總砷＞甲苯＞氯苯＞苯＞總銅＞總錳＞二甲苯，其中總鎘占41．4%，總汞占22．6%，六價鉻占16．7%，總砷占9%，甲苯占6．7%，其它幾項比重都很小。

表5 皮膚接觸途徑－保護(hù)區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域土壤健康風(fēng)險評價值

表6 食入途徑－保護(hù)區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域土壤健康風(fēng)險評價值

3．3 大氣健康風(fēng)險評價值及整個區(qū)域環(huán)境健康綜合風(fēng)險

以保護(hù)區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域大氣的呼吸途徑檢測結(jié)果為對象，結(jié)果見表7。通過單污染物風(fēng)險評價值比較，大氣中6種非化學(xué)致癌物中以苯產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險最大，三氯甲烷次之，二甲苯最小，按照個人年健康風(fēng)險大小排序依次為苯＞三氯甲烷＞正己烷＞甲苯＞氯苯＞二甲苯，其中苯占62%，三氯甲烷占32%，正己烷占4．5%，其它幾項比重都很小。

保護(hù)區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域環(huán)境健康綜合風(fēng)險值見表8。根據(jù)計算結(jié)果，目前保護(hù)區(qū)各類污染物所致水環(huán)境、土壤環(huán)境、大氣環(huán)境健康風(fēng)險評價值總體水平分別為1．79×10－5a－1、2．12 ×10－6a－1、10．68 ×10－5a－1，目前水環(huán)境評價值雖然低于美國環(huán)保局推薦的飲用水源中各類污染物所致健康危害個人年風(fēng)險限值1．0 ×10－4a－1［5］和國際輻射防護(hù)委員會(ICRP)推薦的最大可接受值 5．0 ×10－5a－1，但已處于10－5數(shù)量級水平，對周邊人群的潛在健康威脅較大;土壤環(huán)境評價值低于國際輻射防護(hù)委員會(ICRP)推薦的最大可接受值1．0 ×10－5a－1，對周邊人群造成的健康威脅較小;大氣環(huán)境評價值遠(yuǎn)高于國際輻射防護(hù)委員會(ICRP)推薦的最大可接受值 1．0 ×10－5a－1［6］，對周邊人群造成的健康威脅較大。環(huán)境健康綜合風(fēng)險值平均為12．68 ×10－5a－1，稍高于1．0 ×10－5a－1，區(qū)域環(huán)境質(zhì)量對周邊人群造成一定的健康風(fēng)險。且發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)A1、A2、A3、A4、A5五個監(jiān)測區(qū)域環(huán)境健康綜合風(fēng)險值差異較大，尤其是A1－東八里莊南側(cè)、A3－農(nóng)藥廠南側(cè)最為明顯。

表8 大黃堡濕地自然保護(hù)區(qū)重點(diǎn)區(qū)域環(huán)境健康綜合風(fēng)險值

4 結(jié)論

大黃堡濕地自然保護(hù)區(qū)重點(diǎn)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量對周邊人群潛在健康風(fēng)險呈現(xiàn)出明顯的地域差異，以保護(hù)區(qū)北部農(nóng)藥廠周邊地區(qū)潛在健康風(fēng)險最高、東八里莊附近次之、后蒲棒村周邊最好。環(huán)境質(zhì)量健康風(fēng)險評價結(jié)果表明:大氣環(huán)境健康風(fēng)險值＞水環(huán)境健康風(fēng)險值＞土壤環(huán)境健康風(fēng)險值。人均年致癌總風(fēng)險的貢獻(xiàn)率，大氣環(huán)境健康風(fēng)險占84．2%，水環(huán)境健康風(fēng)險占14．1%，土壤環(huán)境健康風(fēng)險占1．7%，區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境污染比較嚴(yán)重。目前大氣、水、土壤環(huán)境健康風(fēng)險評價值總體水平分別為10．68×10－5a－1、1．79 ×10－5a－1、2．12 × 10－6a－1，這個水平稍高于(或接近)國際輻射防護(hù)委員會(ICRP)推薦的最大可接受值1．0 ×10－5a－1、5．0 ×10－5a－1、1．0 ×10－5a－1，區(qū)域環(huán)境質(zhì)量對周邊人群造成一定的健康風(fēng)險。

(編輯:田 紅)

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