銻污染土壤環(huán)境風險評價研究

化勇鵬，程勝高，黃 庭，李 璇

（中國地質(zhì)大學環(huán)境學院，湖北武漢430074）

0 引言

隨著中國城市化進程的加快，城市主城區(qū)范圍不斷向外圍擴展，處于主城核心區(qū)的工廠陸續(xù)搬遷，原場地可能因生產(chǎn)中使用化學藥品受到污染，從而影響土地的再次使用。銻是一種分布廣泛的重金屬元素，主要用于生產(chǎn)陶瓷、玻璃、電池、油漆、煙火材料及阻燃劑等化工產(chǎn)品［1］。由于銻的廣泛使用，也使其進入到各種環(huán)境介質(zhì)中，對環(huán)境污染和人體健康的危害也逐漸顯現(xiàn)出來，因此越來越受到重視，已被美國環(huán)境保護總局和歐盟列為優(yōu)先控制的污染物［2］。中國是世界上最大的產(chǎn)銻國，銻污染事件屢有報道。

目前，對于環(huán)境中銻的風險研究多是在環(huán)境風險評價中進行的。美國超級基金法案是現(xiàn)今世界上認可程度最高的場地管理法規(guī)［3］。該法規(guī)從環(huán)境監(jiān)測、風險評價到場地修復(fù)都制定了標準的管理體系，其環(huán)境風險評價方法體系也已被多個國家借鑒和采用［4］。中國現(xiàn)階段還沒有針對污染場地管理形成完整的法律、法規(guī)體系，對污染場地環(huán)境風險評價也沒有通用的技術(shù)和方法［5－6］。筆者綜合《場地環(huán)境評價導則》［7］（以下簡稱《導則》）與美國超級基金法案的風險評價導則中環(huán)境風險評價的方法和要求，評價武漢某化工廠廢棄場地的銻污染土壤環(huán)境風險，對土壤中銻的環(huán)境風險評價方法進行探討。

1 場地污染現(xiàn)狀

1.1 環(huán)境背景

項目所在地為武漢市江岸區(qū)，地處中緯度，屬中亞熱帶北緣濕潤季風氣候區(qū)，多年平均日照時數(shù)為1 993.8h，年均降水量1 248.3mm，氣溫多年平均值為16.5℃。常年主導風向主要為北、北北東、北東向，多年平均風速1.1m／s。所處區(qū)域位于長江流域三級階地堆積平原區(qū)，地面標高24.2～24.4m；所在區(qū)域下伏土層以全新統(tǒng)沖積層（Qal4）為主，上部以黏性土為主，下部以砂、礫石層為主。

1.2 污染現(xiàn)狀

該場地前身為某化工廠廠區(qū)，后經(jīng)土地利用類型調(diào)整，作為房地產(chǎn)開發(fā)用地。原化工廠以氟化工產(chǎn)品和電鍍添加劑產(chǎn)品為主。場地總用地面積1.07×105m2；場地淺層地下水規(guī)模較小，主要是上層滯水，不具備供水意義；土層厚度為1～4m，土壤類型為弱透水性的第四系粉質(zhì)黏土。監(jiān)測方案具體為：以50m×50m劃分網(wǎng)格，取網(wǎng)格中心進行普查，深度至1.5m；對于原化工廠廠房及生產(chǎn)車間所在區(qū)域進行深化監(jiān)測，深度達5m；共設(shè)置24個深化監(jiān)測點、37個普查點。以場地土壤中重金屬鎳、鉻、銻、鋅、鎘、鉛、銅、錫、氟及鹵代烴類、酞酸酯類、多環(huán)芳烴類、多氯聯(lián)苯類等有機物為重點監(jiān)測對象，對污染程度、深度和范圍進行調(diào)查。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，場地內(nèi)土壤銻質(zhì)量含量偏高，最高達到1 262.7×10－6，其他監(jiān)測項目均處于相應(yīng)標準限制之下。中國土壤銻質(zhì)量分數(shù)背景值為（0.38～2.98）×10－6［8］；以《導則》中銻的推薦修復(fù)值26×10－6為標準，有66%的測試土樣超過推薦修復(fù)值。在垂直深度上，銻主要集中在地表2m以上、局部點位達到2.5m深度；5m深度土壤銻質(zhì)量分數(shù)一般都低于推薦值?？梢悦鞔_該場地土壤受到銻污染。銻污染分布情況如圖1。

參考《危險廢物鑒別標準：毒性物質(zhì)含量鑒別》（GB 5085.6—2007）［9］，金屬銻（有毒物質(zhì)名錄第118號）或者五氧化二銻（有毒物質(zhì)名錄第121號）等有毒物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)大于或等于3%即為危險性廢物。從監(jiān)測結(jié)果來看，銻質(zhì)量分數(shù)最高達到1 262.7×10－6，低于這個判別標準，不屬于危險性廢物；但銻含量偏高，需要進行環(huán)境風險評價。

圖1 銻污染及質(zhì)量分數(shù)分布Fig.1 Chart of Antimony Pollution and Distribution of Mass Fraction

2 環(huán)境風險評價

環(huán)境風險評價通常指對有毒有害物質(zhì)（包括化學品和放射性物質(zhì)）危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度進行評估，并提出減小環(huán)境風險的方案和對策［10］。根據(jù)承受環(huán)境風險的對象不同，可以分為人體健康風險和生態(tài)風險。

2.1 人體健康風險評價

美國科學院認為人體健康風險評價是描述人體暴露于環(huán)境危害因素之后，出現(xiàn)不良健康效應(yīng)的特征。現(xiàn)今廣泛應(yīng)用的人體健康風險評價模式是由NAS－NRC發(fā)展來的，主要用于評價化學物質(zhì)暴露下的致癌風險或是其他健康風險。該模式包括危害鑒定、暴露評價、劑量－效應(yīng)評價和風險表征4個部分（圖2）［11］。

圖2 人體健康風險評價模式Fig.2 Health Risk Assessment Model

2.1.1 接觸方式評價

接觸方式評價是人體健康風險評價的第一步，對該地塊污染土壤與人體相互作用方式定性評價見表1。

2.1.2 接觸方式量化

在確定了污染土壤與人體的接觸方式后，對該地塊的人體接觸方式進行量化。量化工作分為：①計算

表1 接觸方式定性評價Tab.1 Qualitative Assessment of Exposure Mode

接觸點的污染物含量。接觸點可通過呼吸接觸污染物，場地內(nèi)銻最初以五氯化銻的形式釋放進入到場地土壤、地下水介質(zhì)中，其在環(huán)境中的行為是遇少量水變成水合物固化，遇多量水則水解為五氧化銻。因此，場地內(nèi)土壤中銻以氣態(tài)形式通過呼吸接觸人體的可能性幾乎沒有，而主要是通過皮膚接觸或者經(jīng)口腔攝入；②定量計算吸入量，包括偶然攝入量、皮膚接觸吸收量和土壤塵呼吸接觸量。其計算公式為

式中：I為經(jīng)口腔攝入量；CS為土壤中污染物質(zhì)量分數(shù)；R1為污染率；FC為轉(zhuǎn)換因子；IF為污染系數(shù)；E為接觸頻率；DE為接觸持久度；m為人體質(zhì)量；t為平均時間；A為皮膚接觸吸收量；AS為可接觸的皮膚表面面積；IAF為土壤對皮膚的粘附系數(shù)；IABS為吸收因子；B為通過呼吸攝入土壤塵而攝入化學元素量；IPEF為土壤塵產(chǎn)生因子；R2為空氣攝入量。上述各計算參數(shù)見表2，計算結(jié)果見表3。

2.1.3 風險表征

（1）致癌風險評價。致癌風險評價通過平均到整個生命期的每天攝入量IED乘以經(jīng)口腔、皮膚或直接吸入致癌斜率系數(shù)（ICSF）計算得出。IED為長期接觸下日平均攝入量（按壽命周期70歲計），見表3；ICSF是各類途徑（經(jīng)口腔、皮膚或塵埃直接攝入）的致癌斜率系數(shù)，即

式中：CR為致癌風險發(fā)生的可能性；Ii為污染物在第i種接觸方式下長期接觸的日平均攝入量；Fi為污染物在第i種接觸方式時的斜度系數(shù)；n為接觸途徑總數(shù)。

表2 污染土壤攝入量計算參數(shù)參考值Tab.2 Reference Value of Intaking Amount for Contaminated Soils

表3 污染接觸方式評價結(jié)果Tab.3 Assessment Results of Pollution Exposure Mode

（2）非致癌風險評價。非致癌風險值定義為每天攝入量（平均到整個暴露作用期）除以每一途徑的慢性參考劑量。非致癌效應(yīng)危害指標的風險值HR的計算公式為

式中：HR為非致癌危險系數(shù)；Di為污染物在第i種接觸方式下可接受的攝入量。《導則》中銻為經(jīng)口參考劑量為4×10－4mg／（kg·d），經(jīng)皮膚吸收參考劑量為2×10－5mg／（kg·d），無經(jīng)呼吸吸收參考劑量。對上述有參考值的指標進行計算，結(jié)果見表4。

表4 風險定量綜合評價Tab.4 Integrated Quantitative Assessment of Risk

到目前為止，尚沒有數(shù)據(jù)表明銻對人經(jīng)口腔吸入有致癌作用，也沒有經(jīng)呼吸暴露或其他途徑造成銻致癌的報道，但銻污染物經(jīng)皮膚吸收致癌劑量相對較高，以該方式長期接觸致癌概率較大，風險不容忽視。從表4中可以看出，無論是兒童還是成人，該場地污染土壤的非致癌風險遠高于1，非致癌危害非常大，尤其是在極端情況下。該場地需要進行環(huán)境修復(fù)后才能再次使用。

2.2 生態(tài)風險評價

生態(tài)風險評價是評估由于一種或多種外界因素導致可能發(fā)生或正在發(fā)生的不利生態(tài)影響的過程。筆者運用的生態(tài)風險評價方法是目前最常用的商值法，是為某一特殊受體設(shè)立參照含量指標，然后與估測的環(huán)境含量進行比較，超過參照含量的環(huán)境含量就被認為其有潛在影響［12］。

污染地塊處于鬧市區(qū)，因土地利用性質(zhì)發(fā)生變化，地表建筑物已拆除，原有植被已遭破壞；場地內(nèi)沒有大型動物，但有鳥、狗、老鼠、土壤動物等，它們是受影響的主要種群。接觸方式有皮膚接觸、吞食、呼吸、飲水等。對比土壤中污染物質(zhì)量分數(shù)與其半數(shù)致死質(zhì)量分數(shù)，可以直接獲得污染土壤對生物的致死影響（表5）。

由表5可知，污染土壤對動物有一定的毒性。目前雖沒有其他動物的毒性資料，但由這些實驗小動物的毒理學資料可以斷定，污染土壤對生物的生態(tài)毒理學具有一定影響，應(yīng)引起重視。

表5 生態(tài)效應(yīng)的急性風險計算Tab.5 Acute Risk Calculation of Ecological Effect

3 結(jié)語

（1）通過場地土壤重金屬和有機物調(diào)查和評價可知，場地內(nèi)污染土壤不屬于危險廢物，但銻含量偏高，最高質(zhì)量分數(shù)達到1 262.7×10－6，66%的土壤樣品銻含量大于推薦修復(fù)值26×10－6，污染較嚴重。綜合《場地環(huán)境評價導則》與美國超級基金法案的風險評價導則中環(huán)境風險評價的方法和要求，從人體健康與生態(tài)風險出發(fā)，通過經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸吸入對成人和兒童進行的健康風險定量計算，非致癌風險非常大，污染土壤對生物具有一定的生態(tài)毒理學影響，場地土壤須進行修后才能使用。

（2）引用美國超級基金法案中環(huán)境風險評價的方法和相關(guān)標準是《場地環(huán)境評價導則》的推薦模式。中國污染場地環(huán)境風險評價尚處于起步階段，風險評價步驟和構(gòu)建參數(shù)體系還需進行大量工作，環(huán)境風險評價體系相關(guān)的法律法規(guī)、技術(shù)標準還有待于逐步優(yōu)化和科學完善。

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