工業園區及周邊氮氧化物人群暴露場景分析研究*

劉鴻志 王紅梅 李宇婷 王 琛 趙 慈 劉曉宇

(1.中國環境科學研究院，北京 100012；2.中國環境科學學會，北京 100082； 3.北京交通大學理學院，北京 100044)

氮氧化物(NOx)包括N2O、NO、NO2、N2O3和N2O5等，NOx的工業排放源主要有燃煤、化肥生產、冶煉等。過量NOx會造成大氣污染、酸雨和健康效應，給生態環境和人體健康帶來一定損害。我國政府高度重視控制NOx排放，“十二五”期間將NOx納入控制性約束指標[1]。然而，目前環境風險評價實踐中對NOx的污染空間分布判斷主要以占標率(即預測濃度與標準值的比值)來衡量[2]。占標率評價的前提是將所有區域的土地利用功能視為同一類，忽視了不同土地利用類型下人群活動模式的暴露差異，無法精準識別健康風險控制區。最新《規劃環境影響評價技術導則》(2018年征求意見稿)明確要求“評價指標應符合評價區域生態環境特征，體現社會公眾對環境質量和生態功能不斷改善的要求”。可見，開展區域NOx的暴露情景分析對完善現有規劃環境影響評價的指標設計具有重要意義。暴露評價是對人群暴露于環境介質中有害因子的強度、頻率、時間、暴露的途徑和方式進行測量、估算或預測的過程，是進行風險評價的定量依據[3]。

傳統暴露評價方法是通過暴露監測結合接觸污染物頻次開展的暴露計量[4]。然而，對于區域集中排放的工業園區而言，暴露監測具有一定時效性，只能反映特定時間范圍內企業綜合排放對環境的影響，在行業企業常規管理時并不適用。從產能、削減控制等管理目的出發，應考慮到已獲排放許可企業在不同排放強度時產生的健康影響。為探索建立暴露場景下的健康風險區識別技術，本研究以西部某典型工業園區NOx的健康風險區識別為例，按現有企業以滿負荷排放為暴露場景，探索基于土地利用類型的情景暴露量估算方法。

1 研究對象與方法

選取西部某典型NOx排放的工業園區為研究對象，對其大氣排放源、產能負荷、項目環境風險評估情況、監測數據及周邊土地利用類型等進行調研，并對園區及其周邊的人群開展暴露參數調研，用于確定不同土地利用類型對應的暴露參數。

1.1 大氣排放源調研

共調研含有相關大氣排放源的企業28家，其中包括石油化工廠10家、油脂廠4家、機械廠3家、食品廠2家、塑業管業類企業2家、棉花廠1家、木材加工廠1家、化肥廠1家、黏合劑廠1家、混凝土廠1家、危險廢物處理廠1家、貨物存儲場1家。統計NOx排放源共54個。通過現場訪談、現場勘察、項目環境風險評價報告、監測報告等獲取大氣排放源數據。

1.2 NOx空間分布預測

1.2.1 氣象數據

研究對象所在地區2015、2016、2017年氣象數據較為類似，因此本研究預測時僅采用2017年的氣象數據，起止日期為2017年1月1日至2017年12月31日。氣象站站點坐標為(82.618°E，41.575°N)。

1.2.2 預測方法

采用EIA Pro軟件對NOx空間分布進行預測，為了模型簡化，預測時不考慮地形高程，將研究區域視作為平坦地形；將預測點設在地面，不考慮煙囪出口下洗情況；預測不涉及NOx的沉積，面源計算不考慮干去除損耗；不考慮建筑物下洗與城市效應；不考慮NOx化學反應；對全部排放源速度優化；不考慮擴散過程的衰減，忽略夜間城市邊界層到白天對流邊界層的轉換。按各NOx排放源滿負荷生產計算NOx排放強度，以此進行NOx空間分布預測。

1.3 基于土地類型的人群暴露情景分析

對工業園區及周邊不同土地利用類型的人群活動模式開展調研，調研范圍為園區內及其邊界外延伸5 km，假定預測年內的人群暴露方式與調研時類似。

1.3.1 人群活動模式調研

人群活動模式調研采用派駐調查員入村入戶隨機發放問卷、協助填寫的方式進行。本調查共發放問卷800份，經最終審核，回收有效問卷779份。問卷對象包含各類社會人員，包括辦公室人員、車間工人、農民、學生、教師、家庭婦女等。問卷調查的內容主要包括人群基本信息(年齡、性別、體重等)、職業類型、暴露方式、暴露時間等。對不同土地利用類型暴露參數采用平均水平基礎上的風險假定最大化原則設定。

1.3.2 人群情景暴露劑量

不同土地利用類型的人群情景暴露劑量計量方法借鑒國際通用的大氣暴露評價方法(見式1)。

(1)

式中：ADD為NOx日均暴露劑量，mg/(kg·d)；c為大氣中NOx質量濃度，mg/m3；IR為日呼吸量，m3/d；ET為每天暴露的持續時間占比；EF為暴露頻次，d/a；ED為暴露持續時間，a；BW為暴露人群平均體重，kg；AT為預期暴露總時間，d。

2 結果與分析

2.1 人群暴露信息調研結果

經分析，園區周邊村莊的居民主要從事家庭式個體經營、種植、養殖等活動。參與問卷的男性占比53.6%，女性占比46.4%。問卷對固定職業人員的工作年限進行調研，其中工作年限在1年以內的占14.9%，工作1～3年的占23.5%，工作3～5年的占7.1%，工作5年以上的占54.5%。調研結果顯示，該地大部分人員職業比較固定，本研究對工業企業場地暴露評價時以工人最大工作年限計算。

體重信息為評價日均暴露劑量的一個重要參數，進行問卷調查時現場記錄受訪者體重。經統計，男性平均體重為70.44 kg，女性平均體重為56.73 kg。其中，年齡小于20歲的受訪者平均體重為58.20 kg，年齡在20～60歲的受訪者平均體重為63.93 kg，年齡大于60歲的受訪者平均體重為62.44 kg。

對不同土地利用類型的人群活動模式進行調研。對工業企業類土地活動人群假定為上班時間的室外暴露情景為主，考慮到其可能存在的加班因素，從最大暴露情景出發，將每天暴露時間設定為12 h。對周邊農用類土地的人群活動模式調研，獲取農業生產者農耕時間(見表1)。

表1 農業生產者年均暴露時間

由表1分析可知，該地農業生產者年農耕時間在5個月及以上者達60.3%，占絕大多數，年農耕時間在3～<5個月者占23.1%，在1～<3個月者占10.1%，小于1個月者占6.4%。經現場問詢，農耕時間小于1個月者屬于臨時采摘人員，此類人員占比較少。調查顯示，農耕時間內，農業生產者在農業區地里停留時間在3～5 h/d的占43.4%；停留時間在5 h/d以上的占29.9%；停留時間在1～3 h/d的占20.5%。本研究采用情景風險最大化設定原則，將農耕時間的暴露時間設定為5 h/d。

本研究同時對其他大氣暴露源進行了調查，研究區域內超過94%的受訪者表示經常打掃家中衛生，家中不存在過多積塵。因此，室內空氣污染源不作為考慮對象。據調查，研究區域的主要采暖方式有煤爐、集中供暖和生物質(木柴等)燃燒供暖，平均采暖期為4個月。市區以集中供暖為主流，周邊農村則以煤爐、生物質燃燒為主。本研究在計算NOx空間分布時將園區內供熱類鍋爐均納入其中，因農村人口稀疏，其家庭供暖產生的廢氣源可忽略不計。

據地方疾病統計信息調查，該地目前不屬于腫瘤高發地，不屬于有特殊地方病地區。

2.2 基于土地利用類型的人群暴露參數

園區及其周邊的地塊根據土地利用類型分為學校區、工業區、辦公區、商業區、居住區、農用區、空白用地等。現場調研確定不同地塊的土地利用類型及人群活動模式，成人及兒童的日呼吸量取值參考文獻[5]，居住區人群的暴露年限按70年計，日暴露時間按最大量24 h計算，學校區在校學生平均年齡為12歲，按在校時間為6年，日暴露時間按8 h計算，工業企業土地一般使用年限為40年，則假定工業區、辦公區及商業區工作人群暴露年限為40年，農業生產者按20歲開始從事農業生產，生產暴露年限按40年計，本研究對空白用地暫時按農用區的暴露情景設定，不同土地利用類型的人群暴露參數匯總見表2。

2.3 NOx空間分布預測

將調研獲取的大氣排放源相關數據與氣象數據等輸入EIA Pro軟件，對研究區NOx空間分布進行預測，得到研究區內大氣NOx預測值超出0.2 mg/m3的高污染區域，結果見表3。

從表3可以看出，如果僅考慮NOx空間疊加分布濃度，WZ鎮、SY駕校、WZ財政所是工業園區NOx排放的高污染區。

2.4 基于土地利用類型的人群暴露水平預測

將不同土地利用類型的人群活動模式暴露參數輸入EIA Pro軟件，得到了基于不同土地利用類型的人群暴露水平預測，在毒性因子固定的情況下，該結果直接反映了人群健康風險程度。人群NOx日均暴露劑量≥0.05 mg/(kg·d)的高暴露區預測結果見表4。

表2 不同土地利用類型的人群暴露參數

表3 NOx高污染區信息1)

表4 基于土地利用類型的NOx高暴露區信息

由表4可見，在考慮土地利用類型的暴露水平預測下，NOx高暴露區與NOx高污染區存在一定差異，更多的居住區(GKARG村、SGSG一村、SGSG二村、YQKL村和KMQRG村)成為情景暴露潛在的健康風險區。

3 討 論

長期過量的NOx暴露易引起支氣管炎和肺氣腫等病變，誘導早衰、支氣管上皮細胞發生淋巴組織增生，甚至肺癌等病變[6]。因此，對于NOx排放集中的工業園區，開展NOx高暴露區預測對源頭污染控制具有重要意義。

目前，對于識別NOx排放影響區域而言，環境監測法[7]或大氣排放預測法[8]是比較成熟的方法。環境監測法由于時效性以及設備、人工等的花費的局限，只能在有限的范圍內應用。對于環境管理手段，更多要考慮到不同產業、行業的產能控制、基于情景-費效的健康風險削減管理。大氣排放預測法在區域多排放源空間疊加預測時具有一定的優勢，已被廣泛地應用于區域環境風險評價中[9]。然而，現有環境影響評價實踐與土地利用類型脫節，僅以占標率來評估污染物擴散時對環境空氣質量的影響，忽視了不同土地利用類型下人群暴露模式的差異，導致在識別健康風險區時顯得不足。為彌補以上缺陷，本研究發展了基于土地利用類型的NOx情景暴露區識別技術，其核心為基于現有企業排放預測基礎上，將每塊土地的人群活動模式可能接觸并吸入的污染物量進行估算，以其暴露量作為衡量風險大小的依據，該技術在國際上已有一定應用[10]，但在工業園區的應用實踐較少。

本研究選取我國西部某工業園區開展研究，園區內有多種類型的企業，包括石油化工、精細化工、化肥生產等。根據排放源信息，EIA Pro軟件預測NOx高污染區在WZ鎮、SY駕校、WZ財政所等居住、駕校、辦公區域。對研究區域人群活動模式進行調研，發現不同土地利用類型的人群暴露參數差異較大，因此在考慮人群暴露參數的情況下，NOx高暴露區與NOx高污染區有一定差異。基于土地利用類型的NOx情景暴露量預測顯示，NOx最高暴露區在WZ鎮，與NOx最高污染區相同，但更多的居住區被列入NOx高暴露區，如GKARG村、SGSG一村和SGSG二村等，成為NOx健康風險控制的重點區域。相比于忽視土地利用類型的占標率評價，本研究提出的暴露場景可以更加準確地描述暴露導致的區域人群健康風險。由于人群是大氣污染物的損害對象，為真正體現人體健康風險防范，建議在對工業園區現狀環境風險進行評價時引入與土地利用類型相關的人群情景暴露評價指標。

4 結論與展望

以某工業園區的NOx污染排放為例，將土地利用類型與其對應的人群暴露參數相結合，建立了更為科學的NOx健康風險區識別技術。該技術對于調整土地利用類型，合理安排“生產、生活、生態”的空間分布具有重要意義。未來，可以嘗試利用該技術提升工業園區情景-費效的環境管理水平，推動大氣資源的精準定價，為大氣環境管理的經濟手段提供科學的依據。