基于surfer軟件和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對(duì)場(chǎng)地環(huán)境的分析和評(píng)價(jià)

虞凱浩

(上海傲江生態(tài)環(huán)境科技有限公司，上海 200120)

1 引言

近年來(lái)，工礦企業(yè)遺留場(chǎng)地土壤和地下水污染問(wèn)題突出，城市建設(shè)再開(kāi)發(fā)利用環(huán)境安全隱患凸顯。目前城市再開(kāi)發(fā)場(chǎng)地污染風(fēng)險(xiǎn)管控面臨的主要難題為：場(chǎng)地環(huán)境條件復(fù)雜；場(chǎng)地污染精準(zhǔn)識(shí)別難度大；技術(shù)方法不健全、場(chǎng)地污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估存在較大不確定性；治理修復(fù)難度高，污染場(chǎng)地安全利用技術(shù)支撐不足；風(fēng)險(xiǎn)管理基礎(chǔ)薄弱，場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)控預(yù)警體系建設(shè)滯后等[1]。

目前土壤修復(fù)治理模式可分為污染方付費(fèi)模式、受益方付費(fèi)模式和財(cái)政出資方式。通過(guò)PPP模式引入民間資本參與土壤修復(fù)項(xiàng)目是土壤修復(fù)盈利模式的積極嘗試，將有助于解決我國(guó)土壤修復(fù)資金短缺的問(wèn)題。目前土壤修復(fù)資金主要依托政府專(zhuān)項(xiàng)資金，部分一線城市退役工業(yè)用地具有較大的商業(yè)價(jià)值，土地開(kāi)發(fā)的溢價(jià)足以彌補(bǔ)修復(fù)成本。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，經(jīng)濟(jì)的影響和土地財(cái)政的不可持續(xù)性，將導(dǎo)致政府和開(kāi)發(fā)商出資的現(xiàn)狀難以為繼[2],因此在調(diào)查的過(guò)程中不斷優(yōu)化調(diào)查技術(shù)方案，提高數(shù)據(jù)的科學(xué)性和修復(fù)的針對(duì)性，對(duì)于節(jié)約成本具有重要意義。

2 材料與方法

2.1 地形、地貌

本次調(diào)查場(chǎng)地地形起伏較大，表層普遍分布較厚雜填土，局部成分較復(fù)雜，含碎石、礦渣、煤渣等工業(yè)垃圾；以孔口高程計(jì)，場(chǎng)地高程在3.74～8.02 m之間，平均約5.89 m。擬建場(chǎng)地屬于濱海平原地貌。場(chǎng)地原為鋼渣堆場(chǎng)，填埋經(jīng)歷了約20年，最后填埋整平至少已有10年時(shí)間。

2.2 場(chǎng)地地質(zhì)情況

根據(jù)收集到調(diào)查場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，本場(chǎng)地未發(fā)現(xiàn)地面沉降、滑坡、崩塌，調(diào)查場(chǎng)地屬穩(wěn)定場(chǎng)地，適宜建設(shè)各類(lèi)建(構(gòu))筑物。根據(jù)收集調(diào)查場(chǎng)地野外鉆探、靜力觸探資料，勘察所揭露的20.00m深度范圍內(nèi)，地基土主要由人工填土、粘性土和粉性土、砂性土等組成。

2.3 場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查評(píng)估工作方案

2.3.1 資料收集與現(xiàn)場(chǎng)踏勘

本次調(diào)查需要收集的資料主要包括以下幾個(gè)方面：①場(chǎng)地生產(chǎn)歷史；②企業(yè)產(chǎn)品種類(lèi)、生產(chǎn)工藝及原輔材料；③堆存固廢種類(lèi)及理化特性；④場(chǎng)地平面布置圖、管路圖等圖件；⑤前期企業(yè)場(chǎng)地調(diào)查報(bào)告；⑥地塊規(guī)劃用地方式。

此外，為更詳細(xì)了解場(chǎng)地狀況，需對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘。確定場(chǎng)地內(nèi)生產(chǎn)車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)、污水處理站、道路、輸送管道等狀況，為布點(diǎn)提供參考。

2.3.2 土壤采樣布點(diǎn)方案

按照國(guó)家《污染場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查技術(shù)規(guī)范》(HJ25.2-2014)和《上海市場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，根據(jù)企業(yè)要求進(jìn)行土壤采樣點(diǎn)的布設(shè)。布設(shè)原則如下。

(1)布點(diǎn)密度：本次調(diào)查面積約10萬(wàn)m2，采樣點(diǎn)間距不超過(guò)20 m，按照密度不低于20 m×20 m的密度進(jìn)行土壤采樣點(diǎn)的布設(shè)。

(2)調(diào)查深度：根據(jù)《上海市場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》對(duì)于初步調(diào)查的要求以及本地地下水埋深情況，布點(diǎn)深度為吳淞高程6m，若吳淞高程4 m仍存在污染，則相應(yīng)點(diǎn)位增加采樣深度。

(3)采樣層次：按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范，地面標(biāo)高向下至-0.2 m采集一份表層土壤樣品，往下每1 m采集一份土壤樣品，若吳淞高程6 m仍存在污染，再往下每1 m采集一份土壤樣品。土壤采樣點(diǎn)位整體布點(diǎn)情況如圖1所示。

(4)土壤剖面：采集土壤樣品分析工業(yè)固廢含量、土壤質(zhì)地、容重、有機(jī)碳含量、含水率、孔隙率、水力傳導(dǎo)系數(shù)等理化性質(zhì)參數(shù)。

圖1 土壤采樣布置

3 結(jié)果與分析

對(duì)場(chǎng)地中污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要從致癌效應(yīng)和非致癌效應(yīng)兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，致癌效應(yīng)主要表現(xiàn)為惡性腫瘤細(xì)胞的增值；非致癌效應(yīng)主要影響生長(zhǎng)發(fā)育、體型大小、整個(gè)身體或特殊器官的功能。

3.1 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的第一個(gè)階段，其過(guò)程包含了人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中三個(gè)主要構(gòu)成要素，即污染物、暴露途徑和受體的篩選。其目的在于根據(jù)場(chǎng)地調(diào)查所獲取的數(shù)據(jù)資料，結(jié)合場(chǎng)地的規(guī)劃利用方式以及污染物在場(chǎng)地土壤和空氣之間的運(yùn)移途徑和可能發(fā)生的各種主要作用，建立污染場(chǎng)地概念模型，確定污染場(chǎng)地的關(guān)注污染物、完整的暴露途徑和可能的敏感受體。

根據(jù)場(chǎng)地未來(lái)規(guī)劃，本場(chǎng)地退役后擬作為建設(shè)廠房等輕污染企業(yè)生產(chǎn)用地，根據(jù)《污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則(HJ 25.3-2014)》，按照非敏感用地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,選擇成人作為暴露受體。

3.1.2 暴露評(píng)估

在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的工作基礎(chǔ)上，分析場(chǎng)地內(nèi)關(guān)注污染物進(jìn)入并危害工作人員敏感受體的情景，確定場(chǎng)地關(guān)注污染物對(duì)敏感人群的暴露途徑，確定污染物在環(huán)境介質(zhì)中的遷移模型和敏感人群的暴露模型，確定與場(chǎng)地污染狀況、土壤性質(zhì)、敏感人群和關(guān)注污染物等相關(guān)的模型參數(shù)值，計(jì)算敏感人群攝入來(lái)自土壤的污染物所對(duì)應(yīng)的土壤的暴露量。

確定場(chǎng)地環(huán)境污染的暴露途徑和暴露對(duì)象是場(chǎng)地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵步驟。暴露途徑是場(chǎng)地土壤和淺層地下水中污染物遷移到達(dá)和暴露與人體的方式。受體處于污染環(huán)境中可能通過(guò)經(jīng)口攝入土壤、皮膚接觸土壤、吸入土壤顆粒物等途徑接觸污染物而存在健康風(fēng)險(xiǎn)[3，4]。

3.1.3 毒性評(píng)價(jià)

毒性評(píng)估的主要工作內(nèi)容包括分析關(guān)注污染物的健康效應(yīng)(致癌和非致癌效應(yīng))及確定污染物的毒性參數(shù)值，如致癌效應(yīng)毒性參數(shù)、非致癌效應(yīng)毒性參數(shù)、污染物的理化性質(zhì)參數(shù)、污染物其他相關(guān)參數(shù)等。相關(guān)參數(shù)的確定參考《污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.3-2014)、《上海市污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》、《北京市場(chǎng)地環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(DB 11T-656 -2009)推薦值，相關(guān)污染物的毒理性質(zhì)參數(shù)，詳見(jiàn)表1。

表1 重金屬毒理參數(shù)

3.1.4 風(fēng)險(xiǎn)表征

采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型計(jì)算單一污染物經(jīng)單一暴露途徑的風(fēng)險(xiǎn)值并設(shè)定可接受風(fēng)險(xiǎn)水平?？山邮茱L(fēng)險(xiǎn)水平是指對(duì)暴露人群不會(huì)產(chǎn)生不良或有害健康效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)水平，包括致癌物的可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平和非致癌物的可接受危害商?！段廴緢?chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.3-2014)規(guī)定：?jiǎn)我晃廴疚锏目山邮苤掳╋L(fēng)險(xiǎn)水平為1.0E-06，單一污染物的可接受危害商為1。因此，在工業(yè)用地情況下，本項(xiàng)目將1.0E-06和1分別作為土壤中關(guān)注污染物的致癌可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平和非致癌可接受危害商[5]。

3.1.5 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

因不慎直接攝入土壤而攝入的污染物量按式(1)計(jì)算：

(1)

式(1)中：EDI直接攝入為直接攝入土壤中污染物量，單位為mg/(kg·d)；CS為土壤中化學(xué)物質(zhì)濃度，單位為mg/kg；IR為土壤攝入量，單位為mg/d；EF為暴露頻率，單位為d/a；ED為暴露年限，單位為a；BW為體重，單位為kg；AT為平均作用時(shí)間(對(duì)致癌物質(zhì)是指整個(gè)生命周期，對(duì)非致癌物質(zhì)是指暴露周期)，單位為d。

通過(guò)皮膚直接接觸土壤，因皮膚吸收而攝入土壤污染物量用式(2)計(jì)算：

(2)

式(2)中：EDI皮膚接觸攝入為皮膚接觸攝入土壤中污染物量，單位為mg/(kg·d)；CS為化學(xué)物質(zhì)與土壤中的濃度，單位為mg/kg；SA為可能接觸土壤的皮膚面積，單位為cm2/d；AF為土壤對(duì)皮膚的吸附系數(shù)，單位mg/cm2；ABS為皮膚吸收率，%；其他符號(hào)同上。

通過(guò)呼吸吸入土壤塵而攝入污染物量按式(3)計(jì)算：

(3)

式(3)中：EDI土壤塵吸入為呼吸吸入土壤塵中污染物量，單位為mg/(kg·d)；CS為土壤中化學(xué)物質(zhì)濃度，單位為mg/kg；IR為空氣攝入量，單位為m3/d；PEF為土壤塵產(chǎn)生因子，單位為m3/kg；其他符號(hào)同上。

某種污染物的不同途徑的總攝入量按式(4)計(jì)算：

EDIi=EDI直接攝入+EDI皮膚接觸攝入+EDI土壤塵吸入+EDI揮發(fā)性物質(zhì)吸入+EDI飲水?dāng)z入

(4)

式(4)中，i為某種污染物。

3.1.6 風(fēng)險(xiǎn)水平計(jì)算模型

風(fēng)險(xiǎn)分析一般包括致癌和非致癌兩種不同的健康影響風(fēng)險(xiǎn)。致癌風(fēng)險(xiǎn)水平是通過(guò)平均到整個(gè)生命期的平均每天攝入量乘以經(jīng)口、經(jīng)皮膚或呼吸吸入致癌斜率系數(shù)計(jì)算得出。即：

HIi=EDIi×SF

(5)

式(5)中：HIi為某種污染物不同攝入途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)水平；EDIi為某種污染物平均每天不同途徑的污染物攝入量，單位為mg/(kg·d)；SF為各類(lèi)途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)斜率系數(shù)(參見(jiàn)附錄 H)，mg/(kg·d)。

非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平可通過(guò)平均到整個(gè)暴露作用期的每天攝入量除以每一途徑的慢性參考劑量來(lái)計(jì)算。即：

(6)

式(6)中：HI為不同攝入途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平；EDI為平均每天不同途徑的污染物攝入量，mg/(kg·d)；RfD為各類(lèi)途徑的慢性參考劑量，mg/(kg·d)，暴露參數(shù)見(jiàn)表2。

對(duì)于因呼吸吸入揮發(fā)性污染物質(zhì)引起的非致癌風(fēng)險(xiǎn)也可以用呼吸參考濃度計(jì)算，計(jì)算方法如下：

(7)

式(7)中：RfC為物質(zhì)吸入的非致癌參考濃度，單位為mg/m3；其他符號(hào)同上。每種污染物總的非致癌風(fēng)險(xiǎn)等于通過(guò)各種途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平的總和。風(fēng)險(xiǎn)可接受水平污染物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平取1。

單個(gè)污染物的致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受水平(HI)采用 10-6，單個(gè)污染物的致癌風(fēng)險(xiǎn)按式(8)計(jì)算：

HIi=HI直接攝入+HI皮膚接觸攝入+HI土壤塵吸入+HI揮發(fā)性物質(zhì)吸入+HI飲水?dāng)z入

(8)

3.2 土壤監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)本次場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查的結(jié)果，超標(biāo)重金屬主要為鈷、六價(jià)鉻、砷、鎘、鉛、鎳、鋅等，點(diǎn)位超標(biāo)率分別為90.6%、0.1%、10.0%、1.1%、3.9%、5.9%、3.4%等，根據(jù)不同的超標(biāo)程度，本次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估選取的重金屬元素為鈷、砷、鉛、鎳，因鉛相關(guān)的毒性數(shù)據(jù)缺失，故最終確定對(duì)鈷、砷、鎳三種金屬對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 暴露參數(shù)

表3 土壤樣品重金屬測(cè)試結(jié)果與篩選值對(duì)比分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果，將土壤中實(shí)測(cè)的污染濃度值進(jìn)行綜合分析，并計(jì)算了超率在5%以上的重金屬對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)情況，因相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中缺乏致癌效應(yīng)毒性參數(shù)數(shù)據(jù)，故本次僅考慮非致癌效應(yīng)的毒性評(píng)估，評(píng)估的重金屬分別為As、Co、Ni。

3.2.1 砷的污染濃度分布和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

通過(guò)與非敏感用地篩選值進(jìn)行比對(duì)，確定超標(biāo)污染點(diǎn)位，并采用Excel和Surfer軟件對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，繪制污染濃度分布圖(圖2)。同時(shí)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，計(jì)算非致癌風(fēng)險(xiǎn)參考劑量。

從圖3中可以看出，對(duì)于超過(guò)非敏感用地篩選值的點(diǎn)位，所計(jì)算的非致癌風(fēng)險(xiǎn)參考劑量均超過(guò)1，表明風(fēng)險(xiǎn)不可接受。

3.2.2 鈷的污染濃度分布和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

從圖4、5中可以看出，大部分超過(guò)污染篩選值的點(diǎn)位其非致癌參考劑量都超過(guò)1，小部分低于1。從風(fēng)險(xiǎn)管控的角度來(lái)說(shuō)，低于1的區(qū)域可采用風(fēng)險(xiǎn)管控的手段減少對(duì)污染場(chǎng)地的修復(fù)支出，避免過(guò)于保守地計(jì)算擴(kuò)大修復(fù)面積。

圖2 As污染濃度分布

圖3 As健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

圖4 Co污染濃度分布

圖5 Co健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.2.3 鎳的污染濃度分布和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

從圖6、圖7中可以看出，鎳的污染濃度范圍為200～2900 mg/kg，污染濃度分布極不均勻，廠區(qū)西部污染較為嚴(yán)重，東部區(qū)域污染程度較淺。從污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，非致癌參考劑量在1～3之間，廠區(qū)東部大部分區(qū)域雖然污染濃度超過(guò)了非敏感用地篩選值，但對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)仍然在可控范圍之內(nèi)，表明風(fēng)險(xiǎn)可接受，可大大減少修復(fù)區(qū)域的面積。從廠區(qū)總體污染角度來(lái)看，各種重金屬的污染需要統(tǒng)籌考慮，因此需要綜合計(jì)算各個(gè)重金屬的污染風(fēng)險(xiǎn)，由于本次調(diào)查僅考慮單一重金屬超標(biāo)情況，故暫不考慮綜合健康風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

(1)國(guó)內(nèi)往往僅僅依賴(lài)于土壤濃度的調(diào)查與篩選模

圖6 Ni污染濃度分布

圖7 Ni健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和確定修復(fù)目標(biāo)，往往具有很多的不確定性和保守性。本次評(píng)估針對(duì)重金屬元素的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，考慮重金屬在空氣中的揮發(fā)性較小，暫不考慮吸入土壤中揮發(fā)性污染物這一暴露途徑，在進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中不可忽略。但從國(guó)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果來(lái)看，對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)污染物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)未能有效考慮揮發(fā)性有機(jī)污染物的生物降解作用，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)于保守。

(2)本項(xiàng)目時(shí)間緊、任務(wù)重，采用一次性統(tǒng)籌調(diào)查方式進(jìn)行，調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程未采用層次化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，對(duì)于大型復(fù)雜污染場(chǎng)地應(yīng)逐步開(kāi)展深層次的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，逐步降低調(diào)查與評(píng)價(jià)的不確定性和保守性，這也是今后工作的一個(gè)重要方向。

(3)對(duì)于污染物種類(lèi)較為單一的污染場(chǎng)地來(lái)說(shuō)，進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是非常必要的，目前，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)仍然采用風(fēng)險(xiǎn)篩選值作為修復(fù)目標(biāo)值得方法，這種方法雖然操作簡(jiǎn)單，但存在著大量的過(guò)度修復(fù)情況，不利于成本的控制。本次研究結(jié)果也表明，對(duì)于金屬鎳而言，雖然濃度超過(guò)了風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但低濃度的范圍內(nèi)其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)仍然是可控中，可為今后場(chǎng)地修復(fù)方案的制定提供一定的參考與借鑒。