東北地區(qū)典型石油污染場地的地下水土污染健康風(fēng)險評價

李夢龍，董維紅，鮑立新，寇 程(.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，長春 30000；.遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，沈陽0000)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，大部分人類生產(chǎn)生活所需的有機(jī)化合物基本都與石油化工有關(guān)[1]。石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給人們的生活和工作提供了很大的幫助，但由于早期技術(shù)與管理的缺陷，石油污染也逐步蠶食著人類健康與周圍的環(huán)境。目前，由于早期開發(fā)的石化項(xiàng)目未對場地的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、儲油罐罐體的最大承受能力以及相關(guān)防滲標(biāo)準(zhǔn)做出嚴(yán)格的界定[2]，導(dǎo)致各地地下儲油罐罐體的泄漏污染事故頻發(fā)，對周圍的環(huán)境系統(tǒng)造成了極其嚴(yán)重的污染[3]。

污染場地健康風(fēng)險評價指對已經(jīng)或可能造成污染的場地中各種污染物產(chǎn)生的人體健康危害進(jìn)行定性和定量估算。近年來，國外已成功將模糊頂點(diǎn)分析法和隨機(jī)模糊法等風(fēng)險評價方法運(yùn)用到石油污染場地評價及治理。但由于技術(shù)水平受限和缺乏相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等原因，目前我國尚未擁有符合自身國情的污染場地風(fēng)險評價體系。

本次研究針對石油污染場地的特征，以東北某典型石油污染區(qū)地下水、土為研究對象，對石油污染場地進(jìn)行人體健康風(fēng)險評價，為同類場地風(fēng)險評價提供理論和技術(shù)依據(jù)，同時為進(jìn)一步開展污染場地修復(fù)工作及修復(fù)目標(biāo)的確定提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究選擇的石油污染區(qū)位于中國東北地區(qū)的某個油田開采區(qū)[4]，面積約100 m×80 m的矩形區(qū)域(圖1)。該區(qū)地勢平坦，地層巖性以第四系全新統(tǒng)亞砂土為主，厚度在20～23 m之間。

第四系松散巖類孔隙潛水含水層在區(qū)內(nèi)分布較廣，從下往上主要包括：下更新統(tǒng)白土山組砂礫石孔隙承壓水、上更新統(tǒng)顧?quán)l(xiāng)屯組孔隙潛水、全新統(tǒng)孔隙含水層。研究區(qū)居住人群主要供水水源位于研究區(qū)東北向100 m處，以全新統(tǒng)孔隙承壓水含水層作為首選攝入供水層。地下水的補(bǔ)給和排泄方式均以側(cè)向徑流方式為主[4]，在垂向上因?yàn)檎麄€含水層的上部存在著連續(xù)的黏土層，對應(yīng)著區(qū)域內(nèi)的降雨補(bǔ)給和蒸散發(fā)量也相對較小。地下水的流向?yàn)闁|南→西北，平均水力坡度0.5%。

圖1 研究區(qū)污染情況分布圖

1.2 場地污染情況

區(qū)內(nèi)東南部存在一口由于油水分離器破裂而造成石油泄漏的漏油井，在居民住房的東側(cè)約30 m處還有一口漏油井目前尚處于石油泄漏的狀態(tài)，已形成了一個約150 m2的油污坑。由近幾年的監(jiān)測結(jié)果以及對土壤、水樣的分析可知，區(qū)內(nèi)土壤及含水層中苯和萘等污染物質(zhì)的濃度均嚴(yán)重超標(biāo)，居民的健康正受到威脅。

圖2是場地地下水中部地下水中總石油烴(TPH-Total Petroleum Hydrocarbons)濃度等值線圖，可以看出石油烴污染暈擴(kuò)散方向與地下水流向大致相同，總石油烴濃度在污染源附近的Z36孔最高，向下游逐漸降低，Z33孔、Z34孔等位置濃度已降至0.1 mg/L左右，再向下游的TPH濃度則低于0.1 mg/L，趨于背景環(huán)境值[4]場地地下水淺部石油烴污染暈總體形態(tài)與中部相似，說明污染源附近地下水在淺層、中層位置均受到了污染。

圖2 場地地下水中部TPH濃度等值線圖(2013年4月)

1.3 評價方法

健康風(fēng)險評價主要遵循危害識別、毒性評估、暴露評估、風(fēng)險表征4個步驟[5]。其中，危害識別主要是通過現(xiàn)場采樣監(jiān)測，確定場地內(nèi)目標(biāo)污染物的種類、濃度；毒性評估主要是確定目標(biāo)污染物的毒性參數(shù)；暴露評估主要是確定完整的暴露途徑、暴露受體及暴露量計(jì)算模型；風(fēng)險表征主要是依據(jù)前3步的工作結(jié)果，采用模型計(jì)算完整暴露途徑下特定暴露受體的健康風(fēng)險。此處對暴露評估模型與風(fēng)險表征模型進(jìn)行詳細(xì)描述，具體形式如下。

1.3.1暴露評估模型

暴露量按不同暴露途徑進(jìn)行計(jì)算，攝入污染地下水途徑暴露量[6]：

(1)

式中：ADD為地下水污染物攝入量，mg/(kg·d)；CW為地下水中污染物濃度，mg/L；IR為飲水量，L/d；EF為暴露頻率，d/a；ED為暴露周期，a；BW為人群平均質(zhì)量，kg；AT為平均暴露時間，d。

直接攝入污染土壤途徑暴露量[7]：

OISERCa=

(2)

式中：OISERca為土壤污染物攝入量(致癌效應(yīng))，mg/(kg·d)；OSIRc為兒童每日攝入土壤量，mg/d；OSIRa為成人每日攝入土壤量，mg/d；EDc為兒童暴露周期，a；EDa為成人暴露周期，a；EFc為兒童暴露頻率，d/a；EFa為成人暴露頻率，d/a；BWc為兒童平均體重，kg；BWa為成人平均體重，kg；ABSo為經(jīng)口攝入吸收效率因子(無量綱，一般取值為1)；ATca為致癌效應(yīng)的平均時間，d。

對于污染物非致癌效應(yīng)而言，僅考慮人體在兒童期暴露所受到的危害，直接攝入污染土壤途徑暴露量[7]:

(3)

式中：OISERnc為土壤污染物攝入量(非致癌效應(yīng))，mg/(kg·d)；ATnc為非致癌效應(yīng)平均時間，d；其余各項(xiàng)含義詳見公式(2)。

1.3.2風(fēng)險表征模型

攝入污染地下水途徑下的致癌風(fēng)險及非致癌風(fēng)險控制值計(jì)算公式[7]如下：

R1=ADD·SF

(5)

式中：R1為攝入地下水污染途徑的致癌風(fēng)險(無量綱)；SF為致癌風(fēng)險斜率因子，(kg·d)/mg；R2為攝入地下水污染途徑的非致癌風(fēng)險；RfD為地下水污染物攝入?yún)⒖紕┝?，mg/(kg·d)；其余各項(xiàng)含義詳見公式(1)。

直接攝入污染土壤污染途徑下，土壤致癌風(fēng)險及非致癌風(fēng)險控制值按如下公式[7]計(jì)算：

CRois=OISERca·Csur·SFo

(7)

式中：CRois為攝入土壤污染途徑的致癌風(fēng)險(無量綱)；Csur為表層土壤中污染物濃度，mg/kg；HCVSois為基于攝入污染土壤途徑非致癌效應(yīng)的土壤風(fēng)險控制值，mg/kg；AHQ為可接受危險商(無量綱，一般取值為1)；其余各項(xiàng)含義詳見前述公式。

2 風(fēng)險評價結(jié)果

2.1 危害識別

2013年7月采集的42個地下水樣品及116個土壤樣品全掃描結(jié)果表明，地下環(huán)境系統(tǒng)中半揮發(fā)性組分檢出率較低，揮發(fā)性組分如鄰二甲苯、乙苯等檢出率均小于10%，而苯、甲苯、萘在大多數(shù)樣品中均被檢出，因此本次研究選擇苯、甲苯、萘進(jìn)一步分析。

2.1.1場地地下水目標(biāo)污染物的確定

將42個取樣孔污染物實(shí)測濃度分別與U.S.EPA飲用水標(biāo)準(zhǔn)的最大濃度限值、美國9區(qū)場地自來水篩選標(biāo)準(zhǔn)及我國環(huán)保部發(fā)布的《污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則(發(fā)布稿)》[8]中的飲用水安全限值作對比，超標(biāo)率計(jì)算按照超標(biāo)率=超標(biāo)孔數(shù)量/取樣孔總數(shù)進(jìn)行，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

計(jì)算統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，場地地下水中苯的含量均有不同程度的超標(biāo)情況，而甲苯和萘僅在與水質(zhì)要求較高的美國環(huán)保局9區(qū)場地自來水篩選標(biāo)準(zhǔn)比較中存在超標(biāo)，超標(biāo)率分別為4.76%和100.00%。由于甲苯無致癌性，且超標(biāo)率較低，因此最終將苯和萘兩種組分確定為場地地下水污染風(fēng)險評價的首要目標(biāo)污染物。

2.1.2場地表層土壤目標(biāo)污染物的確定

考慮到場地內(nèi)主要為開采油田、工廠及其附屬設(shè)施用地，筆者采用《污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則(發(fā)布稿)》和美國環(huán)保局9區(qū)場地通用篩選值中工業(yè)用地的土壤篩選標(biāo)準(zhǔn)[4]來判斷場地表層土壤污染組分含量是否達(dá)到風(fēng)險啟動值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2表明，在不同評價標(biāo)準(zhǔn)下，場地土壤中苯和萘存在不同程度的超標(biāo)，而甲苯的含量低于各標(biāo)準(zhǔn)的篩選值，超標(biāo)率為0，因此在表層土壤污染組分的人體健康風(fēng)險評價過程中同樣選擇苯和萘作為首要目標(biāo)污染物。

表1 不同評價標(biāo)準(zhǔn)下場地地下水污染物超標(biāo)情況

表2 不同評價標(biāo)準(zhǔn)下場地表層土壤污染物超標(biāo)情況

2.2 毒性評估

根據(jù)U.S.EPA的致癌物質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，評價涉及的兩種污染物中苯具有致癌性，其致癌風(fēng)險斜率斜率因子SF[9]苯0.005 5 mg/(kg·d)，非致癌性采用參考劑量RfD[9][苯0.000 4 mg/(kg·d)、萘0.020 0 mg/(kg·d)]表述。

2.3 暴露評估

參考《污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則(發(fā)布稿)》及《中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)年鑒 》[10]，暴露評估模型中具體參數(shù)取值見表3，計(jì)算結(jié)果見表4。

表3 暴露評估模型中的暴露量參數(shù)

表4 場地地下水苯、萘暴露量計(jì)算結(jié)果

由表4可知，在攝入地下水污染途徑中，苯的致癌及非致癌效應(yīng)暴露量均大于萘，因此在下一步人體健康風(fēng)險控制值的計(jì)算中應(yīng)著重考慮苯。經(jīng)計(jì)算土壤暴露量(固定值)為OISERca=1.568×10-6，OISERnc=12.062×10-6。

2.4 風(fēng)險表征

污染場地地下水及土壤健康風(fēng)險計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 場地土壤和地下水中的污染物風(fēng)險計(jì)算結(jié)果

由表5可知，苯是場地測出的人體健康致癌風(fēng)險主要成分，風(fēng)險最大值為土壤：6.52×10-6，地下水：4.69×10-6。苯和萘在場地中測出的人體健康非致癌風(fēng)險值為土壤：3.32×10-11(苯)、1.66×10-9(萘)，地下水：0.759(苯)、1.09×10-2(萘)。

3 場地污染物修復(fù)優(yōu)先順序及修復(fù)目標(biāo)

3.1 污染物修復(fù)優(yōu)先級分析

依據(jù)污染場地污染物致癌及非致癌風(fēng)險控制值計(jì)算結(jié)果，在直接攝入污染土壤途徑下，萘是造成人體健康非致癌風(fēng)險的首要污染物，其非致癌風(fēng)險控制值遠(yuǎn)大于其余石油烴類污染物；在飲用污染地下水途徑中,苯是造成人體健康致癌風(fēng)險的主要目標(biāo)污染物。

因此，苯和萘這兩種污染物均可對石油污染場內(nèi)的人群健康及生活環(huán)境造成較大的危害。苯是污染場內(nèi)攝入污染地下水途徑的致癌效應(yīng)污染物，且含量較高，在修復(fù)工作中應(yīng)優(yōu)先去除。

3.2 修復(fù)限值

就污染場地的可接受風(fēng)險水平而言，以可接受非致癌危害商HQ≤1[11]為上限，即當(dāng)HQ>1時，認(rèn)定受體所承受的非致癌風(fēng)險在不可接受范圍之內(nèi)，反之，當(dāng)HQ<1時，認(rèn)定污染物不會對污染場內(nèi)人體健康造成明顯不利的非致癌影響，因此本文采用HQ=1作為單一污染物目標(biāo)可接受危險商。通常，致癌風(fēng)險TR在10-6～10-4為可接受的，基于最大限度保護(hù)人體健康的考慮，本文擬用TR=10-6作為單一污染物目標(biāo)可接受致癌風(fēng)險值。單一污染物基于不同暴露途徑下致癌風(fēng)險及非致癌風(fēng)險的修復(fù)限值計(jì)算公式[12]詳見表6。

污染場地的水土修復(fù)目標(biāo)會由于場地用途存在一定的差異性。考慮到污染場地周圍居住人群的實(shí)際情況以及修復(fù)經(jīng)費(fèi)等方面，本文將污染物修復(fù)限值的最小值作為初級修復(fù)目標(biāo)，具體結(jié)果見表7。為降低健康風(fēng)險，保證居民的健康情況，土壤中苯和萘的濃度應(yīng)分別降低到：33.162和165.510 mg/kg；地下水中苯和萘的濃度應(yīng)分別降低到0.213和21.292 mg/L。

表6 不同暴露途徑污染物致癌及非致癌風(fēng)險修復(fù)限值的計(jì)算公式

注：RBSLGW為基于飲用地下水途徑致癌風(fēng)險地下水修復(fù)目標(biāo)值，mg/L；HBSLGW為基于飲用地下水途徑非致癌風(fēng)險地下水修復(fù)目標(biāo)值，mg/L；RSRLsoil為所有途徑致癌風(fēng)險土壤修復(fù)目標(biāo)值，mg/kg；HSRLsoil為所有途徑非致癌風(fēng)險土壤修復(fù)目標(biāo)值，mg/kg；OIWca為經(jīng)口攝入地下水暴露量(致癌效應(yīng))；OIWnc為經(jīng)口攝入地下水暴露量(非致癌效應(yīng))；THQ為目標(biāo)可接受危險商(無量綱)；TR為目標(biāo)可接受致癌風(fēng)險(無量綱，取值為10-6)；ACR為可接受致癌風(fēng)險概率(無量綱，取值為10-6)；AHQ為可接受非致癌危險商(無量綱，取值為1)。

表7 石油污染場地地下水土污染初級修復(fù)目標(biāo)

4 結(jié) 語

污染場地受石油污染影響，各水質(zhì)、土壤監(jiān)測點(diǎn)均可檢出對人體健康造成威脅的石油烴類污染物，水土環(huán)境已受較嚴(yán)重的污染。依據(jù)人體健康風(fēng)險評價結(jié)果，土壤中主要石油烴類污染物為苯和萘，盡管苯的致癌效應(yīng)風(fēng)險控制值高于萘，但由于土壤中苯的含量相對較低，因此在只考慮萘的非致癌風(fēng)險效應(yīng)而不考慮苯的致癌風(fēng)險效應(yīng)對人體健康的影響，進(jìn)行場地土壤修復(fù)時萘應(yīng)作為主要目標(biāo)污染物優(yōu)先去除。區(qū)內(nèi)的地下水檢出的主要石油烴類污染物為苯，由于苯具有極大的毒性且評價得出苯的致癌效應(yīng)風(fēng)險控制值遠(yuǎn)大于安全限值10-6，故在場地地下水的修復(fù)工作中優(yōu)先除去的污染物質(zhì)為苯。

由于我國污染場地風(fēng)險評價尚處起步階段，本文借鑒了國外的安全評價體系，模型所選參數(shù)可能與實(shí)際污染場地的特征參數(shù)有所差異，污染物修復(fù)限值的計(jì)算結(jié)果可能存在一定誤差，但選取的修復(fù)目標(biāo)可將風(fēng)險降低至人體健康可接受水平，充分考慮了人體和環(huán)境健康的需求。

當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門應(yīng)盡快對污染場地內(nèi)的采油井和漏油井進(jìn)行維修工作或更換采油設(shè)備，以避免類似的石油泄漏污染事件等情況再次發(fā)生。鑒于場地內(nèi)石油烴類污染物苯和萘的濃度較高，在進(jìn)行場地修復(fù)的同時，應(yīng)盡快將已暴露在污染物中的居住人群撤離污染場地，避免因長期接觸污染物導(dǎo)致不良后果。

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