榆林市区大气主要污染物健康风险评价

董 洁，张 普，李 楠，田泽昊

(西北大学 城市与环境学院，陕西 西安 710127)

榆林市位于陕西省最北部，处于晋、陕、蒙、宁能源富集区中心位置。总面积达43 578 km2，约占陕西省总面积的21%。东西长 385 km，南北宽约 263 km，地处 107°28＇～111°15＇E，36°57＇～39°34＇N 之间。年降雨量 316 ～ 513 mm，年内分布极不均匀，6-9月降雨量占全年降雨量的75%，属温带干旱、半干旱大陆性季风气候，四季分明，气候干燥，降水较少，春季多风沙，时有沙尘天气出现。2010年底，全市人口335.14万人，城区人口总数为 63.76万人，是 2005年 30万人的2.12倍。“十一五”期间，榆林市成为国内外知名企业和重大项目的集聚地、全国重要的能源输出地，可是煤炭、矿产等资源的开发过程引起了诸多的环境问题[1，2]，陕北地区受大气污染物污染严重，但对人体所造成的健康风险却鲜有研究。本研究以榆林市《环境质量报告书》中的数据为基础，分析了大气中 SO2、NO2和 PM10的浓度特征，并利用美国环保局推荐的健康风险评价模型对不同的大气污染物对人体的健康风险进行了评估。这为公众提供了空气质量状况，为决策者在制定环保政策时提供技术依据，并为大气环境污染的治理和科学决策提供科学依据。

1 榆林市大气污染物研究方法

1.1 数据来源与处理

数据主要来源于榆林市《环境质量报告书》，部分数据来自于陕西省统计年鉴，并运用 Excel软件对数据进行分析和处理。

1.2 暴露剂量计算方法

根据美国环境保护局制定的暴露因素手册，污染物一般通过摄食、呼吸与皮肤接触三种途径进入人体，而 SO2、NO2和PM10等大气污染物的主要暴露途径是经呼吸暴露[3]，因此用公式(1)来计算经呼吸途径的暴露剂量。其中非致癌物质通常用日均暴露剂量[average daily dose，ADD，mg/(kg·d)]表示，致癌物质通常用终身日均暴露剂量[life average daily dose，LADD，mg/(kg·d)]表示:

式中:C为污染物的浓度，mg/m3;IR为呼吸速率，m3/d;ED为暴露持续时间，d;BW为体重，kg;AT为平均暴露时间，d。

1.3 健康风险评价模型

根据世界卫生组织(WHO)和国际癌症研究机构(IARC)的研究结果，将污染物分为基因毒物质(包括致癌物质和放射性物质)和躯体毒物质(非致癌物质)。本研究中 SO2和NO2为非致癌物，而PM10中的负载物质属于致癌性物质，但是因为不能确定其内的具体成分和含量，在健康风险评价中先不予考虑。

1.3.1 基于基因毒物质的风险评价模型

基因毒物质主要包括化学致癌物质和放射性物质，往往放射性物质的含量很小，一般很难检测其具体含量，因此主要考虑化学致癌物质，其所致的危害可按公式(2)计算[4]:

式中:Rij为致癌性污染物 i经暴露途径 j所引起的健康风险，1/年;LADD为致癌物质 i的终身日均暴露剂量，mg/(kg·d);SF为放射性或其他污染物 i的致癌强度系数，kg·d/mg;70为人均寿命，年。

1.3.2 基于躯体毒物质的风险评价模型

躯体毒物质即非致癌污染物所致的健康危害按公式(4)来计算[5]:

式中:Rij为非致癌性污染物i经暴露途径 j所引起的健康风险，1/年;ADD为非致癌物质的日均暴露剂量，mg/(kg·d);10-6为与RfD相对应的可接受危险度水平;RfD为参考剂量(reference dose)，mg/(kg·d);70为人均寿命，年。

1.4 模型参数的选择

1.4.1 暴露参数的本地化

由于我国民族多元且疆域辽阔的特殊性，缺乏足够的数据来制定一套标准供暴露参数的研究，因此在健康风险评价中往往引用美国的暴露参数[6-7]，但是由于我国人群的体质与西方差距很大，所以需根据我国人群体质(体重)的实际情况对个别参数进行修改。本研究的体重BW数据采用2010年国民体质监测公报(国家体育总局.2011.2010国民体质监测公报.http://www.gov.cn/test/2012-04/19/content_2117320.htm)中的全国平均值，经呼吸暴露进入人体的相关暴露参数见表1。

表1 经呼吸途径进入人体的暴露参数[6-7]

1.4.2 参考剂量的确定

参考剂量(RfD)由美国环保局首先提出，它是指环境介质(空气、水、土壤、食品等)中化学物质的日平均接触剂量的估计值。对于非致癌物所致的健康风险评价，参考剂量见表2[8，9-10]

表2 非致癌物参考剂量mg·kg-1·d-1

2 结果分析与讨论

2.1 2006—2011年大气中主要污染物浓度变化趋势

由表 3可知，2006—2007年 SO2年均浓度有所上升，2008—2009年其年均浓度呈下降趋势，随后两年浓度逐步上升。2006—2011年六年间 SO2年平均浓度符合国家二级标准(表 4)，年均值为 0.043 mg/m3。2006—2007年 NO2年均浓度有所下降，然而在2008—2011年间，NO2年均浓度呈逐步上升趋势，但仍未超出国家二级标准限定值，年均值为0.032 mg/m3。2006—2011这五年间，PM10平均浓度逐年下降，年均值为0.109 mg/m3，超出了国家二级标准，特别是在2007年 PM10年均浓度为0.128 mg/m3，超出二级标准的1.28 倍。

表3 2006—2011年间主要大气污染物年平均浓度mg/m3

表4 环境空气质量评价标准 mg/m3

2.2 2006—2011年间大气中主要污染物的时间变化规律

榆阳区SO2污染由重到轻的季节变化规律为:一季度 ＞四季度＞二季度 ＞三季度，浓度最高值出现在2006年四季度，最低值出现在2009年三季度(图1)。第一季度和第四季度即采暖期的年均浓度明显超出二级标准0.06 mg/m3。榆林市区空气污染仍属典型的北方煤烟型污染，冬季采暖期受燃煤影响污染加重，大气污染物浓度显著升高，而且又因为其冬季气候干燥、少雨、风小，逆温现象严重等不利于污染物扩散的特征，使SO2浓度呈明显的季节变化规律[11]。

图1 2006—2011年间SO2和NO2浓度季节变化图

图2 2007—2011年间可吸入颗粒物浓度季节变化

2006—2011年间，榆阳区 NO2浓度由重到轻的季节变化规律为:四季度＞一季度 ＞二季度 ＞三季度，浓度最高值出现在2010年四季度，最低值出现在2007年二季度。冬季排放量稍多，可能受采暖期大量燃煤影响。同时可看出NO2的污染比较稳定而且年均浓度明显低于二级标准0.08 mg/m3，无显著的年变化趋势，峰值不明显，这是因为 NO2主要受到机动车尾气影响，所以年均浓度差异很小。

2007—2011年间，榆阳区可吸入颗粒物污染由重到轻的季节变化规律为二季度＞一季度＞四季度＞三季度，最高浓度出现在2007年一季度，为0.158 mg/m3，最低浓度出现在2010年三季度，为0.064 mg/m3(图 2)。另外，可吸入颗粒物污染高峰期主要出现在每年第一、二季度，明显超过了二级标准0.1 mg/m3的1.2倍左右，这与榆林市春天多风的扬沙气候相吻合。

2.3 健康风险评价

结合表1的暴露参数和2006～2011六年间不同季度的污染物年均浓度，代入公式(1)中，可得到不同季度榆林市区大气中 SO2、NO2的日均暴露量 ADD[mg/(kg·d)]，将其代入公式(4)，可得出六年间各季度不同人群因吸入SO2和 NO2导致的非致癌健康风险，见表5和图3。由表可知，榆林市区人群的年均健康风险在 1.964 99×10-9～9.851 47×10-9之间，总风险值在 4.497 46 ×10-9～1.343 254×10-8之间，均低于美国环境规划署(EPA)制定的最大可接受风险水平[12]。由此可得出，榆林市区大气污染物对人体的健康风险影响处于较低状态，然而在评价健康风险时由于不能确定PM10中的具体成分和含量，因而并未考虑PM10的作用，但根据表3得出PM10的六年平均浓度分别是 SO2和 NO2的2.53倍和 3.41倍，这是榆林市区的首要大气污染物，而且PM10中的负载物质成分复杂，并不是单独作用于人体，因此所产生的健康风险会高于SO2和 NO2导致的健康风险。

表5 榆林市区不同季度SO2和NO2对不同人群的年均健康风险 10-9/a

从图3可看出，不同季度SO2对人群的健康风险有明显的规律。一、四季度SO2对各人群的健康风险明显大于二、三季度的健康风险，高出二、三季度健康风险的4倍。这是因为榆林市属典型的煤烟型城市，冬季采暖期大量燃煤，使污染加重，导致大气污染物浓度显著升高，因而其健康风险也明显增大。然而春夏气温较高，使大气稳定度降低，利于大气颗粒物扩散[13]，因而健康风险较小。不同季度 NO2对人群的健康风险并无较大差异，第四季度较其它季度高1～1.6倍。这是由于 NO2主要受机动车尾气影响，因而无显著的变化趋势。

另外，两种污染物对不同人群的健康风险总体上有相同的趋势，均呈现成年男性 ＞成年女性 ＞儿童的规律，这与日均暴露量的规律相一致。污染物对成年男性的健康风险是对成年女性和儿童的1.11倍，这可能是由于成年男性的呼吸速率高于女性[14]，且更多的接触室外环境，暴露时间和暴露频率相对较多，因此对成年男性的健康风险大于对成年女性的健康风险。

图3 榆林市区不同季度SO2和NO2对不同人群的健康风险图

3 结语

(1)榆林市空气污染属典型的北方煤烟型污染，同时受风沙气候影响。市区首要空气污染物为可吸入颗粒物，其次为二氧化硫，二氧化氮的影响最轻。颗粒物污染以春季为重，最高浓度超出二级标准的6倍，二氧化硫污染以采暖期为主而且超出了二级标准的2倍，二氧化氮季节变化不明显并未超出二级标准。

(2)榆林市区SO2和NO2等大气污染物浓度冬季高于夏季，这主要是由于冬季采暖期大量燃煤，加上气候干燥、少雨等不利于污染物扩散的条件所致。

(3)榆林市区不同人群因吸入SO2和NO2所导致的健康风险在 1.964 99×10-9～9.851 47×10-9之间，总风险值在4.497 46 ×10-9～1.343 254 ×10-8之间，远小于最大可接受风险水平，不会对人体健康产生较大不利影响。

(4)不同季节各人群因吸入SO2所导致的健康风险有明显的变化趋势:一季度＞四季度＞二季度＞三季度，其中一、四季度人群的健康风险是二、三季度的4倍，这与冬季采暖期煤炭消耗大，产生的污染物浓度较高有关。然而不同季节NO2对各人群的健康风险并无较大差异，这是因为NO2与机动车尾气的排放量有关。

(5)SO2和NO2对不同人群的健康风险总体上有相同的规律，成年男性的非致癌风险最高，其次是成年女性，儿童的非致癌风险最低。

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