东北地区典型石油污染场地的地下水土污染健康风险评价

李梦龙，董维红，鲍立新，寇 程(.吉林大学环境与资源学院，长春 30000；.辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳0000)

随着社会经济的繁荣发展，大部分人类生产生活所需的有机化合物基本都与石油化工有关[1]。石油化工产业的发展给人们的生活和工作提供了很大的帮助，但由于早期技术与管理的缺陷，石油污染也逐步蚕食着人类健康与周围的环境。目前，由于早期开发的石化项目未对场地的地质条件、水文地质条件、储油罐罐体的最大承受能力以及相关防渗标准做出严格的界定[2]，导致各地地下储油罐罐体的泄漏污染事故频发，对周围的环境系统造成了极其严重的污染[3]。

污染场地健康风险评价指对已经或可能造成污染的场地中各种污染物产生的人体健康危害进行定性和定量估算。近年来，国外已成功将模糊顶点分析法和随机模糊法等风险评价方法运用到石油污染场地评价及治理。但由于技术水平受限和缺乏相关实践经验等原因，目前我国尚未拥有符合自身国情的污染场地风险评价体系。

本次研究针对石油污染场地的特征，以东北某典型石油污染区地下水、土为研究对象，对石油污染场地进行人体健康风险评价，为同类场地风险评价提供理论和技术依据，同时为进一步开展污染场地修复工作及修复目标的确定提供指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究选择的石油污染区位于中国东北地区的某个油田开采区[4]，面积约100 m×80 m的矩形区域(图1)。该区地势平坦，地层岩性以第四系全新统亚砂土为主，厚度在20～23 m之间。

第四系松散岩类孔隙潜水含水层在区内分布较广，从下往上主要包括：下更新统白土山组砂砾石孔隙承压水、上更新统顾乡屯组孔隙潜水、全新统孔隙含水层。研究区居住人群主要供水水源位于研究区东北向100 m处，以全新统孔隙承压水含水层作为首选摄入供水层。地下水的补给和排泄方式均以侧向径流方式为主[4]，在垂向上因为整个含水层的上部存在着连续的黏土层，对应着区域内的降雨补给和蒸散发量也相对较小。地下水的流向为东南→西北，平均水力坡度0.5%。

图1 研究区污染情况分布图

1.2 场地污染情况

区内东南部存在一口由于油水分离器破裂而造成石油泄漏的漏油井，在居民住房的东侧约30 m处还有一口漏油井目前尚处于石油泄漏的状态，已形成了一个约150 m2的油污坑。由近几年的监测结果以及对土壤、水样的分析可知，区内土壤及含水层中苯和萘等污染物质的浓度均严重超标，居民的健康正受到威胁。

图2是场地地下水中部地下水中总石油烃(TPH-Total Petroleum Hydrocarbons)浓度等值线图，可以看出石油烃污染晕扩散方向与地下水流向大致相同，总石油烃浓度在污染源附近的Z36孔最高，向下游逐渐降低，Z33孔、Z34孔等位置浓度已降至0.1 mg/L左右，再向下游的TPH浓度则低于0.1 mg/L，趋于背景环境值[4]场地地下水浅部石油烃污染晕总体形态与中部相似，说明污染源附近地下水在浅层、中层位置均受到了污染。

图2 场地地下水中部TPH浓度等值线图(2013年4月)

1.3 评价方法

健康风险评价主要遵循危害识别、毒性评估、暴露评估、风险表征4个步骤[5]。其中，危害识别主要是通过现场采样监测，确定场地内目标污染物的种类、浓度；毒性评估主要是确定目标污染物的毒性参数；暴露评估主要是确定完整的暴露途径、暴露受体及暴露量计算模型；风险表征主要是依据前3步的工作结果，采用模型计算完整暴露途径下特定暴露受体的健康风险。此处对暴露评估模型与风险表征模型进行详细描述，具体形式如下。

1.3.1暴露评估模型

暴露量按不同暴露途径进行计算，摄入污染地下水途径暴露量[6]：

(1)

式中：ADD为地下水污染物摄入量，mg/(kg·d)；CW为地下水中污染物浓度，mg/L；IR为饮水量，L/d；EF为暴露频率，d/a；ED为暴露周期，a；BW为人群平均质量，kg；AT为平均暴露时间，d。

直接摄入污染土壤途径暴露量[7]：

OISERCa=

(2)

式中：OISERca为土壤污染物摄入量(致癌效应)，mg/(kg·d)；OSIRc为儿童每日摄入土壤量，mg/d；OSIRa为成人每日摄入土壤量，mg/d；EDc为儿童暴露周期，a；EDa为成人暴露周期，a；EFc为儿童暴露频率，d/a；EFa为成人暴露频率，d/a；BWc为儿童平均体重，kg；BWa为成人平均体重，kg；ABSo为经口摄入吸收效率因子(无量纲，一般取值为1)；ATca为致癌效应的平均时间，d。

对于污染物非致癌效应而言，仅考虑人体在儿童期暴露所受到的危害，直接摄入污染土壤途径暴露量[7]:

(3)

式中：OISERnc为土壤污染物摄入量(非致癌效应)，mg/(kg·d)；ATnc为非致癌效应平均时间，d；其余各项含义详见公式(2)。

1.3.2风险表征模型

摄入污染地下水途径下的致癌风险及非致癌风险控制值计算公式[7]如下：

R1=ADD·SF

(5)

式中：R1为摄入地下水污染途径的致癌风险(无量纲)；SF为致癌风险斜率因子，(kg·d)/mg；R2为摄入地下水污染途径的非致癌风险；RfD为地下水污染物摄入参考剂量，mg/(kg·d)；其余各项含义详见公式(1)。

直接摄入污染土壤污染途径下，土壤致癌风险及非致癌风险控制值按如下公式[7]计算：

CRois=OISERca·Csur·SFo

(7)

式中：CRois为摄入土壤污染途径的致癌风险(无量纲)；Csur为表层土壤中污染物浓度，mg/kg；HCVSois为基于摄入污染土壤途径非致癌效应的土壤风险控制值，mg/kg；AHQ为可接受危险商(无量纲，一般取值为1)；其余各项含义详见前述公式。

2 风险评价结果

2.1 危害识别

2013年7月采集的42个地下水样品及116个土壤样品全扫描结果表明，地下环境系统中半挥发性组分检出率较低，挥发性组分如邻二甲苯、乙苯等检出率均小于10%，而苯、甲苯、萘在大多数样品中均被检出，因此本次研究选择苯、甲苯、萘进一步分析。

2.1.1场地地下水目标污染物的确定

将42个取样孔污染物实测浓度分别与U.S.EPA饮用水标准的最大浓度限值、美国9区场地自来水筛选标准及我国环保部发布的《污染场地风险评估技术导则(发布稿)》[8]中的饮用水安全限值作对比，超标率计算按照超标率=超标孔数量/取样孔总数进行，统计结果见表1。

计算统计结果表明，场地地下水中苯的含量均有不同程度的超标情况，而甲苯和萘仅在与水质要求较高的美国环保局9区场地自来水筛选标准比较中存在超标，超标率分别为4.76%和100.00%。由于甲苯无致癌性，且超标率较低，因此最终将苯和萘两种组分确定为场地地下水污染风险评价的首要目标污染物。

2.1.2场地表层土壤目标污染物的确定

考虑到场地内主要为开采油田、工厂及其附属设施用地，笔者采用《污染场地风险评估技术导则(发布稿)》和美国环保局9区场地通用筛选值中工业用地的土壤筛选标准[4]来判断场地表层土壤污染组分含量是否达到风险启动值，统计结果见表2。

表2表明，在不同评价标准下，场地土壤中苯和萘存在不同程度的超标，而甲苯的含量低于各标准的筛选值，超标率为0，因此在表层土壤污染组分的人体健康风险评价过程中同样选择苯和萘作为首要目标污染物。

表1 不同评价标准下场地地下水污染物超标情况

表2 不同评价标准下场地表层土壤污染物超标情况

2.2 毒性评估

根据U.S.EPA的致癌物质分类标准，评价涉及的两种污染物中苯具有致癌性，其致癌风险斜率斜率因子SF[9]苯0.005 5 mg/(kg·d)，非致癌性采用参考剂量RfD[9][苯0.000 4 mg/(kg·d)、萘0.020 0 mg/(kg·d)]表述。

2.3 暴露评估

参考《污染场地风险评估技术导则(发布稿)》及《中国卫生统计年鉴 》[10]，暴露评估模型中具体参数取值见表3，计算结果见表4。

表3 暴露评估模型中的暴露量参数

表4 场地地下水苯、萘暴露量计算结果

由表4可知，在摄入地下水污染途径中，苯的致癌及非致癌效应暴露量均大于萘，因此在下一步人体健康风险控制值的计算中应着重考虑苯。经计算土壤暴露量(固定值)为OISERca=1.568×10-6，OISERnc=12.062×10-6。

2.4 风险表征

污染场地地下水及土壤健康风险计算结果如表5所示。

表5 场地土壤和地下水中的污染物风险计算结果

由表5可知，苯是场地测出的人体健康致癌风险主要成分，风险最大值为土壤：6.52×10-6，地下水：4.69×10-6。苯和萘在场地中测出的人体健康非致癌风险值为土壤：3.32×10-11(苯)、1.66×10-9(萘)，地下水：0.759(苯)、1.09×10-2(萘)。

3 场地污染物修复优先顺序及修复目标

3.1 污染物修复优先级分析

依据污染场地污染物致癌及非致癌风险控制值计算结果，在直接摄入污染土壤途径下，萘是造成人体健康非致癌风险的首要污染物，其非致癌风险控制值远大于其余石油烃类污染物；在饮用污染地下水途径中,苯是造成人体健康致癌风险的主要目标污染物。

因此，苯和萘这两种污染物均可对石油污染场内的人群健康及生活环境造成较大的危害。苯是污染场内摄入污染地下水途径的致癌效应污染物，且含量较高，在修复工作中应优先去除。

3.2 修复限值

就污染场地的可接受风险水平而言，以可接受非致癌危害商HQ≤1[11]为上限，即当HQ>1时，认定受体所承受的非致癌风险在不可接受范围之内，反之，当HQ<1时，认定污染物不会对污染场内人体健康造成明显不利的非致癌影响，因此本文采用HQ=1作为单一污染物目标可接受危险商。通常，致癌风险TR在10-6～10-4为可接受的，基于最大限度保护人体健康的考虑，本文拟用TR=10-6作为单一污染物目标可接受致癌风险值。单一污染物基于不同暴露途径下致癌风险及非致癌风险的修复限值计算公式[12]详见表6。

污染场地的水土修复目标会由于场地用途存在一定的差异性。考虑到污染场地周围居住人群的实际情况以及修复经费等方面，本文将污染物修复限值的最小值作为初级修复目标，具体结果见表7。为降低健康风险，保证居民的健康情况，土壤中苯和萘的浓度应分别降低到：33.162和165.510 mg/kg；地下水中苯和萘的浓度应分别降低到0.213和21.292 mg/L。

表6 不同暴露途径污染物致癌及非致癌风险修复限值的计算公式

注：RBSLGW为基于饮用地下水途径致癌风险地下水修复目标值，mg/L；HBSLGW为基于饮用地下水途径非致癌风险地下水修复目标值，mg/L；RSRLsoil为所有途径致癌风险土壤修复目标值，mg/kg；HSRLsoil为所有途径非致癌风险土壤修复目标值，mg/kg；OIWca为经口摄入地下水暴露量(致癌效应)；OIWnc为经口摄入地下水暴露量(非致癌效应)；THQ为目标可接受危险商(无量纲)；TR为目标可接受致癌风险(无量纲，取值为10-6)；ACR为可接受致癌风险概率(无量纲，取值为10-6)；AHQ为可接受非致癌危险商(无量纲，取值为1)。

表7 石油污染场地地下水土污染初级修复目标

4 结 语

污染场地受石油污染影响，各水质、土壤监测点均可检出对人体健康造成威胁的石油烃类污染物，水土环境已受较严重的污染。依据人体健康风险评价结果，土壤中主要石油烃类污染物为苯和萘，尽管苯的致癌效应风险控制值高于萘，但由于土壤中苯的含量相对较低，因此在只考虑萘的非致癌风险效应而不考虑苯的致癌风险效应对人体健康的影响，进行场地土壤修复时萘应作为主要目标污染物优先去除。区内的地下水检出的主要石油烃类污染物为苯，由于苯具有极大的毒性且评价得出苯的致癌效应风险控制值远大于安全限值10-6，故在场地地下水的修复工作中优先除去的污染物质为苯。

由于我国污染场地风险评价尚处起步阶段，本文借鉴了国外的安全评价体系，模型所选参数可能与实际污染场地的特征参数有所差异，污染物修复限值的计算结果可能存在一定误差，但选取的修复目标可将风险降低至人体健康可接受水平，充分考虑了人体和环境健康的需求。

当地有关部门应尽快对污染场地内的采油井和漏油井进行维修工作或更换采油设备，以避免类似的石油泄漏污染事件等情况再次发生。鉴于场地内石油烃类污染物苯和萘的浓度较高，在进行场地修复的同时，应尽快将已暴露在污染物中的居住人群撤离污染场地，避免因长期接触污染物导致不良后果。

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[1] 阳艾利. 基于模拟的地下水石油污染风险评估与修复过程优化技术研究[D]. 北京:华北电力大学，2013.

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[8] 中华人民共和国环境保护部. HJ 25.3-2014 污染场地风险评估技术导则(发布稿)[EB/OL]. http:∥kjs.mep.gov.cn/hjbhbz/bzwb/trhj/trjcgfffbz/201402/W020140226518452795525.pdf.,2014-02-19.

[9] EPA A B D. Risk Assessment Guidance for Superfund. Volume I: Human Health Evaluation Manual (Part A)[R]. EPA/540/1-89/002, 1989.

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[11] 化勇鹏, 罗泽娇, 程胜高, 等. 基于健康风险的场地土壤修复限值分析[J]. Industrial Safety and Environmental Protection, 2012, 38(4).

[12] 浙江省质量技术监督局. DB33/T 892-2013 浙江省污染场地风险评估技术导则[S]. 2013-05-17.