某場地土壤苯系物空間分布特征和健康風險評價

施維林　馬錫英　陳　潔　趙保軍　唐曉聲　陳　亮　何　理

（1.蘇州科技大學 環境科學與工程學院 蘇州215009 2.蘇州科技大學 數理學院 蘇州 215009 3.煜環環境科技有限公司 石家莊 050051 4.上田環境修復股份有限公司 常州 213000 5.天津大學水利仿真與安全國家重點實驗室 建筑工程學院 天津 300072）

引言

苯系物在生活和生產中的使用與日俱增，尤其在石油、化工、煉焦等方面應用廣泛[1]。在使用過程中，可能會泄露至土壤、大氣和水環境，造成環境污染。苯系物(BTEX)是苯、甲苯、乙苯、二甲苯等的統稱，為重要的一組芳香烴，具有強致癌作用[2-5]。其大多以氣態存在，能夠通過暴露人群的呼吸系統和皮膚進入人體。長期接觸環境空氣中苯系物不僅會刺激人體皮膚和黏膜，而且對人體的呼吸系統、造血系統和神經系統等會有慢性或急性損害[2,6]。

我國城市化進程在不斷地加快，應城市化發展的要求，城中多數工廠企業被要求關停或進行搬遷，這些場地可能存在一定的環境污染。在未經環境調查評估或修復前，就進行開發利用，對場地未來使用人群的健康可能產生不利影響[7,8]。因此，這類場地在重新規劃利用前通常需要進行場地健康風險評估[9]。

為了評價土壤中污染物風險的空間分布，一些研究采用地質統計學插值，如逆距離加權法，克里格法，或指示克里格法等評價土壤中重金屬的健康風險[10]。但目前基本沒有評價土壤中苯系物污染風險空間分布的研究。鑒于此,以某場地土地置換開發為例，對場地土壤苯系物濃度的空間分布特征描述，并結合場地未來土地利用類型，采用健康風險評價模型對土壤苯系物污染可能給未來入住人群帶來的空間健康風險進行評價。

1　場地背景環境描述

1.1　場地特性

研究的目標場地具有多年的工業生產歷史。以前為化工廠和溶劑廠，1990年改制成化工農藥生產工廠，占地47萬平方米，從事化工農藥的生產已有四十幾年，主要生產經營甲胺磷類農藥、氯苯等化工產品。后因城市總體布局調整，進行了搬遷。在多年的化工農藥的生產過程中，有毒有害物質（如苯、苯酚等）的跑冒滴漏及無組織排放，使得該場地可能已被污染。

1.2　樣品采集和分析

根據前期對場地環境調查結果，場地土壤的幾個區域均存在不同程度的污染。規劃該場地未來土地的利用類型為居住用地和商業用地，根據《土壤環境監測技術規范》(HJ/T 166-2004),分別布置表層土壤和亞表層土壤的采樣點，采樣點布見圖1，圖中紅點表示土壤超標樣點。

圖1　土壤采樣點分布圖

研究采集表層和亞表層的土樣，經檢測，表層和亞表層土壤的苯系污染物主要為苯、氯苯和硝基苯，但亞表層土壤污染物濃度較高對人體存在潛在危害。

2　健康風險評價

健康風險評價是美國國家工程學院和國家科學院于1972年首先提出,并于1983年的《紅皮書》中正式提出,分為4個主要框架：危害識別、暴露評估、毒性評估及風險表征[11]。

2.1　暴露評價

暴露評價是進行人類健康風險評價的重點，在分析暴露途徑，確定暴露人群和暴露濃度的基礎上，根據收集的暴露參數估算暴露人群對污染物的攝入量即暴露劑量[12]。

2.2.1暴露人群

根據該場地后期的土地開發利用規劃主要涉及居住用地和商業用地，確定了敏感人群為兒童和成人。

2.2.2暴露途徑

一般而言，土壤中的污染物主要通過4種途徑進入人體:經口直接攝入,經呼吸系統吸入,經皮膚接觸吸收,食入該土壤中產出的實物而攝入[13]。而苯系物一般具有揮發性，因此土壤中的苯系物最有可能通過以下3種暴露途徑進入場地上活動人群體內。這3種暴露途徑為:因不慎直接經口攝入污染土壤;皮膚接觸污染土壤而吸收其中的污染物;通過呼吸系統吸入土壤產生的粉塵和揮發性物質[14]。又根據本場地未來作為居住用地和商業用地開發的特點，考慮場地中表層土壤室外、亞表層土壤的室外和室內經呼吸系統吸入的風險。

綜上所述，本次確定暴露途徑主要有以下5種：途徑1：經口不小心直接攝入污染土壤；途徑2：皮膚接觸污染土壤；途徑3：室外呼吸由表層污染土壤產生的粉塵和揮發性物質；途徑 4：室外呼吸由亞表層污染土壤產生的揮發性物質；途徑5：室內呼吸由亞表層污染土壤產生的揮發性物質。

2.2.3暴露濃度

暴露濃度主要是日常監測所得的數據或采用污染物遷移轉化模型預測得出的數值。使用surfer 8.0軟件（克里金插值法）對監測濃度進行統計計算分析。不僅能準確的描述每個點污染物的污染濃度，而且能預測沒有檢測的位點污染物的濃度。

2.2.4暴露分析

研究基于US EPA的暴露計算方法[14-16]，對場地苯系物的健康風險進行評價，具體計算公式如下。

式中：CS為土壤暴露濃度，其他各暴露參數含義、單位與取值見表1。各遷移系數（VF）推算如下。

表1　暴露因子及參數[1,14,17-21]

2.3　毒性評價

研究中使用的某污染物的毒性參數主要來源于美國環保局綜合風險信息系統(IRIS)[21]、《污染場地風險評估技術導則》和參照文獻[11-12]取值。目標污染物的毒性數據見表2。

表2　苯系物毒性因子[22]

2.4　風險表征

風險表征一般包括單一污染物的致癌和非致癌風險的計算、所有關注污染物的致癌和非致癌風險計算[11]。致癌風險值(R)計算式：R＝CDI×SF（或 URF），美國環保局設定10-6為可接受致癌風險水平的下限，10-4為可接受致癌風險水平的上限[12,23,24]。非致癌風險值(HQ)計算式為：HQ＝CDI/RfD（或 RfC），當非致癌風險值大于 1 時，認為存在非致癌風險[13,26]。

3　結果與討論(Results and discussion)

3.1　場地土壤苯系物空間分布

經檢測，場地表層土壤苯的濃度范圍在0～41 mg/kg，氯苯的濃度范圍在0～2130 mg/kg，硝基苯的濃度范圍在0～81 mg/kg；亞表層土壤苯的濃度范圍在0～51 mg/kg，氯苯的濃度范圍在0～597 mg/kg，硝基苯的濃度范圍在0～107 mg/kg。場地土壤苯系物濃度空間分布如圖2所示，可以形象具體的看出，與檢測數據一致，土壤中氯苯濃度范圍最高，硝基苯其次，苯濃度最低，并且能看出土壤中苯、氯苯和硝基苯的分布情況。亞表層土壤苯系物濃度空間分布范圍廣于表層土壤，且濃度較高。在表層土壤，苯濃度空間分布特性與氯苯大體相同，而苯濃度分布范圍更廣。在亞表層土壤，氯苯和硝基苯濃度空間分布具有相似性，明顯的硝基苯濃度分布較為集中，而濃度空間分布最為集中的是苯。

圖2　土壤苯系物濃度空間分布

3.2　土壤苯系物空間健康風險

苯系物中苯已被國際癌癥研究中心確認為人類致癌物，而硝基苯歸類為2很可能的人類致癌物，苯酚和氯苯可對人體造成急性和慢性毒性作用，損傷肝臟和造血系統，具有持久性和蓄積性作用[5,12]。因此，對場地土壤中的苯和硝基苯進行了致癌健康風險評價。

3.2.1致癌健康風險評價

污染場地表層和亞表層土壤苯系物致癌風險分別如圖3和圖4所示。計算結果表明,不同土地利用方式下苯、氯苯和硝基苯的致癌性風險均能對目標受體造成較大的致癌風險,尤其是在亞表層土壤中。從圖3和圖4可以看出，場地土壤中苯致癌風險大部分在10-6～10-4，硝基苯致癌風險大部分在10-5～10-3。亞表層土壤的致癌風險遠遠大于表層土壤，且高致癌風險點遠多于表層土壤。居民用地土壤苯系物的致癌風險遠高于商業用地。由此可見,長期工業生產活動給研究區域的土壤環境帶來潛在的影響,存在一定程度的健康風險影響。

圖3　表層土壤苯系物致癌風險

圖4　亞表層土壤癌風險

3.2.2非致癌健康風險

污染場地居住用地和商業用地土壤苯系物非致癌風險分別如圖5和圖6所示。計算結果表明,場地中苯、氯苯和硝基苯的非致癌性風險均能對目標受體造成較大的非致癌風險,部分采樣點風險大于1，尤其是在亞表層土壤中。從圖5和圖6可以看出，場地中亞表層土壤苯和硝基苯非致癌風險遠遠大于表層土壤，且高非致癌風險點遠多于表層土壤，而氯苯表層土壤的非致癌風險高于亞表層土壤。居民用地土壤苯系物的非致癌風險遠高于商業用地。不論是在表層土壤還是在亞表層土壤，不同土地利用方式下，氯苯的非致癌風險均高于苯和氯苯。表層土壤中，苯和氯苯的高非致癌風險分布位置大致相同；亞表層土壤氯苯和硝基苯的高非致癌風險分布位置大致相同。

圖5　居民用地土壤苯系物非致癌風險

圖6　商業用地土壤苯系物非致癌風險

結語

同一點位不同污染物的污染有伴生現象,這些污染集中點位產生的高污染對目標受體會產生風險疊加的后果[14]。而目前對多種污染物在同一位點造成的風險計算只采用簡單加和的方法,由于不同物質對人體的損害機制不同,這種計算方法并不能準確表征不同污染物對受體的綜合作用效應。因此，研究對土壤中苯系物的風險進行空間分布評價。結果說明該地區存在著一定的風險，會危害人類健康。因此，在未來土地利用前必須對其進行修復。

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國家自然科學基金面上項目，31570515，場地鉻污染土壤微生物原位穩定化/固化機理研究。