某場(chǎng)地土壤苯系物空間分布特征和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

施維林　馬錫英　陳　潔　趙保軍　唐曉聲　陳　亮　何　理

（1.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 蘇州215009 2.蘇州科技大學(xué) 數(shù)理學(xué)院 蘇州 215009 3.煜環(huán)環(huán)境科技有限公司 石家莊 050051 4.上田環(huán)境修復(fù)股份有限公司 常州 213000 5.天津大學(xué)水利仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 建筑工程學(xué)院 天津 300072）

引言

苯系物在生活和生產(chǎn)中的使用與日俱增，尤其在石油、化工、煉焦等方面應(yīng)用廣泛[1]。在使用過程中，可能會(huì)泄露至土壤、大氣和水環(huán)境，造成環(huán)境污染。苯系物(BTEX)是苯、甲苯、乙苯、二甲苯等的統(tǒng)稱，為重要的一組芳香烴，具有強(qiáng)致癌作用[2-5]。其大多以氣態(tài)存在，能夠通過暴露人群的呼吸系統(tǒng)和皮膚進(jìn)入人體。長(zhǎng)期接觸環(huán)境空氣中苯系物不僅會(huì)刺激人體皮膚和黏膜，而且對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等會(huì)有慢性或急性損害[2,6]。

我國(guó)城市化進(jìn)程在不斷地加快，應(yīng)城市化發(fā)展的要求，城中多數(shù)工廠企業(yè)被要求關(guān)?；蜻M(jìn)行搬遷，這些場(chǎng)地可能存在一定的環(huán)境污染。在未經(jīng)環(huán)境調(diào)查評(píng)估或修復(fù)前，就進(jìn)行開發(fā)利用，對(duì)場(chǎng)地未來使用人群的健康可能產(chǎn)生不利影響[7,8]。因此，這類場(chǎng)地在重新規(guī)劃利用前通常需要進(jìn)行場(chǎng)地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[9]。

為了評(píng)價(jià)土壤中污染物風(fēng)險(xiǎn)的空間分布，一些研究采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)插值，如逆距離加權(quán)法，克里格法，或指示克里格法等評(píng)價(jià)土壤中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)[10]。但目前基本沒有評(píng)價(jià)土壤中苯系物污染風(fēng)險(xiǎn)空間分布的研究。鑒于此,以某場(chǎng)地土地置換開發(fā)為例，對(duì)場(chǎng)地土壤苯系物濃度的空間分布特征描述，并結(jié)合場(chǎng)地未來土地利用類型，采用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)土壤苯系物污染可能給未來入住人群帶來的空間健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1　場(chǎng)地背景環(huán)境描述

1.1　場(chǎng)地特性

研究的目標(biāo)場(chǎng)地具有多年的工業(yè)生產(chǎn)歷史。以前為化工廠和溶劑廠，1990年改制成化工農(nóng)藥生產(chǎn)工廠，占地47萬平方米，從事化工農(nóng)藥的生產(chǎn)已有四十幾年，主要生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)甲胺磷類農(nóng)藥、氯苯等化工產(chǎn)品。后因城市總體布局調(diào)整，進(jìn)行了搬遷。在多年的化工農(nóng)藥的生產(chǎn)過程中，有毒有害物質(zhì)（如苯、苯酚等）的跑冒滴漏及無組織排放，使得該場(chǎng)地可能已被污染。

1.2　樣品采集和分析

根據(jù)前期對(duì)場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查結(jié)果，場(chǎng)地土壤的幾個(gè)區(qū)域均存在不同程度的污染。規(guī)劃該場(chǎng)地未來土地的利用類型為居住用地和商業(yè)用地，根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2004),分別布置表層土壤和亞表層土壤的采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)布見圖1，圖中紅點(diǎn)表示土壤超標(biāo)樣點(diǎn)。

圖1　土壤采樣點(diǎn)分布圖

研究采集表層和亞表層的土樣，經(jīng)檢測(cè)，表層和亞表層土壤的苯系污染物主要為苯、氯苯和硝基苯，但亞表層土壤污染物濃度較高對(duì)人體存在潛在危害。

2　健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是美國(guó)國(guó)家工程學(xué)院和國(guó)家科學(xué)院于1972年首先提出,并于1983年的《紅皮書》中正式提出,分為4個(gè)主要框架：危害識(shí)別、暴露評(píng)估、毒性評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)表征[11]。

2.1　暴露評(píng)價(jià)

暴露評(píng)價(jià)是進(jìn)行人類健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)，在分析暴露途徑，確定暴露人群和暴露濃度的基礎(chǔ)上，根據(jù)收集的暴露參數(shù)估算暴露人群對(duì)污染物的攝入量即暴露劑量[12]。

2.2.1暴露人群

根據(jù)該場(chǎng)地后期的土地開發(fā)利用規(guī)劃主要涉及居住用地和商業(yè)用地，確定了敏感人群為兒童和成人。

2.2.2暴露途徑

一般而言，土壤中的污染物主要通過4種途徑進(jìn)入人體:經(jīng)口直接攝入,經(jīng)呼吸系統(tǒng)吸入,經(jīng)皮膚接觸吸收,食入該土壤中產(chǎn)出的實(shí)物而攝入[13]。而苯系物一般具有揮發(fā)性，因此土壤中的苯系物最有可能通過以下3種暴露途徑進(jìn)入場(chǎng)地上活動(dòng)人群體內(nèi)。這3種暴露途徑為:因不慎直接經(jīng)口攝入污染土壤;皮膚接觸污染土壤而吸收其中的污染物;通過呼吸系統(tǒng)吸入土壤產(chǎn)生的粉塵和揮發(fā)性物質(zhì)[14]。又根據(jù)本場(chǎng)地未來作為居住用地和商業(yè)用地開發(fā)的特點(diǎn)，考慮場(chǎng)地中表層土壤室外、亞表層土壤的室外和室內(nèi)經(jīng)呼吸系統(tǒng)吸入的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，本次確定暴露途徑主要有以下5種：途徑1：經(jīng)口不小心直接攝入污染土壤；途徑2：皮膚接觸污染土壤；途徑3：室外呼吸由表層污染土壤產(chǎn)生的粉塵和揮發(fā)性物質(zhì)；途徑 4：室外呼吸由亞表層污染土壤產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)；途徑5：室內(nèi)呼吸由亞表層污染土壤產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)。

2.2.3暴露濃度

暴露濃度主要是日常監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)或采用污染物遷移轉(zhuǎn)化模型預(yù)測(cè)得出的數(shù)值。使用surfer 8.0軟件（克里金插值法）對(duì)監(jiān)測(cè)濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析。不僅能準(zhǔn)確的描述每個(gè)點(diǎn)污染物的污染濃度，而且能預(yù)測(cè)沒有檢測(cè)的位點(diǎn)污染物的濃度。

2.2.4暴露分析

研究基于US EPA的暴露計(jì)算方法[14-16]，對(duì)場(chǎng)地苯系物的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體計(jì)算公式如下。

式中：CS為土壤暴露濃度，其他各暴露參數(shù)含義、單位與取值見表1。各遷移系數(shù)（VF）推算如下。

表1　暴露因子及參數(shù)[1,14,17-21]

2.3　毒性評(píng)價(jià)

研究中使用的某污染物的毒性參數(shù)主要來源于美國(guó)環(huán)保局綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)(IRIS)[21]、《污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》和參照文獻(xiàn)[11-12]取值。目標(biāo)污染物的毒性數(shù)據(jù)見表2。

表2　苯系物毒性因子[22]

2.4　風(fēng)險(xiǎn)表征

風(fēng)險(xiǎn)表征一般包括單一污染物的致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算、所有關(guān)注污染物的致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算[11]。致癌風(fēng)險(xiǎn)值(R)計(jì)算式：R＝CDI×SF（或 URF），美國(guó)環(huán)保局設(shè)定10-6為可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平的下限，10-4為可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平的上限[12,23,24]。非致癌風(fēng)險(xiǎn)值(HQ)計(jì)算式為：HQ＝CDI/RfD（或 RfC），當(dāng)非致癌風(fēng)險(xiǎn)值大于 1 時(shí)，認(rèn)為存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)[13,26]。

3　結(jié)果與討論(Results and discussion)

3.1　場(chǎng)地土壤苯系物空間分布

經(jīng)檢測(cè)，場(chǎng)地表層土壤苯的濃度范圍在0～41 mg/kg，氯苯的濃度范圍在0～2130 mg/kg，硝基苯的濃度范圍在0～81 mg/kg；亞表層土壤苯的濃度范圍在0～51 mg/kg，氯苯的濃度范圍在0～597 mg/kg，硝基苯的濃度范圍在0～107 mg/kg。場(chǎng)地土壤苯系物濃度空間分布如圖2所示，可以形象具體的看出，與檢測(cè)數(shù)據(jù)一致，土壤中氯苯濃度范圍最高，硝基苯其次，苯濃度最低，并且能看出土壤中苯、氯苯和硝基苯的分布情況。亞表層土壤苯系物濃度空間分布范圍廣于表層土壤，且濃度較高。在表層土壤，苯濃度空間分布特性與氯苯大體相同，而苯濃度分布范圍更廣。在亞表層土壤，氯苯和硝基苯濃度空間分布具有相似性，明顯的硝基苯濃度分布較為集中，而濃度空間分布最為集中的是苯。

圖2　土壤苯系物濃度空間分布

3.2　土壤苯系物空間健康風(fēng)險(xiǎn)

苯系物中苯已被國(guó)際癌癥研究中心確認(rèn)為人類致癌物，而硝基苯歸類為2很可能的人類致癌物，苯酚和氯苯可對(duì)人體造成急性和慢性毒性作用，損傷肝臟和造血系統(tǒng)，具有持久性和蓄積性作用[5,12]。因此，對(duì)場(chǎng)地土壤中的苯和硝基苯進(jìn)行了致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.2.1致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

污染場(chǎng)地表層和亞表層土壤苯系物致癌風(fēng)險(xiǎn)分別如圖3和圖4所示。計(jì)算結(jié)果表明,不同土地利用方式下苯、氯苯和硝基苯的致癌性風(fēng)險(xiǎn)均能對(duì)目標(biāo)受體造成較大的致癌風(fēng)險(xiǎn),尤其是在亞表層土壤中。從圖3和圖4可以看出，場(chǎng)地土壤中苯致癌風(fēng)險(xiǎn)大部分在10-6～10-4，硝基苯致癌風(fēng)險(xiǎn)大部分在10-5～10-3。亞表層土壤的致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表層土壤，且高致癌風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)多于表層土壤。居民用地土壤苯系物的致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)用地。由此可見,長(zhǎng)期工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)給研究區(qū)域的土壤環(huán)境帶來潛在的影響,存在一定程度的健康風(fēng)險(xiǎn)影響。

圖3　表層土壤苯系物致癌風(fēng)險(xiǎn)

圖4　亞表層土壤癌風(fēng)險(xiǎn)

3.2.2非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)

污染場(chǎng)地居住用地和商業(yè)用地土壤苯系物非致癌風(fēng)險(xiǎn)分別如圖5和圖6所示。計(jì)算結(jié)果表明,場(chǎng)地中苯、氯苯和硝基苯的非致癌性風(fēng)險(xiǎn)均能對(duì)目標(biāo)受體造成較大的非致癌風(fēng)險(xiǎn),部分采樣點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)大于1，尤其是在亞表層土壤中。從圖5和圖6可以看出，場(chǎng)地中亞表層土壤苯和硝基苯非致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表層土壤，且高非致癌風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)多于表層土壤，而氯苯表層土壤的非致癌風(fēng)險(xiǎn)高于亞表層土壤。居民用地土壤苯系物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)用地。不論是在表層土壤還是在亞表層土壤，不同土地利用方式下，氯苯的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均高于苯和氯苯。表層土壤中，苯和氯苯的高非致癌風(fēng)險(xiǎn)分布位置大致相同；亞表層土壤氯苯和硝基苯的高非致癌風(fēng)險(xiǎn)分布位置大致相同。

圖5　居民用地土壤苯系物非致癌風(fēng)險(xiǎn)

圖6　商業(yè)用地土壤苯系物非致癌風(fēng)險(xiǎn)

結(jié)語(yǔ)

同一點(diǎn)位不同污染物的污染有伴生現(xiàn)象,這些污染集中點(diǎn)位產(chǎn)生的高污染對(duì)目標(biāo)受體會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)疊加的后果[14]。而目前對(duì)多種污染物在同一位點(diǎn)造成的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算只采用簡(jiǎn)單加和的方法,由于不同物質(zhì)對(duì)人體的損害機(jī)制不同,這種計(jì)算方法并不能準(zhǔn)確表征不同污染物對(duì)受體的綜合作用效應(yīng)。因此，研究對(duì)土壤中苯系物的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行空間分布評(píng)價(jià)。結(jié)果說明該地區(qū)存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)危害人類健康。因此，在未來土地利用前必須對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。

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國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，31570515，場(chǎng)地鉻污染土壤微生物原位穩(wěn)定化/固化機(jī)理研究。