某场地土壤苯系物空间分布特征和健康风险评价

施维林　马锡英　陈　洁　赵保军　唐晓声　陈　亮　何　理

（1.苏州科技大学 环境科学与工程学院 苏州215009 2.苏州科技大学 数理学院 苏州 215009 3.煜环环境科技有限公司 石家庄 050051 4.上田环境修复股份有限公司 常州 213000 5.天津大学水利仿真与安全国家重点实验室 建筑工程学院 天津 300072）

引言

苯系物在生活和生产中的使用与日俱增，尤其在石油、化工、炼焦等方面应用广泛[1]。在使用过程中，可能会泄露至土壤、大气和水环境，造成环境污染。苯系物(BTEX)是苯、甲苯、乙苯、二甲苯等的统称，为重要的一组芳香烃，具有强致癌作用[2-5]。其大多以气态存在，能够通过暴露人群的呼吸系统和皮肤进入人体。长期接触环境空气中苯系物不仅会刺激人体皮肤和黏膜，而且对人体的呼吸系统、造血系统和神经系统等会有慢性或急性损害[2,6]。

我国城市化进程在不断地加快，应城市化发展的要求，城中多数工厂企业被要求关停或进行搬迁，这些场地可能存在一定的环境污染。在未经环境调查评估或修复前，就进行开发利用，对场地未来使用人群的健康可能产生不利影响[7,8]。因此，这类场地在重新规划利用前通常需要进行场地健康风险评估[9]。

为了评价土壤中污染物风险的空间分布，一些研究采用地质统计学插值，如逆距离加权法，克里格法，或指示克里格法等评价土壤中重金属的健康风险[10]。但目前基本没有评价土壤中苯系物污染风险空间分布的研究。鉴于此,以某场地土地置换开发为例，对场地土壤苯系物浓度的空间分布特征描述，并结合场地未来土地利用类型，采用健康风险评价模型对土壤苯系物污染可能给未来入住人群带来的空间健康风险进行评价。

1　场地背景环境描述

1.1　场地特性

研究的目标场地具有多年的工业生产历史。以前为化工厂和溶剂厂，1990年改制成化工农药生产工厂，占地47万平方米，从事化工农药的生产已有四十几年，主要生产经营甲胺磷类农药、氯苯等化工产品。后因城市总体布局调整，进行了搬迁。在多年的化工农药的生产过程中，有毒有害物质（如苯、苯酚等）的跑冒滴漏及无组织排放，使得该场地可能已被污染。

1.2　样品采集和分析

根据前期对场地环境调查结果，场地土壤的几个区域均存在不同程度的污染。规划该场地未来土地的利用类型为居住用地和商业用地，根据《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004),分别布置表层土壤和亚表层土壤的采样点，采样点布见图1，图中红点表示土壤超标样点。

图1　土壤采样点分布图

研究采集表层和亚表层的土样，经检测，表层和亚表层土壤的苯系污染物主要为苯、氯苯和硝基苯，但亚表层土壤污染物浓度较高对人体存在潜在危害。

2　健康风险评价

健康风险评价是美国国家工程学院和国家科学院于1972年首先提出,并于1983年的《红皮书》中正式提出,分为4个主要框架：危害识别、暴露评估、毒性评估及风险表征[11]。

2.1　暴露评价

暴露评价是进行人类健康风险评价的重点，在分析暴露途径，确定暴露人群和暴露浓度的基础上，根据收集的暴露参数估算暴露人群对污染物的摄入量即暴露剂量[12]。

2.2.1暴露人群

根据该场地后期的土地开发利用规划主要涉及居住用地和商业用地，确定了敏感人群为儿童和成人。

2.2.2暴露途径

一般而言，土壤中的污染物主要通过4种途径进入人体:经口直接摄入,经呼吸系统吸入,经皮肤接触吸收,食入该土壤中产出的实物而摄入[13]。而苯系物一般具有挥发性，因此土壤中的苯系物最有可能通过以下3种暴露途径进入场地上活动人群体内。这3种暴露途径为:因不慎直接经口摄入污染土壤;皮肤接触污染土壤而吸收其中的污染物;通过呼吸系统吸入土壤产生的粉尘和挥发性物质[14]。又根据本场地未来作为居住用地和商业用地开发的特点，考虑场地中表层土壤室外、亚表层土壤的室外和室内经呼吸系统吸入的风险。

综上所述，本次确定暴露途径主要有以下5种：途径1：经口不小心直接摄入污染土壤；途径2：皮肤接触污染土壤；途径3：室外呼吸由表层污染土壤产生的粉尘和挥发性物质；途径 4：室外呼吸由亚表层污染土壤产生的挥发性物质；途径5：室内呼吸由亚表层污染土壤产生的挥发性物质。

2.2.3暴露浓度

暴露浓度主要是日常监测所得的数据或采用污染物迁移转化模型预测得出的数值。使用surfer 8.0软件（克里金插值法）对监测浓度进行统计计算分析。不仅能准确的描述每个点污染物的污染浓度，而且能预测没有检测的位点污染物的浓度。

2.2.4暴露分析

研究基于US EPA的暴露计算方法[14-16]，对场地苯系物的健康风险进行评价，具体计算公式如下。

式中：CS为土壤暴露浓度，其他各暴露参数含义、单位与取值见表1。各迁移系数（VF）推算如下。

表1　暴露因子及参数[1,14,17-21]

2.3　毒性评价

研究中使用的某污染物的毒性参数主要来源于美国环保局综合风险信息系统(IRIS)[21]、《污染场地风险评估技术导则》和参照文献[11-12]取值。目标污染物的毒性数据见表2。

表2　苯系物毒性因子[22]

2.4　风险表征

风险表征一般包括单一污染物的致癌和非致癌风险的计算、所有关注污染物的致癌和非致癌风险计算[11]。致癌风险值(R)计算式：R＝CDI×SF（或 URF），美国环保局设定10-6为可接受致癌风险水平的下限，10-4为可接受致癌风险水平的上限[12,23,24]。非致癌风险值(HQ)计算式为：HQ＝CDI/RfD（或 RfC），当非致癌风险值大于 1 时，认为存在非致癌风险[13,26]。

3　结果与讨论(Results and discussion)

3.1　场地土壤苯系物空间分布

经检测，场地表层土壤苯的浓度范围在0～41 mg/kg，氯苯的浓度范围在0～2130 mg/kg，硝基苯的浓度范围在0～81 mg/kg；亚表层土壤苯的浓度范围在0～51 mg/kg，氯苯的浓度范围在0～597 mg/kg，硝基苯的浓度范围在0～107 mg/kg。场地土壤苯系物浓度空间分布如图2所示，可以形象具体的看出，与检测数据一致，土壤中氯苯浓度范围最高，硝基苯其次，苯浓度最低，并且能看出土壤中苯、氯苯和硝基苯的分布情况。亚表层土壤苯系物浓度空间分布范围广于表层土壤，且浓度较高。在表层土壤，苯浓度空间分布特性与氯苯大体相同，而苯浓度分布范围更广。在亚表层土壤，氯苯和硝基苯浓度空间分布具有相似性，明显的硝基苯浓度分布较为集中，而浓度空间分布最为集中的是苯。

图2　土壤苯系物浓度空间分布

3.2　土壤苯系物空间健康风险

苯系物中苯已被国际癌症研究中心确认为人类致癌物，而硝基苯归类为2很可能的人类致癌物，苯酚和氯苯可对人体造成急性和慢性毒性作用，损伤肝脏和造血系统，具有持久性和蓄积性作用[5,12]。因此，对场地土壤中的苯和硝基苯进行了致癌健康风险评价。

3.2.1致癌健康风险评价

污染场地表层和亚表层土壤苯系物致癌风险分别如图3和图4所示。计算结果表明,不同土地利用方式下苯、氯苯和硝基苯的致癌性风险均能对目标受体造成较大的致癌风险,尤其是在亚表层土壤中。从图3和图4可以看出，场地土壤中苯致癌风险大部分在10-6～10-4，硝基苯致癌风险大部分在10-5～10-3。亚表层土壤的致癌风险远远大于表层土壤，且高致癌风险点远多于表层土壤。居民用地土壤苯系物的致癌风险远高于商业用地。由此可见,长期工业生产活动给研究区域的土壤环境带来潜在的影响,存在一定程度的健康风险影响。

图3　表层土壤苯系物致癌风险

图4　亚表层土壤癌风险

3.2.2非致癌健康风险

污染场地居住用地和商业用地土壤苯系物非致癌风险分别如图5和图6所示。计算结果表明,场地中苯、氯苯和硝基苯的非致癌性风险均能对目标受体造成较大的非致癌风险,部分采样点风险大于1，尤其是在亚表层土壤中。从图5和图6可以看出，场地中亚表层土壤苯和硝基苯非致癌风险远远大于表层土壤，且高非致癌风险点远多于表层土壤，而氯苯表层土壤的非致癌风险高于亚表层土壤。居民用地土壤苯系物的非致癌风险远高于商业用地。不论是在表层土壤还是在亚表层土壤，不同土地利用方式下，氯苯的非致癌风险均高于苯和氯苯。表层土壤中，苯和氯苯的高非致癌风险分布位置大致相同；亚表层土壤氯苯和硝基苯的高非致癌风险分布位置大致相同。

图5　居民用地土壤苯系物非致癌风险

图6　商业用地土壤苯系物非致癌风险

结语

同一点位不同污染物的污染有伴生现象,这些污染集中点位产生的高污染对目标受体会产生风险叠加的后果[14]。而目前对多种污染物在同一位点造成的风险计算只采用简单加和的方法,由于不同物质对人体的损害机制不同,这种计算方法并不能准确表征不同污染物对受体的综合作用效应。因此，研究对土壤中苯系物的风险进行空间分布评价。结果说明该地区存在着一定的风险，会危害人类健康。因此，在未来土地利用前必须对其进行修复。

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国家自然科学基金面上项目，31570515，场地铬污染土壤微生物原位稳定化/固化机理研究。