上海某多環(huán)芳烴污染地塊健康風(fēng)險評估研究

黃海峰，陳洪陽，陳太聰，董 楠

（上海市地礦工程勘察院，上海 200072）

隨著我國“退二進(jìn)三”、“退城進(jìn)園”和“產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移”等政策的逐步實(shí)施，許多大中城市正面臨重污染工業(yè)企業(yè)的關(guān)閉和搬遷，由此出現(xiàn)大量工業(yè)遺留和遺棄場地[1-2]。上海市環(huán)保局、市規(guī)劃和國土資源局針對此類環(huán)境問題并結(jié)合本市實(shí)際，制定了《上海市經(jīng)營性用地和工業(yè)用地全生命周期管理土壤環(huán)境保護(hù)管理辦法》（滬環(huán)保防[2016]226號）[3]，該辦法指出工業(yè)用地場地環(huán)境保護(hù)是在場地環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析場地內(nèi)污染物對未來受體的潛在風(fēng)險，并采取一定的治理修復(fù)措施避免、降低、緩和潛在風(fēng)陷的過程。其中，基于健康風(fēng)險的污染場地管理理念已獲得普遍認(rèn)可。

健康風(fēng)險評估是在分析污染地塊土壤和地下水中污染物通過不同暴露途徑進(jìn)入人體的基礎(chǔ)上，定量估算致癌污染物對人體健康產(chǎn)生危害的概率或非致癌污染物的危害水平。主要內(nèi)容包括危害識別、暴露評估、毒性評估、風(fēng)險表征和風(fēng)險控制值的確定[4-8]。健康風(fēng)險評估的定義與框架最早由美國國家科學(xué)院提出，其采用RBCA風(fēng)險評估模型，已在美國、歐洲和其他一些國家和地區(qū)得到成功應(yīng)用，該模型目前也是我國最常用的風(fēng)險評估模型之一[9-10]。南京土壤研究所基于美國RBCA和英國CLEA模型，結(jié)合我國的污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則，開發(fā)出環(huán)境與健康風(fēng)險評估軟件（health and environmental risk assessment, HERA），用于計(jì)算地塊污染物的篩選值、修復(fù)目標(biāo)值、致癌和非致癌風(fēng)險等。

本文以上海某典型多環(huán)芳烴污染地塊為研究對象，對該地塊土壤和地下水的重金屬和有機(jī)物污染情況進(jìn)行全面調(diào)查和分析，根據(jù)污染物在土壤中的分布、場地水文特征和用地規(guī)劃，建立地塊污染概念模型，根據(jù)土壤分層理論，利用HERA軟件對地塊污染土壤進(jìn)行健康風(fēng)險評估，并計(jì)算修復(fù)目標(biāo)值；同時，利用Surfer軟件對該地塊污染區(qū)域進(jìn)行了模擬，以期為國內(nèi)類似場地的風(fēng)險評估及修復(fù)工作提供借鑒。

1 地塊概況

該地塊位于上海某商務(wù)區(qū)內(nèi)，占地面積36595m2，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，其特點(diǎn)是氣候溫和、雨水豐沛、光照充足、四季分明。地塊所在區(qū)域?yàn)殚L江三角洲沖積平原，地勢平坦，地貌簡單。地塊所在區(qū)域地表水系屬于太湖流域水系的感潮河流，區(qū)域內(nèi)溝河縱橫，水網(wǎng)稠密。地塊所在區(qū)境內(nèi)第一砂層、第一硬土層普遍缺失，其地質(zhì)特征是：表土層在區(qū)內(nèi)廣泛分布，主要為沖海積相地層，一般厚度為3m左右。由于潛水位埋深比較淺，故表土層的土性受地下潛水的影響較大。上部土層較硬，巖性以褐黃色黏性土為主，稍濕，可塑，中等壓縮性，見有植物根莖以及鐵錳質(zhì)、碳質(zhì)侵染斑點(diǎn)，也有鐵錳質(zhì)小結(jié)核；下部巖性主要以灰、黃褐色黏性土為主，濕—很濕，軟塑—流塑，中等偏高壓縮性。地塊所在區(qū)域潛水含水層水位埋深在0.5～1.5m，水位動態(tài)大都與黃浦江潮汐、大氣降水、蒸發(fā)、灌溉和開采等因素有關(guān)。地塊所在區(qū)域第一承壓含水層分布比較穩(wěn)定，頂板埋深30m左右，該層水質(zhì)為微咸至咸水。第一承壓含水層和第二承壓含水層相互溝通。潛水含水層與第一承壓含水層間有連續(xù)的黏土層隔離，層間基本無水力聯(lián)系。

該地塊歷史上曾存在過鎮(zhèn)辦或村辦小企業(yè)，被劃歸為某商務(wù)區(qū)后，土地利用方式發(fā)生了較大變化，原搬遷區(qū)域內(nèi)構(gòu)筑物早已拆除，場地閑置，原生活在該地塊內(nèi)部及其周邊區(qū)域的的居民早已搬遷?，F(xiàn)場調(diào)查期間，地塊作為堆土場，除西側(cè)近圍墻區(qū)域20m的帶狀區(qū)域外，其余區(qū)域均覆蓋有堆土，厚度在3.2～5.3m范圍內(nèi)，堆土均來自該商務(wù)區(qū)其他地塊上構(gòu)筑物拆除及基坑開挖產(chǎn)生的堆土和建筑垃圾，且原地面以上10cm的堆土在以后均要移出本地塊，因此堆土不在本次調(diào)查的范圍內(nèi)。

2 調(diào)查研究方法

2.1 采樣點(diǎn)位布設(shè)

場地環(huán)境調(diào)查分為初步調(diào)查和詳細(xì)調(diào)查兩個階段，由于地塊原始狀況受到嚴(yán)重破壞，按照《上海市場地環(huán)境調(diào)查技術(shù)規(guī)范》[11]和《上海市場地環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[12]的要求，初步調(diào)查采用系統(tǒng)布點(diǎn)法，即將調(diào)查區(qū)域分成若干個面積不大于1600m2（40m×40m網(wǎng)格）的采樣地塊，在每個地塊內(nèi)布設(shè)一個采樣點(diǎn)位，對于每個土壤采樣點(diǎn)位，根據(jù)現(xiàn)場情況分兩層或三層采樣，分兩層采樣的點(diǎn)位，分別采集表層土壤、深層土壤；分三層采樣的點(diǎn)位，分別采集表層土壤、深層土壤以及位于地下水水位以下的飽和帶土壤，整個場地50%的采樣點(diǎn)位分三層采集土壤樣品。詳細(xì)調(diào)查是在初步調(diào)查超標(biāo)點(diǎn)位5m范圍內(nèi)布設(shè)4個加密采樣點(diǎn)位，若詳調(diào)采樣點(diǎn)位存在污染物超標(biāo)情況，在該詳調(diào)超標(biāo)點(diǎn)位20m范圍內(nèi)增設(shè)3個加密采樣點(diǎn)，采樣深度超過初步調(diào)查采樣揭示的最大污染深度。地下水采樣點(diǎn)布設(shè)利用已有深層土壤采樣孔，共布置土壤采樣點(diǎn)數(shù)量35個，地下水檢測井?dāng)?shù)量12個。

同時，為客觀評價場地污染狀況，在場地周邊無污染區(qū)域設(shè)置1個背景點(diǎn)位，分別采集土壤和地下水樣品。對場地進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的同時，獲取和測定場地風(fēng)險評估必需的土壤理化性質(zhì)、地下水水文特征等場地特征參數(shù)。本研究前后共采集土壤樣品94個，采集地下水樣品13個，采樣布點(diǎn)見圖1。

2.2 樣品采集與分析

對采樣點(diǎn)進(jìn)行GPS精確定位后，使用Geoprobe鉆機(jī)進(jìn)行土壤和地下水監(jiān)測井的鉆孔，根據(jù)現(xiàn)場XRF和PID快速檢測結(jié)果判斷污染程度，采集樣品并記錄樣品性狀和污染狀況。土壤樣品取出后，首先用非擾動式手持VOC采樣器采集土壤VOC樣品，放入裝有一定量甲醇溶液的棕色玻璃瓶內(nèi)密封保存。使用竹質(zhì)或塑料鏟進(jìn)行重金屬、SVOC和多氯聯(lián)苯等樣品收集，用廣口玻璃瓶收集密封，并將瓶填裝滿不留空隙，及時送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測。根據(jù)地下水水文情況，本項(xiàng)目地下水采集深度為地面以下6 m。

圖1 場地環(huán)境調(diào)查布點(diǎn)圖Fig.1 Layout of environmental site investigation

2.3 模型及參數(shù)選擇

參考《上海市污染場地風(fēng)險評估技術(shù)規(guī)范》[13]中的風(fēng)險評估方法和技術(shù)要求，采用HERA軟件，構(gòu)建場地風(fēng)險評估模型。根據(jù)場地水文地質(zhì)特征，將場地土壤分為包氣帶與飽和帶兩層。由于場地地下水潛水層分布不均勻，厚度薄，且水位隨季節(jié)變化幅度較大，基于風(fēng)險評估中保護(hù)人體健康的原則，將場地0～2 m土層均視為表層土壤，2 m以下的土層視為下層土壤．場地土壤特征參數(shù)如表1所示。

表1 場地主要特征參數(shù)Table 1 Principal characteristic parameter of site

3 健康風(fēng)險評估

3.1 危害識別

場地環(huán)境調(diào)查結(jié)果表明，本地塊土壤中的苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽檢出值了超過《上海市場地土壤環(huán)境健康風(fēng)險評估篩選值（試行）》[14]敏感用地篩選值，因此確定該五種超標(biāo)有機(jī)物為本地塊土壤中的關(guān)注污染物。根據(jù)土地開發(fā)利用規(guī)劃，該地塊將規(guī)劃作為商業(yè)服務(wù)用地，相應(yīng)土地利用方式下的敏感人群包括商業(yè)辦公人員和場地開發(fā)建設(shè)過程中的建筑工人。

3.2 暴露評估

在一般情況下，考慮到本地塊未來的主要暴露受體為成年辦公人員和場地施工人員，成人的暴露期長、暴露頻率高，根據(jù)《上海市污染場地風(fēng)險評估技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容，本地塊按照非敏感用地情景進(jìn)行評估，相關(guān)暴露參數(shù)參考規(guī)范中非敏感用地推薦值及建筑開發(fā)期推薦值。隨著建設(shè)開發(fā)，下層土壤因施工因素暴露于空氣中，因此對于建筑工人來說下層污染土壤暴露途徑視為與表層污染土壤暴露途徑相同。根據(jù)地塊的調(diào)查分析結(jié)果，并結(jié)合地塊現(xiàn)在和將來的用途，建立“污染源—途徑—受體”的暴露途徑概念模型（圖2）。

圖2 “污染源-遷移途徑-暴露受體”概念模型示意圖Fig.2 Schematic diagram of conceptual model of "pollution source - migration pathway - exposure receptor"

3.3 毒性評估

本次關(guān)注污染物致癌毒性的判斷是根據(jù)國際癌癥研究機(jī) 構(gòu) IARC（international agency for research on cancer） 和美國環(huán)保署綜合風(fēng)險資訊系統(tǒng)（integrated risk information system, IRIS）的相關(guān)研究成果判定的。

（1）國際癌癥研究機(jī)構(gòu)分類

IARC依據(jù)致癌性資料將化學(xué)物質(zhì)分為以下四類：

第一類：致癌物，對人類的致癌性證據(jù)充分。

第二類：潛在致癌物，又分為2A和2B兩個小類。

2A：指對人類致癌性證據(jù)有限，對實(shí)驗(yàn)動物致癌性證據(jù)充分；

2B：指對人類致癌性證據(jù)有限，對實(shí)驗(yàn)動物致癌性證據(jù)不充分。

第三類：無法判別是否為致癌物。

第四類：非致癌物

（2）美國環(huán)保署分類

美國環(huán)保署建立的綜合風(fēng)險資訊系統(tǒng)（Integrated Risk Information System, IRIS）依據(jù)現(xiàn)有毒性資料，將化學(xué)物質(zhì)的致癌性分為五大類：

A：對人類為致癌物質(zhì)；

B1：根據(jù)有限的人體毒性資料與充分的動物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，極可能為人類致癌物質(zhì)；

B2：根據(jù)充分的動物實(shí)驗(yàn)資料，極可能為人類致癌物質(zhì)；

C：可能為人體致癌物；

D：尚無法分類；

E：已證實(shí)為非人類致癌物質(zhì)。

根據(jù)上述分類，關(guān)注污染物的致癌性判定如表2所示。

表2 關(guān)注污染物致癌性Table 2 The carcinogenicity of concern pollutant

毒性參數(shù)取值參考《上海市污染場地風(fēng)險評估技術(shù)規(guī)范》及《污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》[15]，如表3所示。

表3 關(guān)注污染物毒性參數(shù)Table 3 Toxicity parameters of concern pollutant

3.4 風(fēng)險表征

（1）致癌風(fēng)險可接受水平

致癌風(fēng)險表示暴露于某種致癌性物質(zhì)而導(dǎo)致人一生中超過正常水平的癌癥發(fā)病率，通常用風(fēng)險值CR表示，荷蘭、英國和美國分別以1×10-4、1×10-5和1×10-6作為評判標(biāo)準(zhǔn)。為充分保護(hù)人體健康，本研究以10-6作為可接受致癌風(fēng)險的上限，如果致癌風(fēng)險大于10-6，則認(rèn)為致癌風(fēng)險是不可接受的，應(yīng)采取措施進(jìn)行場地修復(fù)或者規(guī)避風(fēng)險；若致癌風(fēng)險小于或等于10-6，則表明在本風(fēng)險評價所假定的情境下，受體所承受的致癌風(fēng)險在可接受范圍內(nèi)，無須采取進(jìn)一步措施。

（2）非致癌風(fēng)險可接受水平

非致癌危害又稱危害商（HQ），表示由于暴露造成的長期日攝入劑量與參考劑量的比值。本報告以單一污染物危害商1作為可接受非致癌危害的上限，如果危害商大于1，則認(rèn)為非致癌危害是不可接受的，應(yīng)采取進(jìn)一步措施進(jìn)行場地修復(fù)或規(guī)避風(fēng)險；若危害商小于或等于1，則表明在本風(fēng)險評價所假定的情境下，受體所承受的非致癌危害在可接受范圍內(nèi)，無須采取進(jìn)一步措施。

（3）風(fēng)險計(jì)算結(jié)果與評價

根據(jù)后續(xù)開發(fā)施工的具體情況，將土壤關(guān)注污染物風(fēng)險計(jì)算分為表層土壤暴露風(fēng)險和下層土壤暴露風(fēng)險，取各層土壤污染物最大含量計(jì)算得出表4。

表4 健康風(fēng)險值表Table 4 Health risk value

由表4可知，土壤中苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽對潛在敏感受體的健康風(fēng)險值超過了可接受范圍，需要進(jìn)行風(fēng)險管控。

3.5 風(fēng)險控制值的計(jì)算

參照《上海市污染場地風(fēng)險評估技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)要求，對于污染場地內(nèi)超過可接受風(fēng)險的關(guān)注污染物，在制定其風(fēng)險控制值時設(shè)定的可接受風(fēng)險水平如下：

①單一污染物致癌風(fēng)險目標(biāo)水平為小于10-6；②單一污染物非致癌風(fēng)險目標(biāo)水平為小于1。

綜合考慮后續(xù)修復(fù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性以及實(shí)驗(yàn)室檢測能力，場地風(fēng)險控制值優(yōu)先引用計(jì)算所得風(fēng)險控制值，比較基于辦公人員和建筑工人計(jì)算所得到的風(fēng)險控制值，選取最小值。若計(jì)算結(jié)果小于上海市敏感用地篩選值，則選取敏感用地篩選值作為場地風(fēng)險控制值（表5）。

表5 土壤關(guān)注污染物風(fēng)險控制值Table 5 Risk control values for soil contaminant of concern

由表5可知，土壤中苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽的綜合風(fēng)險控制值分別為2.1 mg/kg、2.1 mg/kg、0.4 mg/kg、2.1 mg/kg、0.2 mg/kg。

3.6 修復(fù)區(qū)域

根據(jù)各土壤取樣點(diǎn)不同深度處的各種污染物濃度值和地面標(biāo)高得出各種污染物在地層內(nèi)的空間分布場。用綜合風(fēng)險控制值作為需要清理或修復(fù)范圍的基準(zhǔn)，土壤中污染物大于或等于綜合風(fēng)險控制值的土壤均在修復(fù)范圍之內(nèi)，并且據(jù)此計(jì)算需要修復(fù)的土壤體積。

本地塊中超過人體健康風(fēng)險值可接受范圍的土壤污染物分別是苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽。根據(jù)超風(fēng)險控制值點(diǎn)位位置及空間分布情況，采用Surfer軟件運(yùn)用克里格空間差值法模擬出修復(fù)區(qū)域面積，詳見圖3、圖4。其中S14區(qū)域土壤修復(fù)面積為120m2，最大污染層厚度為2.5m，需要修復(fù)的土方量為300m3；S6區(qū)域土壤修復(fù)面積為32m2，最大污染層厚度為1.0m，需要修復(fù)的土方量為32m3。

圖3 區(qū)域采樣剖面圖Fig.3 Sampling pro files of region S14 and region S6

圖4 地塊修復(fù)范圍圖Fig.4 Repair scope of site

4 結(jié)論

（1）由于地塊原始狀況受到嚴(yán)重破壞，場地環(huán)境調(diào)查調(diào)查采用系統(tǒng)布點(diǎn)法，調(diào)查結(jié)果顯示該地塊土壤的主要污染物有苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽。從污染物的空間分布來看，土壤超標(biāo)污染物主要分布在填土層，原狀土層污染可能由填土層污染物經(jīng)淋溶遷移所致。

（2）地塊將規(guī)劃作為商業(yè)服務(wù)用地，該用地方式下敏感人群包括商業(yè)辦公人員和建筑工人。通過健康風(fēng)險評估計(jì)算，地塊土壤中汞、砷對潛在敏感受體的健康風(fēng)險值超過了可接受范圍，需進(jìn)行修復(fù)。（3）綜合考慮后續(xù)修復(fù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性以及實(shí)驗(yàn)室檢測能力，場地風(fēng)險控制值優(yōu)先引用計(jì)算所得風(fēng)險控制值，若計(jì)算結(jié)果小于上海市敏感用地篩選值，則選取敏感用地篩選值作為場地風(fēng)險控制值。土壤中苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽的綜合風(fēng)險控制值分別為2.1 mg/kg、2.1 mg/kg、0.4 mg/kg、2.1 mg/kg、0.2 mg/kg，需要修復(fù)的土方量合計(jì)為152 m3。