廢棄鉛鋅冶煉廠重金屬污染場地的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

吳烈善，莫小榮，曾東梅，呂宏虹，蘇翠翠

廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南寧 530004

根據(jù)《關(guān)于保障工業(yè)企業(yè)場地再開發(fā)利用環(huán)境安全的通知》環(huán)發(fā)〔2012〕140號精神，結(jié)合最新發(fā)布的污染場地風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)導(dǎo)則(HJ 25.3-2014)，文中簡稱技術(shù)導(dǎo)則，對關(guān)停并轉(zhuǎn)、破產(chǎn)或搬遷工業(yè)企業(yè)場地進(jìn)行環(huán)境調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評估，加強(qiáng)環(huán)境管理，防止危害人體健康尤為重要。

目前，國外許多國家對工業(yè)企業(yè)廢棄場地進(jìn)行再利用前都進(jìn)行相應(yīng)的評價(jià)，其評價(jià)涉及污染場地再利用目的、土壤理化性質(zhì)等[1-3]，國內(nèi)也有不少關(guān)于污染場地調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評估的研究[4-7]。我國環(huán)保部于2014年2月發(fā)布了關(guān)于污染場地調(diào)查、監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)評估及土壤修復(fù)等相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則[8-11]，明確了我國在污染場地調(diào)查與評估上的技術(shù)細(xì)則，為污染場地的調(diào)查評估工作提供了強(qiáng)有力的理論支撐。

鑒于此，本文通過對廣西某廢棄鉛鋅冶煉廠區(qū)進(jìn)行調(diào)查、采樣和分析，運(yùn)用我國環(huán)保部新發(fā)布的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法及指數(shù)評價(jià)法對該地塊進(jìn)行對比評估，旨在運(yùn)用該方法對搬遷工業(yè)企業(yè)污染場地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估及為同行提供借鑒，并為該廢棄鉛鋅廠區(qū)是否適宜從工業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榫幼∮玫靥峁├碚搮⒖肌?/p>

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 研究區(qū)域概況

該廠原為一家以鋅冶煉為主的冶煉企業(yè)，總占地面積125 hm2，生產(chǎn)規(guī)模為年處理礦石30萬t，鋅焙砂7萬t金屬，氧化鋅5 000 t，電解鋅60 000 t，3個硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)。由于采選礦及冶煉的技術(shù)落后，其產(chǎn)生的廢渣、尾砂仍含有大量的有毒有害元素，長期堆放對周邊環(huán)境造成了一定污染。

1.2 樣品采集與測定

采用系統(tǒng)布點(diǎn)法在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置77個采樣點(diǎn)，見圖1。廠區(qū)土壤樣品的采集、保存和流轉(zhuǎn)按照HJ 25.2-2014和HJ/T 166進(jìn)行，場地廢渣、建筑垃圾采集、保存和流轉(zhuǎn)按照HJ/T 20、HJ/T 298進(jìn)行。采集后的樣品經(jīng)自然風(fēng)干、除雜過100目篩后待測，測定項(xiàng)目為Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As 6個重金屬元素。土壤樣品中重金屬采用GB /T 22105.2-2008、GB /T 17141-1997、HJ 491-2009、GB/T 17138-1997測定，廢渣和建筑垃圾中重金屬采用GB/T 15555.2-1995、GB/T 15555.3-1995、GB/T 15555.6-1995測定。

圖1 廠區(qū)內(nèi)采樣布點(diǎn)圖Fig. 1 The sampling sites in the plant

1.3 評價(jià)方法

1.3.1 指數(shù)評價(jià)法

其中，Pi為污染物i污染指數(shù)，Ci為污染物實(shí)測值(mg·kg-1)，SI為污染物i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。單因子污染指數(shù)Pi≤1表示未受污染；13表示重污染。表1為土壤綜合污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)[12]。

1.3.2 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法

(1)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型及參數(shù)

根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則中的相關(guān)規(guī)定可知污染物主要通過皮膚接觸、經(jīng)口攝入及呼吸攝入三種暴露途徑進(jìn)入人體。不同污染物通過不同的攝入途徑所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)模型包括致癌物質(zhì)所致的健康危害模型和非致癌物質(zhì)所致的健康危害風(fēng)險(xiǎn)模型。

對于單一污染物的致癌效應(yīng)，考慮人群在兒童期和成人期暴露的終生危害，經(jīng)口攝入、皮膚接觸及呼吸攝入土壤暴露量計(jì)算公式為：

(1)

(2)

(3)

其中：OISERca—經(jīng)口攝入土壤暴露量，kg土壤·kg-1體重·d-1；DCSERca—皮膚接觸途徑的土壤暴露量，kg土壤·kg-1體重·d-1；PISERca—吸入土壤顆粒物的土壤暴露量，kg土壤·kg-1體重·d-1；其他相關(guān)參數(shù)及取值見技術(shù)導(dǎo)則。

表1 土壤綜合污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of soil comprehensive pollution index

對于單一污染物的非致癌效應(yīng)，由于兒童體重較輕、暴露量較高，一般根據(jù)兒童期暴露來評估污染物的非致癌效應(yīng)。兒童經(jīng)口攝入、皮膚接觸及呼吸攝入土壤暴露量計(jì)算公式為：

(4)

(5)

(6)

其中，OISERnc—經(jīng)口攝入土壤暴露量，kg土壤·kg-1體重·d-1；DCSERnc—皮膚接觸的土壤暴露量，kg土壤·kg-1體重·d-1；PISERnc—吸入土壤顆粒物的土壤暴露量，kg土壤·kg-1體重·d-1；其他相關(guān)參數(shù)及取值見技術(shù)導(dǎo)則。

(2)毒性評估

Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As均具有慢性非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，而As、Cr和Cd同時具有致癌風(fēng)險(xiǎn)[13]。根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則相關(guān)規(guī)定，表2列出了Cu、Zn、Cr、Cd、As五種重金屬致癌效應(yīng)及非致癌效應(yīng)毒性參數(shù)，其中，由于鉛(Pb)的相關(guān)參數(shù)在導(dǎo)則中未錄入，文中略去對其的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。致癌效應(yīng)參數(shù)包括呼吸吸入致癌斜率因子(SFi)、經(jīng)口攝入致癌斜率因子(SFo)、皮膚接觸致癌斜率因子(SFd)；非致癌效應(yīng)參數(shù)包括呼吸吸入?yún)⒖紕┝?RfDi)、經(jīng)口攝入?yún)⒖紕┝?RfDo)和皮膚接觸參考劑量(RfDd)。

注：NA表示信息缺失。

(3)風(fēng)險(xiǎn)表征

土壤中單一污染物致癌風(fēng)險(xiǎn)：

CRois=OISERca×Csur×SFo

(7)

CRdcs=DCSERca×Csur×SFd

(8)

CRpis=PISERca×Csur×SFi

(9)

CRn=CRois×CRdoc×CRpis

(10)

其中，CRois—經(jīng)口攝入土壤途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)，無量綱；CRdcs—皮膚接觸土壤途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)，無量綱；CRpis—吸入土壤顆粒物途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)，無量綱；CRn—土壤中單一污染物(第n種)經(jīng)所有暴露途徑的總致癌風(fēng)險(xiǎn)，無量綱；Csur—表層土壤中污染物濃度，mg·kg-1。

土壤中單一污染物危害商：

(11)

(12)

(13)

HIn=HQois+HQdoc+HQpis

(14)

其中，HQois—經(jīng)口攝入土壤途徑的危害商，無量綱；HQdoc—皮膚接觸土壤途徑的危害商，無量綱；HQpis—吸入土壤顆粒物途徑的危害商，無量綱；SAF—暴露于土壤的參考劑量分配系數(shù)，無量綱；HIn—土壤中單一污染物(第n種)經(jīng)所有暴露途徑的危害指數(shù)，無量綱。Csur—表層土壤中污染物濃度，mg·kg-1。

單一污染物可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)為1.00E-06，可接受危害商為1。

2 結(jié)果與分析(Results)

2.1 廠區(qū)重金屬特征值描述

廠區(qū)重金屬平均含量見表3。從表3可知，廠區(qū)Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As6種重金屬在土壤、廢渣和建筑垃圾中均有一定的積累。與國家展覽會用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)B級標(biāo)準(zhǔn)(HJ350-2007)[14]相比，土壤中Zn、Cd、As超標(biāo)；廢渣中除Cr不超標(biāo)，Cu、Pb、Zn、Cd、As均超標(biāo)；建筑垃圾中Zn和Cd超標(biāo)。6種重金屬中以廢渣中Pb、Zn、Cd、As積累最為嚴(yán)重，積累平均值分別為3 097.30、20 832.10、317.80、1 704.40 (mg·kg-1)，分別為土壤8.62、4.58、2.78、14.17倍，為建筑垃圾18.33、4.28、1.29、27.67倍。從表3的變異系數(shù)分析，變異系數(shù)總體趨勢土壤>廢渣>建筑垃圾，這可能由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等原因，土壤污染源較多，造成土壤變異系數(shù)大；由于工藝流程等原因，廢渣成分存在差異，變異系數(shù)也較大；由于產(chǎn)污環(huán)節(jié)，建筑垃圾受污染較均衡，變異系數(shù)最小。

2.2 廠區(qū)重金屬污染指數(shù)評價(jià)

以國家展覽會用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)B級標(biāo)準(zhǔn)為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的土壤重金屬污染指數(shù)見表4。評價(jià)結(jié)果顯示，單因子污染指數(shù)表明廢渣中Cu、Pb、Zn、Cd、As超標(biāo)，其中As超標(biāo)最嚴(yán)重，超標(biāo)倍數(shù)為21.31；土壤中Zn、Cd、As超標(biāo)，其中Cd超標(biāo)最嚴(yán)重，超標(biāo)倍數(shù)為5.20；建筑垃圾中Zn、Cd超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)分別為3.25、11.16倍。綜合污染指數(shù)表明廢渣和建筑垃圾受到重度污染，土壤受到中度污染。單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)表明場地污染程度廢渣>>建筑垃圾>土壤，Cd>As>Zn>Pb>Cu>Cr。土壤和廢渣綜合污染指數(shù)變異系數(shù)較大，說明二者受污染程度分布不均。

2.3 廠區(qū)重金屬污染人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

運(yùn)用表2中污染物的毒性參數(shù)及表3的數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合公式(1)～(14)及技術(shù)導(dǎo)則中相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出廠區(qū)土壤、廢渣和建筑垃圾中Cu、Zn、Cr、Cd、As 5種重金屬元素可能引起敏感人群的危害風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算結(jié)果見表5。表中數(shù)據(jù)顯示，污染場地中土壤、廢渣和建筑垃圾的危害商分別為2.032、13.891、2.975，非致癌危害廢渣>>建筑垃圾>土壤；污染場地中Cu、Zn、Cr、Cd、As的危害商分別為0.053、0.118、0.184、7.001、11.542，非致癌危害As>Cd>Cr>Zn>Cu。其中，土壤中Cd的危害商為1.182，危害最大；廢渣中As的危害商10.429，危害最大；建筑垃圾中Cd的危害商為2.536，危害最大。

表3 廠區(qū)土壤、廢渣、建筑垃圾中6種重金屬的平均含量Table 3 The average content of 6 kinds of heavy metals in soils , residues, construction wastes (mg·kg-1 )

表4 廠區(qū)土壤、廢渣、建筑垃圾中6種重金屬的污染指數(shù)Table 4 Pollution indexes of 6 kinds of heavy metals in soils , residues, construction wastes

致癌危害中，污染場地內(nèi)土壤、廢渣和建筑垃圾的致癌風(fēng)險(xiǎn)分別5.387E-04、7.954E-04、2.455E-04，致癌危害廢渣>土壤>建筑垃圾；污染場地內(nèi)As、Cd、Cr的致癌風(fēng)險(xiǎn)分別為5.233E-04、2.400E-05、1.032E-03，致癌危害Cr>As>Cd。其中，土壤中Cr的致癌風(fēng)險(xiǎn)為4.983E-04，致癌危害最大；廢渣中As的致癌風(fēng)險(xiǎn)為4.728E-04，致癌危害最大；建筑垃圾中Cr的致癌風(fēng)險(xiǎn)為1.032E-03，致癌風(fēng)險(xiǎn)最大。綜上，污染場地中人體健康危害廢渣>建筑垃圾>土壤，主要危害元素為As、Cd、Cr。

3 討論(Discussion)

目前，我國在土壤風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究中，主要以土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618-1995)為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于農(nóng)田、果園、林地、自然保護(hù)區(qū)等地的土壤；而該廠區(qū)場地利用方式將規(guī)劃從工業(yè)用地轉(zhuǎn)為居住用地，使用土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618-1995)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不是很合適，本研究根據(jù)該廠土壤的利用方式、土壤功能及受體，選用與居住用地的土壤利用方式最接近的土壤環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)——國家展覽會用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(HJ 350-2007)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

本研究使用指數(shù)評價(jià)法和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法對廠區(qū)土壤、廢渣和建筑垃圾進(jìn)行對比評價(jià)。指數(shù)評價(jià)法表明場地污染程度廢渣>>建筑垃圾>土壤，廢渣和建筑垃圾受到重度污染，土壤受到中度污染，且Cd>As>Zn>Pb>Cu>Cr。人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法表明非致癌危害廢渣>>建筑垃圾>土壤，As>Cd>Cr>Zn>Cu；致癌危害廢渣>土壤>建筑垃圾，Cr>As>Cd。兩種評價(jià)方法均表明場地污染程度廢渣>>建筑垃圾>土壤，但由于每個重金屬的毒性參數(shù)存在差異，場地中重金屬的污染程度與其造成的人體健康危害程度不一定一一對應(yīng)，如指數(shù)評價(jià)法中Cr的污染程度最低，但是健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)得出其為主要危害元素之一。再者，該廠區(qū)場地將規(guī)劃從工業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榫幼∮玫兀狙芯拷ㄗh對廠區(qū)內(nèi)污染嚴(yán)重的廢渣、建筑垃圾進(jìn)行搬運(yùn)、清理，對污染較輕的土壤進(jìn)行土壤修復(fù)，可采用化學(xué)固化修復(fù)技術(shù)進(jìn)行土壤修復(fù)[15]。

目前，我國對污染場地的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及修復(fù)管理等方面的相關(guān)規(guī)定日益完善，這為污染場地調(diào)查評估工作的順利開展提供了依據(jù)。同時，污染場地的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及修復(fù)管理等方面的相關(guān)規(guī)定又是不完善的，如部分污染物的毒性參數(shù)缺失或不齊全，例如技術(shù)導(dǎo)則中關(guān)于鉛(Pb)的毒性參數(shù)缺失，ABSd(皮膚吸收效率因子)參數(shù)不齊全等，參數(shù)的不完善直接影響到健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的質(zhì)量和可靠性，對于缺失或不齊全的相關(guān)信息應(yīng)該補(bǔ)齊；此外，風(fēng)險(xiǎn)控制值直接關(guān)系到污染場地的修復(fù)與管理，不同利用方式的土地風(fēng)險(xiǎn)控制值應(yīng)該是不一樣的，因此，技術(shù)導(dǎo)則中風(fēng)險(xiǎn)控制值的計(jì)算公式是否應(yīng)作區(qū)分和細(xì)化，或者，針對不同利用方式的土地風(fēng)險(xiǎn)控制值是否應(yīng)作統(tǒng)一規(guī)定并給出，以完善污染場地修復(fù)和管理的規(guī)范性。

表5 廠區(qū)Cu、Zn、Cr、Cd、As 對人體的危害風(fēng)險(xiǎn)Table 5 The risk of Cu, Zn, Cr, Cd, As on the human body

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