典型多環(huán)芳烴污染場地土壤健康風(fēng)險評估及參數(shù)敏感性分析

劉麗麗，馮秋園，鐘名譽(yù)，鄒 耀，嚴(yán) 輝，鄧一榮

(1.廣東省環(huán)境科學(xué)研究院 廣東省污染場地環(huán)境管理與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和粵港澳環(huán)境質(zhì)量協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510045； 2.韶關(guān)市生態(tài)環(huán)境局 新豐分局，廣東 韶關(guān) 511100； 3.廣東省環(huán)境科學(xué)學(xué)會，廣東 廣州 510045)

近年來，我國城市化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革過程中遺留了大量的污染地塊，多環(huán)芳烴(PAHs)是污染地塊的典型污染物之一[1-3]。多環(huán)芳烴普遍具有毒性大和致癌、致畸、致突變的“三致效應(yīng)”，且在環(huán)境中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易自然降解，并能通過生物鏈富集作用最終對人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成較大風(fēng)險，是有機(jī)物污染環(huán)境評價的重要參數(shù)指標(biāo)之一[4-6]。因此，根據(jù)場地未來用地規(guī)劃及水文地質(zhì)條件等，對PAHs超標(biāo)地塊進(jìn)行準(zhǔn)確的環(huán)境風(fēng)險評價，控制污染物風(fēng)險源，合理修復(fù)存在風(fēng)險的土壤，可為土壤和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供可靠助力，有效保障人居環(huán)境健康[7]。

暴露參數(shù)是健康風(fēng)險評估中影響結(jié)果不確定性的關(guān)鍵性技術(shù)數(shù)據(jù)，許多國家根據(jù)當(dāng)?shù)氐难芯拷Y(jié)果發(fā)布了適合本地人群的暴露參數(shù)，如美國和日本[8-12]。早在1998年，就有提出健康風(fēng)險評估結(jié)果的不確定性與參數(shù)敏感性的關(guān)系密切[13]。國內(nèi)目前普遍借鑒其他國家已有的成果，在地區(qū)的適應(yīng)性和實(shí)用性方面還有待優(yōu)化。健康風(fēng)險評估工作中涉及較多的評估參數(shù)和模型，主要包括人體暴露參數(shù)、建筑物參數(shù)、場地和土壤參數(shù)等，實(shí)際的風(fēng)險計(jì)算中，對結(jié)果影響較大的參數(shù)包括暴露頻率和暴露周期等。由于場地的復(fù)雜性和不同地塊的差異性，準(zhǔn)確選擇適合特定污染場地的參數(shù)值難度較大，而參數(shù)敏感性分析能夠識別出對模型輸出結(jié)果影響較大的參數(shù)，可有效減少參數(shù)值選取的不確定性，提高健康風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性與科學(xué)性[14]。侯捷等[14]運(yùn)用蒙特卡洛概率風(fēng)險評估研究了我國居民暴露參數(shù)對苯污染場地的影響，參數(shù)不確定分析表明：暴露周期、室內(nèi)暴露頻率、土壤攝入量為敏感參數(shù)。有研究表明，即使是同一種污染物質(zhì)，在不同模型中的貢獻(xiàn)率差異性較大，敏感性也有較大的差異[7]。

研究以xxx污染場地為例，參照《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.3—2019)規(guī)定的評估模型，基于第一類用地規(guī)劃，進(jìn)行風(fēng)險貢獻(xiàn)率和模型參數(shù)的敏感性比例分析，探究不同污染因子的風(fēng)險來源途徑以及評估過程中關(guān)鍵參數(shù)的敏感性，以便在開展場地健康風(fēng)險評估工作時，能夠提高評估工作的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，降低后期的修復(fù)成本，為我國污染場地風(fēng)險評估工作提供參考與借鑒[15-16]。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概述

研究區(qū)域占地面積為106 513 m2，場地生產(chǎn)期間主要產(chǎn)品為鋁型材等，2004年地塊停產(chǎn)關(guān)閉。地塊生產(chǎn)廠房已于2012—2013年期間全部拆除，目前該地塊將重新開發(fā)，所在區(qū)域規(guī)劃為居住用地，根據(jù)要求，需進(jìn)行土壤污染狀況調(diào)查及健康風(fēng)險評估。

1.2 樣品采集與分析

根據(jù)《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控和修復(fù)監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.2—2019) 以及相關(guān)指南的要求，調(diào)查采樣采用系統(tǒng)網(wǎng)格布點(diǎn)法和判斷加密布點(diǎn)法相結(jié)合的方式布設(shè)，分為初步調(diào)查和詳細(xì)調(diào)查進(jìn)行。2個階段共布設(shè)117個土壤點(diǎn)位(圖1)，檢測指標(biāo)主要為US EPA優(yōu)控的16種多環(huán)芳烴(萘、芘、菲、芴、苊、苯并[g，h，i]苝、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、1，2-苯并菲、苊烯、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、熒蒽、蒽)，檢測方法采用相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)[17]。篩選值采用《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)中第一類用地的標(biāo)準(zhǔn)[18]，國家標(biāo)準(zhǔn)沒有的參照HJ 25.3—2019推導(dǎo)。

圖1 布點(diǎn)示意Fig.1 Layout of sampling points

1.3 土壤污染健康風(fēng)險評價與參數(shù)取值

為簡化計(jì)算，健康風(fēng)險評估只考慮土壤中污染物對人體的致癌風(fēng)險，暫不考慮土壤對人體的非致癌危害。參照HJ 25.3—2019對超過土壤篩選值的污染物進(jìn)行健康風(fēng)險評估，場地污染物的理化性質(zhì)、毒性特征參數(shù)及人體暴露參數(shù)引用參考HJ 25.3—2019；單一污染物的可接受致癌風(fēng)險為1.0×10-6；模型中需要的部分參數(shù)根據(jù)場地實(shí)際情況確定，主要包括PM10、土壤中污染物濃度、污染土層的厚度、污染土層的深度、土壤理化性質(zhì)等特征參數(shù)。

1.4 模型參數(shù)敏感性計(jì)算

研究采用單因素局部分析法，分別改變模型中參數(shù)的取值，計(jì)算土壤與地下水污染物的風(fēng)險水平。通過對比參數(shù)改變前后的風(fēng)險水平，分析各參數(shù)在不同污染因子模型計(jì)算敏感性。敏感性分析的計(jì)算公式見式(1)。

(1)

式中，SR為模型參數(shù)敏感性比例；P1為模型參數(shù)P變化前的數(shù)值；P2為模型參數(shù)P變化后的數(shù)值；X1為按P1計(jì)算得到的風(fēng)險水平；X2為按P2計(jì)算得到的風(fēng)險水平。

SR絕對值越大，風(fēng)險變化程度越大，反映該參數(shù)對風(fēng)險計(jì)算影響越大。為了使模型參數(shù)之間的敏感性具有可比性，將敏感性分為4 個等級，敏感性比例越高表明該參數(shù)的敏感性越高，敏感性分為不敏感、一般敏感、敏感、極敏感[19]。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤多環(huán)芳烴含量特征分析

多環(huán)芳烴(萘、芘、菲、芴、苊、苯并[g，h，i]苝、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、1，2-苯并菲、苊烯、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、熒蒽、蒽)在所有樣品中均有不同程度的檢出(表1)，其中苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽在部分樣品中檢測結(jié)果超過對應(yīng)的篩選值，最大超標(biāo)倍數(shù)依次為39.91、11.44、0.07、0.20、1.00。可見，地塊內(nèi)土壤已受到不同程度的多環(huán)芳烴污染，尤其是存在較大毒性的苯并[a]芘，需要進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險評估及場地修復(fù)工作。根據(jù)調(diào)查，地塊在生產(chǎn)期間需要使用大量柴油、重油、潤滑油等，在土壤樣品采集過程中發(fā)現(xiàn)土壤中有較多的油類物質(zhì)和伴隨著氣味的存在，因此生產(chǎn)過程中跑冒滴漏及燃料燃燒可能是導(dǎo)致地塊土壤污染的主要原因。也有研究表明，燃料物質(zhì)的泄露和燃燒是環(huán)芳烴類物質(zhì)的主要來源[20-21]。

表1 土壤多環(huán)芳烴監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of PAHs contents in the soil samples

2.2 地塊健康風(fēng)險評價

地塊健康風(fēng)險評估結(jié)果見表2。苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽的風(fēng)險水平均超過可接受風(fēng)險水平1.00×10-6。其中，萘的致癌風(fēng)險為2.27×10-5，苯并[a]蒽的致癌風(fēng)險為1.08×10-6，苯并[a]芘的致癌風(fēng)險為4.10×10-5，苯并[b]熒蒽為1.21×10-6，二苯并[a，h]蒽為2.00×10-6，后期應(yīng)進(jìn)行土壤修復(fù)或風(fēng)險管控。參照HJ 25.3—2019要求計(jì)算污染物的風(fēng)險控制值，萘為13.700 mg/kg，苯并[a]蒽為5.470 mg/kg，苯并[a]芘為0.549 mg/kg，苯并[b]熒蒽為5.490 mg/kg，二苯并[a，h]蒽為0.549 mg/kg。

表2 風(fēng)險評估計(jì)算結(jié)果Tab.2 Risk assessment results

地塊污染物不同暴露途徑的風(fēng)險貢獻(xiàn)率見表3。萘的主要暴露途徑為吸入室內(nèi)空氣中來自下層土壤的氣態(tài)污染物，苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽的主導(dǎo)暴露途徑為經(jīng)口攝入土壤顆粒物和皮膚接觸土壤顆粒物，這和以往的研究結(jié)果較為一致[16]。經(jīng)口攝入和皮膚接觸是土壤關(guān)注污染物苯并[a]芘人體暴露的主要途徑，且經(jīng)口攝入引起的風(fēng)險貢獻(xiàn)率更高[22]。可見，不同類型的多環(huán)芳烴污染物的主導(dǎo)暴露途徑存在較大差別，低分子的萘相對于其他高環(huán)PAHs存在較大差異，這主要是由于萘為易揮發(fā)性有機(jī)物，由于室內(nèi)換氣率低、空氣流動比弱，相對于室外，對空氣中揮發(fā)性有機(jī)污染物的稀釋作用小[23-24]，而高分子PAHs主要通過大氣沉降等遷移并賦存于土壤中；也可能是因?yàn)槠涑跏紳舛容^大，促進(jìn)了污染物的擴(kuò)散平衡。因此，對低分子PAHs如萘超標(biāo)的污染場地進(jìn)行風(fēng)險控制與管理時，應(yīng)避免和減少吸入室內(nèi)空氣，以降低污染物對人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險；而對其他類型的PAHs，應(yīng)避免和減少人體與土壤的直接接觸。

表3 不同暴露途徑風(fēng)險貢獻(xiàn)率分析Tab.3 Analysis of risk contribution rate of different exposure pathway %

2.3 暴露參數(shù)的敏感性分析

研究根據(jù)各污染因子單一暴露途徑風(fēng)險貢獻(xiàn)率，選擇了主導(dǎo)暴露途徑的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，包括人群參數(shù)、場地土壤特征參數(shù)等，以確定影響風(fēng)險評估結(jié)果的主要因素。分析結(jié)果見表4。

表4 致癌風(fēng)險參數(shù)敏感性分析結(jié)果Tab.4 Sensitivity analysis results of carcinogenic risk parameters

苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽敏感性最大的為兒童暴露期、成人暴露期、兒童平均體重、兒童每日攝入土壤量等，這說明選擇不同的暴露參數(shù)進(jìn)行風(fēng)險評估，將導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)較大的差異；萘的風(fēng)險評估過程中，敏感性最大的為地基裂隙中空氣體積比、土壤顆粒密度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、室內(nèi)空氣交換速率和室內(nèi)空間體積與氣態(tài)污染物入滲面積之比等，SR為極敏感，說明土壤特征參數(shù)對萘的風(fēng)險評估結(jié)果影響很大。可見，萘的敏感性參數(shù)與其他多環(huán)芳烴污染物存在較大差別。

根據(jù)分析，地基裂隙中空氣體積比、土壤顆粒密度和土壤容重的改變，影響了土壤和裂隙中氣態(tài)污染物的有效擴(kuò)散系數(shù)，土壤有機(jī)質(zhì)含量可通過影響土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，間接改變土壤—水中污染物分配系數(shù)，土壤—水中污染物分配系數(shù)/土壤和裂隙中氣態(tài)污染物的有效擴(kuò)散系數(shù)的改變，直接影響了下層土壤中污染物擴(kuò)散進(jìn)入室內(nèi)空氣的揮發(fā)因子。而萘的風(fēng)險貢獻(xiàn)率主要來自呼吸吸入室內(nèi)下層土壤蒸汽途徑，因此地基裂隙中空氣體積比、土壤顆粒密度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、室內(nèi)空氣交換速率和室內(nèi)空間體積與氣態(tài)污染物入滲面積之比等都表現(xiàn)很強(qiáng)的敏感性，為呼吸吸入下層土壤污染物途徑的主要影響因素。由于苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽主要的暴露途徑為經(jīng)口攝入土壤顆粒物和皮膚接觸土壤顆粒物，因此涉及經(jīng)口攝入和皮膚接觸途徑的參數(shù)表現(xiàn)為主要敏感性因素，地基裂隙中空氣體積比、土壤顆粒密度、土壤有機(jī)質(zhì)含量等表現(xiàn)為不敏感。可見，場地風(fēng)險評估的參數(shù)敏感性與污染因子所涉及的暴露途徑有較大關(guān)系。針對場地中的不同污染因子，需分析其主要風(fēng)險來源，并合理取值，以達(dá)到準(zhǔn)確評價的目的，從而確定合理的修復(fù)目標(biāo)。

3 結(jié)論

(1)苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽在部分樣品中檢測結(jié)果超過對應(yīng)的篩選值，最大超標(biāo)倍數(shù)依次為39.91、11.44、0.07、0.20、1.00，表明地塊內(nèi)土壤已受到不同程度的多環(huán)芳烴污染。

(2)地塊健康風(fēng)險評估結(jié)果表明，苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽的風(fēng)險水平均超過可接受風(fēng)險水平1.00×10-6，后續(xù)應(yīng)進(jìn)行修復(fù)或風(fēng)險管控。萘的主導(dǎo)暴露途徑為吸入室內(nèi)空氣中氣態(tài)污染物途徑，而苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽的主導(dǎo)暴露途徑為經(jīng)口攝入土壤顆粒物和皮膚接觸土壤顆粒物，未來應(yīng)根據(jù)污染物的主導(dǎo)暴露途徑有針對性地采取管控措施。

(3)萘的主要敏感性參數(shù)為地基裂隙中空氣體積比、土壤顆粒密度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、室內(nèi)空氣交換速率和室內(nèi)空間體積與氣態(tài)污染物入滲面積之比，而苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、二苯并[a，h]蒽的敏感性參數(shù)為兒童暴露期、成人暴露期、兒童平均體重、兒童每日攝入土壤量等。未來應(yīng)根據(jù)場地污染物特性，合理取值進(jìn)行評估，以達(dá)到準(zhǔn)確評價目的。