松花江水中多環(huán)芳烴(PAHs)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

孫清芳，馮玉杰，高 鵬，張照韓，任南琪

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090，yujief@hit.edu.cn;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱 150090)

松花江水中多環(huán)芳烴(PAHs)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

孫清芳1，2，馮玉杰1，2，高 鵬1，2，張照韓1，2，任南琪1，2

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090，yujief@hit.edu.cn;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱 150090)

以松花江10個(gè)采樣點(diǎn)江水中8種多環(huán)芳烴(PAHs)的監(jiān)測(cè)質(zhì)量濃度為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用推廣風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)法和健康評(píng)價(jià)四步法對(duì)PAHs進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).結(jié)果表明:枯水期和平水期，蒽對(duì)水生生物的風(fēng)險(xiǎn)最大;風(fēng)險(xiǎn)商表征說明:枯水期PAHs對(duì)水生生物存在風(fēng)險(xiǎn);平水期8種PAHs對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)影響較低，需要進(jìn)一步跟蹤分析.人體健康評(píng)價(jià)結(jié)果表明:PAHs對(duì)人體健康存在風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)值在10－6～10－7，屬于可接受范圍.PAHs的承納水平分析表明:松花江水體對(duì)于PAHs污染物具有一定承載能力.

多環(huán)芳烴;松花江;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

多環(huán)芳烴(PAHS)是環(huán)境中普遍存在的持久性有機(jī)物(POPs)，主要來源于化石燃料(煤、石油)和生物質(zhì)燃料的不完全燃燒［1］，可通過大氣、水、食物等多種途徑被生物攝取，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康造成危害.對(duì)于多種污染物共同作用導(dǎo)致的生態(tài)危害，目前大多采用推廣風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)方法，該方法根據(jù)質(zhì)量濃度－響應(yīng)定量關(guān)系的基本形式，定量研究有毒污染的生態(tài)危害，是研究生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)的重要手段［2－3］.健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以美國(guó)國(guó)家科學(xué)院(NAS)的成果最為豐富，其模式內(nèi)容更為通用，適用于各種健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).1983年NAS提出了健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的四步法，即危害鑒定(hazard identification)、劑量反應(yīng)評(píng)估(dose－response assessment)、暴露評(píng)估 (exposure assessment)、風(fēng)險(xiǎn)表征(risk characterization)［4］，目前已被荷蘭、法國(guó)、日本、中國(guó)等許多國(guó)家和國(guó)際組織采用.

松花江是我國(guó)7大江河之一，也是中國(guó)東北地區(qū)的重要河流.近年來隨著沿岸化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，排放的大量有機(jī)廢水使水體受到嚴(yán)重污染，已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明:松花江干流不同河段均有 PAHs檢出［5－7］，但目前的研究工作多側(cè)重于污染水平監(jiān)測(cè)和分布特征探討等，對(duì)PAHs風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究較少［8－10］.因此，利用松花江干流PAHs的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)水環(huán)境中PAHs污染所導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，開展研究工作具有現(xiàn)實(shí)意義，可為流域內(nèi)飲用水安全和污染治理提供科學(xué)依據(jù)，為保證松花江流域可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和背景資料.

1 研究方法

1.1 松花江PAHs污染實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

分別于2007年1月、2月和5月，沿松花江10個(gè)站位采集水樣，分析了江水中8種PAHs的含量，見表1.枯水期PAHs平均含量為3.805 μg/L，平水期為0.534 μg/L，針對(duì)這兩個(gè)時(shí)期 PAHs污染對(duì)水生生物和人體健康引起的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià).

表1 松花江水中8種多環(huán)芳烴含量 μg·L－1

1.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

在美國(guó)環(huán)保局毒性數(shù)據(jù)庫(kù)(www.epa.gov/ecotox)和有關(guān)文獻(xiàn)［11］收集到以下9種PAHs對(duì)水生生物的急性毒性數(shù)據(jù)LC50見表 2，涉及3～10種生物，包括鹵蟲(Artemia salina)、大型蚤(Daphniamagna)、沼 蝦 (Macrobrachium kistnensis)、沙蠶(Neanthes arenaceodentata)、淡水蝦(freshwater prawn)、胖頭鯉魚(pimephales promelas)等，毒性數(shù)據(jù)主要取24～96 h的LC50，根據(jù)樣本數(shù)量計(jì)算得到LC50均值.

1.2.1 PAHs等效系數(shù)的計(jì)算

由于PAHs類污染物對(duì)生物的致毒機(jī)理相似，其總效果可以表現(xiàn)為單一污染物獨(dú)立作用效應(yīng)的簡(jiǎn)單疊加［12］，這種疊加可通過風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)直接相加［13］或?qū)Φ刃з|(zhì)量濃度進(jìn)行簡(jiǎn)單加和的方法實(shí)現(xiàn)［14－15］，所以，采用等效系數(shù)來表征 PAHs的聯(lián)合作用效果.

PAH 樣本量 LC50均值/(μg·L－1萘Nap 10 5 499.40二氫苊AcP 8 35 024.75芴Flu 7 16 317.14蒽AnT 6 39.17菲PhA 7 431.43熒蒽FluA 10 111.98芘Pyr 5 449.4屈Chr 5 37 720苯并［a］芘)BaP 3 336.87

計(jì)算等效系數(shù)的公式如下:

在這種假設(shè)條件下，各種PAHs均有確定的等效系數(shù)，即c等效與c的比值.

1.2.2 PAHs風(fēng)險(xiǎn)商的計(jì)算

采用商值法計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)商，基于總等效質(zhì)量濃度的風(fēng)險(xiǎn)商可以進(jìn)行PAHs的風(fēng)險(xiǎn)表征.

Q風(fēng)險(xiǎn)商=c等效/LC50平均(苯并［a］芘)，(3)Q風(fēng)險(xiǎn)商＞1，既存在風(fēng)險(xiǎn);Q風(fēng)險(xiǎn)商＜1，即風(fēng)險(xiǎn)有待進(jìn)一步分析.

1.3 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

依據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)院提出的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)“四步法”，采用污染物暴露模型和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，研究松花江水中PAHs的人體暴露量及其風(fēng)險(xiǎn)危害狀況.

1.3.1 危害鑒定

PAHs是環(huán)境中普遍存在的有機(jī)污染物，美國(guó)環(huán)保署公布的16種優(yōu)先控制PAHs中大多數(shù)都具有致癌、致畸和致突變效應(yīng)［16］，能夠影響生c為特定PAHs的實(shí)際測(cè)定質(zhì)量濃度 (μg/L);c等效為代表與此質(zhì)量濃度化合物毒性相當(dāng)?shù)谋讲ⅲ踑］芘質(zhì)量濃度 (即等效質(zhì)量濃度)(μg/L);lnLC50i為苯并［a］芘對(duì)水生生物的半致死質(zhì)量濃度 (均值)(μg/L);lnLC50e為化合物i對(duì)水生生物的半致死質(zhì)量濃度 (均值)(μg/L);對(duì)于簡(jiǎn)單的指數(shù)響應(yīng)關(guān)系，實(shí)際質(zhì)量濃度與半致死質(zhì)量濃度的關(guān)系為物體內(nèi)的酶系統(tǒng)并產(chǎn)生抑制，對(duì)免疫組織有毒害作用;并且對(duì)大部分水生生物產(chǎn)生急性致毒性.1.3.2 PAHs暴露評(píng)價(jià)

假設(shè)在松花江水域內(nèi)，人體的暴露途徑為飲用水，以個(gè)體或人群終生日暴露劑量表示，單位為μg/(kg·d);采用國(guó)際放射保護(hù)委員會(huì)和美國(guó)核控制委員會(huì)提供的暴露模型參數(shù)(見表3)計(jì)算人體PAHs的暴露量.

式中:E為在評(píng)價(jià)的年齡段內(nèi)對(duì)P途徑的平均暴露量，μg/(kg·d);，為分別為兒童和成人通過I途徑的日吸收量，μg/d.

表3 暴露模型所用參數(shù)

1.3.3 風(fēng)險(xiǎn)度表征

采用人群年超額風(fēng)險(xiǎn)度表征松花江水中PAHs對(duì)人體健康造成的影響程度，由以下模型計(jì)算得到:

1)人群終生超額風(fēng)險(xiǎn)度

式中:DLAD為人群終生日暴露量，即式(2)中的E，μg/(kg·d);DRf為參考劑量，歐共體規(guī)定PAHs的參考劑量為 0.1 μg/(kg·d);10－6表示可接受的風(fēng)險(xiǎn)，即與DRf相對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)水平，即被社會(huì)公認(rèn)、公眾接受的不良風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)概率，一般生活環(huán)境中的各種活動(dòng)與行為都有可能是個(gè)體出現(xiàn)死亡的危險(xiǎn)，每年的風(fēng)險(xiǎn)度約為10－5～10－6.

2)人群年超額風(fēng)險(xiǎn)度

式中:R為人群終生超額風(fēng)險(xiǎn)度;70為人均壽命.

2 結(jié)果與討論

2.1 PAHs的等效系數(shù)和等效質(zhì)量濃度

根據(jù)式(1)和2007年1月、2月、5月松花江水中PAHs實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度值計(jì)算得到8種PAHs的等效系數(shù)，和對(duì)于苯并［a］芘的等效質(zhì)量濃度，將多種PAHs的危害歸于統(tǒng)一尺度下進(jìn)行比較，見表4.等效系數(shù)在一定程度上能夠反映各種PAHs的毒性差別，等效系數(shù)越大，對(duì)生物的毒性就越強(qiáng).可以看出:松花江干流水生生物對(duì)蒽最為敏感，等效系數(shù)為8.601;對(duì)屈的耐受性最強(qiáng)，等效系數(shù)為0.009;耐受性順序依次為:屈＞二氫苊＞芴＞萘 ＞芘 ＞菲 ＞苯并［a］芘 ＞熒蒽 ＞蒽;即蒽對(duì)水生生物的毒性最強(qiáng)，屈的毒性最弱，芘的毒性居中.在枯水期和平水期，蒽的等效質(zhì)量濃度最高分別為5.229和0.938 μg/L;枯水期，屈的等效質(zhì)量濃度最低為0.002 μg/L;平水期，二氫苊的等效質(zhì)量濃度最低為0.000 2 μg/L.說明蒽對(duì)水生生物的風(fēng)險(xiǎn)影響較高，屈和二氫苊的影響很低.

表4 8種PAHs的等效系數(shù)和等效質(zhì)量濃度

2.2 PAHs對(duì)水生生物的風(fēng)險(xiǎn)表征

通過等效系數(shù)法計(jì)算得到8種PAHs的總等效質(zhì)量濃度:在枯水期為6.874 μg/L，平水期為1.253 μg/L， 苯 并 ［a］芘 的 平 均 LC50為336.87 μg/L，最小 LC50為 5.0 μg/L，最大 LC50為1 000 μg/L;采用商值法計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)商，基于總有效質(zhì)量濃度的風(fēng)險(xiǎn)商進(jìn)行PAHs的風(fēng)險(xiǎn)表征，見表5.對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值分析可以看出，枯水期PAHs對(duì)大型蚤(Daphnia magna)和胖頭鯉魚(pimephales promelas)的風(fēng)險(xiǎn)商均大于 1，說明8種PAHs對(duì)這兩種水生生物存在風(fēng)險(xiǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)影響不容忽視;平水期PAHs對(duì)這3種生物的風(fēng)險(xiǎn)商都很低，小于 1，說明平水期松花江水體環(huán)境中的PAHs對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)的影響較小，其污染狀況需要長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步分析評(píng)價(jià).

2.3 PAHs的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和承納水平分析

應(yīng)用以上風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型計(jì)算得到10個(gè)采樣點(diǎn)水中PAHs的年超額風(fēng)險(xiǎn)度(R(PY))，見表6;并根據(jù)1999年我國(guó)衛(wèi)生部發(fā)布的《環(huán)境污染健康影響評(píng)價(jià)規(guī)范》對(duì)PAHs的影響進(jìn)行評(píng)價(jià):風(fēng)險(xiǎn)度的可接受水平是 10－5～10－7，小于 10－7表示風(fēng)險(xiǎn)不明顯，10－5～10－7表示有風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)在可以接受范圍內(nèi);大于10－5表示有較顯著的風(fēng)險(xiǎn).

表5 PAHs對(duì)不同水生生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值

從表6中可以看出:在松花江主要采樣站位S1 至 S 10，PAHs的R(PY)大多在 10－6～10－7之間，低于風(fēng)險(xiǎn)度可接受水平的最高限值10－5，說明松花江水體中PAHs污染可能引起的人體健康風(fēng)險(xiǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)度在可接受范圍內(nèi).平水期，S6(大頂子山)和S8(大來)的PAHs質(zhì)量濃度都很低，并且江水中PAHs的R(PY)都在10－8范圍內(nèi)，小于風(fēng)險(xiǎn)度可接受水平的最低限值10－7，說明這兩個(gè)采樣點(diǎn)江水中PAHs對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)不明顯.S6(大頂子山)的R(PY)明顯低于S5(朱順屯)，降低約28%;與 S7(依蘭)站位比較，S8(大來)的R(PY)顯著降低，減少了近88%.由此可見，從朱順屯到大頂子山，依蘭到大來斷面，江水可通過自凈作用去除大部分 PAHs，說明松花江水體對(duì)于PAHs污染物具有一定承載能力.

表6 10個(gè)采樣點(diǎn)江水中PAHs對(duì)人體健康年超額風(fēng)險(xiǎn)度

3 結(jié)論

1)在調(diào)查期間的2007年1月～5月，松花江水中8種PAHs的質(zhì)量濃度較高，枯水期平均質(zhì)量濃度為 3.805 μg/L，而在平水期為 0.534 μg/L.風(fēng)險(xiǎn)商計(jì)算結(jié)果表明:枯水期水體中8種PAHs對(duì)水生生物造成危害，存在風(fēng)險(xiǎn);但在平水期PAHs對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)較低，影響較小，需要進(jìn)一步評(píng)價(jià)，建議對(duì)生態(tài)污染長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè).

2)根據(jù)松花江10個(gè)采樣站位江水中PAHs的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和健康標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)PAHs的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià).結(jié)果表明:研究區(qū)域內(nèi)PAHs對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)值在10－6～10－7，風(fēng)險(xiǎn)影響在可接受范圍內(nèi);S6和S8站位PAHs所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)不明顯，并且這兩個(gè)站位與其上游站位相比，健康風(fēng)險(xiǎn)分別降低約28%和88%，說明經(jīng)過長(zhǎng)距離遷移和水體的自凈作用，松花江水體對(duì)于PAHs污染物具有一定的承載能力.

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Risk assessment of polycyclic aromatic hydrocarbons in water of the Songhua River

SUN Qing－fang1，2，F(xiàn)ENG Yu－jie1，2，GAO Peng1，2，ZHANG Zhao－h(huán)an1，2，REN Nan－qi1，2

(1.State Key Laboratory of Urban Water Resource ＆ Environment，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China，yujief@hit.edu.cn;2.Dept.of Environmental Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China)

Based on the observed concentration of eight PAHs from water of the Songhua River，generalized risk factor and four－step health risk approach were employed to address the ecological and health risk of PAHs to local aquatic ecosystem.The results show that anthracene was the most toxic compound to aquatic organisms both in low－flow period and mean－flow period.The hazard quotient indicates that the ecological risk of 8 PAHs is high in low－flow period，but low in mean－flow period.The concentration of 8 PAHs probably brings risk to human health，but the risk is in an acceptable range of 10－6－10－7.The main stream water of the Songhua River is with a certain carrying capacity of PAHs pollution.

polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs);the Songhua River;ecological risk assessment;human health risk assessment

X802.4

A

0367－6234(2010)04－0568－05

2009－03－10.

國(guó)家創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50821002).

孫清芳(1978—)，女，博士;

馮玉杰(1966—)，女，教授，博士生導(dǎo)師;

任南琪(1959—)，男，博士生導(dǎo)師，中國(guó)工程院院士.

(編輯 劉 彤)