榆林市區(qū)大氣主要污染物健康風險評價

董 潔，張 普，李 楠，田澤昊

(西北大學 城市與環(huán)境學院，陜西 西安 710127)

榆林市位于陜西省最北部，處于晉、陜、蒙、寧能源富集區(qū)中心位置。總面積達43 578 km2，約占陜西省總面積的21%。東西長 385 km，南北寬約 263 km，地處 107°28＇～111°15＇E，36°57＇～39°34＇N 之間。年降雨量 316 ～ 513 mm，年內(nèi)分布極不均勻，6-9月降雨量占全年降雨量的75%，屬溫帶干旱、半干旱大陸性季風氣候，四季分明，氣候干燥，降水較少，春季多風沙，時有沙塵天氣出現(xiàn)。2010年底，全市人口335.14萬人，城區(qū)人口總數(shù)為 63.76萬人，是 2005年 30萬人的2.12倍?！笆晃濉逼陂g，榆林市成為國內(nèi)外知名企業(yè)和重大項目的集聚地、全國重要的能源輸出地，可是煤炭、礦產(chǎn)等資源的開發(fā)過程引起了諸多的環(huán)境問題[1，2]，陜北地區(qū)受大氣污染物污染嚴重，但對人體所造成的健康風險卻鮮有研究。本研究以榆林市《環(huán)境質(zhì)量報告書》中的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了大氣中 SO2、NO2和 PM10的濃度特征，并利用美國環(huán)保局推薦的健康風險評價模型對不同的大氣污染物對人體的健康風險進行了評估。這為公眾提供了空氣質(zhì)量狀況，為決策者在制定環(huán)保政策時提供技術(shù)依據(jù)，并為大氣環(huán)境污染的治理和科學決策提供科學依據(jù)。

1 榆林市大氣污染物研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)主要來源于榆林市《環(huán)境質(zhì)量報告書》，部分數(shù)據(jù)來自于陜西省統(tǒng)計年鑒，并運用 Excel軟件對數(shù)據(jù)進行分析和處理。

1.2 暴露劑量計算方法

根據(jù)美國環(huán)境保護局制定的暴露因素手冊，污染物一般通過攝食、呼吸與皮膚接觸三種途徑進入人體，而 SO2、NO2和PM10等大氣污染物的主要暴露途徑是經(jīng)呼吸暴露[3]，因此用公式(1)來計算經(jīng)呼吸途徑的暴露劑量。其中非致癌物質(zhì)通常用日均暴露劑量[average daily dose，ADD，mg/(kg·d)]表示，致癌物質(zhì)通常用終身日均暴露劑量[life average daily dose，LADD，mg/(kg·d)]表示:

式中:C為污染物的濃度，mg/m3;IR為呼吸速率，m3/d;ED為暴露持續(xù)時間，d;BW為體重，kg;AT為平均暴露時間，d。

1.3 健康風險評價模型

根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)和國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)的研究結(jié)果，將污染物分為基因毒物質(zhì)(包括致癌物質(zhì)和放射性物質(zhì))和軀體毒物質(zhì)(非致癌物質(zhì))。本研究中 SO2和NO2為非致癌物，而PM10中的負載物質(zhì)屬于致癌性物質(zhì)，但是因為不能確定其內(nèi)的具體成分和含量，在健康風險評價中先不予考慮。

1.3.1 基于基因毒物質(zhì)的風險評價模型

基因毒物質(zhì)主要包括化學致癌物質(zhì)和放射性物質(zhì)，往往放射性物質(zhì)的含量很小，一般很難檢測其具體含量，因此主要考慮化學致癌物質(zhì)，其所致的危害可按公式(2)計算[4]:

式中:Rij為致癌性污染物 i經(jīng)暴露途徑 j所引起的健康風險，1/年;LADD為致癌物質(zhì) i的終身日均暴露劑量，mg/(kg·d);SF為放射性或其他污染物 i的致癌強度系數(shù)，kg·d/mg;70為人均壽命，年。

1.3.2 基于軀體毒物質(zhì)的風險評價模型

軀體毒物質(zhì)即非致癌污染物所致的健康危害按公式(4)來計算[5]:

式中:Rij為非致癌性污染物i經(jīng)暴露途徑 j所引起的健康風險，1/年;ADD為非致癌物質(zhì)的日均暴露劑量，mg/(kg·d);10-6為與RfD相對應的可接受危險度水平;RfD為參考劑量(reference dose)，mg/(kg·d);70為人均壽命，年。

1.4 模型參數(shù)的選擇

1.4.1 暴露參數(shù)的本地化

由于我國民族多元且疆域遼闊的特殊性，缺乏足夠的數(shù)據(jù)來制定一套標準供暴露參數(shù)的研究，因此在健康風險評價中往往引用美國的暴露參數(shù)[6-7]，但是由于我國人群的體質(zhì)與西方差距很大，所以需根據(jù)我國人群體質(zhì)(體重)的實際情況對個別參數(shù)進行修改。本研究的體重BW數(shù)據(jù)采用2010年國民體質(zhì)監(jiān)測公報(國家體育總局.2011.2010國民體質(zhì)監(jiān)測公報.http://www.gov.cn/test/2012-04/19/content_2117320.htm)中的全國平均值，經(jīng)呼吸暴露進入人體的相關(guān)暴露參數(shù)見表1。

表1 經(jīng)呼吸途徑進入人體的暴露參數(shù)[6-7]

1.4.2 參考劑量的確定

參考劑量(RfD)由美國環(huán)保局首先提出，它是指環(huán)境介質(zhì)(空氣、水、土壤、食品等)中化學物質(zhì)的日平均接觸劑量的估計值。對于非致癌物所致的健康風險評價，參考劑量見表2[8，9-10]

表2 非致癌物參考劑量mg·kg-1·d-1

2 結(jié)果分析與討論

2.1 2006—2011年大氣中主要污染物濃度變化趨勢

由表 3可知，2006—2007年 SO2年均濃度有所上升，2008—2009年其年均濃度呈下降趨勢，隨后兩年濃度逐步上升。2006—2011年六年間 SO2年平均濃度符合國家二級標準(表 4)，年均值為 0.043 mg/m3。2006—2007年 NO2年均濃度有所下降，然而在2008—2011年間，NO2年均濃度呈逐步上升趨勢，但仍未超出國家二級標準限定值，年均值為0.032 mg/m3。2006—2011這五年間，PM10平均濃度逐年下降，年均值為0.109 mg/m3，超出了國家二級標準，特別是在2007年 PM10年均濃度為0.128 mg/m3，超出二級標準的1.28 倍。

表3 2006—2011年間主要大氣污染物年平均濃度mg/m3

表4 環(huán)境空氣質(zhì)量評價標準 mg/m3

2.2 2006—2011年間大氣中主要污染物的時間變化規(guī)律

榆陽區(qū)SO2污染由重到輕的季節(jié)變化規(guī)律為:一季度 ＞四季度＞二季度 ＞三季度，濃度最高值出現(xiàn)在2006年四季度，最低值出現(xiàn)在2009年三季度(圖1)。第一季度和第四季度即采暖期的年均濃度明顯超出二級標準0.06 mg/m3。榆林市區(qū)空氣污染仍屬典型的北方煤煙型污染，冬季采暖期受燃煤影響污染加重，大氣污染物濃度顯著升高，而且又因為其冬季氣候干燥、少雨、風小，逆溫現(xiàn)象嚴重等不利于污染物擴散的特征，使SO2濃度呈明顯的季節(jié)變化規(guī)律[11]。

圖1 2006—2011年間SO2和NO2濃度季節(jié)變化圖

圖2 2007—2011年間可吸入顆粒物濃度季節(jié)變化

2006—2011年間，榆陽區(qū) NO2濃度由重到輕的季節(jié)變化規(guī)律為:四季度＞一季度 ＞二季度 ＞三季度，濃度最高值出現(xiàn)在2010年四季度，最低值出現(xiàn)在2007年二季度。冬季排放量稍多，可能受采暖期大量燃煤影響。同時可看出NO2的污染比較穩(wěn)定而且年均濃度明顯低于二級標準0.08 mg/m3，無顯著的年變化趨勢，峰值不明顯，這是因為 NO2主要受到機動車尾氣影響，所以年均濃度差異很小。

2007—2011年間，榆陽區(qū)可吸入顆粒物污染由重到輕的季節(jié)變化規(guī)律為二季度＞一季度＞四季度＞三季度，最高濃度出現(xiàn)在2007年一季度，為0.158 mg/m3，最低濃度出現(xiàn)在2010年三季度，為0.064 mg/m3(圖 2)。另外，可吸入顆粒物污染高峰期主要出現(xiàn)在每年第一、二季度，明顯超過了二級標準0.1 mg/m3的1.2倍左右，這與榆林市春天多風的揚沙氣候相吻合。

2.3 健康風險評價

結(jié)合表1的暴露參數(shù)和2006～2011六年間不同季度的污染物年均濃度，代入公式(1)中，可得到不同季度榆林市區(qū)大氣中 SO2、NO2的日均暴露量 ADD[mg/(kg·d)]，將其代入公式(4)，可得出六年間各季度不同人群因吸入SO2和 NO2導致的非致癌健康風險，見表5和圖3。由表可知，榆林市區(qū)人群的年均健康風險在 1.964 99×10-9～9.851 47×10-9之間，總風險值在 4.497 46 ×10-9～1.343 254×10-8之間，均低于美國環(huán)境規(guī)劃署(EPA)制定的最大可接受風險水平[12]。由此可得出，榆林市區(qū)大氣污染物對人體的健康風險影響處于較低狀態(tài)，然而在評價健康風險時由于不能確定PM10中的具體成分和含量，因而并未考慮PM10的作用，但根據(jù)表3得出PM10的六年平均濃度分別是 SO2和 NO2的2.53倍和 3.41倍，這是榆林市區(qū)的首要大氣污染物，而且PM10中的負載物質(zhì)成分復雜，并不是單獨作用于人體，因此所產(chǎn)生的健康風險會高于SO2和 NO2導致的健康風險。

表5 榆林市區(qū)不同季度SO2和NO2對不同人群的年均健康風險 10-9/a

從圖3可看出，不同季度SO2對人群的健康風險有明顯的規(guī)律。一、四季度SO2對各人群的健康風險明顯大于二、三季度的健康風險，高出二、三季度健康風險的4倍。這是因為榆林市屬典型的煤煙型城市，冬季采暖期大量燃煤，使污染加重，導致大氣污染物濃度顯著升高，因而其健康風險也明顯增大。然而春夏氣溫較高，使大氣穩(wěn)定度降低，利于大氣顆粒物擴散[13]，因而健康風險較小。不同季度 NO2對人群的健康風險并無較大差異，第四季度較其它季度高1～1.6倍。這是由于 NO2主要受機動車尾氣影響，因而無顯著的變化趨勢。

另外，兩種污染物對不同人群的健康風險總體上有相同的趨勢，均呈現(xiàn)成年男性 ＞成年女性 ＞兒童的規(guī)律，這與日均暴露量的規(guī)律相一致。污染物對成年男性的健康風險是對成年女性和兒童的1.11倍，這可能是由于成年男性的呼吸速率高于女性[14]，且更多的接觸室外環(huán)境，暴露時間和暴露頻率相對較多，因此對成年男性的健康風險大于對成年女性的健康風險。

圖3 榆林市區(qū)不同季度SO2和NO2對不同人群的健康風險圖

3 結(jié)語

(1)榆林市空氣污染屬典型的北方煤煙型污染，同時受風沙氣候影響。市區(qū)首要空氣污染物為可吸入顆粒物，其次為二氧化硫，二氧化氮的影響最輕。顆粒物污染以春季為重，最高濃度超出二級標準的6倍，二氧化硫污染以采暖期為主而且超出了二級標準的2倍，二氧化氮季節(jié)變化不明顯并未超出二級標準。

(2)榆林市區(qū)SO2和NO2等大氣污染物濃度冬季高于夏季，這主要是由于冬季采暖期大量燃煤，加上氣候干燥、少雨等不利于污染物擴散的條件所致。

(3)榆林市區(qū)不同人群因吸入SO2和NO2所導致的健康風險在 1.964 99×10-9～9.851 47×10-9之間，總風險值在4.497 46 ×10-9～1.343 254 ×10-8之間，遠小于最大可接受風險水平，不會對人體健康產(chǎn)生較大不利影響。

(4)不同季節(jié)各人群因吸入SO2所導致的健康風險有明顯的變化趨勢:一季度＞四季度＞二季度＞三季度，其中一、四季度人群的健康風險是二、三季度的4倍，這與冬季采暖期煤炭消耗大，產(chǎn)生的污染物濃度較高有關(guān)。然而不同季節(jié)NO2對各人群的健康風險并無較大差異，這是因為NO2與機動車尾氣的排放量有關(guān)。

(5)SO2和NO2對不同人群的健康風險總體上有相同的規(guī)律，成年男性的非致癌風險最高，其次是成年女性，兒童的非致癌風險最低。

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