上海市某場(chǎng)地土壤中PAHs的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

周 瓊， 仵彥卿

(上海交通大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201100)

環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)起源于20世紀(jì)70年代，目前在國(guó)際上是相當(dāng)受重視的一項(xiàng)污染場(chǎng)地對(duì)人群健康危害風(fēng)險(xiǎn)的管理手段[1-2].從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)構(gòu)建了許多關(guān)于污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的導(dǎo)則和指南[3].我國(guó)的此項(xiàng)研究開(kāi)始于20世紀(jì)90年代，目前已有一些進(jìn)展和成果.有學(xué)者提出了非水相液體(NAPL)泄漏事故場(chǎng)地地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的快速評(píng)估方法[4].常靜等應(yīng)用美國(guó)EPA的人體暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)上海市中心城區(qū)如文教區(qū)、居民區(qū)等兒童活動(dòng)區(qū)域的地表灰塵重金屬進(jìn)行了健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[5].莫小榮等按照環(huán)保部的技術(shù)導(dǎo)則[6]，選取6種重金屬元素，結(jié)合Pearson及克里金差值法，對(duì)某冶煉廠拆遷場(chǎng)地土壤進(jìn)行了健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[7].施烈焰等比較了RBCA和CLEA兩種模型在重金屬污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用的異同[8].本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)評(píng)價(jià)體系模型，考慮到場(chǎng)地實(shí)際的氣象水文地質(zhì)條件，選取合適的參數(shù)，應(yīng)用到實(shí)際案例中，計(jì)算得到上海市某場(chǎng)地土壤中幾種多環(huán)芳烴類(lèi)物質(zhì)的人體健康風(fēng)險(xiǎn)值，探索符合上海市具體情況的污染場(chǎng)地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系.根據(jù)政府區(qū)劃，為該郊區(qū)工業(yè)用地是否適宜轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)用地提供依據(jù).

1 研究區(qū)概況

1.1 場(chǎng)地位置和歷史用途

本調(diào)查地塊位于上海市遠(yuǎn)郊，東面直接連通黃浦江與杭州灣的河流干流，南靠二級(jí)公路，西邊有近600棟居民樓的大型居住區(qū).區(qū)內(nèi)水域眾多，地勢(shì)平坦，基本呈東北高西南低的傾斜特點(diǎn)，平均高程4.35 m.數(shù)十年來(lái)的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該區(qū)域的地下水潛水水位標(biāo)高穩(wěn)定在2.0～4.0 m的高位狀態(tài)[9].該場(chǎng)地占地面積約15 000 m2，在2006年以前主要為農(nóng)田，自2006年建立廠房至2016年拆除，一直作為木器加工廠，而木器行業(yè)的污染問(wèn)題首要來(lái)自噴漆環(huán)節(jié)，在噴漆過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量顆粒物(如苯、甲苯、二甲苯等)漂浮在空氣中，這些細(xì)小的顆粒物可能會(huì)黏附在屋頂、墻壁上，或沉降到地面，形成清晰可見(jiàn)的“漆渣”.若不進(jìn)行有效處理和堆置，極容易造成所在地塊土壤和地下水甚至地表水的污染[10].該地塊再開(kāi)發(fā)利用的規(guī)劃用途為農(nóng)業(yè)用地或林業(yè)用地.研究區(qū)內(nèi)點(diǎn)位布置情況可見(jiàn)圖1.

1.2 氣象水文條件

該場(chǎng)地位于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫15.9 ℃，多年平均降水量1 098.0 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 196.4 mm.春季多東北風(fēng)和南風(fēng)，夏、秋季以東南風(fēng)為主，冬季則多偏北風(fēng).

與本調(diào)查項(xiàng)目相關(guān)的含水層主要為淺部的潛水含水層-微承壓含水層.該含水層富水性差，水量貧乏，日出水量小于50 m3，其中潛水含水砂層連續(xù)性不強(qiáng)，呈透鏡體狀分布；微承壓含水砂層同樣連續(xù)性不強(qiáng)，以透鏡體的形式存在于軟土層中.區(qū)內(nèi)潛水含水層補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降水的入滲補(bǔ)給，其次是農(nóng)田灌溉入滲及地表水體的滲漏補(bǔ)給.巖性為灰色細(xì)粉砂夾薄層粉質(zhì)黏土，灰色淤泥質(zhì)黏性土及淺灰或黃色砂質(zhì)黏土、灰色細(xì)粉砂互層.土壤具體結(jié)構(gòu)概況可見(jiàn)圖2.

1.3 場(chǎng)地調(diào)查結(jié)果

該地塊使用面積約為15 000 m2，根據(jù)《上海市場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(2016)》，場(chǎng)地詳細(xì)采樣單元面積為40 m*40 m=1 600 m2.結(jié)合實(shí)際情況，共布設(shè)9個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)(編號(hào)S1#～S9#)和5個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)(編號(hào)GW1#～GW5#).其中5個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分3層采樣，分別采集表層土壤(0～20 cm)、深層土壤(100 cm至地下水水位)以及飽和帶土壤(地下水水位以下).現(xiàn)場(chǎng)共采集23個(gè)土壤樣品和5個(gè)地下水樣品.根據(jù)實(shí)驗(yàn)室分析的結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)存在著有機(jī)污染且污染較嚴(yán)重，如表1所示，列出了該場(chǎng)地內(nèi)23個(gè)土壤樣品中檢出的有機(jī)物濃度與《上海市場(chǎng)地土壤環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估篩選值(試行)》[11]中敏感用地標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比情況.從表1可得,所有檢出的17種有機(jī)污染物中，苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘這4種多環(huán)芳烴的含量遠(yuǎn)高于敏感用地標(biāo)準(zhǔn)限值，且檢出率分別是21.74%、17.39%、17.39%和8.69%，分別超標(biāo)22.0倍、4.7倍、6.4倍和2.0倍.對(duì)照點(diǎn)采樣監(jiān)測(cè)的結(jié)果顯示以上4種有機(jī)物都未達(dá)到檢出限的含量，說(shuō)明這4種有機(jī)物在原有土壤里沒(méi)有明顯污染.根據(jù)已有研究成果[12-13]，以上4種多環(huán)芳烴均具有強(qiáng)致癌性、致畸形和致突變性，對(duì)人體的潛在危害極大，被列為優(yōu)先控制污染物[14].故本案例中選取這4種PAHs為關(guān)注污染物進(jìn)行人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究.

表1 土壤樣品中有機(jī)污染物檢測(cè)結(jié)果

2 場(chǎng)地人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)方法

人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(human health risk assessment)一般包括4個(gè)過(guò)程：數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)、暴露評(píng)估、毒性評(píng)估以及風(fēng)險(xiǎn)表征.(1) 數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)：涉及場(chǎng)地地質(zhì)、水文、氣象、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)，場(chǎng)地歷史用途和未來(lái)規(guī)劃數(shù)據(jù)，場(chǎng)地及其周邊受體(居民、水體、自然保護(hù)區(qū)等)，場(chǎng)地土壤與地下水環(huán)境背景值.(2) 暴露評(píng)估：對(duì)每一種要評(píng)價(jià)的化學(xué)污染物、識(shí)別的潛在受體以及暴露途徑，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)估算化學(xué)物質(zhì)暴露濃度，將相關(guān)介質(zhì)(如土壤、地下水、空氣等)中的化學(xué)物質(zhì)濃度轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)劑量、攝入量和吸收率，然后，整理這些暴露的大小、頻率和持續(xù)時(shí)間，估算特定時(shí)期內(nèi)的每日攝入量.(3) 毒性評(píng)估：對(duì)每一種與這些暴露有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)可能產(chǎn)生的潛在不良健康影響進(jìn)行評(píng)估.在毒性評(píng)估中，對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中要評(píng)價(jià)的每一種化學(xué)物質(zhì)，評(píng)估暴露范圍和毒性損傷或疾病程度之間的關(guān)系，提出特定化學(xué)物質(zhì)的毒性值，如致癌(carcinogens)化合物的癌癥斜率因子(SFs)、非致癌化學(xué)物質(zhì)的參考劑量(RfDs)或參考濃度(RfCs).(4) 風(fēng)險(xiǎn)表征：整合毒性評(píng)價(jià)和暴露評(píng)價(jià)結(jié)果，估算識(shí)別的受體人群的化學(xué)物質(zhì)吸收量，定量估算致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行不確定性分析.

2.2 健康風(fēng)險(xiǎn)暴露模型

本研究參考美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)推薦的暴露模型，由于該地塊再開(kāi)發(fā)利用的規(guī)劃用途為農(nóng)業(yè)用地，且選取的苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘4種多環(huán)芳烴都為半揮發(fā)性有機(jī)物，污染物濃度檢出的樣品都采集自0～60 cm的表層土.故采用敏感用地方式下4種不同的暴露途徑的計(jì)算公式，致癌暴露量可表述為：

式中：OISERca為經(jīng)口攝入土壤暴露量(致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1；DCSERca為皮膚接觸的土壤暴露量(致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1；PISERca為吸入土壤顆粒物的土壤暴露量(致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1；IoVERca1為吸入室外空氣中來(lái)自表層土壤的氣態(tài)污染物對(duì)應(yīng)的土壤暴露量(致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1.非致癌暴露量可表述為：

式中：OISERnc為經(jīng)口攝入土壤暴露量(非致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1；DCSERnc為皮膚接觸途徑的土壤暴露量(非致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1；PISERnc為吸入土壤顆粒物的土壤暴露量(非致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1；IoVERnc1為吸入室外空氣中來(lái)自表層土壤的氣態(tài)污染物對(duì)應(yīng)的土壤暴露量(非致癌效應(yīng))，kg土壤*kg-1體重*d-1.

表2 暴露參數(shù)取值

2.3 暴露評(píng)估

根據(jù)2.2中的暴露模型，結(jié)合實(shí)際情況確定各參數(shù)的取值，如表2所示.其中，皮膚接觸吸收效率因子(ABsd)依據(jù)污染物的種類(lèi)不同而各有不同，按照美國(guó)環(huán)保局第3、6、9區(qū)分局“區(qū)域篩選值總表”[15]中參考得到苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘的該項(xiàng)參數(shù)都為0.13.暴露皮膚表面積(SAE)根據(jù)公式SAE=239×H0.417×BW0.517×SER計(jì)算.另外，表層土壤中污染物揮發(fā)對(duì)應(yīng)的室外空氣中的土壤含量(VFsuroa)根據(jù)污染物擴(kuò)散進(jìn)入室外空氣的揮發(fā)因子計(jì)算模型得到.表層土壤中污染物擴(kuò)散進(jìn)入室外空氣的揮發(fā)因子公式如下：

通過(guò)表2中的數(shù)值和2.2中的暴露模型計(jì)算得出，幾種多環(huán)芳烴在4種不同情景下的暴露量大小，其中：經(jīng)口攝入表層土壤途徑的致癌暴露量為1.37E-06，非致癌暴露量為1.20E-05；皮膚接觸表層土壤途徑的致癌暴露量為5.16E-07，非致癌暴露量為3.85E-06；吸入表層土壤顆粒物途徑的致癌暴露量為6.12E-06，非致癌暴露量為2.64E-05；吸入室外空氣中來(lái)自表層土壤的氣態(tài)污染物途徑的致癌暴露量為2.56E-13，非致癌暴露量為1.10E-12.

2.4 風(fēng)險(xiǎn)表征模型

土壤污染物致癌風(fēng)險(xiǎn)的公式為：

CROIS=OISERca×Csur×SFo，CRDCS=DCSERca×Csur×SFd，

CRPIS=PISERca×Csur×SFi，CRIoVS1=IoVERca1×Csur×SFi，

CRns=CROIS+CRDCS+CRPIS+CRIoVS1,

式中：CROIS為經(jīng)口攝入土壤途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)；CRDCS為皮膚接觸土壤途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)；CRPIS為吸入土壤顆粒物途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)；CRIoVS1為吸入室外空氣中來(lái)自表層土壤的氣態(tài)污染物途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)，以上參數(shù)均無(wú)量綱.非致癌危害商考慮慢性暴露的情景下幾種多環(huán)芳烴對(duì)人體健康的影響：

表3 目標(biāo)污染物的毒性參數(shù)表

式中：HQOIS為經(jīng)口攝入土壤途徑的非致癌危害商(慢性暴露)；HQDCS為皮膚接觸土壤途徑的非致癌危害商(慢性暴露)；HQPIS為吸入土壤顆粒物途徑的非致癌危害商(慢性暴露)；HQIoVS1為吸入室外空氣中來(lái)自表層土壤的氣態(tài)污染物途徑的非致癌危害商(慢性暴露)，以上參數(shù)均無(wú)量綱.

2.5 風(fēng)險(xiǎn)量化

按照2.4中的風(fēng)險(xiǎn)表征模型，對(duì)幾種多環(huán)芳烴有檢出的點(diǎn)位進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，其中苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘的毒性參數(shù)如表3所示.參數(shù)主要來(lái)源于美國(guó)土壤篩選值導(dǎo)則.

將相關(guān)參數(shù)和暴露量代入上面公式中，同時(shí)結(jié)合實(shí)際含量計(jì)算得到苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘在4種不同暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌危害商，利用克里金插值法選擇suffer軟件分別繪制出4種有機(jī)物的風(fēng)險(xiǎn)分布圖，如圖3～圖6所示.

3 結(jié)論

(1) 對(duì)單一污染物而言，其對(duì)人體的最高可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)為1.00E-06，最高可接受危害商為1[17].從2.5結(jié)果來(lái)看，苯并(a)蒽在S3點(diǎn)位的表層土的總致癌風(fēng)險(xiǎn)值超過(guò)可接受值約18倍，苯并(b)熒蒽在S3點(diǎn)位的表層土的總致癌風(fēng)險(xiǎn)值超過(guò)可接受值約5倍，苯并(a)芘在所有點(diǎn)位的總致癌風(fēng)險(xiǎn)都大于可接受風(fēng)險(xiǎn)，在S3點(diǎn)位附近的總致癌風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)可接受值約5.5倍.茚并(1,2,3-cd)芘在S3點(diǎn)位附近的總致癌風(fēng)險(xiǎn)值超過(guò)可接受值約3倍.

(2) 目前國(guó)內(nèi)外已出臺(tái)的土壤健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估篩選值的來(lái)源，幾乎考量的情況都是人體零距離暴露在純度較高的化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境中所造成的直接或間接的健康危害，而場(chǎng)地環(huán)境比較復(fù)雜，地表水以及地下水徑流、大氣的環(huán)流都會(huì)引發(fā)污染物的遷移行為，大氣的稀釋作用以及土壤自身物理化學(xué)或微生物作用都會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)污染物濃度發(fā)生改變.只通過(guò)實(shí)測(cè)濃度是否高于篩選值就判定某污染場(chǎng)地是否具有健康風(fēng)險(xiǎn)顯然不夠有說(shuō)服力，變化中的健康風(fēng)險(xiǎn)也應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視.