基于危害性綜合評(píng)價(jià)的優(yōu)先控制化學(xué)品篩選識(shí)別
——以南方某市為例

余波平，韓琦?，儀修玲，陳鴻芳，金興良，戴知廣，袁中曌，李朝林

1.深圳市環(huán)境科學(xué)研究院

2.廣東省環(huán)境保護(hù)污水高質(zhì)化利用工程技術(shù)研發(fā)中心

3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)土木與環(huán)境工程學(xué)院

優(yōu)先控制化學(xué)品是指固有危害屬性較大,在環(huán)境中可能長(zhǎng)期存在的并可能對(duì)環(huán)境和人體健康造成較大風(fēng)險(xiǎn)的化學(xué)品。2017年12月底,原環(huán)境保護(hù)部、原國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)及工業(yè)和信息化部等部門共同出臺(tái)了《優(yōu)先控制化學(xué)品名錄(第一批)》(簡(jiǎn)稱《名錄》),22種化學(xué)品被納入其中,并提出了對(duì)《名錄》中化學(xué)品的管控措施,要求減少化學(xué)品在生命周期過程中產(chǎn)生的環(huán)境以及對(duì)人體的危害[1]。

改革開放以來,隨著城市化與工業(yè)化加速發(fā)展,大量化學(xué)品被用于各行各業(yè),為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn),但發(fā)展帶來的環(huán)境污染問題也逐漸顯現(xiàn),環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與日俱增。一方面,化學(xué)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程中直接或間接進(jìn)入大氣、土壤、水體等自然環(huán)境,給環(huán)境帶來隱患[2-4]；另一方面,傳統(tǒng)污水處理廠主要去除部分易降解的化學(xué)物質(zhì)(總氮、總磷、生化需氧量、化學(xué)需氧量等)[5],對(duì)難降解物質(zhì)的處理效果不顯著,如內(nèi)分泌干擾物、藥物及個(gè)人護(hù)理品在世界各地的污水處理廠出水中均被檢出[6-7],這些化學(xué)物質(zhì)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)存在潛在的生態(tài)毒性影響[8]?；瘜W(xué)品環(huán)境污染的源頭是化學(xué)品暴露于環(huán)境介質(zhì)所致[9],部分城市雖進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局調(diào)整,整體工業(yè)水平有所提高,但仍然有大量的化學(xué)品產(chǎn)生或流入?；瘜W(xué)品具有危害性強(qiáng)、種類多、用量大的特點(diǎn),涉及行業(yè)和企業(yè)較多,因此,開展優(yōu)先控制化學(xué)品篩選識(shí)別研究,從源頭做好化學(xué)品的管控,是打好水、氣、土污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn),促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵途徑和先決條件。

筆者基于化學(xué)品毒性效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng),利用層次分析(AHP)法對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán),構(gòu)建了化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)體系；將該評(píng)價(jià)體系應(yīng)用于南方某市優(yōu)先控制化學(xué)品篩選識(shí)別研究中,結(jié)合該市2017年污染源普查數(shù)據(jù),通過分析化學(xué)品的原輔材料使用情況,確定該市優(yōu)先控制化學(xué)品的初選清單；將化學(xué)品評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分以及指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行迭代計(jì)算,對(duì)化學(xué)品的危害性進(jìn)行評(píng)價(jià),最終篩選識(shí)別出該市優(yōu)先控制化學(xué)品清單,為該市化學(xué)品優(yōu)先控制提供理論基礎(chǔ)。

1 化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

參考相關(guān)化學(xué)品污染物的危害性識(shí)別和識(shí)別方法[10-12]等,確定化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖1),其主要包括化學(xué)品毒性效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)2類危害性影響因素。其中,毒性效應(yīng)包含致癌性、急性毒性、致突變性、內(nèi)分泌干擾性、生殖毒性5個(gè)指標(biāo),環(huán)境效應(yīng)包含環(huán)境持久性、生物累積性和淋溶遷移性3個(gè)指標(biāo)。

圖1 化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)體系Fig.1 Comprehensive evaluation system of chemical hazards

1.2 指標(biāo)的分級(jí)和賦值

參考文獻(xiàn)[13-14]確定化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)和賦值(表1)。將各指標(biāo)分成2~5個(gè)等級(jí),根據(jù)指標(biāo)危害程度的大小對(duì)其賦值,賦值范圍為1~4分,對(duì)于數(shù)據(jù)不足的指標(biāo)則賦中間值(2分)；內(nèi)分泌干擾性指標(biāo)將“是否為環(huán)境激素”作為判斷依據(jù),分別賦2分和4分。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)和賦值Table 1 Evaluation index classification and value assignment

1.3 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

權(quán)重表示指標(biāo)之間的重要性,指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算采用AHP法[15],計(jì)算過程包括:1)建立層次結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)構(gòu)建的化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,以優(yōu)先控制化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)為目標(biāo)層,以優(yōu)先控制化學(xué)品毒性效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)為系統(tǒng)層,以化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)方法中相關(guān)指標(biāo)為指標(biāo)層(圖1),建立化學(xué)品危害性評(píng)價(jià)方法的層次結(jié)構(gòu)模型。2)構(gòu)造判斷矩陣。對(duì)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,采用1~9標(biāo)度法判斷指標(biāo)之間的相對(duì)重要性,建立判斷矩陣(表2)。

表2 矩陣元素的標(biāo)度方法Table 2 Scaling method of matrix elements

根據(jù)1~9標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,分別構(gòu)造目標(biāo)層與系統(tǒng)層、系統(tǒng)層B1與指標(biāo)層、系統(tǒng)層B2與指標(biāo)層的判斷矩陣J1、J2、J3,如表3~表5所示。3)進(jìn)行矩陣運(yùn)算。包括歸一化列向量和行向量,計(jì)算最大特征向量及其特征值等,經(jīng)過矩陣運(yùn)算得到相應(yīng)的權(quán)重。4)一致性檢驗(yàn)及權(quán)重確定。包括指標(biāo)單排序一致性檢驗(yàn)和總排序一致性檢驗(yàn)。計(jì)算特征值(除最大特征值)的負(fù)平均值(CI),運(yùn)用平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(RI)量化矩陣的一致性(表6)。單排序一致性比率(CR)＝CI∕RI,若CR<0.10,說明矩陣滿足一致性要求；計(jì)算總排序的CR,當(dāng)CR<0.10時(shí),總排序的權(quán)重結(jié)果滿足要求。

表3 判斷矩陣J1Table 3 Judgment matrix J1

表4 判斷矩陣J2Table 4 Judgment matrix J2

表5 判斷矩陣J3Table 5 Judgment matrix J3

表6 矩陣階數(shù)與RITable 6 Matrix order and RI

1.4 危害值計(jì)算

在對(duì)指標(biāo)分級(jí)賦值、采用AHP法確定權(quán)重的基礎(chǔ)上,對(duì)化學(xué)品各項(xiàng)指標(biāo)得分(Ci)和其權(quán)重(WCi)的乘積進(jìn)行加和,計(jì)算化學(xué)品的危害值〔式(1)〕,并以最大危害值化學(xué)品的危害性系數(shù)為基準(zhǔn)值(1.00),計(jì)算其他化學(xué)品的危害性系數(shù)。

2 南方某市優(yōu)先控制化學(xué)品篩選

2.1 優(yōu)先控制化學(xué)品初選

化學(xué)品通常作為原輔材料中的輔助成分參與生產(chǎn)使用等過程。通過對(duì)南方某市法律法規(guī)的梳理,并從美國(guó)有毒物質(zhì)數(shù)據(jù)庫[16]、物質(zhì)安全數(shù)據(jù)單(MSDS)查詢系統(tǒng)[17]中獲取化學(xué)品用途及相關(guān)輔料信息,得到化學(xué)品相關(guān)原輔材料的清單,確定該市優(yōu)先控制化學(xué)品初選清單的研究范圍；結(jié)合2017年該市污染源普查數(shù)據(jù),根據(jù)化學(xué)品相關(guān)原輔材料的實(shí)際使用情況,選擇使用范圍廣、使用量較大的化學(xué)品,確定該市優(yōu)先控制化學(xué)品的初選清單。南方某市優(yōu)先控制化學(xué)品初選清單、其原輔材料及使用情況如表7所示。

表7 優(yōu)先控制化學(xué)品初選清單及原輔材料使用情況Table 7 Primary list of priority control chemicals and the use of raw and auxiliary materials

由表7可知,南方某市優(yōu)先控制化學(xué)品初選清單共包括23種化學(xué)品,其中,16種列入《名錄》中,7種為該市重點(diǎn)管控化學(xué)品。從使用量可知,年使用量較大的化學(xué)品分別為十溴二苯醚、六溴環(huán)十二烷、壬基酚、短鏈氯化石蠟、甲醛、三氯乙烯、四氯乙烯等。該市以橡膠、塑料制品、金屬加工、設(shè)備制造、電子電器制造、計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備制造為主要產(chǎn)業(yè),這幾種化學(xué)品的使用與其重點(diǎn)行業(yè)密切相關(guān)。

2.2 化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

利用化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)體系,通過矩陣運(yùn)算,對(duì)南方某市初選出的23種優(yōu)先控制化學(xué)品評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算,結(jié)果如表8所示,并對(duì)指標(biāo)單排序和總排序進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。結(jié)果表明,單排序的CR分別是0、0.030 7、0.015 7,總排序的CR為0.028 5,均小于0.1,滿足一致性要求。

2.2.2 危害性綜合評(píng)價(jià)計(jì)算

進(jìn)行危害性綜合評(píng)價(jià)時(shí),指標(biāo)相關(guān)的毒性效應(yīng)參數(shù)(致癌性、生殖毒性、致突變性、急性毒性、內(nèi)分泌干擾性)來自美國(guó)有毒物質(zhì)數(shù)據(jù)庫、化學(xué)品的MSDS數(shù)據(jù)庫以及文獻(xiàn)調(diào)研,環(huán)境效應(yīng)相關(guān)參數(shù)(環(huán)境持久性、淋溶遷移性、生物累積性)采用美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(USEPA)開發(fā)的EPI Suite軟件[18-19]進(jìn)行計(jì)算,評(píng)價(jià)結(jié)果如表9所示。由表9可知,南方某市危害性較大的化學(xué)品分別為十溴二苯醚、六溴環(huán)十二烷、短鏈氯化石蠟、壬基酚、六價(jià)鉻化合物等。

表9 化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 9 Comprehensive evaluation results of chemical hazards

(續(xù)表9)

2.3 優(yōu)先控制化學(xué)品篩選識(shí)別

以十溴二苯醚的危害值為基準(zhǔn)值,計(jì)算23種化學(xué)品的危害性系數(shù),將該系數(shù)與相應(yīng)原輔材料使用量的乘積作為化學(xué)品的環(huán)境管控風(fēng)險(xiǎn)值,結(jié)果如表10所示。由表10可知,優(yōu)先控制化學(xué)品環(huán)境管控風(fēng)險(xiǎn)值排序結(jié)果顯示,南方某市使用量比較大且需要重點(diǎn)關(guān)注的優(yōu)先控制化學(xué)品有十溴二苯醚、六溴環(huán)十二烷、壬基酚和短鏈氯化石蠟4種物質(zhì)。結(jié)合污染源普查數(shù)據(jù)和原輔材料使用情況可知,十溴二苯醚和六溴環(huán)十二烷作為阻燃劑應(yīng)用在該市橡膠、塑料、電子產(chǎn)品行業(yè)；壬基酚作為表面活性劑、發(fā)泡劑、分散劑、工業(yè)清洗劑、破乳劑等大量應(yīng)用在該市金屬加工、工業(yè)清洗等領(lǐng)域；短鏈氯化石蠟作為抗磨劑和潤(rùn)滑劑應(yīng)用在金屬切削加工行業(yè),作為增塑劑在塑膠、纖維等行業(yè)使用。在后續(xù)研究中,建議針對(duì)篩選識(shí)別出的優(yōu)先控制化學(xué)品的生產(chǎn)、使用、排放等環(huán)節(jié),深入開展全生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究；同時(shí),嚴(yán)格按照國(guó)家的相關(guān)管控措施,結(jié)合源頭減量、過程控制、末端治理,減少優(yōu)先控制化學(xué)品在生命周期過程中產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)以及對(duì)人體健康的危害。

表10 化學(xué)品環(huán)境管控風(fēng)險(xiǎn)值排序Table 10 Risk value ranking of environmental control of chemicals

(續(xù)表10)

3 結(jié)論

(1)基于AHP法,構(gòu)建了包括致癌性、急性毒性、致突變性、內(nèi)分泌干擾性、生殖毒性5個(gè)毒性效應(yīng)指標(biāo)和環(huán)境持久性、生物累積性和淋溶遷移性3個(gè)環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)的化學(xué)品危害性綜合評(píng)價(jià)體系,結(jié)合化學(xué)品危害性系數(shù)與原輔材料使用量,計(jì)算了化學(xué)品相應(yīng)的環(huán)境管控風(fēng)險(xiǎn)值,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值排序篩選出優(yōu)先控制化學(xué)品。

(2)南方某市優(yōu)先控制化學(xué)品初選清單共包括23種化學(xué)品,通過危害性綜合評(píng)價(jià),最終確定使用量及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值均較大的4種化學(xué)品分別為十溴二苯醚、六溴環(huán)十二烷、壬基酚、短鏈氯化石蠟。

(3)篩選識(shí)別出的南方某市優(yōu)先控制化學(xué)品主要涉及橡膠、塑料、纖維、電子產(chǎn)品、金屬加工等行業(yè)或領(lǐng)域,后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步開展優(yōu)先控制化學(xué)品全生命周期評(píng)價(jià)及環(huán)境管控措施研究,減少其環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)。