层次化健康风险评估方法在重金属污染场地的应用*

王 佳， 李余杰， 陈 晶， 何书健， 黄艳秋， 李文林， 蒙 晰

(1.重庆大学 城市建设与环境工程学院，重庆 400045；2.广西正泽环保科技有限公司，广西 贺州 542899； 3.广西海沁天诚技术检测服务有限公司，广西 贺州 542800；4.河池市环江毛南族自治县环境保护局，广西 河池 547199)

随着我国城市化进程的不断加剧，大量的化工、冶炼、机械加工等企业的原场址已经不能满足城市规划和发展的需要，企业搬迁和关闭后遗留下大量的污染场地，而这些污染场地往往位于城市中心或人口稠密区，且其使用功能大多被转换为居住与商业用地等。被重金属和农药、多氯联苯等有机毒物污染的场地对人体健康存在着极大的健康风险[1-4]。随着重庆市城区企业“退二进三”和“退城进园”等政策的实施，一大批污染较重的工业企业将由主城区迁往郊区或进入规划的工业园区。而开展污染企业原址场地环境健康风险评价与被污染土壤的修复，有利于构建生态安全和健康的人居环境、促进社会经济可持续发展[5-7]。

1 研究方法

1.1 污染区域概况

研究的污染场地位于重庆市江津区，企业成立于1965年，主要生产转向柱、转向器和特种机械，已于2010年搬迁至工业园。由于城市发展需要，企业的原址场地已经规划为居住用地。目前该场地的建筑已经拆除，场地土壤没有受到扰动。前期调查结果显示场地内的土壤受到了Cd、Hg和Zn的污染，但是Hg主要以无机汞的形式存在，甲基汞含量很低，不进行甲基汞的监测和评估。

场地面积为26 700 m2，地面高程在231.4～231.8 m，相对高差不大，场地北侧350 m处是长江。生产车间集中在场地的南侧。周围区域均已开发成居住用地。场地内的大部分区域4.3 m以内的土壤均为填土，褐色或黑色。4.3 m以下的土壤为粉质黏土，并包裹卵石。基岩顶部埋深为8～19 m，场地内地下水不发育。将场地的土壤按照0～4.3 m和4.3～8 m分为2层进行人体健康风险评估。

1.2 样品采集和分析

采用系统布点法，以40 m×40 m网格划分场地，在网格中心取样。同时，在生产车间区域进行加密采样监测(20 m×20 m)，每个点位取样5个，分别为地面下0.5 m，1 m，3 m，5 m和7 m，在场地内共布设37个采样点，共采集185样品，土壤采样点分布图见图1。

图1 土壤采样点分布图

土壤样品测定pH、有机质、含水率、土壤颗粒密度、容重及重金属含量。土壤pH值按USEPA 9045D-2004采用电极法测定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化稀释热法测定，土壤含水率按照HJ613-2011方法测定，土壤颗粒密度按照GB/T 50123-1999方法测定，土壤容重按照NY/T1121.4-2006的方法测定，土壤中Zn、Cd采用等离子体发射光谱分析测定，Hg按照GB/T17139-1997采用冷原子吸收分光光度法测定。

1.3 人体健康风险评估模型

受污染场地的风险主要取决于场地的污染现状及未来用途。研究的场地位于城市的中心地带，并且已经被规划为居住用地，因此场地将按照居住用地的要求进行健康风险评估。

表1 土壤特征参数

2 结果与讨论

2.1 土壤监测结果

表2 土壤样品重金属含量检测结果

根据统计结果，土壤中Cd、Hg和Zn的浓度范围比较大，第一层和第二层Cd的平均浓度分别为0.57 mg·kg-1和0.31 mg·kg-1；Hg的平均浓度分别为1.37 mg·kg-1和0.54 mg·kg-1；Zn的平均浓度分别为112.2 mg·kg-1和47.1 mg·kg-1。和《土壤环境质量标准》相比，Cd和Hg的平均浓度均比二级标准值高；Zn的平均浓度值较低，超过二级标准值的样品集中在第一层。和重庆市的土壤背景值相比，Hg最大超标倍数为9.25，Zn最大超标倍数为1.44。土壤中Cd的浓度超过《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》中的A级标准(1 mg·kg-1)的样品在第一层有13个，第二层有7个，主要集中在18#、19#采样点周围。Hg的浓度超过《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》中的A级标准(1.5 mg·kg-1)的样品在第一层有13个，第二层有4个。Zn的浓度超过《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》中的A级标准(200 mg·kg-1)的是21#和28#采样点1 m土壤样品。从采样深度来看，3 m深度的土壤样品中Cd的浓度都比较高，3 m和5 m深度的土壤样品中Hg的浓度都比较高，1 m深度的土壤样品中Zn的浓度都比较高。检测结果表明场地部分区域的土壤受到了重金属的污染，存在一定的环境健康风险，人体健康风险需进一步计算

2.2 重金属的人体健康风险评估

表3 重金属的人体健康风险评估

应用HERA软件，分层计算土壤中Cd、Hg和Zn基于保护人体健康的风险控制值，结果见表4。

表4 重金属分层风险控制值 (mg·kg-1)

从分层计算Cd、Hg和Zn基于保护人体健康的风险控制值计算结果可以看出，第一层和第二层土壤的风险控制值存在一定的差异，这是由于表层的填土层土质疏松，而且表层土壤因为与人体接触的可能性较大，暴露途径较多，因此计算出的风险控制值较严格。下层土壤由于受上层土壤的阻隔，特别是受空隙比小、透气性差的土层阻隔，蒸汽输送量微小，对人体健康的影响大大降低。因此，下层土壤的风险控制值较宽松[6,12,17]。同时可以看出Cd、Hg和Zn的分层风险控制值相差较大，这是由于Cd、Zn的主要暴露途径为经口摄入和皮肤接触途径， Hg的主要暴露途径为经口摄入和吸入土壤颗粒途径。第二层土壤中的Cd、Hg和Zn基本没有这几个主要的暴露途径，导致不同深度的风险控制值差异较大。

2.3 污染物空间分布

由于场地超过可接受风险水平的污染物为Cd和Hg，但是Cd只有18#采样点3 m的土壤样品超过可接受风险，因此场地的主要污染物是Hg，结合场地Hg的监测数据，利用SURFER软件和AutoCAD软件相结合分析本场地中的Hg空间分布。SURFER 软件支持12种内插生成网格化数据的方法，能将离散点的测量数据通过插值法转换为连续的数据曲面，有利于污染土壤的风险管理和决策[18-19]。AutoCAD可以对污染物的修复范围和方量进行计算。Hg空间分布结果见图2。

图(a) 表示Hg在3 m土层中的空间分布

图(b) 表示Hg在5 m土层中的空间分布

从图2中可以看出，Hg污染土壤集中在场地的东侧，包括22#和23#采样点在内的区域。结合场地的布局图可知，Hg污染的土壤都集中在场地的生产车间区域，但是前期的生产活动并不涉及Hg，而且在表层0.5 m和1 m的土壤样品中Hg含量较低。这是由于场地在前期大量的煤渣回填对土壤造成了Hg污染，在现场采集的填土层的土壤样品中含有一定量的煤渣，而且根据X射线荧光光谱分析(XRF)测定结果表明煤渣中Hg含量较高，部分含量大于50 mg·kg-1。煤渣中的Hg经过长时间物理和化学作用迁移到土壤中，造成土壤污染。后期再次覆盖的填土很少含有煤渣，所以表层土壤Hg含量较低。根据SURFER软件计算出的范围坐标，利用AutoCAD对污染土壤面积和方量进行计算。如果采用4.61 mg·kg-1作为场地Hg的唯一风险控制值，污染土壤在第一层和第二层中均有分布，土方量为675 m3。如果采用分层风险控制值，第一层土壤Hg的风险控制值为4.61 mg·kg-1，第二层土壤Hg的风险控制值为9.89 mg·kg-1，则污染土壤都在第一层，土方量为437 m3。和采用一个风险控制值相比，采用分层风险控制值可有效降低污染土壤的修复方量。

3 结 论

(1) 对重庆某重金属污染场地进行采样监测重金属Cd、Hg和Zn。Cd的浓度范围为 0.1～7.4 mg·kg-1，Hg的浓度范围为 0.01～21.92 mg·kg-1，Zn的浓度范围13～412 mg·kg-1。部分土壤样品重金属含量超过《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)中二级标准和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350-2007)中的A级标准。0～4.3 m土壤层Cd、Hg的人体健康风险超过了可接受水平。

(2) 由于不同深度的土层在性质和污染物暴露途径方面存在差异，重金属Cd、Hg和Zn在填土层的风险控制值要小于粉质黏土层。

(3) 在保证人体健康的条件下，与以往使用单一的风险控制值相比，对于不同深度的污染土壤采用分层风险控制值可以有效降低需要修复的污染土方量。

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