典型多环芳烃污染场地土壤健康风险评估及参数敏感性分析

刘丽丽，冯秋园，钟名誉，邹 耀，严 辉，邓一荣

(1.广东省环境科学研究院 广东省污染场地环境管理与修复重点实验室和粤港澳环境质量协同创新联合实验室，广东 广州 510045； 2.韶关市生态环境局 新丰分局，广东 韶关 511100； 3.广东省环境科学学会，广东 广州 510045)

近年来，我国城市化和产业结构改革过程中遗留了大量的污染地块，多环芳烃(PAHs)是污染地块的典型污染物之一[1-3]。多环芳烃普遍具有毒性大和致癌、致畸、致突变的“三致效应”，且在环境中化学性质稳定，不易自然降解，并能通过生物链富集作用最终对人体健康和生态环境构成较大风险，是有机物污染环境评价的重要参数指标之一[4-6]。因此，根据场地未来用地规划及水文地质条件等，对PAHs超标地块进行准确的环境风险评价，控制污染物风险源，合理修复存在风险的土壤，可为土壤和生态环境可持续发展提供可靠助力，有效保障人居环境健康[7]。

暴露参数是健康风险评估中影响结果不确定性的关键性技术数据，许多国家根据当地的研究结果发布了适合本地人群的暴露参数，如美国和日本[8-12]。早在1998年，就有提出健康风险评估结果的不确定性与参数敏感性的关系密切[13]。国内目前普遍借鉴其他国家已有的成果，在地区的适应性和实用性方面还有待优化。健康风险评估工作中涉及较多的评估参数和模型，主要包括人体暴露参数、建筑物参数、场地和土壤参数等，实际的风险计算中，对结果影响较大的参数包括暴露频率和暴露周期等。由于场地的复杂性和不同地块的差异性，准确选择适合特定污染场地的参数值难度较大，而参数敏感性分析能够识别出对模型输出结果影响较大的参数，可有效减少参数值选取的不确定性，提高健康风险评估的准确性与科学性[14]。侯捷等[14]运用蒙特卡洛概率风险评估研究了我国居民暴露参数对苯污染场地的影响，参数不确定分析表明：暴露周期、室内暴露频率、土壤摄入量为敏感参数。有研究表明，即使是同一种污染物质，在不同模型中的贡献率差异性较大，敏感性也有较大的差异[7]。

研究以xxx污染场地为例，参照《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ 25.3—2019)规定的评估模型，基于第一类用地规划，进行风险贡献率和模型参数的敏感性比例分析，探究不同污染因子的风险来源途径以及评估过程中关键参数的敏感性，以便在开展场地健康风险评估工作时，能够提高评估工作的准确性和科学性，降低后期的修复成本，为我国污染场地风险评估工作提供参考与借鉴[15-16]。

1 研究方法

1.1 研究区域概述

研究区域占地面积为106 513 m2，场地生产期间主要产品为铝型材等，2004年地块停产关闭。地块生产厂房已于2012—2013年期间全部拆除，目前该地块将重新开发，所在区域规划为居住用地，根据要求，需进行土壤污染状况调查及健康风险评估。

1.2 样品采集与分析

根据《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》(HJ 25.2—2019) 以及相关指南的要求，调查采样采用系统网格布点法和判断加密布点法相结合的方式布设，分为初步调查和详细调查进行。2个阶段共布设117个土壤点位(图1)，检测指标主要为US EPA优控的16种多环芳烃(萘、芘、菲、芴、苊、苯并[g，h，i]苝、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、1，2-苯并菲、苊烯、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、荧蒽、蒽)，检测方法采用相关的国家标准[17]。筛选值采用《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)中第一类用地的标准[18]，国家标准没有的参照HJ 25.3—2019推导。

图1 布点示意Fig.1 Layout of sampling points

1.3 土壤污染健康风险评价与参数取值

为简化计算，健康风险评估只考虑土壤中污染物对人体的致癌风险，暂不考虑土壤对人体的非致癌危害。参照HJ 25.3—2019对超过土壤筛选值的污染物进行健康风险评估，场地污染物的理化性质、毒性特征参数及人体暴露参数引用参考HJ 25.3—2019；单一污染物的可接受致癌风险为1.0×10-6；模型中需要的部分参数根据场地实际情况确定，主要包括PM10、土壤中污染物浓度、污染土层的厚度、污染土层的深度、土壤理化性质等特征参数。

1.4 模型参数敏感性计算

研究采用单因素局部分析法，分别改变模型中参数的取值，计算土壤与地下水污染物的风险水平。通过对比参数改变前后的风险水平，分析各参数在不同污染因子模型计算敏感性。敏感性分析的计算公式见式(1)。

(1)

式中，SR为模型参数敏感性比例；P1为模型参数P变化前的数值；P2为模型参数P变化后的数值；X1为按P1计算得到的风险水平；X2为按P2计算得到的风险水平。

SR绝对值越大，风险变化程度越大，反映该参数对风险计算影响越大。为了使模型参数之间的敏感性具有可比性，将敏感性分为4 个等级，敏感性比例越高表明该参数的敏感性越高，敏感性分为不敏感、一般敏感、敏感、极敏感[19]。

2 结果分析

2.1 土壤多环芳烃含量特征分析

多环芳烃(萘、芘、菲、芴、苊、苯并[g，h，i]苝、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、1，2-苯并菲、苊烯、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、荧蒽、蒽)在所有样品中均有不同程度的检出(表1)，其中苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽在部分样品中检测结果超过对应的筛选值，最大超标倍数依次为39.91、11.44、0.07、0.20、1.00。可见，地块内土壤已受到不同程度的多环芳烃污染，尤其是存在较大毒性的苯并[a]芘，需要进行相应的风险评估及场地修复工作。根据调查，地块在生产期间需要使用大量柴油、重油、润滑油等，在土壤样品采集过程中发现土壤中有较多的油类物质和伴随着气味的存在，因此生产过程中跑冒滴漏及燃料燃烧可能是导致地块土壤污染的主要原因。也有研究表明，燃料物质的泄露和燃烧是环芳烃类物质的主要来源[20-21]。

表1 土壤多环芳烃监测结果统计Tab.1 Statistics of PAHs contents in the soil samples

2.2 地块健康风险评价

地块健康风险评估结果见表2。苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽的风险水平均超过可接受风险水平1.00×10-6。其中，萘的致癌风险为2.27×10-5，苯并[a]蒽的致癌风险为1.08×10-6，苯并[a]芘的致癌风险为4.10×10-5，苯并[b]荧蒽为1.21×10-6，二苯并[a，h]蒽为2.00×10-6，后期应进行土壤修复或风险管控。参照HJ 25.3—2019要求计算污染物的风险控制值，萘为13.700 mg/kg，苯并[a]蒽为5.470 mg/kg，苯并[a]芘为0.549 mg/kg，苯并[b]荧蒽为5.490 mg/kg，二苯并[a，h]蒽为0.549 mg/kg。

表2 风险评估计算结果Tab.2 Risk assessment results

地块污染物不同暴露途径的风险贡献率见表3。萘的主要暴露途径为吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物，苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽的主导暴露途径为经口摄入土壤颗粒物和皮肤接触土壤颗粒物，这和以往的研究结果较为一致[16]。经口摄入和皮肤接触是土壤关注污染物苯并[a]芘人体暴露的主要途径，且经口摄入引起的风险贡献率更高[22]。可见，不同类型的多环芳烃污染物的主导暴露途径存在较大差别，低分子的萘相对于其他高环PAHs存在较大差异，这主要是由于萘为易挥发性有机物，由于室内换气率低、空气流动比弱，相对于室外，对空气中挥发性有机污染物的稀释作用小[23-24]，而高分子PAHs主要通过大气沉降等迁移并赋存于土壤中；也可能是因为其初始浓度较大，促进了污染物的扩散平衡。因此，对低分子PAHs如萘超标的污染场地进行风险控制与管理时，应避免和减少吸入室内空气，以降低污染物对人体产生的健康风险；而对其他类型的PAHs，应避免和减少人体与土壤的直接接触。

表3 不同暴露途径风险贡献率分析Tab.3 Analysis of risk contribution rate of different exposure pathway %

2.3 暴露参数的敏感性分析

研究根据各污染因子单一暴露途径风险贡献率，选择了主导暴露途径的关键参数进行敏感性分析，包括人群参数、场地土壤特征参数等，以确定影响风险评估结果的主要因素。分析结果见表4。

表4 致癌风险参数敏感性分析结果Tab.4 Sensitivity analysis results of carcinogenic risk parameters

苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽敏感性最大的为儿童暴露期、成人暴露期、儿童平均体重、儿童每日摄入土壤量等，这说明选择不同的暴露参数进行风险评估，将导致结果出现较大的差异；萘的风险评估过程中，敏感性最大的为地基裂隙中空气体积比、土壤颗粒密度、土壤有机质含量、室内空气交换速率和室内空间体积与气态污染物入渗面积之比等，SR为极敏感，说明土壤特征参数对萘的风险评估结果影响很大。可见，萘的敏感性参数与其他多环芳烃污染物存在较大差别。

根据分析，地基裂隙中空气体积比、土壤颗粒密度和土壤容重的改变，影响了土壤和裂隙中气态污染物的有效扩散系数，土壤有机质含量可通过影响土壤有机碳质量分数，间接改变土壤—水中污染物分配系数，土壤—水中污染物分配系数/土壤和裂隙中气态污染物的有效扩散系数的改变，直接影响了下层土壤中污染物扩散进入室内空气的挥发因子。而萘的风险贡献率主要来自呼吸吸入室内下层土壤蒸汽途径，因此地基裂隙中空气体积比、土壤颗粒密度、土壤有机质含量、室内空气交换速率和室内空间体积与气态污染物入渗面积之比等都表现很强的敏感性，为呼吸吸入下层土壤污染物途径的主要影响因素。由于苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽主要的暴露途径为经口摄入土壤颗粒物和皮肤接触土壤颗粒物，因此涉及经口摄入和皮肤接触途径的参数表现为主要敏感性因素，地基裂隙中空气体积比、土壤颗粒密度、土壤有机质含量等表现为不敏感。可见，场地风险评估的参数敏感性与污染因子所涉及的暴露途径有较大关系。针对场地中的不同污染因子，需分析其主要风险来源，并合理取值，以达到准确评价的目的，从而确定合理的修复目标。

3 结论

(1)苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽在部分样品中检测结果超过对应的筛选值，最大超标倍数依次为39.91、11.44、0.07、0.20、1.00，表明地块内土壤已受到不同程度的多环芳烃污染。

(2)地块健康风险评估结果表明，苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽的风险水平均超过可接受风险水平1.00×10-6，后续应进行修复或风险管控。萘的主导暴露途径为吸入室内空气中气态污染物途径，而苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽的主导暴露途径为经口摄入土壤颗粒物和皮肤接触土壤颗粒物，未来应根据污染物的主导暴露途径有针对性地采取管控措施。

(3)萘的主要敏感性参数为地基裂隙中空气体积比、土壤颗粒密度、土壤有机质含量、室内空气交换速率和室内空间体积与气态污染物入渗面积之比，而苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a，h]蒽的敏感性参数为儿童暴露期、成人暴露期、儿童平均体重、儿童每日摄入土壤量等。未来应根据场地污染物特性，合理取值进行评估，以达到准确评价目的。