城市環(huán)境污染的三種健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型及比較*

郝萌萌 王 濟(jì) 張一修

(貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

城市環(huán)境污染的三種健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型及比較*

郝萌萌 王 濟(jì) 張一修

(貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

本研究首先對(duì)城市土壤環(huán)境中重金屬的污染現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，但僅通過(guò)評(píng)價(jià)污染現(xiàn)狀是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此評(píng)價(jià)城市環(huán)境中重金屬污染物對(duì)人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)的影響是必要的。本文借鑒了兩種國(guó)外比較成熟的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型并與國(guó)內(nèi)比較常用的模型進(jìn)行了分析，分別在參數(shù)、基本原理等方面進(jìn)行了比較。以期通過(guò)比較可以做到根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型;并對(duì)以后在健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中應(yīng)注意的污染物攝入問(wèn)題提出了建議，以期對(duì)后來(lái)的研究提供參考價(jià)值。

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);城市土壤;重金屬;空間分布

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)、交通、生活等所產(chǎn)生的大量污染物進(jìn)入土壤，使得城市土壤的性質(zhì)發(fā)生了變化。城市土壤作為城市環(huán)境的重要組成部分，是城市污染物重要的源和匯，直接影響到城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和人體健康［1－2］。由于土壤環(huán)境污染具有多源性、隱蔽性和一定程度上的長(zhǎng)距離傳輸以及污染后果的嚴(yán)重性［3］，因此成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。人們對(duì)城市土壤環(huán)境中重金屬污染的研究主要集中在它的現(xiàn)狀、空間分布特征［4－6］和化學(xué)形態(tài)特征，城市化過(guò)程加強(qiáng)了土壤重金屬的外源輸入速率［7－11］。香港和廣州城市土壤的有關(guān)研究表明，交通和工業(yè)活動(dòng)是造成城市土壤重金屬污染的主要因素［12－13］。王濟(jì)等［14］對(duì)貴陽(yáng)城區(qū)路側(cè)土壤環(huán)境污染研究表明燃煤，交通運(yùn)輸?shù)扔绊懥顺鞘型寥乐兄亟饘俸俊切旅竦龋?5］對(duì)南京市不同功能區(qū)的重金屬研究表明，人類(lèi)活動(dòng)也是影響城市土壤污染程度的一個(gè)重要因素。在土壤中重金屬的的4種化學(xué)形態(tài)中，殘?jiān)鼞B(tài)在整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)食物鏈的影響最小［16］，但殘?jiān)鼞B(tài)所占的比例明顯減少。研究表明［17］土壤重金屬的殘?jiān)鼞B(tài)比例與人類(lèi)活動(dòng)影響成反比。

僅通過(guò)評(píng)價(jià)土壤重金屬的污染現(xiàn)狀是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該識(shí)別環(huán)境中可能的風(fēng)險(xiǎn)源，對(duì)人體健康產(chǎn)生的危害程度。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是把環(huán)境污染與人體健康聯(lián)系起來(lái)的一種新的評(píng)價(jià)法，其目的在于評(píng)估特定環(huán)境下的化學(xué)和物理因子對(duì)人體、動(dòng)物或生態(tài)系統(tǒng)造成損害的可能性及其程度大小。該方法是通過(guò)收集和運(yùn)用毒理學(xué)、流行病學(xué)及其他學(xué)科的研究成果，遵循一定的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和技術(shù)路線，對(duì)某種環(huán)境有害因素造成暴露人群的不良健康效應(yīng)進(jìn)行綜合定性與定量評(píng)價(jià)，從而提出減小風(fēng)險(xiǎn)的方案和對(duì)策，是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要組成部分［18］。土壤重金屬污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在我國(guó)剛開(kāi)始起步，這主要體現(xiàn)在評(píng)估方法、評(píng)估基準(zhǔn)、具體評(píng)估工作等方面。胡二邦等較詳細(xì)介紹了健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)與方法。對(duì)于具體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)環(huán)境重金屬也開(kāi)展了相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。趙肖等評(píng)估了因污水灌溉引起的土壤As污染的暴露風(fēng)險(xiǎn)，任慧敏等評(píng)估了沈陽(yáng)市土壤Pb污染所致兒童Pb中毒的潛在風(fēng)險(xiǎn)，高繼軍等對(duì)北京市飲用水源水重金屬污染物健康風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)行了初步評(píng)價(jià);宋波等對(duì)北京市菜地土壤和蔬菜的鉻、鎘的含量及人體的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

我國(guó)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)處于起步階段，因此對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的研究更少。研究表明，現(xiàn)階段我國(guó)比較常用的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)院提出的，該模型一般分為危害鑒定、劑量－反評(píng)估、暴露評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定四部分。但一種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型并不具有代表性，因此本文借鑒了另外兩種國(guó)外比較成熟的模型，盡管引入國(guó)外模型是捷徑，但各種模型在基本原理、適用條件、算法、考慮的介質(zhì)和過(guò)程等方面都可能有較大差異，因此只有通過(guò)對(duì)模型間的異同和各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，才能做到根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的模型，以期為健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中模型的選用提供參考。

1 模型簡(jiǎn)介

1.1 RBCA(Risk－based corrective action)模型

RBCA模型是由美國(guó)GSI公司根據(jù)美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)的“基于風(fēng)險(xiǎn)的矯正行動(dòng)”標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的，該模型除可以實(shí)現(xiàn)污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)分析外，還可用來(lái)制定基于風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值和修復(fù)目標(biāo)值，在美國(guó)各州、歐洲一些國(guó)家和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)都得到了廣泛應(yīng)用，加拿大、澳大利亞和芬蘭等國(guó)家基本采用美國(guó)提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。在我國(guó)的研究中，陳鴻漢等和諶宏偉等等分別針對(duì)污染場(chǎng)地開(kāi)展了較為完整的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。RBCA模型主要分為三級(jí)評(píng)價(jià)。一級(jí)評(píng)價(jià)僅針對(duì)污染源點(diǎn)上方的暴露點(diǎn)，也即假定污染物暴露的受體位置在污染點(diǎn)原位。評(píng)價(jià)所需的土壤、地下水、大氣、污染物特性等參數(shù)大量采用經(jīng)驗(yàn)保守值。二級(jí)評(píng)價(jià)針對(duì)污染影響區(qū)內(nèi)的真實(shí)暴露點(diǎn)，相比于一級(jí)評(píng)價(jià)，二級(jí)評(píng)價(jià)在分析與污染源點(diǎn)異位的暴露點(diǎn)時(shí)，需要考慮污染物沿橫向距離的濃度變化，即污染物沿水平方向移動(dòng)所引起的濃度的衰減;而一級(jí)評(píng)價(jià)由于僅分析位于污染源點(diǎn)原位的暴露點(diǎn)，所以僅考慮了污染物的垂向遷移。在一、二級(jí)評(píng)價(jià)分析中，污染物在環(huán)境中的遷移衰減模型通常采用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)解析模型，由其預(yù)測(cè)出的污染物在暴露點(diǎn)的濃度一般都高出實(shí)際濃度，所以由此確定的治理目標(biāo)也將是安全的。三級(jí)評(píng)價(jià)與二級(jí)評(píng)價(jià)類(lèi)似，只是在對(duì)污染物在環(huán)境中的遷移衰減進(jìn)行模擬時(shí)采用了更為復(fù)雜的數(shù)值模擬模型，因此需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更深入的調(diào)查以獲取評(píng)價(jià)所需的大量反映污染現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)及自然降解參數(shù)。本文中的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要是指RBCA模型的簡(jiǎn)化模型，該模型的具體步驟如下:

(1)通過(guò)初步評(píng)價(jià)可以確定污染源中的超標(biāo)污染物、污染影響區(qū)內(nèi)的受體以及暴露途徑，從而建立健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概念模型;

(2)以實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定污染物在土壤中的濃度;

(3)估計(jì)暴露量;

(4)估計(jì)健康風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)健康評(píng)價(jià)結(jié)果估計(jì)污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的急迫程度，必要的污染點(diǎn)要采取相應(yīng)的應(yīng)急措施以減輕危害程度。

暴露評(píng)估可以通過(guò)日平均暴露量來(lái)估算，由于暴露途徑主要分為食入，皮膚接觸和吸入三種途徑，因此日平均暴露量(Chronic Dailay Intake，CDI)(mg/kg/day)的計(jì)算公式如下:

式中，C為污染物的濃度，mg/kg;IR為攝入污染物的濃度，kg;EF為暴露頻率，1/days;ED為暴露持續(xù)時(shí)間，years; BW為體重，kg;AT為平均壽命，years;

RBCA模型按照美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(USEPA)的化學(xué)物質(zhì)分類(lèi)，將化學(xué)物質(zhì)分為致癌物質(zhì)與非致癌物質(zhì)2類(lèi)。通常認(rèn)為人體在低劑量暴露條件下，暴露劑量率和人體致癌風(fēng)險(xiǎn)之間呈線性關(guān)系CR=CDISF，SF(Slop Factor)為致癌斜率因子，因此致癌物質(zhì)的致癌風(fēng)險(xiǎn)值CR計(jì)算公式如下:

非致癌物質(zhì)的危害商(HQ)一般以參考劑量RfD(Reference Dose)值為衡量標(biāo)準(zhǔn)，暴露劑量率和參考劑量的關(guān)系HQ=CDI/RfD，RfD污染物的參考劑量，因此非致癌物質(zhì)的危害商(HQ)計(jì)算公式如下:

式中，下標(biāo)oral，dermal，inh分別為經(jīng)口，皮膚接觸，吸入。對(duì)于致癌物質(zhì)，計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)值，并設(shè)定10－6為可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平下限，10－4為可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平上限;對(duì)于非致癌物質(zhì)，計(jì)算其危害商，判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1。

1.2 CLEA(Contaminated Land Exposure Assessment)模型

CLEA模型是有英國(guó)環(huán)保署和環(huán)境、食品與農(nóng)村事務(wù)部以及蘇格蘭環(huán)境保護(hù)局聯(lián)合開(kāi)發(fā)，是英國(guó)官方推薦用來(lái)進(jìn)行污染場(chǎng)地評(píng)價(jià)以及獲取土壤指導(dǎo)限值(SGVs)的模型［35］.CLEA模型將化學(xué)物質(zhì)對(duì)人體或動(dòng)物的健康效應(yīng)劃分為閾值和非閾值效應(yīng)，非閾值效應(yīng)用指示劑量表示，閾值效應(yīng)用可接受日土壤攝入量表示，總稱(chēng)為健康標(biāo)準(zhǔn)值(HCV).依據(jù)日平均暴露量(CDI)與HCV的比值來(lái)評(píng)價(jià)化學(xué)物質(zhì)的危害程度。ADE/HCV的計(jì)算公式如下:

式(4)中，C為污染物的濃度，mg/kg;IR為攝入污染物的濃度，kg;EF為暴露頻率，1/days;ED為暴露持續(xù)時(shí)間，years;BW為體重，kg;AT為平均壽命，years;HCV為健康標(biāo)準(zhǔn)值，單位為mg/kg/d;下標(biāo)oral，dermal，inh分別為經(jīng)口，皮膚接觸，吸入。當(dāng)CDI/HCV≤1，說(shuō)明在可接受的范圍內(nèi);當(dāng)CDI/HCV＞1，說(shuō)明污染場(chǎng)地具有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 HHRE(Human health risk evaluation)模型

HHRE模型是由歐洲官方提供的，為解決規(guī)劃帶來(lái)的土地利用對(duì)土壤重金屬的影響和風(fēng)險(xiǎn)。該模型指潛在風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)人類(lèi)與土壤重金屬的接觸(暴露途徑)的影響，它采用基于風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源－途徑－受體相聯(lián)系的污染框架和決定性方法［36］對(duì)人體健康帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)過(guò)程包括污染物濃度分析和分解、確認(rèn)暴露途徑和每種途徑的平均攝入濃度，比如土地利用方面。LURc系數(shù)代表不同途徑發(fā)生的土地用途，不是所有的途徑都有相同的重要性。

HHRE模型的計(jì)算公式如下:

直接攝取的風(fēng)險(xiǎn)商數(shù):

食物鏈中攝取的風(fēng)險(xiǎn)商數(shù):

式中，ED表示暴露時(shí)間，years;EF為暴露頻率，1/days;SIR為土壤的攝取率，TDI為每天可容忍的攝入量，BW為人體體重，kg;RER為暴露途徑，AT為平均暴露時(shí)間，LURc為土地使用風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。當(dāng)RI≤1，說(shuō)明人的一生在不同的暴露途徑下都不會(huì)出現(xiàn)健康風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)RI＞1，說(shuō)明人在該種環(huán)境下會(huì)存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。

2 參數(shù)的差異

在三種模型中，體質(zhì)量和平均暴露時(shí)間參數(shù)可根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)資料等相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)得到，各類(lèi)人群的暴露時(shí)間和暴露頻率需要通過(guò)人體時(shí)間活動(dòng)模式調(diào)查得到，目前我國(guó)也極缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)，因此參考美國(guó)環(huán)保署(EPA)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

RBCA模型中的SF(Slop Factor)為致癌斜率因子，通常指化學(xué)致癌物的暴露劑量與致癌概率之間的定量關(guān)系來(lái)表示，即:人體終生暴露于劑量為每日每公斤體重1mg致癌物時(shí)的終生超額患癌風(fēng)險(xiǎn)度，以［mg/kg/d］－1表示。此值越大，則單位劑量致癌物所導(dǎo)致人體的超額患癌率越高。美國(guó)EPA將RfD定義為:人群終生暴露后不會(huì)產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的有害效應(yīng)的日平均暴露水平估計(jì)值，以單位mg/ (kg·d)表示。RfD的估算一般是在充分收集現(xiàn)有的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究和人群流行病學(xué)研究資料的基礎(chǔ)上，選擇可用于劑量反應(yīng)的關(guān)鍵性研究，從中確定未觀察到有害效應(yīng)的劑量反應(yīng)(No Observed Adverse Effect Level，NOAEL)或觀察到有害效應(yīng)的最低劑量水平(Lowest Observed Adverse Effect Level，LOAEL)然后將這些值除以相應(yīng)的不確定性系數(shù)(Uncertainy Factor，UF)和修正系數(shù)(Modifying Factor，MF)。計(jì)算公式:

CLEA模型是將化學(xué)物質(zhì)對(duì)人體或動(dòng)物的健康效應(yīng)劃分為閾值和非閾值效應(yīng)，非閾值效應(yīng)用指示劑量(Index Dose，ID)表示，閾值效應(yīng)是用可接受日土壤攝入量(Tolerable Dmly Soil I nt a k e，TDSI)表示，總稱(chēng)為健康標(biāo)準(zhǔn)值(Health Criteria Values，HCV)。依據(jù)日平均暴露量((Chronic Dailay Intake，CDI)與HCV的比值來(lái)評(píng)價(jià)化學(xué)物質(zhì)的危害程度。

HHRE模型的構(gòu)建以減少一些參數(shù)的確定來(lái)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的，它考慮到與人類(lèi)長(zhǎng)期接觸的土壤重金屬帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)，它是基于考慮實(shí)際的或計(jì)劃中的土地使用帶來(lái)的有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)分析，并將LURc系數(shù)引入了健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，它代表了不同途徑發(fā)生的土地利用，旨在探索不同的土地利用方式給人類(lèi)帶來(lái)的危害程度。暴露途徑是直接攝入土壤和灰塵，皮膚接觸和吸入塵埃不包括在內(nèi)。

3 RBCA、CLEA和HHRE模型比較

(1)相同點(diǎn):以上三種模型在基本原理和算法上有許多共同之處:模型需要輸入與目前其他風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型一樣，三種模型在基本原理和算法上有很多共同之處:模型都要計(jì)算人體的日平均暴露量，需要輸入的參數(shù)基本相同，如場(chǎng)地參數(shù)、污染物的毒理學(xué)參數(shù)和暴露參數(shù);對(duì)考慮的主要暴露途徑基本相同，如直接攝人土壤、皮膚接觸、吸入室內(nèi)灰塵和蒸氣吸人等;有些模塊完全相同，如對(duì)參考劑量及暴露量的估算。

(2)不同之處:三種模型主要在設(shè)計(jì)上有一些差異:如污染物分類(lèi)方面，RBCA模型根據(jù)美國(guó)環(huán)保署的化學(xué)物質(zhì)分類(lèi)將重金屬污染物分為致癌與非致癌兩類(lèi)，而HHRE和CLEA模型為對(duì)重金屬污染物進(jìn)行分類(lèi);在污染源方面，CLEA模型只考慮表層土壤，RBCA模型可以同時(shí)考慮深層土壤和地下水的影響，而HHRE模型考慮直接攝入土壤和灰塵(即表層土壤)和食物鏈(本土蔬菜)的影響;評(píng)級(jí)目的方面，RBCA和CLEA主要側(cè)重于土壤重金屬污染物對(duì)人體健康評(píng)價(jià)的影響，而HHRE模型側(cè)重于分析土地利用給人體健康帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn);在暴露途徑方面，RBCA可分析地下水及地表水?dāng)z入途徑，CLEA模型可考慮蔬菜攝入途徑，HHRE模型未考慮皮膚接觸和吸入途徑，因此可分析土壤和蔬菜攝入途徑。

4 展望

目前在對(duì)城市環(huán)境中污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)都具有片面性，對(duì)暴露途徑的考慮都不夠全面。車(chē)飛等［25］應(yīng)用EPA評(píng)價(jià)模型對(duì)沈撫灌區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)由于僅考慮了食物鏈途徑，因此對(duì)該地區(qū)的評(píng)價(jià)比較片面。常靜等［26］應(yīng)用EPA評(píng)價(jià)模型對(duì)上海城區(qū)灰塵重金屬評(píng)價(jià)時(shí)，由于只考慮了呼吸途徑，因此會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

因此，要真正評(píng)估土壤污染的健康風(fēng)險(xiǎn)，不能只考慮一種暴露途徑，應(yīng)根據(jù)土壤揚(yáng)塵條件、揚(yáng)塵密度、范圍、人體攝入量來(lái)研究。因此，在暴露評(píng)價(jià)中，對(duì)主要的暴露途徑(呼吸吸入，皮膚攝入和食物食入等)，我們應(yīng)估計(jì)各種暴露途徑在總暴露量中所占的比例及每種途徑攝入污染物含量。

(編輯:于杰)

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AbstractThe paper expounds heavy metal pollution situation in urban soil，but only evaluating slil pllution statas is not enough，so the evaluation of heavy metal pollutants in the urban environment for human health risks is necessary.This paper employs two health risk assessment models from foreign countries and compares them with the more regular domestic models by comparing parameters，basic principles and so on.By comparison，we can choose the proper health risk assessment model，and after the health risk assessment we give recommendations to the problem of pollution intake.

Key wordshealth risk assessment;urban soil;heavy metal;spatial distribution

Comparision of Three Health Risk Evaluation Models in Urban Evironment

HAO Meng-mengWANG JiZHANG Yi-xiu
(School of Geographic and Environmental Sciences，Guizhou Normal University，Guiyang Guizhou 550001，China)

C912.81;C196

A

1002－2104(2010)05專(zhuān)－0036－04

2010-06-20

郝萌萌，碩士，主要研究方向?yàn)橥寥乐亟饘傥廴尽?/p>

王濟(jì)，博士，教授，主要研究方向?yàn)橥寥乐亟饘傥廴尽?/p>

*國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃(No.2007BAD89B03)和貴州省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(黔教科2008013號(hào))聯(lián)合資助。