石家莊市大氣細顆粒物中多環芳烴呼吸暴露健康風險評估＊

張榮芝,史密偉，王云霞，張 媛，張 焱，張艷杰

(河北省科學院地理科學研究所/河北省地理信息開發應用工程技術研究中心,河北 石家莊 050011)

霧霾天氣導致的呼吸道等疾病患者明顯增多，嚴重威脅著人體健康，而霾的本質是大氣中細顆粒物（PM2.5）濃度超標[1]。研究表明，有機物（Organic Matter，OM）是城市環境中細顆粒物的主要組成成分，占比達30%～50%[2]。其中多環芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是有機物中含量較多、國際上公認的一類可對人類健康及環境造成較大危害的持久性有機污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs），且大氣中90%的PAHs 吸附在細顆粒物PM2.5上[3]。由于PAHs 具有較強的致癌、致畸、致突變性，國際癌癥研究組織（IARC）已將部分PAHs列入人類確定致癌物，其中苯并(a)芘（BaP）是致癌強度比較高的一種PAHs，通常將其作為所有致癌性PAHs 的指示物[4-5]。石家莊市因特殊的地理環境和工業結構，霧霾天氣頻發，顆粒物（含PM10和PM2.5）污染嚴重，一直是影響石家莊市全年空氣質量的首要污染物。近年來，不少學者開展了石家莊市大氣顆粒物中PAHs 污染特征研究[6-11]，但對PAHs 的呼吸暴露健康風險評估尚不多見。筆者于2018 年對石家莊市PM2.5中PAHs 進行了為期1 年的監測，在此基礎上結合其他文獻資料對比分析近幾年PAHs 的污染狀況；同時運用BaP 致癌毒性當量濃度及人群終身致癌超額風險、預期壽命損失三個指標，對當地人群的PAHs 呼吸暴露健康風險進行評估并對比研究，以深入了解PAHs 存在的潛在危害。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在石家莊市區內布設1 個環境空氣采樣點，于2018 年1 月—2018 年12 月的每月中旬連續采集7 d，每天采樣24 h。使用中流量大氣采樣器和玻璃纖維濾膜采集環境空氣中PM2.5樣品，采樣流量100 L/min。采樣點周圍避開污染源、高空障礙物及交通道路。

1.2 樣品分析

采用氣相色譜-質譜法（GC-MS）對PM2.5樣品中PAHs 進行分析測定，測定因子為目前公認的16 種優控多環芳烴，其名稱、縮寫等基本信息見表1。

表1 16 種優先控制的PAHs 名稱、縮寫及毒性當量因子（TEF）

為保證數據的準確性和可靠性，分析過程中采用全程序空白、平行雙樣和加標回收等質控手段，同時嚴格控制檢出限和標準曲線以滿足實驗要求。

1.3 PAHs 健康風險評估方法

（1）致癌毒性當量濃度（TEQ）。美國環境保護署（US EPA）推薦采用致癌強度系數（Carcinogenic Potency Factor,CPF）來表示污染物的致癌能力，目前已知540 余種化學致癌物的各種暴露途徑下的CPF，均儲存于綜合危險度信息數據庫（Intergrated Risk Infirmation System，IRIS）[12]中并不斷更新以供查閱。對于無CPF 的PAHs，有學者提出了基于BaP(苯并[a]芘)毒性當量的評估方法[13]，即以BaP 濃度為參照，通過各PAHs 單體的毒性當量因子（Toxic Equivalent Factor,TEF）來評價PAHs 的致癌風險，以致癌毒性當量濃度（Toxic Equivalent Quantity,TEQ）表示，見公式（1）。

式中：TEQBaP為PAHs 致癌毒性當量濃度，ng/m3；Ci為PAHs 單體i 在PM2.5中的濃度，ng/m3；TEFi 為PAHs單體i 對應BaP 的毒性當量因子[14]，無量綱，見表1。

（2）終身致癌超額風險。（R）PM2.5中PAHs 主要通過呼吸道進入人體從而引起健康危害。根據世界衛生組織（WHO）評價化學物質致癌性編制的分類系統和US EPA 的IRIS，BaP 為無閾致癌化合物，采用無閾化學污染物健康風險模型[15]評估PAHs 的終身致癌超額風險，見公式（2）。

式中：q 為以動物資料推算出人體的致癌強度系數，[mg/(kg·d)]-1，根據IRIS 數據庫中吸入性BaP的致癌強度系數q 為3.1[mg/(kg·d)]-1；ADD（Average Daily Dose）為日均吸入暴露量，mg/(kg·d)，計算方法見公式（3）。

式中：C 為污染物的TEQBaP年均值，ng/m3；IR 為呼吸速率，m3/h；ET 為日暴露頻率，h/d；EF 為年暴露頻率，d/a；ED 為暴露持續時間，a；BW 為體重，kg；AT為平均接觸時間，d。相關參數來源于US EPA《暴露因子手冊》[15]和《超級基金健康風險評價手冊》[16-17]。

（3）預期壽命損失（LLE）。即因致癌風險而導致的預期壽命損失。單位致癌風險（10-5）污染物暴露下可造成人的預期壽命損失62.16min[18]，故預期壽命損失采用公式（4）估算。

2 結果

2.1 PAHs 檢測結果

石家莊市2018 年PM2.5中Nap 全年未檢出，Acy、Ace 和Flu 僅在冬季有檢出，其他12 種PAHs單體各季均有檢出。PM2.5中PAHs 質量濃度全年為16.02～475.21 ng/m3，年均值為74.12 ng/m3；采暖期平均質量濃度為95.59 ng/m3，是年均值的1.29 倍；非采暖期平均質量濃度為51.45 ng/m3，是年均值的0.69 倍。見表2。

表2 石家莊市PM2.5 中PAHs 不同時期平均濃度及占比

續表2

2.2 致癌毒性當量濃度評估

結合表1 和表2 利用公式（1）計算可知，石家莊市PM2.5中PAHs 的致癌毒性當量濃度TEQBaP全年均值為13.607 ng/m3，超過我國《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）中BaP 年均標準值（1ng/m3）12.607 倍；采暖期TEQBaP為13.154 ng/m3，略大于非采暖期12.793 ng/m3，對TEQBaP貢獻較高的前4 類PAHs 單體為BaP、DahA、BkF 和BbF，其中BaP 和DahA 對TEQBaP年均值的貢獻率占絕對優勢，分別達40.346%和37.334%，見表3。

表3 石家莊市PM2.5 中PAHs 的TEQBaP 值

2.3 終身致癌超額風險評估

利用公式（2）和公式（3）及年均TEQBaP值，計算得出2018 年石家莊市兒童和成人的PAHs 日均吸入暴露量ADD 分別為1.05×10-6mg/（kg·d）和1.66×10-6mg/(kg·d)；PAHs 對兒童和成人造成的終身致癌超額風險值R 分別為3.26×10-6a-1和5.15×10-6a-1，見表4。

表4 PAHs 呼吸暴露健康風險評估

根據文獻[19]，致癌風險劃分為5 個等級：R<10-6為非常低風險，10-610-1為非常高風險。可見，石家莊市PM2.5中PAHs 通過呼吸途徑造成的兒童和成人終身致癌超額風險均屬于低風險水平，具有一定程度的潛在危害。

2.4 預期壽命損失評估

利用公式（4）估算可知，石家莊市因PM2.5中PAHs致癌風險導致的兒童和成人預期壽命損失分別為20.3min 和32.0min，見表4。參考WHO 提供的R 界線值對應的預期壽命減少為310.8min[20]，說明石家莊市PM2.5中PAHs 對居民身體健康存在一定的危害。

3 討論

3.1 PAHs 污染水平對比分析

（1）近幾年石家莊市大氣環境中PAHs 年污染濃度見表5。

表5 近幾年石家莊市大氣PM2.5 中PAHs 污染濃度（ng/m3）

2018 年石家莊市PM2.5中PAHs 年均值為74.12 ng/m3，略高于馮媛等[7]得出的2013 年年均值（63.2 ng/m3），而低于王超等[8]得出的2013 年年均值（142.1 ng/m3），主要原因可能與監測點的個數、監測點位所處區域及采樣頻次（天數）等因素有關。采暖期PAHs 平均濃度為95.59 ng/m3，明顯低于2013 年采暖期（249.565 ng/m3）[6]及2015—2016 年采暖季（349.09 ng/m3）[10]。大氣中PAHs 主要來源于燃煤、化石燃料的不完全燃燒以及機動車尾氣排放[7-10,20-21,23,25-26]，隨著2017 年河北省全方位推進氣代煤、電代煤，大力加強燃煤鍋爐治理，石家莊市域淘汰10 蒸t/h 及以下燃燒鍋爐、市區淘汰30 蒸t/h 及以下燃燒鍋爐的政策實施，采暖期燃煤量減少是PAHs 降低的主要原因。

（2）2018 年石家莊市PM2.5中PAHs 濃度體現出的季節性變化特征，即冬季（采暖期）明顯高于其他季節，與2013 年石家莊市PAHs 的污染特征[7]及其他北方城市的污染特征[3,21-24]相似。主要原因是北方地區冬季處于集中供熱采暖期，采暖所需燃料用量增加，導致PAHs 排放量增加；同時，冬季氣溫低、降水少、光照弱，PAHs 降解緩慢；并且冬季靜穩天氣相對較多，逆溫現象常見，不利于污染物擴散，從而造成PAHs累積。因此，為了降低PAHs 暴露引起的健康風險，建議冬季霧霾較重時段盡量減少戶外活動。

3.2 PAHs 人群健康風險水平對比研究

（1）2018 年石家莊市PM2.5中PAHs 的TEQBap年均值13.607 ng/m3，與2016 年11 月—2017 年10 月的年均值（10.08 ng/m3）[11]接近，小于2016 年上半年的均值（47.49 ng/m3）[9]，但均高于我國《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）及WHO 規定的BaP 年均值標準（1ng/m3），說明石家莊市PM2.5中PAHs 對人體健康具有潛在風險。

（2）對比近年來國內城市大氣PM2.5中PAHs 的健康風險研究成果[20-23]，PAHs 對兒童的致癌超額風險值為5×10-7～2.015×10-4，對成人的致癌超額風險值為8×10-7～3.177×10-4。本研究得出的PAHs 對兒童和成人造成的致癌超額風險結果均在此范圍內，并與安玉琴等[11]得出的2017 年度石家莊市PAHs的終身致癌超額風險均在10-6水平。見表6。以上成果均表明PAHs 對成人的終身致癌超額風險值高于兒童，與成人的呼吸速率快、呼吸量大、污染物暴露時間長等主要因素有關。

表6 不同人群PAHs 終身致癌超額風險水平對比

（3）石家莊市由于PAHs 暴露所導致的人均預期壽命損失高于深圳，而低于太原、哈爾濱、南京、武漢[22]、西安[23]及北京[25]。本研究在石家莊市只布設了一個PM2.5監測點，其代表性具有一定的局限，PAHs 的危害仍不容忽視。

4 結論

（1）與五年前和三年前相比，石家莊市PAHs 采暖期污染水平均有大幅度降低,而年均值變化無明顯規律。采暖期PAHs 污染水平降低的主要原因與燃料結構調整有關。

（2）當地兒童和成人由于PAHs 呼吸暴露導致的人群終身致癌超額風險與前一年同處于低風險水平，成人的致癌風險是兒童的1.35 倍左右；預期壽命損失成人的約是兒童的1.6 倍。

（3）本研究健康風險評價基于一個監測點的數據，代表性有一定局限；只考慮了PAHs 的呼吸暴露途徑，未考慮皮膚接觸、經口攝入的暴露量；模型參數主要選取的國外人群資料，而地域和人群存在差異。上述原因均導致本研究結果的誤差和不確定性。