基于危害性綜合評價的優先控制化學品篩選識別
——以南方某市為例

余波平，韓琦?，儀修玲，陳鴻芳，金興良，戴知廣，袁中曌，李朝林

1.深圳市環境科學研究院

2.廣東省環境保護污水高質化利用工程技術研發中心

3.哈爾濱工業大學(深圳)土木與環境工程學院

優先控制化學品是指固有危害屬性較大,在環境中可能長期存在的并可能對環境和人體健康造成較大風險的化學品。2017年12月底,原環境保護部、原國家衛生和計劃生育委員會及工業和信息化部等部門共同出臺了《優先控制化學品名錄(第一批)》(簡稱《名錄》),22種化學品被納入其中,并提出了對《名錄》中化學品的管控措施,要求減少化學品在生命周期過程中產生的環境以及對人體的危害[1]。

改革開放以來,隨著城市化與工業化加速發展,大量化學品被用于各行各業,為我國經濟發展做出了重要貢獻,但發展帶來的環境污染問題也逐漸顯現,環境風險與日俱增。一方面,化學品在生產、運輸和使用過程中直接或間接進入大氣、土壤、水體等自然環境,給環境帶來隱患[2-4]；另一方面,傳統污水處理廠主要去除部分易降解的化學物質(總氮、總磷、生化需氧量、化學需氧量等)[5],對難降解物質的處理效果不顯著,如內分泌干擾物、藥物及個人護理品在世界各地的污水處理廠出水中均被檢出[6-7],這些化學物質對水生生態系統存在潛在的生態毒性影響[8]?；瘜W品環境污染的源頭是化學品暴露于環境介質所致[9],部分城市雖進行了產業結構布局調整,整體工業水平有所提高,但仍然有大量的化學品產生或流入?；瘜W品具有危害性強、種類多、用量大的特點,涉及行業和企業較多,因此,開展優先控制化學品篩選識別研究,從源頭做好化學品的管控,是打好水、氣、土污染防治攻堅戰,促進國民經濟快速協調發展的關鍵途徑和先決條件。

筆者基于化學品毒性效應和環境效應,利用層次分析(AHP)法對相關指標進行加權,構建了化學品危害性綜合評價體系；將該評價體系應用于南方某市優先控制化學品篩選識別研究中,結合該市2017年污染源普查數據,通過分析化學品的原輔材料使用情況,確定該市優先控制化學品的初選清單；將化學品評價指標的得分以及指標權重進行迭代計算,對化學品的危害性進行評價,最終篩選識別出該市優先控制化學品清單,為該市化學品優先控制提供理論基礎。

1 化學品危害性綜合評價體系構建

1.1 評價指標的選取

參考相關化學品污染物的危害性識別和識別方法[10-12]等,確定化學品危害性綜合評價指標體系(圖1),其主要包括化學品毒性效應和環境效應2類危害性影響因素。其中,毒性效應包含致癌性、急性毒性、致突變性、內分泌干擾性、生殖毒性5個指標,環境效應包含環境持久性、生物累積性和淋溶遷移性3個指標。

圖1 化學品危害性綜合評價體系Fig.1 Comprehensive evaluation system of chemical hazards

1.2 指標的分級和賦值

參考文獻[13-14]確定化學品危害性綜合評價指標的分級和賦值(表1)。將各指標分成2~5個等級,根據指標危害程度的大小對其賦值,賦值范圍為1~4分,對于數據不足的指標則賦中間值(2分)；內分泌干擾性指標將“是否為環境激素”作為判斷依據,分別賦2分和4分。

表1 評價指標分級和賦值Table 1 Evaluation index classification and value assignment

1.3 指標權重計算

權重表示指標之間的重要性,指標權重的計算采用AHP法[15],計算過程包括:1)建立層次結構模型。根據構建的化學品危害性綜合評價指標體系,以優先控制化學品危害性綜合評價為目標層,以優先控制化學品毒性效應和環境效應為系統層,以化學品危害性綜合評價方法中相關指標為指標層(圖1),建立化學品危害性評價方法的層次結構模型。2)構造判斷矩陣。對指標進行兩兩比較,采用1~9標度法判斷指標之間的相對重要性,建立判斷矩陣(表2)。

表2 矩陣元素的標度方法Table 2 Scaling method of matrix elements

根據1~9標度法對指標進行對比,分別構造目標層與系統層、系統層B1與指標層、系統層B2與指標層的判斷矩陣J1、J2、J3,如表3~表5所示。3)進行矩陣運算。包括歸一化列向量和行向量,計算最大特征向量及其特征值等,經過矩陣運算得到相應的權重。4)一致性檢驗及權重確定。包括指標單排序一致性檢驗和總排序一致性檢驗。計算特征值(除最大特征值)的負平均值(CI),運用平均隨機一致性指標(RI)量化矩陣的一致性(表6)。單排序一致性比率(CR)＝CI∕RI,若CR<0.10,說明矩陣滿足一致性要求；計算總排序的CR,當CR<0.10時,總排序的權重結果滿足要求。

表3 判斷矩陣J1Table 3 Judgment matrix J1

表4 判斷矩陣J2Table 4 Judgment matrix J2

表5 判斷矩陣J3Table 5 Judgment matrix J3

表6 矩陣階數與RITable 6 Matrix order and RI

1.4 危害值計算

在對指標分級賦值、采用AHP法確定權重的基礎上,對化學品各項指標得分(Ci)和其權重(WCi)的乘積進行加和,計算化學品的危害值〔式(1)〕,并以最大危害值化學品的危害性系數為基準值(1.00),計算其他化學品的危害性系數。

2 南方某市優先控制化學品篩選

2.1 優先控制化學品初選

化學品通常作為原輔材料中的輔助成分參與生產使用等過程。通過對南方某市法律法規的梳理,并從美國有毒物質數據庫[16]、物質安全數據單(MSDS)查詢系統[17]中獲取化學品用途及相關輔料信息,得到化學品相關原輔材料的清單,確定該市優先控制化學品初選清單的研究范圍；結合2017年該市污染源普查數據,根據化學品相關原輔材料的實際使用情況,選擇使用范圍廣、使用量較大的化學品,確定該市優先控制化學品的初選清單。南方某市優先控制化學品初選清單、其原輔材料及使用情況如表7所示。

表7 優先控制化學品初選清單及原輔材料使用情況Table 7 Primary list of priority control chemicals and the use of raw and auxiliary materials

由表7可知,南方某市優先控制化學品初選清單共包括23種化學品,其中,16種列入《名錄》中,7種為該市重點管控化學品。從使用量可知,年使用量較大的化學品分別為十溴二苯醚、六溴環十二烷、壬基酚、短鏈氯化石蠟、甲醛、三氯乙烯、四氯乙烯等。該市以橡膠、塑料制品、金屬加工、設備制造、電子電器制造、計算機和通訊設備制造為主要產業,這幾種化學品的使用與其重點行業密切相關。

2.2 化學品危害性綜合評價結果

2.2.1 指標權重的計算及一致性檢驗

利用化學品危害性綜合評價體系,通過矩陣運算,對南方某市初選出的23種優先控制化學品評價指標進行權重計算,結果如表8所示,并對指標單排序和總排序進行一致性檢驗。結果表明,單排序的CR分別是0、0.030 7、0.015 7,總排序的CR為0.028 5,均小于0.1,滿足一致性要求。

2.2.2 危害性綜合評價計算

進行危害性綜合評價時,指標相關的毒性效應參數(致癌性、生殖毒性、致突變性、急性毒性、內分泌干擾性)來自美國有毒物質數據庫、化學品的MSDS數據庫以及文獻調研,環境效應相關參數(環境持久性、淋溶遷移性、生物累積性)采用美國國家環境保護局(USEPA)開發的EPI Suite軟件[18-19]進行計算,評價結果如表9所示。由表9可知,南方某市危害性較大的化學品分別為十溴二苯醚、六溴環十二烷、短鏈氯化石蠟、壬基酚、六價鉻化合物等。

表9 化學品危害性綜合評價結果Table 9 Comprehensive evaluation results of chemical hazards

(續表9)

2.3 優先控制化學品篩選識別

以十溴二苯醚的危害值為基準值,計算23種化學品的危害性系數,將該系數與相應原輔材料使用量的乘積作為化學品的環境管控風險值,結果如表10所示。由表10可知,優先控制化學品環境管控風險值排序結果顯示,南方某市使用量比較大且需要重點關注的優先控制化學品有十溴二苯醚、六溴環十二烷、壬基酚和短鏈氯化石蠟4種物質。結合污染源普查數據和原輔材料使用情況可知,十溴二苯醚和六溴環十二烷作為阻燃劑應用在該市橡膠、塑料、電子產品行業；壬基酚作為表面活性劑、發泡劑、分散劑、工業清洗劑、破乳劑等大量應用在該市金屬加工、工業清洗等領域；短鏈氯化石蠟作為抗磨劑和潤滑劑應用在金屬切削加工行業,作為增塑劑在塑膠、纖維等行業使用。在后續研究中,建議針對篩選識別出的優先控制化學品的生產、使用、排放等環節,深入開展全生命周期環境影響評價研究；同時,嚴格按照國家的相關管控措施,結合源頭減量、過程控制、末端治理,減少優先控制化學品在生命周期過程中產生的環境風險以及對人體健康的危害。

表10 化學品環境管控風險值排序Table 10 Risk value ranking of environmental control of chemicals

(續表10)

3 結論

(1)基于AHP法,構建了包括致癌性、急性毒性、致突變性、內分泌干擾性、生殖毒性5個毒性效應指標和環境持久性、生物累積性和淋溶遷移性3個環境效應指標的化學品危害性綜合評價體系,結合化學品危害性系數與原輔材料使用量,計算了化學品相應的環境管控風險值,根據風險值排序篩選出優先控制化學品。

(2)南方某市優先控制化學品初選清單共包括23種化學品,通過危害性綜合評價,最終確定使用量及環境風險值均較大的4種化學品分別為十溴二苯醚、六溴環十二烷、壬基酚、短鏈氯化石蠟。

(3)篩選識別出的南方某市優先控制化學品主要涉及橡膠、塑料、纖維、電子產品、金屬加工等行業或領域,后續應進一步開展優先控制化學品全生命周期評價及環境管控措施研究,減少其環境與健康風險。