新化學物質的環境風險評估技術研究

張魁鋒

摘 要：由于化學物質對人類社會的巨大效益及其每年的增加，研究新化學物質對環境的風險評估成為了環境保護的一項重要舉措。本文作者重點介紹新化學物質的環境風險評估的方法，其風險評估過程通常按照幾個步驟：通過危害性鑒別確定需要關注的環境效應；通過濃度-效應評估外推出預測無效應濃度（PNEC）；暴露評估結合暴露場景與數據模型，確定出預測環境濃度（PEC）；完成環境風險表征，通過PEC/PNEC的比率確定新化學物質的環境風險是否可以接受。

關鍵詞：新化學物質 環境風險評估 預測無效應濃度（PNEC） 預測環境濃度PEC

中圖分類號：X820 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（c）-0099-02

根據《新化學物質環境管理辦法》稱未列入《中國現有化學物質名錄》的化學物質為新化學物質。根據相關數據顯示，我國目前已經生產和上市的既有化學物質種類多達46000多種，每年申報的新化學物質約100多種，其中大部分新化學物質都是有機合成的。隨著人類社會的不斷發展，新化學物質為我們的物質生活帶來了巨大利益，但是新化學品的生產、運輸、存儲以及使用過程卻存在著對人類健康及生態環境的潛在或既成危害。因此對新化學物質進行有效的環境風險評估可以提前對這些危害進行預防。

1 新化學物質的環境風險評估

對新化學物質的環境風險評估是對該化學物質在環境中暴露可能對環境產生負效應的評估過程，目的是鑒別其中可接受和不可接受的風險。評估過程通常為五個方面：環境危害鑒別、濃度——效應關系評估、環境暴露評估、環境風險表征以及不確定性分析等。

1.1 環境危害鑒別

危害性鑒別是新化學物質環境風險評估的第一步，也是風險評估的基礎。化學物質對環境的風險源于化學物質在環境中的濃度和暴露，很大程度上又取決于化學物質本身理化特性的各種參數。其中最為突出的參數為：釋放、遷移率、降解和蓄積。這些理化特性對環境的風險評估提供了基礎，如氧化性、燃燒性、爆炸性可以用來鑒別對人類健康的危害性，蒸氣壓、溶解度及吸附和解吸等參數可以直接用于不同介質中的暴露評估，其正辛醇-水分配系數是判定是否需要進行魚和野生動植物毒性研究的重要判斷標準。

1.2 濃度-效應評估

濃度效應評估是指化學物質劑量或暴露水平與效應的發生和嚴重程度之間的估算，通常需要將試驗的毒性效應數據轉化為可以預測或評估人類或者環境的無效應濃度/劑量（DNELs/PNECs）。濃度-效應的評估通常涉及水生生態環境、污水處理廠微生物生態環境、沉積物生態環境、陸生生態環境、大氣環境以及由于食物鏈蓄積導致的次生毒性等不同生態環境的效應評估。

效應評估的實驗數據只能覆蓋人類種群和生態系統可能發生的各種反應中的一小部分，通過結合評估系數（以數字形式反應實驗數據外推至人或生態系統時的估算程度或不確定數量），來保障龐大的人類種群和生態系統。由于評估系數屬于經驗型的計算系數，所以其預測的無效應濃度并不意味著是絕對安全的。

1.3 環境暴露評估

暴露評估是環境風險評估的關鍵，沒有暴露就沒有風險。暴露是評估化學物質在環境中擴散、傳播以及生物鏈積累的過程，只有進行充分的暴露評估，才能夠合理的評估化學物質的風險。

首先，新化學物質的環境釋放評估參數，可以參考現成的標準文件，也可以應用特定排放的具體信息。如果是基于環境釋放類別（ERCs）默認值計算時，一般將其作為初始階段的保守估計。此時若顯露風險，則需要反復改進釋放量的估算。其次暴露歸趨過程通常從環境遷移（包括氣溶膠顆粒的吸附、揮發、吸附/解吸、海洋環境的分配等）、生物積蓄和環境轉化三個方面進行評估。其中，環境暴露最為重要且被廣泛接受的指標——正辛醇-水分配系數（Kow），是化學物質的重要活性之一，成為有毒物質安全評估的一個重要參數。通常logKow高的化合物，其生物積蓄潛力也較高。

化學物質的分子結構有分子結構和碎片結構兩種表征描述方式，碎片結構描述是化學物質的結構參數，將化學物質中不同的原子空間結構分成不同的碎片結構，即通常講的官能團。例如苯環（c1ccccc1）、羧基（-COOH）等。多鹵基、芳香硫等基本環境效應的化學基團是影響化合物疏水性、環境歸趨的主要碎片結構，如疏水基的中碳（-CH2-）、伯碳（-CH3）等，親水基的醛基（-CHO）、羧基（-COOH）、羥基（-OH）等。這些官能團直接影響化學物質的正辛醇-水分配系數。計算出Kow后，可以結合BCF（生物富集因子）與Kow之間的關系（QSARs），推測出BCF。

暴露評估的結果就是得到預測環境濃度（PECs），如污水處理廠的預測環境濃度（PECSTP）的計算，目前常用的模型是歐盟的Simple Treat3.0模型，利用該模型，基于化學物質的正辛醇-水分配系數、亨利定律常數（空氣-水分配系數Kair-water，Pa·m3/mol）、生物的降解性，可以估出不同類型化學物質通過污水處理廠后，分別進入大氣、地表水、污泥中的比例及污水處理廠的降解率和去除率等。假設污水處理廠各個池子狀態穩定且完全混合，出水中化學物質的濃度接近活性污泥中的真正溶解濃度，則可以認為活性物質的溶解濃度與污水處理廠出水化學物質濃度相等，即PECSTP=Clocal。

1.4 環境風險表征

當完成新化學物質的環境介質的危害性評估與暴露評估后，應給出定量或定性的風險表征結果。環境風險表征過程，即將化學物質的暴露水平與其定量有害信息進行比較。當可以得到合適的預測無效應濃度（PNEC）的情況下，就可以推出風險表征比率（RCRs），從而確定是否對每個環境介質的風險都得到有效控制。對水生或者陸生生態系統，則可以根據評估獲得的數據對PEC和PNEC進行直接比較（RCR=PEC/PNEC）。當初步評估RCR>1，則需要對評估進行修正，風險表征的目的是盡可能的保證化學物質在使用過程中風險可以接受，即RCR<1。如果RCR修正后仍然大于1，則說明其在某種途徑上風險無法得到有效控制。

1.5 不確定性分析

當RCR修正后仍然大于1或者RCR小于但接近1時，會進行不確定性分析，從而提升風險評估的穩健性、可靠性和適宜性。不確定性分析不僅可以確認RCR的可信程度，還有助于確定需要優化和改進的具體信息和參數。不確定性主要存在于危害性評估過程和暴露評估過程，根據不確定性的類型，分為場景不確定性、模型不確定性、參數和數據不確定性等。不確定性分析過程即分別對危害性評估和暴露評估中不同類型的不確定性進行分析。

2 結語

新化學物質的風險評估是對一種新化學物質在某一特定暴露下對人體健康或生態環境造成不良影響的可能性進行評估。其目的是鑒別可接受和不可接受風險，為風險評估之后的管理決策提供依據。本文研究對新化學物質的環境風險評估技術提供了借鑒，伴隨經濟發展，新化學物質不斷涌現，如何破解經濟發展與環境保護之間的難題，確保新化學物質的環境風險，仍然是環保工作長期的研究重點。

參考文獻

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