垃圾焚燒廠周邊空氣二英含量水平與暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

穆乃花 張素坤 任明忠 李杰

穆乃花 張素坤 任明忠 李杰

通過環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)對(duì)廣東省某生活垃圾焚燒廠周邊環(huán)境空氣中二英含量水平、來源和人群暴露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析和評(píng)估。結(jié)果表明，所有采樣點(diǎn)環(huán)境空氣中的二英毒性當(dāng)量濃度范圍為0.051～0.267 pg I-TEQ /m3，低于我國(guó)參照的日本環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值0.6 pg I-TEQ/m3；來源分析表明，研究區(qū)域環(huán)境空氣二英至少受到機(jī)動(dòng)車尾氣和垃圾焚燒廠煙氣二英排放等多種源的影響；成人及兒童的二英呼吸暴露量分別為0.011～0.057、0.019～0.102 pg I-TEQ/(kg·d)，其風(fēng)險(xiǎn)水平處于可接受范圍內(nèi)。

生活垃圾焚燒廠；環(huán)境空氣；二英；源解析；暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展、城市化進(jìn)程不斷加快和人們生活水平的不斷提高，城市生活垃圾的產(chǎn)量迅速增加、成分越來越復(fù)雜[1]。根據(jù)我國(guó)城市環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，全國(guó)城市垃圾年產(chǎn)量為1.5×108t，并以每年8 %～10 %的速度增長(zhǎng)，全國(guó)歷年垃圾存量已超過6×109t，約有2/3 的城市陷入垃圾圍城的困境[2]。近年來，垃圾焚燒技術(shù)憑借高溫?zé)o害化、減容(90 % 以上)和減重(80 % 以上)的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)得到了迅速的推廣和應(yīng)用[3]。然而，生活垃圾焚燒帶來的二次污染問題，尤其是二英的環(huán)境毒性及健康危害性引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。筆者所在的研究團(tuán)隊(duì)，曾對(duì)多個(gè)城市生活垃圾焚燒廠建設(shè)項(xiàng)目環(huán)評(píng)公眾參與調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析，97 %的公眾反對(duì)垃圾焚燒設(shè)施建設(shè)的原因就是二英排放的環(huán)境及人群健康影響。

自1977年Olie等[4]率先在荷蘭阿姆斯特丹城市生活垃圾焚燒爐煙氣中檢測(cè)到二英，生活垃圾焚燒廠二英控制和環(huán)境影響評(píng)估一直受到環(huán)保界的高度重視。20 世紀(jì)以來，由于采用先進(jìn)的焚燒技術(shù)、高效的尾氣凈化設(shè)備和嚴(yán)格的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，世界范圍生活垃圾焚燒二英排放量急劇下降。Fiedler[5]對(duì)來自五大洲23 個(gè)國(guó)家二英的年排放量進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)露天焚燒是目前大部分國(guó)家和地區(qū)環(huán)境中二英的主要來源。Zheng等[6]報(bào)道了近10 年來在我國(guó)發(fā)現(xiàn)的7 個(gè)二英熱點(diǎn)（嚴(yán)重污染）地區(qū)，只有1 個(gè)歸結(jié)為露天焚燒，生活垃圾焚燒廠所在區(qū)域未在其中。20世紀(jì)80 年代，從我國(guó)開始引進(jìn)大規(guī)模垃圾焚燒技術(shù)處理城市生活垃圾起，就非常重視采用先進(jìn)的焚燒工藝和控制技術(shù)減少二英排放。環(huán)保部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理工作的通知》（環(huán)發(fā)[2008]82號(hào)）明確要求，強(qiáng)化對(duì)建設(shè)項(xiàng)目二英排放的環(huán)境影響的評(píng)價(jià)。本研究通過監(jiān)測(cè)廣東省已建成的某生活垃圾焚燒廠正常運(yùn)營(yíng)期間周邊環(huán)境空氣中的二英濃度水平，并對(duì)其二英污染來源及人群呼吸暴露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析與評(píng)估，以期為生活垃圾焚燒廠建設(shè)項(xiàng)目二英排放環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

參照《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》的要求，于2013年6月對(duì)廣東省某生活垃圾焚燒廠周邊重要影響區(qū)、重要敏感點(diǎn)以及廠區(qū)共布設(shè)的10 個(gè)采樣點(diǎn)（見圖1）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采樣點(diǎn)信息見表1，A為廠區(qū)，F(xiàn)位于主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)向，H、J位于主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)向。樣品采集遵循US EPA的TO-9A方法[7]，采用環(huán)境空氣大流量采樣器（TSPPUF-300、ECHO PUF），石英濾膜和聚氨基甲酸酯(PUF)分別收集吸附態(tài)顆粒物和氣相中的二英，采樣前將采樣內(nèi)標(biāo)(EPA23 SSS)添加到PUF上，采集完成后的PUF 和濾膜均密封保存于低溫冰箱中待分析。每個(gè)樣品連續(xù)采集24 h，每個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采集3 d，共采集3 個(gè)樣品。

圖1 二英采樣點(diǎn)及二英毒性當(dāng)量濃度分布示意圖

表1 采樣點(diǎn)描述

1.2 儀器與試劑

TSP-PUF-300采樣器（廣州銘野）；ECHO PUF大流量采樣器(意大利TCR公司)；索式抽提裝置；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士BUCHI R-215）；氮吹儀（日本，EYELA MG-2200）；高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用儀(HRGC-HRMS, Agilent 6890N GC/Waters AutoSpec Premier)。

甲苯農(nóng)殘級(jí)（美國(guó)，天地公司）；甲醇、二氯甲烷、正己烷、丙酮均為農(nóng)殘級(jí)（美國(guó)，Honeywell公司）；Florisil（美國(guó)，F(xiàn)luka）；堿性氧化鋁（瑞士，Sigma）；硅膠(0.065～0.24 mm粒徑，德國(guó)Merck公司)；無水Na2SO4(分析純，廣東西隴化工廠)。Florisil、堿性氧化鋁、硅膠活化條件均為500 ℃，24 h。

PCDDs/PCDFs標(biāo)準(zhǔn)樣品：13C 標(biāo)記采樣內(nèi)標(biāo)(EPA23 SSS 5 種)、提取內(nèi)標(biāo)(EPA23 ISS 10 種)及進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)(EPA23 RS 2 種)，17 種二英類化合物的PAR混標(biāo)（簡(jiǎn)寫為PCDD/Fs），US EPA23標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液均購(gòu)自美國(guó)Cambridge Isotope Laboratory,Austin,Texas,USA。

1.3 樣品前處理與分析

樣品前處理流程：（1）將采集樣品的濾膜和PUF用V（正己烷）: V（二氯甲烷）=1:1索式抽提48 h；（2）提取液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至1 mL 左右；（3）備份（備份1/2）、加標(biāo)（13C 標(biāo)記的提取內(nèi)標(biāo)EPA23 ISS）；（4）復(fù)合層析柱凈化（由下到上依次為：玻璃棉、石英砂、Florisil 1.0 g、堿性氧化鋁3.0 g、中性硅膠3.0 g、堿性硅膠4.0 g、中性硅膠3.0 g 、酸性硅膠40.0 g、無水硫酸鈉）；（5）凈化后溶液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、氮吹儀濃縮至20 μL左右;（6）加標(biāo)（進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)EPA23 RS）后經(jīng)高分辨氣相色譜/ 高分辨質(zhì)譜儀聯(lián)用儀(HRGC/HRMS)進(jìn)行定性定量分析。

高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜測(cè)定條件：（1）色譜條件：硅熔毛細(xì)管柱型號(hào)為DB-5MS（60 m × 0.25 mm × 0.25 μm ），不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為 1 μL。升溫程序：初始溫度90 ℃，保持2 min，然后以8.00 ℃/min升至220 ℃，再以 1.40 ℃/min升高到310 ℃，保持5 min。進(jìn)樣口溫度280 ℃。（2）質(zhì)譜條件：離子源溫度300 ℃；電離方式為EI，選擇離子檢測(cè)；加速電壓7 900 V，電子能量35 eV；以全氟煤油（PFK）m / z 為 292.982 41 調(diào)諧儀器分辨率高于10 000。

1.4 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制(QA/QC)

本次監(jiān)測(cè)所得結(jié)果均已去除采樣空白干擾。13C標(biāo)記的采樣內(nèi)標(biāo)和提取內(nèi)標(biāo)回收率范圍為62 %～108 % ，均符合EPA23A方法的定量要求。方法檢出限為0.005～0.053 pg/m3。本研究中低于檢出限的目標(biāo)物濃度均按0 計(jì)算，所得結(jié)果為3 d 監(jiān)測(cè)的平均值。

2 結(jié)果與討論

研究區(qū)域環(huán)境空氣中PCDD/Fs毒性當(dāng)量濃度值見表2，毒性當(dāng)量濃度空間分布見圖1。10 個(gè)采樣點(diǎn)二英毒性當(dāng)量(TEQ)范圍為0.051～0.267 pg I-TEQ /m3，均值為0.19 pg I-TEQ /m3，均低于我國(guó)參照的日本環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的二英年均濃度限值0.6 pg I-TEQ/m3，低于文獻(xiàn)報(bào)道的我國(guó)城市環(huán)境空氣的二英含量水平：廣州市區(qū)(0.364 pg I-TEQ/m3)[8]、北京市區(qū)(0.268 pg I-TEQ/m3)[9]及上海市區(qū)(0.268 pg I-TEQ/m3)[10]，高于垃圾焚燒廠背景區(qū)域(0.096 pg I-TEQ/m3)[11]及美國(guó)城市區(qū)域環(huán)境空氣二英含量水平(0.09～0.10 pg I-TEQ/m3）[12]。

表2 環(huán)境空氣中PCDD/Fs 平均濃度水平 單位：pg/m3

圖2 17 種二英有毒異構(gòu)體濃度指紋特征

必須指出的是，本研究由于受周邊污染源清單不清楚的局限，僅考慮了垃圾焚燒和機(jī)動(dòng)車尾氣兩種潛在污染源，對(duì)于該區(qū)域內(nèi)的其他二英潛在污染源對(duì)二英貢獻(xiàn)未做統(tǒng)計(jì)分析，但從圖2可以看出，環(huán)境空氣中二英單體的分布特征與上述兩種排放源指紋特征均存在顯著差異，表明環(huán)境空氣中的二英不僅受兩種潛在污染源的影響，可能還受到其他排放源的影響。

圖3 排放源與環(huán)境空氣中二英相關(guān)性分析

式中，Inh：呼吸暴露劑量，pg I-TEQ /(kg·d)；

Vr：呼吸速率，m3/d，常數(shù)，大人該值設(shè)為20，兒童為7.6；

Cair：空氣中二英的平均I-TEQ濃度，pg TEQ/m3；

fr：空氣在肺泡中氣體交換的保留分?jǐn)?shù)，0.75；

tf：暴露時(shí)間分?jǐn)?shù)，即暴露時(shí)間與24 h的比值，假設(shè)人在環(huán)境中暴露24 h，則該值最大為1；

BW：體重，成人：70 kg；兒童：15 kg。

根據(jù)以上公式計(jì)算出該地區(qū)10 個(gè)采樣點(diǎn)成人與兒童的呼吸暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，結(jié)果列于表3。由表3顯示，本研究區(qū)域內(nèi)的成人二英呼吸暴露量為0.011～0.057 pg I-TEQ/(kg·d)，兒童二英呼吸暴露量為0.019～0.102 pg I-TEQ/(kg·d)。由數(shù)據(jù)分析可知，兒童的呼吸暴露量幾乎是成人的2 倍，說明兒童在環(huán)境中更易受二英的威脅。

《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理工作的通知》（環(huán)發(fā)〔2008〕82號(hào)）要求二英健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照人體每日可耐受攝入量4 pg TEQ/kg執(zhí)行，經(jīng)呼吸進(jìn)入人體的允許攝入量按每日可耐受攝入量10% 執(zhí)行，表3列出了研究區(qū)域內(nèi)各采樣點(diǎn)成人和兒童二英呼吸暴露量占人體每日可耐受攝入量的百分比。成人及兒童的占標(biāo)率分別為0.271 %～1.432 %、0.480 %～2.539 %，遠(yuǎn)低于人體每日可耐受攝入量的10% 作為呼吸暴露水平的評(píng)價(jià)限值，處于可接受的較低水平。

表3 各采樣點(diǎn)成人及兒童PCDD/Fs呼吸暴露量

3 結(jié)論

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X820.4

A

2095-6444（2014）02-0051-05

“863”計(jì)劃（2011AA060605-03）、國(guó)家環(huán)保公益專項(xiàng)（2011467001）、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（S2011010005454）

李杰，蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師；任明忠，環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所副研究員；穆乃花，蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院、環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所；張素坤，環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所。