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銻污染土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

2011-02-07 01:17化勇鵬程勝高
關(guān)鍵詞:導(dǎo)則攝入量污染物

化勇鵬,程勝高,黃 庭,李 璇

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院,湖北武漢430074)

0 引言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快,城市主城區(qū)范圍不斷向外圍擴(kuò)展,處于主城核心區(qū)的工廠陸續(xù)搬遷,原場(chǎng)地可能因生產(chǎn)中使用化學(xué)藥品受到污染,從而影響土地的再次使用。銻是一種分布廣泛的重金屬元素,主要用于生產(chǎn)陶瓷、玻璃、電池、油漆、煙火材料及阻燃劑等化工產(chǎn)品[1]。由于銻的廣泛使用,也使其進(jìn)入到各種環(huán)境介質(zhì)中,對(duì)環(huán)境污染和人體健康的危害也逐漸顯現(xiàn)出來(lái),因此越來(lái)越受到重視,已被美國(guó)環(huán)境保護(hù)總局和歐盟列為優(yōu)先控制的污染物[2]。中國(guó)是世界上最大的產(chǎn)銻國(guó),銻污染事件屢有報(bào)道。

目前,對(duì)于環(huán)境中銻的風(fēng)險(xiǎn)研究多是在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中進(jìn)行的。美國(guó)超級(jí)基金法案是現(xiàn)今世界上認(rèn)可程度最高的場(chǎng)地管理法規(guī)[3]。該法規(guī)從環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)到場(chǎng)地修復(fù)都制定了標(biāo)準(zhǔn)的管理體系,其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法體系也已被多個(gè)國(guó)家借鑒和采用[4]。中國(guó)現(xiàn)階段還沒有針對(duì)污染場(chǎng)地管理形成完整的法律、法規(guī)體系,對(duì)污染場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)也沒有通用的技術(shù)和方法[5-6]。筆者綜合《場(chǎng)地環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則》[7](以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)與美國(guó)超級(jí)基金法案的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法和要求,評(píng)價(jià)武漢某化工廠廢棄場(chǎng)地的銻污染土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),對(duì)土壤中銻的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行探討。

1 場(chǎng)地污染現(xiàn)狀

1.1 環(huán)境背景

項(xiàng)目所在地為武漢市江岸區(qū),地處中緯度,屬中亞熱帶北緣濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),多年平均日照時(shí)數(shù)為1 993.8h,年均降水量1 248.3mm,氣溫多年平均值為16.5℃。常年主導(dǎo)風(fēng)向主要為北、北北東、北東向,多年平均風(fēng)速1.1m/s。所處區(qū)域位于長(zhǎng)江流域三級(jí)階地堆積平原區(qū),地面標(biāo)高24.2~24.4m;所在區(qū)域下伏土層以全新統(tǒng)沖積層(Qal4)為主,上部以黏性土為主,下部以砂、礫石層為主。

1.2 污染現(xiàn)狀

該場(chǎng)地前身為某化工廠廠區(qū),后經(jīng)土地利用類型調(diào)整,作為房地產(chǎn)開發(fā)用地。原化工廠以氟化工產(chǎn)品和電鍍添加劑產(chǎn)品為主。場(chǎng)地總用地面積1.07×105m2;場(chǎng)地淺層地下水規(guī)模較小,主要是上層滯水,不具備供水意義;土層厚度為1~4m,土壤類型為弱透水性的第四系粉質(zhì)黏土。監(jiān)測(cè)方案具體為:以50m×50m劃分網(wǎng)格,取網(wǎng)格中心進(jìn)行普查,深度至1.5m;對(duì)于原化工廠廠房及生產(chǎn)車間所在區(qū)域進(jìn)行深化監(jiān)測(cè),深度達(dá)5m;共設(shè)置24個(gè)深化監(jiān)測(cè)點(diǎn)、37個(gè)普查點(diǎn)。以場(chǎng)地土壤中重金屬鎳、鉻、銻、鋅、鎘、鉛、銅、錫、氟及鹵代烴類、酞酸酯類、多環(huán)芳烴類、多氯聯(lián)苯類等有機(jī)物為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象,對(duì)污染程度、深度和范圍進(jìn)行調(diào)查。

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,場(chǎng)地內(nèi)土壤銻質(zhì)量含量偏高,最高達(dá)到1 262.7×10-6,其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均處于相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限制之下。中國(guó)土壤銻質(zhì)量分?jǐn)?shù)背景值為(0.38~2.98)×10-6[8];以《導(dǎo)則》中銻的推薦修復(fù)值26×10-6為標(biāo)準(zhǔn),有66%的測(cè)試土樣超過(guò)推薦修復(fù)值。在垂直深度上,銻主要集中在地表2m以上、局部點(diǎn)位達(dá)到2.5m深度;5m深度土壤銻質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都低于推薦值??梢悦鞔_該場(chǎng)地土壤受到銻污染。銻污染分布情況如圖1。

參考《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn):毒性物質(zhì)含量鑒別》(GB 5085.6—2007)[9],金屬銻(有毒物質(zhì)名錄第118號(hào))或者五氧化二銻(有毒物質(zhì)名錄第121號(hào))等有毒物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于3%即為危險(xiǎn)性廢物。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看,銻質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)到1 262.7×10-6,低于這個(gè)判別標(biāo)準(zhǔn),不屬于危險(xiǎn)性廢物;但銻含量偏高,需要進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

圖1 銻污染及質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布Fig.1 Chart of Antimony Pollution and Distribution of Mass Fraction

2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通常指對(duì)有毒有害物質(zhì)(包括化學(xué)品和放射性物質(zhì))危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度進(jìn)行評(píng)估,并提出減小環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的方案和對(duì)策[10]。根據(jù)承受環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)象不同,可以分為人體健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

美國(guó)科學(xué)院認(rèn)為人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是描述人體暴露于環(huán)境危害因素之后,出現(xiàn)不良健康效應(yīng)的特征?,F(xiàn)今廣泛應(yīng)用的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模式是由NAS-NRC發(fā)展來(lái)的,主要用于評(píng)價(jià)化學(xué)物質(zhì)暴露下的致癌風(fēng)險(xiǎn)或是其他健康風(fēng)險(xiǎn)。該模式包括危害鑒定、暴露評(píng)價(jià)、劑量-效應(yīng)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)表征4個(gè)部分(圖2)[11]。

圖2 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模式Fig.2 Health Risk Assessment Model

2.1.1 接觸方式評(píng)價(jià)

接觸方式評(píng)價(jià)是人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的第一步,對(duì)該地塊污染土壤與人體相互作用方式定性評(píng)價(jià)見表1。

2.1.2 接觸方式量化

在確定了污染土壤與人體的接觸方式后,對(duì)該地塊的人體接觸方式進(jìn)行量化。量化工作分為:①計(jì)算

表1 接觸方式定性評(píng)價(jià)Tab.1 Qualitative Assessment of Exposure Mode

接觸點(diǎn)的污染物含量。接觸點(diǎn)可通過(guò)呼吸接觸污染物,場(chǎng)地內(nèi)銻最初以五氯化銻的形式釋放進(jìn)入到場(chǎng)地土壤、地下水介質(zhì)中,其在環(huán)境中的行為是遇少量水變成水合物固化,遇多量水則水解為五氧化銻。因此,場(chǎng)地內(nèi)土壤中銻以氣態(tài)形式通過(guò)呼吸接觸人體的可能性幾乎沒有,而主要是通過(guò)皮膚接觸或者經(jīng)口腔攝入;②定量計(jì)算吸入量,包括偶然攝入量、皮膚接觸吸收量和土壤塵呼吸接觸量。其計(jì)算公式為

式中:I為經(jīng)口腔攝入量;CS為土壤中污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù);R1為污染率;FC為轉(zhuǎn)換因子;IF為污染系數(shù);E為接觸頻率;DE為接觸持久度;m為人體質(zhì)量;t為平均時(shí)間;A為皮膚接觸吸收量;AS為可接觸的皮膚表面面積;IAF為土壤對(duì)皮膚的粘附系數(shù);IABS為吸收因子;B為通過(guò)呼吸攝入土壤塵而攝入化學(xué)元素量;IPEF為土壤塵產(chǎn)生因子;R2為空氣攝入量。上述各計(jì)算參數(shù)見表2,計(jì)算結(jié)果見表3。

2.1.3 風(fēng)險(xiǎn)表征

(1)致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過(guò)平均到整個(gè)生命期的每天攝入量IED乘以經(jīng)口腔、皮膚或直接吸入致癌斜率系數(shù)(ICSF)計(jì)算得出。IED為長(zhǎng)期接觸下日平均攝入量(按壽命周期70歲計(jì)),見表3;ICSF是各類途徑(經(jīng)口腔、皮膚或塵埃直接攝入)的致癌斜率系數(shù),即

式中:CR為致癌風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性;Ii為污染物在第i種接觸方式下長(zhǎng)期接觸的日平均攝入量;Fi為污染物在第i種接觸方式時(shí)的斜度系數(shù);n為接觸途徑總數(shù)。

表2 污染土壤攝入量計(jì)算參數(shù)參考值Tab.2 Reference Value of Intaking Amount for Contaminated Soils

表3 污染接觸方式評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Assessment Results of Pollution Exposure Mode

(2)非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。非致癌風(fēng)險(xiǎn)值定義為每天攝入量(平均到整個(gè)暴露作用期)除以每一途徑的慢性參考劑量。非致癌效應(yīng)危害指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)值HR的計(jì)算公式為

式中:HR為非致癌危險(xiǎn)系數(shù);Di為污染物在第i種接觸方式下可接受的攝入量?!秾?dǎo)則》中銻為經(jīng)口參考劑量為4×10-4mg/(kg·d),經(jīng)皮膚吸收參考劑量為2×10-5mg/(kg·d),無(wú)經(jīng)呼吸吸收參考劑量。對(duì)上述有參考值的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表4。

表4 風(fēng)險(xiǎn)定量綜合評(píng)價(jià)Tab.4 Integrated Quantitative Assessment of Risk

到目前為止,尚沒有數(shù)據(jù)表明銻對(duì)人經(jīng)口腔吸入有致癌作用,也沒有經(jīng)呼吸暴露或其他途徑造成銻致癌的報(bào)道,但銻污染物經(jīng)皮膚吸收致癌劑量相對(duì)較高,以該方式長(zhǎng)期接觸致癌概率較大,風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。從表4中可以看出,無(wú)論是兒童還是成人,該場(chǎng)地污染土壤的非致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于1,非致癌危害非常大,尤其是在極端情況下。該場(chǎng)地需要進(jìn)行環(huán)境修復(fù)后才能再次使用。

2.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是評(píng)估由于一種或多種外界因素導(dǎo)致可能發(fā)生或正在發(fā)生的不利生態(tài)影響的過(guò)程。筆者運(yùn)用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法是目前最常用的商值法,是為某一特殊受體設(shè)立參照含量指標(biāo),然后與估測(cè)的環(huán)境含量進(jìn)行比較,超過(guò)參照含量的環(huán)境含量就被認(rèn)為其有潛在影響[12]。

污染地塊處于鬧市區(qū),因土地利用性質(zhì)發(fā)生變化,地表建筑物已拆除,原有植被已遭破壞;場(chǎng)地內(nèi)沒有大型動(dòng)物,但有鳥、狗、老鼠、土壤動(dòng)物等,它們是受影響的主要種群。接觸方式有皮膚接觸、吞食、呼吸、飲水等。對(duì)比土壤中污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其半數(shù)致死質(zhì)量分?jǐn)?shù),可以直接獲得污染土壤對(duì)生物的致死影響(表5)。

由表5可知,污染土壤對(duì)動(dòng)物有一定的毒性。目前雖沒有其他動(dòng)物的毒性資料,但由這些實(shí)驗(yàn)小動(dòng)物的毒理學(xué)資料可以斷定,污染土壤對(duì)生物的生態(tài)毒理學(xué)具有一定影響,應(yīng)引起重視。

表5 生態(tài)效應(yīng)的急性風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算Tab.5 Acute Risk Calculation of Ecological Effect

3 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)場(chǎng)地土壤重金屬和有機(jī)物調(diào)查和評(píng)價(jià)可知,場(chǎng)地內(nèi)污染土壤不屬于危險(xiǎn)廢物,但銻含量偏高,最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1 262.7×10-6,66%的土壤樣品銻含量大于推薦修復(fù)值26×10-6,污染較嚴(yán)重。綜合《場(chǎng)地環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則》與美國(guó)超級(jí)基金法案的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法和要求,從人體健康與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)出發(fā),通過(guò)經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸吸入對(duì)成人和兒童進(jìn)行的健康風(fēng)險(xiǎn)定量計(jì)算,非致癌風(fēng)險(xiǎn)非常大,污染土壤對(duì)生物具有一定的生態(tài)毒理學(xué)影響,場(chǎng)地土壤須進(jìn)行修后才能使用。

(2)引用美國(guó)超級(jí)基金法案中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是《場(chǎng)地環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的推薦模式。中國(guó)污染場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尚處于起步階段,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)步驟和構(gòu)建參數(shù)體系還需進(jìn)行大量工作,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系相關(guān)的法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還有待于逐步優(yōu)化和科學(xué)完善。

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[10] HJ/T 2.1—93,環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則總則[S].

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