東北地區典型石油污染場地的地下水土污染健康風險評價

李夢龍，董維紅，鮑立新，寇 程(.吉林大學環境與資源學院，長春 30000；.遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽0000)

隨著社會經濟的繁榮發展，大部分人類生產生活所需的有機化合物基本都與石油化工有關[1]。石油化工產業的發展給人們的生活和工作提供了很大的幫助，但由于早期技術與管理的缺陷，石油污染也逐步蠶食著人類健康與周圍的環境。目前，由于早期開發的石化項目未對場地的地質條件、水文地質條件、儲油罐罐體的最大承受能力以及相關防滲標準做出嚴格的界定[2]，導致各地地下儲油罐罐體的泄漏污染事故頻發，對周圍的環境系統造成了極其嚴重的污染[3]。

污染場地健康風險評價指對已經或可能造成污染的場地中各種污染物產生的人體健康危害進行定性和定量估算。近年來，國外已成功將模糊頂點分析法和隨機模糊法等風險評價方法運用到石油污染場地評價及治理。但由于技術水平受限和缺乏相關實踐經驗等原因，目前我國尚未擁有符合自身國情的污染場地風險評價體系。

本次研究針對石油污染場地的特征，以東北某典型石油污染區地下水、土為研究對象，對石油污染場地進行人體健康風險評價，為同類場地風險評價提供理論和技術依據，同時為進一步開展污染場地修復工作及修復目標的確定提供指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究選擇的石油污染區位于中國東北地區的某個油田開采區[4]，面積約100 m×80 m的矩形區域(圖1)。該區地勢平坦，地層巖性以第四系全新統亞砂土為主，厚度在20～23 m之間。

第四系松散巖類孔隙潛水含水層在區內分布較廣，從下往上主要包括：下更新統白土山組砂礫石孔隙承壓水、上更新統顧鄉屯組孔隙潛水、全新統孔隙含水層。研究區居住人群主要供水水源位于研究區東北向100 m處，以全新統孔隙承壓水含水層作為首選攝入供水層。地下水的補給和排泄方式均以側向徑流方式為主[4]，在垂向上因為整個含水層的上部存在著連續的黏土層，對應著區域內的降雨補給和蒸散發量也相對較小。地下水的流向為東南→西北，平均水力坡度0.5%。

圖1 研究區污染情況分布圖

1.2 場地污染情況

區內東南部存在一口由于油水分離器破裂而造成石油泄漏的漏油井，在居民住房的東側約30 m處還有一口漏油井目前尚處于石油泄漏的狀態，已形成了一個約150 m2的油污坑。由近幾年的監測結果以及對土壤、水樣的分析可知，區內土壤及含水層中苯和萘等污染物質的濃度均嚴重超標，居民的健康正受到威脅。

圖2是場地地下水中部地下水中總石油烴(TPH-Total Petroleum Hydrocarbons)濃度等值線圖，可以看出石油烴污染暈擴散方向與地下水流向大致相同，總石油烴濃度在污染源附近的Z36孔最高，向下游逐漸降低，Z33孔、Z34孔等位置濃度已降至0.1 mg/L左右，再向下游的TPH濃度則低于0.1 mg/L，趨于背景環境值[4]場地地下水淺部石油烴污染暈總體形態與中部相似，說明污染源附近地下水在淺層、中層位置均受到了污染。

圖2 場地地下水中部TPH濃度等值線圖(2013年4月)

1.3 評價方法

健康風險評價主要遵循危害識別、毒性評估、暴露評估、風險表征4個步驟[5]。其中，危害識別主要是通過現場采樣監測，確定場地內目標污染物的種類、濃度；毒性評估主要是確定目標污染物的毒性參數；暴露評估主要是確定完整的暴露途徑、暴露受體及暴露量計算模型；風險表征主要是依據前3步的工作結果，采用模型計算完整暴露途徑下特定暴露受體的健康風險。此處對暴露評估模型與風險表征模型進行詳細描述，具體形式如下。

1.3.1暴露評估模型

暴露量按不同暴露途徑進行計算，攝入污染地下水途徑暴露量[6]：

(1)

式中：ADD為地下水污染物攝入量，mg/(kg·d)；CW為地下水中污染物濃度，mg/L；IR為飲水量，L/d；EF為暴露頻率，d/a；ED為暴露周期，a；BW為人群平均質量，kg；AT為平均暴露時間，d。

直接攝入污染土壤途徑暴露量[7]：

OISERCa=

(2)

式中：OISERca為土壤污染物攝入量(致癌效應)，mg/(kg·d)；OSIRc為兒童每日攝入土壤量，mg/d；OSIRa為成人每日攝入土壤量，mg/d；EDc為兒童暴露周期，a；EDa為成人暴露周期，a；EFc為兒童暴露頻率，d/a；EFa為成人暴露頻率，d/a；BWc為兒童平均體重，kg；BWa為成人平均體重，kg；ABSo為經口攝入吸收效率因子(無量綱，一般取值為1)；ATca為致癌效應的平均時間，d。

對于污染物非致癌效應而言，僅考慮人體在兒童期暴露所受到的危害，直接攝入污染土壤途徑暴露量[7]:

(3)

式中：OISERnc為土壤污染物攝入量(非致癌效應)，mg/(kg·d)；ATnc為非致癌效應平均時間，d；其余各項含義詳見公式(2)。

1.3.2風險表征模型

攝入污染地下水途徑下的致癌風險及非致癌風險控制值計算公式[7]如下：

R1=ADD·SF

(5)

式中：R1為攝入地下水污染途徑的致癌風險(無量綱)；SF為致癌風險斜率因子，(kg·d)/mg；R2為攝入地下水污染途徑的非致癌風險；RfD為地下水污染物攝入參考劑量，mg/(kg·d)；其余各項含義詳見公式(1)。

直接攝入污染土壤污染途徑下，土壤致癌風險及非致癌風險控制值按如下公式[7]計算：

CRois=OISERca·Csur·SFo

(7)

式中：CRois為攝入土壤污染途徑的致癌風險(無量綱)；Csur為表層土壤中污染物濃度，mg/kg；HCVSois為基于攝入污染土壤途徑非致癌效應的土壤風險控制值，mg/kg；AHQ為可接受危險商(無量綱，一般取值為1)；其余各項含義詳見前述公式。

2 風險評價結果

2.1 危害識別

2013年7月采集的42個地下水樣品及116個土壤樣品全掃描結果表明，地下環境系統中半揮發性組分檢出率較低，揮發性組分如鄰二甲苯、乙苯等檢出率均小于10%，而苯、甲苯、萘在大多數樣品中均被檢出，因此本次研究選擇苯、甲苯、萘進一步分析。

2.1.1場地地下水目標污染物的確定

將42個取樣孔污染物實測濃度分別與U.S.EPA飲用水標準的最大濃度限值、美國9區場地自來水篩選標準及我國環保部發布的《污染場地風險評估技術導則(發布稿)》[8]中的飲用水安全限值作對比，超標率計算按照超標率=超標孔數量/取樣孔總數進行，統計結果見表1。

計算統計結果表明，場地地下水中苯的含量均有不同程度的超標情況，而甲苯和萘僅在與水質要求較高的美國環保局9區場地自來水篩選標準比較中存在超標，超標率分別為4.76%和100.00%。由于甲苯無致癌性，且超標率較低，因此最終將苯和萘兩種組分確定為場地地下水污染風險評價的首要目標污染物。

2.1.2場地表層土壤目標污染物的確定

考慮到場地內主要為開采油田、工廠及其附屬設施用地，筆者采用《污染場地風險評估技術導則(發布稿)》和美國環保局9區場地通用篩選值中工業用地的土壤篩選標準[4]來判斷場地表層土壤污染組分含量是否達到風險啟動值，統計結果見表2。

表2表明，在不同評價標準下，場地土壤中苯和萘存在不同程度的超標，而甲苯的含量低于各標準的篩選值，超標率為0，因此在表層土壤污染組分的人體健康風險評價過程中同樣選擇苯和萘作為首要目標污染物。

表1 不同評價標準下場地地下水污染物超標情況

表2 不同評價標準下場地表層土壤污染物超標情況

2.2 毒性評估

根據U.S.EPA的致癌物質分類標準，評價涉及的兩種污染物中苯具有致癌性，其致癌風險斜率斜率因子SF[9]苯0.005 5 mg/(kg·d)，非致癌性采用參考劑量RfD[9][苯0.000 4 mg/(kg·d)、萘0.020 0 mg/(kg·d)]表述。

2.3 暴露評估

參考《污染場地風險評估技術導則(發布稿)》及《中國衛生統計年鑒 》[10]，暴露評估模型中具體參數取值見表3，計算結果見表4。

表3 暴露評估模型中的暴露量參數

表4 場地地下水苯、萘暴露量計算結果

由表4可知，在攝入地下水污染途徑中，苯的致癌及非致癌效應暴露量均大于萘，因此在下一步人體健康風險控制值的計算中應著重考慮苯。經計算土壤暴露量(固定值)為OISERca=1.568×10-6，OISERnc=12.062×10-6。

2.4 風險表征

污染場地地下水及土壤健康風險計算結果如表5所示。

表5 場地土壤和地下水中的污染物風險計算結果

由表5可知，苯是場地測出的人體健康致癌風險主要成分，風險最大值為土壤：6.52×10-6，地下水：4.69×10-6。苯和萘在場地中測出的人體健康非致癌風險值為土壤：3.32×10-11(苯)、1.66×10-9(萘)，地下水：0.759(苯)、1.09×10-2(萘)。

3 場地污染物修復優先順序及修復目標

3.1 污染物修復優先級分析

依據污染場地污染物致癌及非致癌風險控制值計算結果，在直接攝入污染土壤途徑下，萘是造成人體健康非致癌風險的首要污染物，其非致癌風險控制值遠大于其余石油烴類污染物；在飲用污染地下水途徑中,苯是造成人體健康致癌風險的主要目標污染物。

因此，苯和萘這兩種污染物均可對石油污染場內的人群健康及生活環境造成較大的危害。苯是污染場內攝入污染地下水途徑的致癌效應污染物，且含量較高，在修復工作中應優先去除。

3.2 修復限值

就污染場地的可接受風險水平而言，以可接受非致癌危害商HQ≤1[11]為上限，即當HQ>1時，認定受體所承受的非致癌風險在不可接受范圍之內，反之，當HQ<1時，認定污染物不會對污染場內人體健康造成明顯不利的非致癌影響，因此本文采用HQ=1作為單一污染物目標可接受危險商。通常，致癌風險TR在10-6～10-4為可接受的，基于最大限度保護人體健康的考慮，本文擬用TR=10-6作為單一污染物目標可接受致癌風險值。單一污染物基于不同暴露途徑下致癌風險及非致癌風險的修復限值計算公式[12]詳見表6。

污染場地的水土修復目標會由于場地用途存在一定的差異性。考慮到污染場地周圍居住人群的實際情況以及修復經費等方面，本文將污染物修復限值的最小值作為初級修復目標，具體結果見表7。為降低健康風險，保證居民的健康情況，土壤中苯和萘的濃度應分別降低到：33.162和165.510 mg/kg；地下水中苯和萘的濃度應分別降低到0.213和21.292 mg/L。

表6 不同暴露途徑污染物致癌及非致癌風險修復限值的計算公式

注：RBSLGW為基于飲用地下水途徑致癌風險地下水修復目標值，mg/L；HBSLGW為基于飲用地下水途徑非致癌風險地下水修復目標值，mg/L；RSRLsoil為所有途徑致癌風險土壤修復目標值，mg/kg；HSRLsoil為所有途徑非致癌風險土壤修復目標值，mg/kg；OIWca為經口攝入地下水暴露量(致癌效應)；OIWnc為經口攝入地下水暴露量(非致癌效應)；THQ為目標可接受危險商(無量綱)；TR為目標可接受致癌風險(無量綱，取值為10-6)；ACR為可接受致癌風險概率(無量綱，取值為10-6)；AHQ為可接受非致癌危險商(無量綱，取值為1)。

表7 石油污染場地地下水土污染初級修復目標

4 結 語

污染場地受石油污染影響，各水質、土壤監測點均可檢出對人體健康造成威脅的石油烴類污染物，水土環境已受較嚴重的污染。依據人體健康風險評價結果，土壤中主要石油烴類污染物為苯和萘，盡管苯的致癌效應風險控制值高于萘，但由于土壤中苯的含量相對較低，因此在只考慮萘的非致癌風險效應而不考慮苯的致癌風險效應對人體健康的影響，進行場地土壤修復時萘應作為主要目標污染物優先去除。區內的地下水檢出的主要石油烴類污染物為苯，由于苯具有極大的毒性且評價得出苯的致癌效應風險控制值遠大于安全限值10-6，故在場地地下水的修復工作中優先除去的污染物質為苯。

由于我國污染場地風險評價尚處起步階段，本文借鑒了國外的安全評價體系，模型所選參數可能與實際污染場地的特征參數有所差異，污染物修復限值的計算結果可能存在一定誤差，但選取的修復目標可將風險降低至人體健康可接受水平，充分考慮了人體和環境健康的需求。

當地有關部門應盡快對污染場地內的采油井和漏油井進行維修工作或更換采油設備，以避免類似的石油泄漏污染事件等情況再次發生。鑒于場地內石油烴類污染物苯和萘的濃度較高，在進行場地修復的同時，應盡快將已暴露在污染物中的居住人群撤離污染場地，避免因長期接觸污染物導致不良后果。

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[12] 浙江省質量技術監督局. DB33/T 892-2013 浙江省污染場地風險評估技術導則[S]. 2013-05-17.