某電鍍搬遷場地土壤重金屬污染健康風險評估

周鼎，周建民，彭曉春，龔道新*，洪鴻加，李方鴻

(1.湖南農業(yè)大學資源環(huán)境學院，湖南 長沙 410128；2.環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東 廣州 510000)

某電鍍搬遷場地土壤重金屬污染健康風險評估

周鼎1，周建民2，彭曉春2，龔道新1*，洪鴻加2，李方鴻1

(1.湖南農業(yè)大學資源環(huán)境學院，湖南 長沙 410128；2.環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東 廣州 510000)

采用《污染場地風險評估技術導則》中的評估方法，運用 HERA軟件對廣州某電鍍搬遷場地土壤中的重金屬污染物進行人體健康風險評估。結果表明：①該場地土壤中鉻(Cr6+)和鎳的致癌風險指數分別為1.92×10–6、2.31×10–6，均超過其評估標準值1×10–6，表明其對人類有較高的致癌風險。②該場地土壤中鉻(Cr3+)、鎳、銅、銀的非致癌危害熵分別為16.7、20.8、4.68、1.48，均高于其基準值1，表明該場地土壤中的鉻(Cr3+)和鎳有較高的非致癌危害，銅和銀具有一定的非致癌危害。③根據評估結果，提出了加強治理防護工作、根據目標污染物含量和位置分布確定修復重點區(qū)域、防治污染物擴散等管理、修復與治理該場地的建議。

電鍍搬遷場地；土壤重金屬污染；致癌風險指數；非致癌危害熵

土壤污染及其潛在風險已經引起了世界各國的高度重視。土壤中重金屬污染物對人體健康具有急性或慢性毒性，在環(huán)境中長期停留和積累，通過口腔、呼吸攝入和皮膚吸收等途徑，可直接引發(fā)人體產生各種疾病，如致突變、致畸形、致癌等[1–4]。健康風險評估是估計污染場地對人體健康的危害程度[5–6]。多數發(fā)達國家通過立法來規(guī)范污染場地的環(huán)境管理，形成了較為完備的污染場地風險評估體系。隨著中國城市化的快速發(fā)展，對廢棄場地的再利用已成為中國可持續(xù)發(fā)展的重要課題，而對廢棄場地進行利用通常要首先進行人體健康風險評估[7–8]。本研究中以《污染場地風險評估技術導則》中的環(huán)境健康風險評估方法[9]為基礎，對廣州某鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍搬遷場地土壤中的重金屬殘留污染物進行人體健康風險評估，旨在為染污場地的有效修復與治理及合理開發(fā)利用提供參考。

1 研究地概況

研究場地為以電鍍工業(yè)為主的廣州某鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍城(現已遷往他處)。電鍍城于1994年建成投產，占地面積約20 000 m2。電鍍城內共有電鍍企業(yè)37 家(含部分分車間，實際企業(yè)33家)，電鍍種類主要為鍍鎳、銅、鉻、鋅等(占 74%)。電鍍城所用的主要原料為鉻、鎳、銅、鋅、氰化物、鉻酐、光亮劑、HCl等。電鍍城污水處理站的污水處理規(guī)模為250 t/d。污水處理方法主要為化學還原法。該方法的處理工藝較為簡單、落后，污水處理排污管道等配套設備年久失修，環(huán)境監(jiān)管不夠嚴格，污染物排放不達標和亂排放等現象比較嚴重。電鍍場遷走后的殘余廢棄物較多。

2 方 法

2.1 取樣方法

采用系統(tǒng)分區(qū)布點法于整個場地布設監(jiān)測點位，在污水處理廠等環(huán)境污染健康風險較大的區(qū)域進行加密布點。于表層土壤至地下水水面間分3層(0~<50 cm、50~<100 cm、100 cm至地下水水面)采集土壤樣品105個，將各點位各層次土壤樣品混合后采取四分法留樣，分袋標記。將土壤樣品自然風干，去除植物枝葉、根系和石頭等雜質，充分研磨后過0.15 mm尼龍網篩，由通標標準技術服務有限公司對土壤樣品中的重金屬含量進行測定。

2.2 土壤污染評估值的選取

本電鍍搬遷場的規(guī)劃用地性質為居住用地。中國現已頒布的《土壤環(huán)境質量標準》(GB15618—1995)僅適用于農田、蔬菜地、茶園、牧場、林地、自然保護區(qū)等的土壤，本研究場地不在其評估范圍。筆者將荷蘭的土壤環(huán)境質量評估標準[10]與中國《土壤環(huán)境質量標準》(修訂草案)[11]及北京市《場地土壤環(huán)境風險評估篩選值》(DB11/T811—2011)[12]進行對比后，選取中國和荷蘭土壤評估標準中要求較嚴格的評估值作為本次評估的標準值(表1)，如果土壤樣品重金屬含量的最大值高于標準值，則將該重金屬納入此次健康風險評估的范圍。中國評估標準中Cr6+含量的評估標準值為5.0 mg/kg，所以，本研究中以5.0 mg/kg作為Cr6+含量的評估標準值。

表 1 中國和荷蘭土壤重金屬含量評估標準值及本研究中的評估值Table 1 Comparison the quality standard value of heavy metals in am bient s oil between Chin a and Holl and a nd the evaluation value used in the study

2.3 風險評估方法

采用《污染場地風險評估技術導則》中規(guī)定的程序、方法、推薦模型及參數，運用HERA軟件對土壤中鉻(Cr6+)、鉻(Cr3+)、銅、鋅、鎳、銀等重金屬的含量進行分析，比照 IARC[13]、IRIS[14]中對致癌物質的分類，計算研究場地土壤中鉻(Cr6+)、鉻(Cr3+)、銅、鋅、鎳、銀等重金屬污染物的致癌風險指數和非致癌危害熵(致癌風險指數=暴露劑量×致癌斜率因子；非致癌危害熵=暴露劑量/參考劑量)。受關注重金屬污染物的部分毒性參數見表2。

表2 受關注重金屬污染物的毒性參數Table 2 Toxicity parameters of pollutants mg/(kg·d)

2.4 數據處理

采用 Excel 2007、HERA(v1.0.1)進行數據分析。HERA軟件包括美國ASTM RBCA 2081、英國CLEA導則及中國《污染場地風險評估技術導則》中的主要評估模型，具有界面設計合理、功能齊全、穩(wěn)定性高和操作友好等特點，能快速構建污染場地概念模型，將其與中國《污染場地風險評估技術導則》配套使用，有利于今后中國本土化使用。

3 結果與分析

3.1 場地土壤樣品的主要重金屬含量

將采集樣品中的重金屬含量平均值與本研究中選取的評估標準值(表1)進行比對后，發(fā)現在105個土壤樣品中，鎘、鉛含量未超標，場地中的主要污染物為鉻、銅、鎳，銀、鋅在個別土壤樣品中的含量很高。表3中受關注重金屬，鉻(Cr6+)的超標率最高，達33.33%，屬于場地中的最主要污染物。鋅與銀的超標率最低，均為1.9%，且銀、鋅的最大超標倍數分別為 1.29、60.2，說明場地中只有個別區(qū)域存在鋅含量嚴重超標的現象，而銀的污染區(qū)域和污染劑量均較小。

表3 場地105個土壤樣品中受關注重金屬的含量Table 3 Content of the interested heavy metals at site soil samples

3.2 場地土壤重金屬的健康風險評估

目前只能查到吸入空氣中土壤顆粒途徑的致癌斜率因子參數，而誤食土壤和皮膚吸收等途徑的致癌風險參數至今沒有權威的認證結果可供參考。將本研究結果與文獻[13]、[14]進行比對，發(fā)現場地中鉻(Cr6+)和鎳將會對人體產生致癌風險。

經計算，Cr6+的通過吸入室內、室外土壤顆粒物等暴露途徑的致癌風險指數分別為1.59×10–6、3.30×10–7；鎳的通過吸入室內、室外土壤顆粒物等暴露途徑的致癌風險指數分別為 1.91×10–6、3.98× 10–7。將土壤中重金屬污染物的致癌風險指數按各暴露途徑相加，鉻(Cr6+)和鎳基于人體健康的致癌風險指數分別為1.92×10–6和 2.31×10–6，都高于其風險閾值(1×10–6)，表明該場地中的鉻(Cr6+)和鎳具有一定的致癌風險。

理論上，該場地中6種超標重金屬污染物均會對該場地的人類活動造成一定的危害。由6種超標重金屬污染物的非致癌危害熵(表4)可知，除鉻(Cr6+)和鋅外，其余4種重金屬污染的非致癌危害熵均大于其基準值 1，說明該場地土壤中的鉻、銅、鎳和銀對該場地的人類活動具有非致癌危害。

表4 場地中土壤重金屬各暴露途徑的非致癌危害熵Table 4 Quotient of non-carcinogenic hazard of heavy metal pollutants in various exposure ways at site soil

4 結論與討論

本研究場地土壤中鉻(Cr6+)和鎳的致癌風險指數分別為1.92×10–6和2.31×10–6，均高于其風險閾值1×10–6，表明該場地中的重金屬污染對人類具有一定的致癌風險。場地土壤中的鉻(Cr3+)、鎳、銅、銀的非致癌危害熵分別為16.7、20.8、4.68、1.48，均高于其基準值 1，表明場地中的重金屬污染對人類具有一定的非致癌危害。

該場地土壤中的鋅雖然超標，但評估結果表明其既不具有致癌危險，也不具有非致癌危害。其原因可能是該場地土壤中只有個別區(qū)域鋅含量超標，鋅在整個場地中并不構成健康風險，也可能是本研究中的評估方法還不夠完善。

本研究中受關注的6種重金屬中，除銅外的其余5種重金屬的平均含量均沒有高于評估值，而除鋅外的 5種重金屬都存在致癌風險或者非致癌危害，說明本研究中根據場地情況確定的標準評估值與《污染場地風險評估技術導則》中提出的程序、方法、推薦模型及參數并不完美契合，評估標準還需要改進和完善。

綜上分析，對本研究中場地的修復和管理應著重做好如下方面的工作：

1) 參考健康風險評估結果和目標污染物的性質及毒理參數，切實加強防護工作。

2) 確定修復范圍及修復土方時，應根據各目標污染物在土壤中的含量高低和位置分布來確定修復重點區(qū)域。

3) 應盡量避開雨季施工，構建引流溝，做好雨水引排工作，防雨水沖刷導致污染物擴散，此外還要防止塵土隨風飛揚造成二次污染。

[1] 張紅振，駱永明，章海波，等．基于 REC 模型的污染場地修復決策支持系統(tǒng)的研究[J]．環(huán)境污染與防治，2011，33(4)：66–70．

[2] 郭笑笑，劉叢強，朱兆洲，等．土壤重金屬污染評估方法[J]．生態(tài)學雜志，2011，30(5)：889–896．

[3] USEPA．Risk assessment guidance for superfund Vol 1：Human health evaluation manual[R]．Washington D C：EPA/540 1∥ –89/002，Final Report，1989．

[4] Congress of United States．Comprehensive Environmental Response，Compensation and Liability Act[DB/OL]. http://www.epa.gov，[2014–01–02](2014–03–15)．

[5] 張廣鑫，邵春巖，陳輝．重金屬污染場地風險評估與治理技術體系研究[J]．環(huán)境保護科學，2013，38(6)：37–40．

[6] 鐘政林，曾光明，楊春平．環(huán)境風險評估研究綜述[J]．環(huán)境與開發(fā)，1998，13(1)：39–41．

[7] 柳偉，葉路生，羅海霞，等．健康風險評估在污染場地土地再利用中的案例探討[J]．安徽農業(yè)科學，2013(3)：1207–1208．

[8] 張紅振，駱永明，夏家淇，等．基于風險的土壤環(huán)境質量標準國際比較與啟示[J]．環(huán)境科學，2011，32(3)：795–803．

[9] 《污染場地風險評估技術導則》(征求意見稿)[S]．

[10] 627 Environment quality standards in the Netherlands [S]．1999．

[11] GB 15618—1995 土壤環(huán)境質量標準(修訂草案)[S]．

[12] DB11/T 811—2011 場地土壤環(huán)境風險評估篩選值[S]．

[13] WHO．Agents Classified by the IARC Monographs，Volumes 1–106[DB/OL]．http: //monographs.iarc.fr/ ENG/ Classification/ClassificationsAlphaOrder.pdf，[2014–01–03] (2014–03–15)．

[14] US EPA．Integrated Risk Information System[DB/OL]. http://www.epa.gov/iris/，[2014–01–05] (2014–03–15)．

責任編輯：王賽群

英文編輯：王 庫

Health risk assessments of soil polluted by heavy metals at a site of relocated electroplating

ZHOU Ding1，ZHOU Jian-min2，PENG Xiao-chun2，GONG Dao-xin1*，HONG Hong-jia2，LI Fang-hong1
(1.College of Resource and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.South China Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510000, China)

Health risk assessments of soil polluted by heavy metals were conducted at a relocated electroplating site in Guangzhou using HERA package according to the methods from “Guidelines for Risk Assessment of Contaminated Sites”. The results showed that: ① the carcinogenic risk index of chromium(Cr6+) and nickel in soil at this site were 1.92×10–6and 2.31×10–6respectively, both higher than the regulated critical values of 1×10–6, which suggested they had higher carcinogenic risk. ② the non-carcinogenic hazard quotient of four kinds of heavy metals, namely, chromium(Cr3+), nickel, copper, silver were 16.7, 20.8, 4.68, and 1.48 respectively, they all exceeded the base value of 1.These indicated that chromium(Cr3+) and nickel had higher level of non-carcinogenic hazard in soil, and copper and silver had non-carcinogenic hazard in certain degree. ③ According to the assessments results, we proposed a series of suggestions for the site management and restoration, such as how to determine the kernel repaired areas based on the content and distribution of pollutants, how to prevent these pollutants from spread, how to strengthen the protection and management of this site, and so on.

relocated electroplating site; soil heavy metals pollution; carcinogenic risk index; quotient of noncarcinogenic hazard

X502.3

A

1007?1032(2014)03?0321?04

10.13331/j.cnki.jhau.2014.03.019

投稿網址：http://www.hunau.net/qks

2014–03–21

國家環(huán)境保護公益性行業(yè)科研專項(201109024、201309003)；國家“863”計劃項目(SQ2009AA06XK1482462)

周鼎(1988––)，男，湖南長沙人，碩士研究生，主要從事環(huán)境科學研究，102856342@qq.com；*通信作者，gdx4910@163.com