渾河撫順段城鎮(zhèn)化進(jìn)程中污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鄭 毅

(撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究，遼寧 撫順 113008)

隨著城鎮(zhèn)化程度的加劇，人們的生活方式隨之改變[1]，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了一定的負(fù)面影響，尤其是難降解的多環(huán)芳烴在環(huán)境中大范圍聚集[2]，對(duì)人們的健康造成了極大威脅。雖然我國(guó)開(kāi)展了較多風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，但尚未建立適合我國(guó)國(guó)情的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，王若師等[3]對(duì)東江流域沉積物樣品中PAHs進(jìn)行研究，表明水體中以低環(huán)PAHs為主，從上游到下游多環(huán)芳烴含量呈下降趨勢(shì)。趙建亮等[4]對(duì)不同土地利用類(lèi)型中PAHs含量變化進(jìn)行了研究，表明城鎮(zhèn)發(fā)展歷史年限越久，PAHs含量積累越多。本文以渾河流域沈撫段河流水體以及撫順、沈陽(yáng)、沈撫新城內(nèi)的表層土壤為研究對(duì)象，建立三種污染物評(píng)價(jià)模型，對(duì)水體和土壤的健康與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)估，為改善沈撫區(qū)域環(huán)境提供理論技術(shù)支持。

1 評(píng)價(jià)模型

該研究區(qū)域包括撫順西部、沈陽(yáng)東部及位于兩市之間的沈撫新城，2015年12月選取沈撫新城6個(gè)河流水體，表層土壤60個(gè)(城鎮(zhèn)用地14個(gè)，農(nóng)村用地10個(gè)，林地6個(gè)，耕地30個(gè))；經(jīng)歷半年城鎮(zhèn)化進(jìn)程后，2016年7月選取16個(gè)河流水體樣品和100個(gè)表層土壤樣點(diǎn)(撫順20個(gè)，沈陽(yáng)21個(gè)，沈撫新城54個(gè)，背景點(diǎn)5個(gè))，增加了撫順點(diǎn)、沈陽(yáng)點(diǎn)以及背景點(diǎn)。

1.1 毒性當(dāng)量模型

采用毒性當(dāng)量法對(duì)河流水體中多環(huán)芳烴風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)TEF因子對(duì)PAHs進(jìn)行BaP毒性當(dāng)量含量計(jì)算，計(jì)算公式為[5- 6]：

TEQBap=∑Ci·TEFi

(1)

式中，TEFi—第i種PAHs的毒性當(dāng)量因子；Ci—第i種PAHs的含量，ng/L；TEQBap—基于BaP的毒性當(dāng)量，ng/L。

18種多環(huán)芳烴單體毒性當(dāng)量因子，見(jiàn)表1。

表1 多環(huán)芳烴單體毒性當(dāng)量因子

1.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)熵值模型

采用風(fēng)險(xiǎn)熵值法對(duì)環(huán)境介質(zhì)中PAHs生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。設(shè)定出環(huán)境中10種PAHs的最小風(fēng)險(xiǎn)含量(CNCs)與最大風(fēng)險(xiǎn)含量(CMPCs)，風(fēng)險(xiǎn)熵值的定義為：

(2)

(3)

式中，CPAHs—PAHs含量；CQV(NCs)和CQV(MPCs)—最低、最高風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)值；RQNCs和RQMPCs—最小、最大風(fēng)險(xiǎn)熵值。

1.3 終生致癌風(fēng)險(xiǎn)增量模型

采用終生癌癥風(fēng)險(xiǎn)增量模型對(duì)渾河流域河流水體PAHs進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為[8- 9]：

(4)

式中，AT—平均年齡，d；BW—體重，g；ED—暴露年數(shù)；EF—暴露頻率；IR—每天的飲水量，L/d；CSF—致癌斜率因子，(mg/kg·d)-1；C水—水體中總BAP等量含量，mg/L；

采用終生致癌風(fēng)險(xiǎn)模型對(duì)土壤中PAHs風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)估[10]。主要包括：呼吸、皮膚接觸以及誤食土壤，計(jì)算公式為：

(5)

式中，PEF—土壤塵形成系數(shù)，m3/kg；CSF呼吸—呼吸致癌斜率因子，取3.92(μg/m3)-1；IR空氣—呼吸速率，m3/d；ILCR呼吸—通過(guò)呼吸渠道土壤PAHs帶來(lái)的癌癥風(fēng)險(xiǎn)。

(6)

式中，GIABS—胃腸道吸收污染物分?jǐn)?shù)；ABS—皮膚吸附系數(shù)；AF土壤—土壤附著因子，mg/cm2；SA—接觸土壤的皮膚面積，cm2；CSF皮膚接觸—皮膚接觸致癌斜率因子，取25(mg/kg·d)-1；ILCR皮膚接觸—皮膚接觸土壤帶來(lái)的癌癥風(fēng)險(xiǎn)。

(7)

式中，AT—人均壽命；BW—平均體重，kg；CF—轉(zhuǎn)化因子，10-6mg/kg；ED—暴露時(shí)間，年；EF—暴露頻率，d/年；IR土壤—土壤誤食速率，mg/d；C土壤—土壤總BaP毒性當(dāng)量含量；CSF誤食—誤食致癌斜率因子，取7.29(mg/kg·d)-1；ILCR誤食—通過(guò)誤食土壤帶來(lái)的癌癥風(fēng)險(xiǎn)。

2 河流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

2.1 毒性當(dāng)量法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

渾河流域沈撫段干濕兩季內(nèi)河流水體BaP毒性當(dāng)量含量水平評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖1所示。由圖1可以看出，渾河干季BaP毒性當(dāng)量均值為35.62ng/L，干季中PAHs毒性當(dāng)量含量皆超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值(2.8ng/L)，表明干季河流水體存在極高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；渾河濕季BaP毒性當(dāng)量均值為2.65ng/L，含量范圍為0.04～15.7ng/L，濕季均值較低，但部分樣點(diǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 河流水體干、濕季PAHs毒性當(dāng)量含量

2.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)熵值法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

河流水體干濕兩季16種單體PAHs風(fēng)險(xiǎn)熵值見(jiàn)表2。從∑16PAHs來(lái)看，干季RQ∑PAHs(NCs)、RQ∑PAHs(MPCs)處于中等風(fēng)險(xiǎn)水平，分別為784.637271ng/L和7.846373ng/L；濕季RQ∑PAHs(NCs)、RQ∑PAHs(MPCs)，同樣處于中等風(fēng)險(xiǎn)水平，分別為419.741685ng/L與4.197417ng/L。從單體來(lái)看，河流干季中除Fla表現(xiàn)為高風(fēng)險(xiǎn)水平(RQMPCs≥1)外，其他PAHs單體皆處于中等風(fēng)險(xiǎn)水平(RQNCs≥1，RQMPCs<1)；濕季中，dBaAnt表現(xiàn)為無(wú)風(fēng)險(xiǎn)水平(0

表2 河流干濕兩季PAHs生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)熵值

2.3 終生致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

河流干濕兩季終生癌癥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，干季河流水體部分點(diǎn)PAHs癌癥風(fēng)險(xiǎn)水平處于10-6～10-4之間，表現(xiàn)出潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)且對(duì)成人的風(fēng)險(xiǎn)較高；而濕季河流個(gè)別點(diǎn)對(duì)成

年女性存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于其他群體皆處于安全水平。濕季癌癥風(fēng)險(xiǎn)水平明顯低于干季，主要由于干季氣溫低、PAHs揮發(fā)遷移分解速率、生物降解速率相對(duì)較慢，導(dǎo)致PAHs在水體中大量聚集；濕季氣候條件有助于PAHs快速降解，但依靠自然分解是無(wú)法令PAHs殘留水平處于安全的限值內(nèi)。綜上所述，由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步，無(wú)論是健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，在一定程度上渾河流域沈撫段均存在風(fēng)險(xiǎn)隱患，且干季風(fēng)險(xiǎn)水平較高。

3 土壤風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 毒性當(dāng)量法評(píng)價(jià)分析

通過(guò)TEF因子對(duì)干、濕季土壤PAHs進(jìn)行BaP毒性當(dāng)量含量等量計(jì)算，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，干季沈撫、濕季沈撫、濕季沈陽(yáng)以及濕季撫順PAHs毒性當(dāng)量含量最高值分別達(dá)到加拿大標(biāo)準(zhǔn)值(700μg/kg)的3.91、4.79、9.09以及8.99倍，表明個(gè)別樣點(diǎn)的致癌水平比較高。隨著城鎮(zhèn)化歷史年代的增長(zhǎng)，毒性水平隨之升高，各個(gè)區(qū)域內(nèi)土壤BaP毒性當(dāng)量含量均值高低順序表現(xiàn)為濕季沈陽(yáng)>濕季撫順>濕季沈撫>干季沈撫>濕季背景點(diǎn)。

圖2 土壤干、濕季PAHs毒性當(dāng)量含量

ILCR成人青年兒童男性女性男性女性男性女性干季最大值1.0593E-051.1583E-053.5640E-063.5442E-062.9898E-062.9403E-06最小值1.4751E-071.6038E-074.9401E-084.9104E-084.1382E-084.0788E-08均值2.2176E-062.4057E-067.4250E-077.3854E-076.2271E-076.1380E-07濕季最大值9.6525E-071.0494E-063.2373E-073.2175E-072.7126E-072.6730E-07最小值2.4354E-092.6433E-098.1675E-108.1279E-106.8508E-106.7518E-10均值1.7226E-071.8711E-075.7816E-085.7420E-084.8411E-084.7718E-08

表4 土壤PAHs最小與最大風(fēng)險(xiǎn)熵值

3.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)熵值法評(píng)價(jià)分析

利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)熵值法對(duì)干濕季土壤內(nèi)PAHs進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，計(jì)算得到土壤干濕兩季16種單體PAHs風(fēng)險(xiǎn)熵值見(jiàn)表4。由表4可知，沈撫新城干濕兩季皆表現(xiàn)出NaP具有高風(fēng)險(xiǎn)水平，濕季背景點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)熵值處于較低風(fēng)險(xiǎn)水平，其他PAHs單體與∑PAHs皆處于中等風(fēng)險(xiǎn)水平。沈撫新城各PAHs單體風(fēng)險(xiǎn)熵值表現(xiàn)出升高情況，表明城鎮(zhèn)化對(duì)PAHs殘留含量的影響值得關(guān)注。由于其城鎮(zhèn)化歷史年代相似，濕季沈陽(yáng)、撫順表現(xiàn)出類(lèi)似的風(fēng)險(xiǎn)熵值水平，而沈陽(yáng)與撫順∑PAHs皆表現(xiàn)出高風(fēng)險(xiǎn)水平，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注污染物風(fēng)險(xiǎn)水平、殘留水平，以期達(dá)到綠色建城的目的。

3.3 終生致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析

研究區(qū)域干濕兩季土壤PAHs終生癌癥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5，由表5可以看出，各區(qū)域干濕兩季土壤PAHs皆處于安全水平之內(nèi)，其中，呼吸途徑的癌癥風(fēng)險(xiǎn)水平最低，皮膚接觸與土壤誤食途徑給人們帶來(lái)較高的風(fēng)險(xiǎn)水平。對(duì)于不同群體，沈撫新城干季土壤中，各個(gè)暴露途徑中有部分樣點(diǎn)ILCR值大于10-6，需要引起注意。各個(gè)群體的不同特征導(dǎo)致不同群體表現(xiàn)出不同的癌癥風(fēng)險(xiǎn)水平，兒童通過(guò)土壤誤食途徑暴露于土壤PAHs的風(fēng)險(xiǎn)水平最高，且男性、女性的風(fēng)險(xiǎn)水平基本一致。皮膚接觸途徑中青少年風(fēng)險(xiǎn)最高，且不同年齡階段中，女性風(fēng)險(xiǎn)水平皆低于男性。

濕季沈撫土壤各個(gè)途徑暴露ILCR值皆高于干季，表明半年的城鎮(zhèn)化進(jìn)程增加了土壤PAHs對(duì)當(dāng)?shù)鼐用駧?lái)的風(fēng)險(xiǎn)水平。濕季撫順與濕季沈陽(yáng)內(nèi)土壤PAHs通過(guò)皮膚接觸、土壤誤食等途徑給成人、青少年以及兒童帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)律與沈撫新城一致，即皮膚接觸為成人最低其次是兒童，青少年最高；土壤誤食表現(xiàn)為成人最低，兒童高于青少年。對(duì)于不同群體，背景點(diǎn)內(nèi)土壤癌癥風(fēng)險(xiǎn)皆處于安全值，但沈陽(yáng)與撫順各個(gè)途徑的ILCR值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沈撫新城干濕季內(nèi)土壤ILCR值，表現(xiàn)出潛在的癌癥風(fēng)險(xiǎn)水平，需要人們關(guān)注城鎮(zhèn)居民健康風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

以渾河流域沈撫段河流水體以及撫順、沈陽(yáng)、沈撫新城內(nèi)的表層土壤為研究對(duì)象，建立了三種污染物評(píng)價(jià)模型，對(duì)水體和土壤的健康風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)估。得出以下結(jié)論：生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明渾河水體干濕兩季為中等的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平；表層土壤PAHs整體處于中低等的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型顯示河流水體處于較低的癌癥風(fēng)險(xiǎn)水平；土壤癌癥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，濕季撫順與沈陽(yáng)存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，沈撫新城處于較低的癌癥風(fēng)險(xiǎn)水平，背景點(diǎn)處于安全值；人們暴露于土壤PAHs的各途徑中，皮膚接觸與土壤誤食途徑對(duì)青少年以及兒童帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)水平較高。

表5 土壤PAHs終生癌癥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)