內蒙古呼和浩特市大氣TSP 和PM10 中PAHs 的健康風險評價

劉薇薇，塔娜，趙星華，韓春霞

內蒙古師范大學化學與環境科學學院 內蒙古綠色催化重點實驗室，呼和浩特 010022

內蒙古呼和浩特市大氣TSP 和PM10中PAHs 的健康風險評價

劉薇薇，塔娜*，趙星華，韓春霞

內蒙古師范大學化學與環境科學學院 內蒙古綠色催化重點實驗室，呼和浩特 010022

于2012—2013年6月和12月采集了內蒙古呼和浩特市大氣顆粒物樣品，用GC-MS分析測定其中16種PAHs的濃度，并用苯并(a)芘(BaP)致癌、致突變等效濃度、終身致癌超額危險度和預期壽命損失3個指標評價了內蒙古呼和浩特市大氣顆粒物TSP和PM10中PAHs的人群健康風險。結果顯示：內蒙古呼和浩特市大氣顆粒物TSP和PM10中PAHs對成人、兒童的日均暴露劑量范圍分別為0.71×10-6～2.01×10-6、0.45×10-6～1.28×10-6和0.31×10-6～2.41×10-6、0.19×10-6～1.15×10-6mg·kg-1·d-1；TSP和PM10中PAHs對成人和兒童的終身致癌超額危險度范圍分別為2.21×10-6～6.24×10-6、1.41×10-6～3.97×10-6和0.95×10-6～7.47×10-6、0.60×10-6～4.75×10-6，終身致癌超額危險度均處于可接受水平范圍內(10-4～10-6)。TSP和PM10中PAHs對成人和兒童的預期壽命損失范圍分別為13.74～38.78、8.752～24.70和5.88～46.39、3.74～29.54 min。

多環芳烴；健康風險評價；內蒙古；模型

多環芳烴類化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是指含2個或2個以上苯環的半揮發性有毒有害有機物[1]，美國環境保護局(Environmental Protection Agency, EPA)已將16種PAHs列為優先控制污染物，其中苯并(a)芘(BaP)致癌強度比較高[2]，通常將其作為所有致癌性PAHs的指示物[3]。根據流行病學相關報道，PAHs高暴露性與肺癌、膀胱癌和皮膚癌等發生有關[4]。國內外展開了大量健康風險研究，孟川平等[5]對濟南冬春季室內空氣PM2.5中PAHs污染特征及健康風險進行評價，采用終身致癌健康風險模型，經計算餐廳、超市和辦公室都超過了世界衛生組織(WHO)標準。伯鑫等[6]對焦爐排放PAHs的特征進行了研究，并對焦爐排放PAHs的健康風險進行了定量評價，認為其PAHs總致癌風險值最大達到2.7×10-6，超過US EPA(10-6)標準，對當地居民的人體健康可能存在一定的影響。Gaga等[7]對土耳其科喀艾里工業城市大氣中PAHs進行健康風險評估，其風險值在10-6～10-4，也超出US EPA(10-6)的標準，結果還顯示供暖期和非供暖期PAHs對人體健康差異明顯。現階段研究者對內蒙古地區大氣顆粒物中PAHs的健康風險評價鮮有報道，筆者在正常天氣條件下以BaP致癌、致突變等效濃度、終身致癌超額危險度和預期壽命損失3個指標對內蒙古呼和浩特市大氣顆粒物TSP和PM10中PAHs的健康風險進行了評估。

1　材料與方法(Materials and methods)

1.1樣品采集

2012年6月30—7月6日和2012年12月26日—2013年1月2日，于呼和浩特市某化肥廠生活區和內蒙古師范大學化學樓2個采樣點分別采樣，采樣點高度約2 m，采用大氣綜合采樣器(KC-6120型青島嶗山)和玻璃纖維濾膜(90 mm，天津中天大環保科技發展有限公司，中國)，連續采樣7 d，每個樣品從早8：00至晚8：00，每天采樣12 h，采樣流量控制在100 L·min-1。

1.2樣品分析測定

1.3質量保證與控制(QA/QC)：

在本研究的全過程中，QA/QC方法主要包括：加標回收率、現場空白、實驗室空白和檢測限。

1.3.1加標回收率

分別添加0.1 ng·m-3、1 ng·m-3、2 ng·m-3等3種不同濃度的PAHs標準物質，每個濃度做3個平行樣，測定PAHs的回收率范圍分別是53%～157%、46%～146%、47%～154%，RSD范圍為12.82%～86.42%、11.35%～81.04%、15.75%～93.79%。

1.3.2空白試驗

將經空白處理的濾膜帶到呼和浩特2個采樣點后再送回實驗室，對其進行和樣品相同的預處理和分析過程，作為現場空白。同時設有實驗室空白，但兩者均未檢出。

2　內蒙古呼和浩特市大氣中PAHs健康風險評價模型以及參數選擇

2.1大氣中PAHs終身致癌超額危險度和致癌致突變風險評價模型選擇

根據US EPA綜合風險信息數據庫(The Integrated Risk Information System, IRIS)的數據資料以及參照Jung和Larsen等[8-9]的研究，計算以BaP為參照的致癌等效濃度(toxic equivalent quantity, TEQ)和致突變等效濃度(mutational equivalent quantity, MEQ)，并根據BaA、Chr、BbF、BkF、BaP、DBahA、BghiP和InP這8種PAHs的濃度和以BaP為參照的致癌等效因子(toxic equivalent factor, TEF)，以進行內蒙古呼和浩特市大氣顆粒物中PAHs致癌和致突變風險評價。表1給出16種PAHs的TEF和MEF(mutational equivalent factor, MEF)值[10]。

表1　16種PAHs的TEF值和MEF值

注：TEF為致癌等效因子；MEF為致突變等效因子。

Note: TEF stands for toxic equivalent factor; MEF stands for mutational equivalent factor.

以BaP為參照的致癌等效濃度(TEQ)和致突變等效濃度(MEQ)計算公式(1)為

TEQ=Ci×TEFi

(1)

式中：TEQ，第i種PAHs總致癌等效濃度，ng·m-3；Ci，大氣中第i種PAHs濃度，ng·m-3；TEFi，第i種PAHs的致癌等效因子。

MEQ=Ci×MEFi

(2)

式中：MEQ，第i種PAHs總致突變等效濃度，ng·m-3；Ci，大氣中第i種PAHs濃度，ng·m-3；MEFi，第i種PAHs的致突變等效因子。

BaP為無閾致癌化合物，其通過呼吸系統進入人體所引起的健康風險評價模型為無閾化學污染物健康風險評價模型，見公式(3)：

R=q×ADD

(3)

式中：R，為人群終身致癌超額危險度，無量綱；q，以動物資料推算出人體的致癌強度系數，kg·d·mg-1；ADD(average daily dose)，日均暴露劑量，mg·kg-1·d-1。

呼吸暴露途徑的BaP日均暴露劑量計算見公式(4)：

ADD=CA×IR×ET×EF×ED/(BW×AT)

(4)

式中：CA，空氣中污染物的濃度，mg·m-3；IR，呼吸速率，m3·h-1；ET，暴露時間，h·d-1；EF，暴露頻率d·a-1；ED，暴露持續時間，a；BW，體重，kg；AT，平均接觸時間，d。

2.2模型參數的選擇

根據US EPA《暴露因子手冊》和《超級基金健康風險評價手冊》[10]內容，結合實際情況，確定人群暴露評價參數，根據IRIS信息數據庫[11]查知BaP的致癌強度系數q為3.1 kg·d·mg-1，見表2。

2.3預期壽命損失計算

大氣中PAHs因致癌作用而導致的預期壽命損失計算見公式(4)：根據楊宇等[12]的報道，得出10-5的癌癥超額發病率所對應的成年人預期壽命損失(lost of life expectancy, LL)為62.16 min。

LL=62.16×(R/10-5)

(5)

式中：LL，預期壽命損失，min；R，人群終身致癌超額危險度，無量綱。

表2　暴露評價模型參數[10]

注：IR、ET、EF、ED、BW、AT分別為呼吸速率、暴露時間、暴露頻率、暴露持續時間、體重和平均接觸時間。

Note:IR, ET, EF, ED, BW, AT stand for respiration rate, exposure time, exposure frequency, exposure duration, body weight, and average contact time.

3　結果與討論(Results and discussion)

3.1內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中PAHs的致癌等效濃度(BaP-TEQ)和致突變等效濃度(BaP-MEQ)

由表3可見，在夏季TSP中，Pyr的污染范圍最廣，PM10中，Bbf的污染范圍最大；在冬季TSP中Fluo、Pyr、Bbf、Bkf、Phe的含量均超過20 ng·m-3，在PM10中，Phe、Fluo含量超過30 ng·m-3，Bbf上限達到了51.26 ng·m-3。WHO對PAHs的總毒性當量限值是1 ng·m-3，GB/T3095—2002《環境空氣質量標準》中規定我國居民區大氣中PAHs的總毒性當量濃度限值為10 ng·m-3。由表4可見，內蒙古呼和浩特大氣TSP中夏季BaP-TEQ濃度范圍分別為5.85～6.75 ng·m-3，冬季BaP-TEQ的濃度范圍為10.71～16.50 ng·m-3。以WHO為標準，大氣TSP在夏季超標倍數約為5.8～6.8倍，冬季超標倍數約10.7～16.5倍，以GB/T3095—2002《環境空氣質量標準》為參考，夏季超標倍數約為0.58～0.67倍，冬季超標倍數1.07～1.65倍。大氣PM10中夏季和冬季BaP濃度范圍分別為2.50～6.15 ng·m-3和6.44～19.74 ng·m-3，以WHO為標準，大氣PM10中夏季和冬季超標倍數分別為2.5～6.2倍和6.4～20倍；以GB/T3095—2002為標準，夏季和冬季超標倍數分別為0.25～0.62倍和0.64～2.0倍。無論在TSP還是PM10中，PAHs冬季的毒性當量值都高于夏季，這可能與內蒙古呼和浩特冬季燃煤量較大和汽車尾氣造成灰霾天氣有關，而夏季多雨的天氣會使大氣中PAHs易沉降到地面，晴天風速較大，易于快速擴散，從而促使大氣中的PAHs濃度降低。

表3　內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中PAHs濃度范圍

注：ND為未檢出。

Note: ND is not detected.

表4　內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中PAHs的Bap-TEQ和Bap-MEQ

3.2內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中PAHs呼吸暴露水平

通過表2的模型參數和表4(BaP-TEQ)，應用公式(4)即可得出呼和浩特市成人和兒童呼吸暴露途徑的冬夏兩季大氣PAHs暴露劑量(ADD)，由表5可以看出，內蒙古呼和浩特市大氣中TSP和PM10通過呼吸途徑可能造成成人和兒童PAHs的暴露劑量范圍為0.71～2.01×10-6mg·kg-1·d-1、0.35～1.02×10-6mg·kg-1·d-1，0.31～2.41×10-6mg·kg-1·d-1、0.13～1.05×10-6mg·kg-1·d-1。人群的暴露水平不論TSP還是PM10中冬季都高于夏季的暴露水平，其主要原因是冬季采暖期使得PAHs的污染濃度高于夏季，而且成人的呼吸暴露水平均高于兒童，對此應給予足夠的重視，繼續改善本地人群的生存環境以降低人群的終身致癌超額危險度。

表5　內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中

3.3內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中人群終身超額危險度評價

內蒙古呼和浩特大氣TSP中PAHs通過呼吸暴露途徑對成人和兒童造成的終身致癌超額危險度范圍分別為2.21×10-6～6.24×10-6和1.41×10-6～3.97×10-6，PM10中成人和兒童的范圍為0.94×10-6～7.46×10-6和0.60×10-6～4.75×10-6均處于US EPA可接受水平(10-4～10-6)內。從表6可知成人與兒童相比，TSP和PM10中成人的終身致癌超額危險度均高于兒童，且成人的致癌風險約是兒童的2倍，主要原因是成人每天吸入較大量的空氣，因此暴露BaP的量更大[13]。從不同粒徑分布來看，TSP中PAHs終身致癌超額危險度均高于PM10，這是由于PAHs主要存在于大顆粒物中。在呼和浩特大氣顆粒物TSP和PM10中出現冬季高夏季低的現象，這不僅與排放源有關，還受氣候因素的影響。呼和浩特冬季集中供暖燃煤，燃料消耗急劇增加，加上冬季溫度較低，易出現逆溫層，且風速較小可使得大氣中的PAHs不易向外擴散，易富集，從而導致PAHs的濃度急劇升高；夏季值偏低，因夏季氣象擴散條件較好，紫外輻射較強，光化學反應中PAHs的消耗量較大[14]，使得污染物不易富集，毒性作用較小。雖夏季大氣中PAHs的濃度明顯低于冬季，而污染物人體健康風險是基于人群終生暴露量進行評估的。

表6　呼和浩特市大氣TSP和PM10中成人與兒童PAHs終身致癌超額危險度范圍

3.4內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中PAHs造成的預期壽命損失

通過表6人群終身致癌超額危險度，應用公式(5)可得表7呼和浩特市大氣中TSP和PM10的PAHs通過呼吸暴露可能造成成人和兒童預期壽命損失范圍為13.74～38.78 min和8.75～24.70 min，PM10可能造成成人和兒童預期壽命損失范圍為5.88～46.39 min和3.74～29.54 min，其存在危險性。

表7　內蒙古呼和浩特市大氣TSP和PM10中成人與兒童PAHs預測壽命損失范圍

本研究選擇了2個大氣監測點，其代表性存在一定的局限性。所選用的毒性模型為US EPA推薦模型，初步評估了內蒙古呼和浩特大氣TSP和PM10中PAHs對經呼吸道途徑暴露于普通人群的成人和兒童健康風險評價。

致謝：感謝內蒙古環境保護廳內蒙古環境監測中心站的支持。

通訊作者簡介：塔娜(1973-)，女，南京大學環境科學專業博士畢業，副教授，主要研究方向為環境中微量有毒有機污染物環境行為。

[1]Yang W, Lang Y H, Li G L. Cancer risk of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the soils from Jiaozhou Bay wetland [J]. Chemosphere, 2014, 112: 289-295

[2]劉新, 王東紅, 馬梅, 等. 中國飲用水中多環芳烴的分布和健康風險評價[J]. 生態毒理學報, 2011, 6(2): 208-214

Liu X, Wang D H, Ma M, et al. Distribution and health risk assessment of polycyclic aromatic hydrocarbons in drinking water of China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2011, 6(2): 208-214 (in Chinese)

[3]Collins J F, Brown J P, Dawson S V, et al. Risk assessment for benzao[a]pyrene [J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 1991, 13: 170-184

[4]Menzie C A, Potocki B B, Santodonato J. Exposure to carcinogenic PAHs in the environment [J]. Environment Science & Technology, 1992, 7: 1278-1284

[5]孟川平,楊凌霄,董燦,等.濟南冬春季室內空氣PM2.5中多環芳烴污染特征及健康風險評價[J].環境化學,2013,32(5):720-725

Meng C P, Yang L X, Dong C, et al. Characteristics and health risk assessment of indoor PM2.5polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in winter and spring in Jinan [J]. Environmental Chemistry, 2013, 32(5): 720-725 (in Chinese)

[6]伯鑫, 王剛, 溫柔, 等. 焦爐排放多環芳烴與人體健康風險評價研究[J]. 環境科學, 2014, 35(7): 2743-2747

Bo X, Wang G, Wen R, et al. Health risk assessment of coke oven PAHs emissions [J]. Environmental Science, 2014, 35(7): 2743-2747 (in Chinese)

[8]Jung K H, Yan B Z, Chillrud S N, et al. Assessment of benzo(a)-pyrene equivalent carcinogenicity and mutagenicity of residential indoor versus outdoor polycyclic aromatic hydrocarbons exposing young children in New York City [J]. International Journal of Environment Research Public Health, 2010, 7: 1889-1900

[9]Larsen J C, Larsen P B. Air Pollution and Health [M]. Cambridge: The Royal Science of Chemistry, 1998: 33-56

[10]US EPA. Risk assessment guidance for superfund volume I. Human health evaluation manual (Part A). EPA/540/1-89/002. [S]. Washington DC: US EPA, 1989: 35-52

[11]US EPA. Superfund Public Health Evaluation Manual [S]. US EPA, 1986: 1-86 http://www.epa.gov/NCEA/iris/

[12]楊宇, 胡建英, 陶澍. 天津地區致癌風險的預期壽命損失[J]. 環境科學, 2005, 26(1): 69-73

Yang Y, Hu J Y, Tao S. Loss of life expectancy analysis for cancer risk in Tianjin Area [J]. Environmental Science, 2005, 26(1): 69-73 (in Chinese)

[13]林海鵬, 謝滿廷, 武曉燕, 等. 宣威市空氣中多環芳烴污染健康風險評價對比研究[J]. 環境與健康雜志, 2010, 27(9): 511-513

Lin H P, Xie M T, Wu X Y, et al. Health risk assessment of PAHs air pollution in Xuanwei [J]. Journal of Environment Health, 2010, 27(9): 511-513 (in Chinese)

[14]夏芬美, 李紅, 李金娟. 北京市東北城區夏季環境空氣中苯系物的污染特征與健康風險評價[J]. 生態毒理學報, 2014, 9(6): 1041-1052

Xia F M, Li H, Li J J, et al. Characteristics and health risk assessment of atmospheric benzene homologues in summer in the Northeastern urban area of Beijing [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2014, 9(6): 1041-1052 (in Chinese)

◆

Health Risk Assessment of PAHs in Atmospheric TSP and PM10of Hohhot of Inner Mongolia

Liu Weiwei, Tana*, Zhao Xinghua, Han Chunxia

Inner Mongolia Key Laboratory of Green Catalysis, College of Chemistry and Environmental Science, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China

4 May 2015accepted 20 July 2015

During June and December of 2012 and 2013, the atmospheric particulate samples were collected from Hohhot City, Inner Mongolia and among which, 16 kinds of PAHs were detected by GC-MS. Furthermore, health risks to the local population induced by PAHs in TSP and PM10were assessed by applying carcinogenic, mutagenic equivalents of benzo (a) pyrene (BaP), the average lifelong risk of cancer and loss of life expectancy. The results showed that range of average daily exposure dose of PAHs for adults and children in TSP were 0.73×10-6～2.01×10-6, 0.45×10-6～1.28×10-6mg·kg-1·d-1, and in PM10were 0.31×10-6～2.41×10-6, 0.194×10-6～1.15×10-6mg·kg-1·d-1respectively. The excess risks for lifelong carcinogenic disease of adults and children were 2.21×10-6～6.24×10-6and 1.41×10-6～3.97×10-6in TSP, 0.95×10-6～7.46×10-6and 0.60×10-6～4.75×10-6in PM10, which were possibly in the acceptable range levels. The expected loss of life time of PAHs for adults and children in TSP were 13.74～38.78 min, 8.75～24.70 min, and in PM10were 5.88～46.39 min and 3.74～29.54 min respectively.

PAHs; health risk assessment; Inner Mongolia; model

國家自然科學基金項目(21167012)；內蒙古自治區高等學校科學研究項目(NJZY11038)；內蒙古自治區科技計劃項目

劉薇薇(1990-)，女，碩士生，研究方向為大氣中典型持久性有機物，E-mail:1245468182@qq.com；

Corresponding author)， E-mail: tnbynwu@126.com

10.7524/AJE.1673-5897.20150504002

2015-05-04 錄用日期：2015-07-20

1673-5897(2015)6-154-05

X171.5

A

劉薇薇, 塔娜, 趙星華, 等. 內蒙古呼和浩特市大氣TSP和PM10中PAHs的健康風險評價[J]. 生態毒理學報，2015, 10(6): 154-158

Liu W W, Tana, Zhao X H, et al. Health risk assessment of PAHs in atmospheric TSP and PM10of Hohhot of Inner Mongolia [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(6): 154-158 (in Chinese)