浑河抚顺段城镇化进程中污染物风险评价

郑 毅

(抚顺市水利勘测设计研究，辽宁 抚顺 113008)

随着城镇化程度的加剧，人们的生活方式随之改变[1]，给生态环境带来了一定的负面影响，尤其是难降解的多环芳烃在环境中大范围聚集[2]，对人们的健康造成了极大威胁。虽然我国开展了较多风险评价，但尚未建立适合我国国情的风险评价方法，王若师等[3]对东江流域沉积物样品中PAHs进行研究，表明水体中以低环PAHs为主，从上游到下游多环芳烃含量呈下降趋势。赵建亮等[4]对不同土地利用类型中PAHs含量变化进行了研究，表明城镇发展历史年限越久，PAHs含量积累越多。本文以浑河流域沈抚段河流水体以及抚顺、沈阳、沈抚新城内的表层土壤为研究对象，建立三种污染物评价模型，对水体和土壤的健康与生态风险水平进行评估，为改善沈抚区域环境提供理论技术支持。

1 评价模型

该研究区域包括抚顺西部、沈阳东部及位于两市之间的沈抚新城，2015年12月选取沈抚新城6个河流水体，表层土壤60个(城镇用地14个，农村用地10个，林地6个，耕地30个)；经历半年城镇化进程后，2016年7月选取16个河流水体样品和100个表层土壤样点(抚顺20个，沈阳21个，沈抚新城54个，背景点5个)，增加了抚顺点、沈阳点以及背景点。

1.1 毒性当量模型

采用毒性当量法对河流水体中多环芳烃风险水平进行评估，通过TEF因子对PAHs进行BaP毒性当量含量计算，计算公式为[5- 6]：

TEQBap=∑Ci·TEFi

(1)

式中，TEFi—第i种PAHs的毒性当量因子；Ci—第i种PAHs的含量，ng/L；TEQBap—基于BaP的毒性当量，ng/L。

18种多环芳烃单体毒性当量因子，见表1。

表1 多环芳烃单体毒性当量因子

1.2 生态风险熵值模型

采用风险熵值法对环境介质中PAHs生态风险水平进行评价[7]。设定出环境中10种PAHs的最小风险含量(CNCs)与最大风险含量(CMPCs)，风险熵值的定义为：

(2)

(3)

式中，CPAHs—PAHs含量；CQV(NCs)和CQV(MPCs)—最低、最高风险标准值；RQNCs和RQMPCs—最小、最大风险熵值。

1.3 终生致癌风险增量模型

采用终生癌症风险增量模型对浑河流域河流水体PAHs进行风险评价，计算公式为[8- 9]：

(4)

式中，AT—平均年龄，d；BW—体重，g；ED—暴露年数；EF—暴露频率；IR—每天的饮水量，L/d；CSF—致癌斜率因子，(mg/kg·d)-1；C水—水体中总BAP等量含量，mg/L；

采用终生致癌风险模型对土壤中PAHs风险水平进行评估[10]。主要包括：呼吸、皮肤接触以及误食土壤，计算公式为：

(5)

式中，PEF—土壤尘形成系数，m3/kg；CSF呼吸—呼吸致癌斜率因子，取3.92(μg/m3)-1；IR空气—呼吸速率，m3/d；ILCR呼吸—通过呼吸渠道土壤PAHs带来的癌症风险。

(6)

式中，GIABS—胃肠道吸收污染物分数；ABS—皮肤吸附系数；AF土壤—土壤附着因子，mg/cm2；SA—接触土壤的皮肤面积，cm2；CSF皮肤接触—皮肤接触致癌斜率因子，取25(mg/kg·d)-1；ILCR皮肤接触—皮肤接触土壤带来的癌症风险。

(7)

式中，AT—人均寿命；BW—平均体重，kg；CF—转化因子，10-6mg/kg；ED—暴露时间，年；EF—暴露频率，d/年；IR土壤—土壤误食速率，mg/d；C土壤—土壤总BaP毒性当量含量；CSF误食—误食致癌斜率因子，取7.29(mg/kg·d)-1；ILCR误食—通过误食土壤带来的癌症风险。

2 河流风险评价结果分析

2.1 毒性当量法风险评价

浑河流域沈抚段干湿两季内河流水体BaP毒性当量含量水平评价结果，如图1所示。由图1可以看出，浑河干季BaP毒性当量均值为35.62ng/L，干季中PAHs毒性当量含量皆超过国家标准值(2.8ng/L)，表明干季河流水体存在极高的生态风险；浑河湿季BaP毒性当量均值为2.65ng/L，含量范围为0.04～15.7ng/L，湿季均值较低，但部分样点高于国家标准。

图1 河流水体干、湿季PAHs毒性当量含量

2.2 生态风险熵值法风险评价

河流水体干湿两季16种单体PAHs风险熵值见表2。从∑16PAHs来看，干季RQ∑PAHs(NCs)、RQ∑PAHs(MPCs)处于中等风险水平，分别为784.637271ng/L和7.846373ng/L；湿季RQ∑PAHs(NCs)、RQ∑PAHs(MPCs)，同样处于中等风险水平，分别为419.741685ng/L与4.197417ng/L。从单体来看，河流干季中除Fla表现为高风险水平(RQMPCs≥1)外，其他PAHs单体皆处于中等风险水平(RQNCs≥1，RQMPCs<1)；湿季中，dBaAnt表现为无风险水平(0

表2 河流干湿两季PAHs生态风险熵值

2.3 终生致癌风险评价

河流干湿两季终生癌症风险评价结果见表3。由表3可以看出，干季河流水体部分点PAHs癌症风险水平处于10-6～10-4之间，表现出潜在的健康风险且对成人的风险较高；而湿季河流个别点对成

年女性存在潜在的健康风险，对于其他群体皆处于安全水平。湿季癌症风险水平明显低于干季，主要由于干季气温低、PAHs挥发迁移分解速率、生物降解速率相对较慢，导致PAHs在水体中大量聚集；湿季气候条件有助于PAHs快速降解，但依靠自然分解是无法令PAHs残留水平处于安全的限值内。综上所述，由于城镇化进程的加快和人类社会的进步，无论是健康风险评价还是生态风险评价，在一定程度上浑河流域沈抚段均存在风险隐患，且干季风险水平较高。

3 土壤风险评价结果分析

3.1 毒性当量法评价分析

通过TEF因子对干、湿季土壤PAHs进行BaP毒性当量含量等量计算，评价结果如图2所示。可以看出，干季沈抚、湿季沈抚、湿季沈阳以及湿季抚顺PAHs毒性当量含量最高值分别达到加拿大标准值(700μg/kg)的3.91、4.79、9.09以及8.99倍，表明个别样点的致癌水平比较高。随着城镇化历史年代的增长，毒性水平随之升高，各个区域内土壤BaP毒性当量含量均值高低顺序表现为湿季沈阳>湿季抚顺>湿季沈抚>干季沈抚>湿季背景点。

图2 土壤干、湿季PAHs毒性当量含量

ILCR成人青年儿童男性女性男性女性男性女性干季最大值1.0593E-051.1583E-053.5640E-063.5442E-062.9898E-062.9403E-06最小值1.4751E-071.6038E-074.9401E-084.9104E-084.1382E-084.0788E-08均值2.2176E-062.4057E-067.4250E-077.3854E-076.2271E-076.1380E-07湿季最大值9.6525E-071.0494E-063.2373E-073.2175E-072.7126E-072.6730E-07最小值2.4354E-092.6433E-098.1675E-108.1279E-106.8508E-106.7518E-10均值1.7226E-071.8711E-075.7816E-085.7420E-084.8411E-084.7718E-08

表4 土壤PAHs最小与最大风险熵值

3.2 生态风险熵值法评价分析

利用生态风险熵值法对干湿季土壤内PAHs进行生态风险水平，计算得到土壤干湿两季16种单体PAHs风险熵值见表4。由表4可知，沈抚新城干湿两季皆表现出NaP具有高风险水平，湿季背景点风险熵值处于较低风险水平，其他PAHs单体与∑PAHs皆处于中等风险水平。沈抚新城各PAHs单体风险熵值表现出升高情况，表明城镇化对PAHs残留含量的影响值得关注。由于其城镇化历史年代相似，湿季沈阳、抚顺表现出类似的风险熵值水平，而沈阳与抚顺∑PAHs皆表现出高风险水平，给当地生态系统带来较大的风险。因此，应重点关注污染物风险水平、残留水平，以期达到绿色建城的目的。

3.3 终生致癌风险评价分析

研究区域干湿两季土壤PAHs终生癌症风险评价结果见表5，由表5可以看出，各区域干湿两季土壤PAHs皆处于安全水平之内，其中，呼吸途径的癌症风险水平最低，皮肤接触与土壤误食途径给人们带来较高的风险水平。对于不同群体，沈抚新城干季土壤中，各个暴露途径中有部分样点ILCR值大于10-6，需要引起注意。各个群体的不同特征导致不同群体表现出不同的癌症风险水平，儿童通过土壤误食途径暴露于土壤PAHs的风险水平最高，且男性、女性的风险水平基本一致。皮肤接触途径中青少年风险最高，且不同年龄阶段中，女性风险水平皆低于男性。

湿季沈抚土壤各个途径暴露ILCR值皆高于干季，表明半年的城镇化进程增加了土壤PAHs对当地居民带来的风险水平。湿季抚顺与湿季沈阳内土壤PAHs通过皮肤接触、土壤误食等途径给成人、青少年以及儿童带来的风险规律与沈抚新城一致，即皮肤接触为成人最低其次是儿童，青少年最高；土壤误食表现为成人最低，儿童高于青少年。对于不同群体，背景点内土壤癌症风险皆处于安全值，但沈阳与抚顺各个途径的ILCR值远远高于沈抚新城干湿季内土壤ILCR值，表现出潜在的癌症风险水平，需要人们关注城镇居民健康风险。

4 结论

以浑河流域沈抚段河流水体以及抚顺、沈阳、沈抚新城内的表层土壤为研究对象，建立了三种污染物评价模型，对水体和土壤的健康风险与生态风险水平进行评估。得出以下结论：生态风险评价结果表明浑河水体干湿两季为中等的生态风险水平；表层土壤PAHs整体处于中低等的生态风险水平。健康风险评价模型显示河流水体处于较低的癌症风险水平；土壤癌症风险评价中，湿季抚顺与沈阳存在潜在的健康风险，沈抚新城处于较低的癌症风险水平，背景点处于安全值；人们暴露于土壤PAHs的各途径中，皮肤接触与土壤误食途径对青少年以及儿童带来的健康风险水平较高。

表5 土壤PAHs终生癌症风险评价