王佩，陳莉娜，蔣鵬，劉宇

常州市環(huán)境科學(xué)研究院，常州213022

2種毒性評(píng)估方法對(duì)PAHs污染場(chǎng)地人體健康風(fēng)險(xiǎn)的比較研究

王佩*，陳莉娜，蔣鵬，劉宇

常州市環(huán)境科學(xué)研究院，常州213022

毒性評(píng)估是人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要部分，目前主要存在2種方法，一種基于PAHs相對(duì)于苯并[a]芘(BaP)的毒性當(dāng)量因子，采用BaP致癌斜率因子參數(shù)(方法1)，另一種直接采用各PAHs致癌斜率因子和非致癌參考劑量等參數(shù)(方法2)。然而2種毒性評(píng)估方法得到的風(fēng)險(xiǎn)及修復(fù)量是否存在差異以及引起差異的原因等問(wèn)題鮮有討論。針對(duì)蘇南某焦化廠PAHs污染土壤，采用分層土壤健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)比了2種毒性評(píng)估方法確定的PAHs風(fēng)險(xiǎn)、修復(fù)目標(biāo)污染物及土方量的差異，并對(duì)引起差異的關(guān)鍵因素進(jìn)行探討。結(jié)果表明：對(duì)于0.0～1.0 m表層土壤，方法1和方法2確定的致癌風(fēng)險(xiǎn)最大值分別1.48E-05和1.32E-05，均超過(guò)可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)，修復(fù)土方量分別為27 846 m3和28 667 m3，修復(fù)目標(biāo)污染物均為BaP和二苊烴(Acy)。對(duì)于1.0～3.0 m深層土壤，方法1確定的致癌風(fēng)險(xiǎn)最大值為3.36E-08，低于可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)，不需要修復(fù)；而方法2確定的致癌風(fēng)險(xiǎn)最大值為3.73E-04，非致癌危害指數(shù)最大值為6.96E+01，分別超過(guò)可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌危害商，需要修復(fù)，修復(fù)目標(biāo)污染物為萘(NaP)，修復(fù)土方量為35 944 m3。最終，方法2確定的總修復(fù)土方量(64 611 m3)為方法1確定土方量(27 846 m3)的2.45倍，而這種差異主要是由于方法1低估了深層土壤中高揮發(fā)性PAH單體尤其是NaP的風(fēng)險(xiǎn)所致。因此，從保守角度建議采用方法2進(jìn)行PAHs風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

多環(huán)芳烴(PAHs)；毒性評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王佩,陳莉娜,蔣鵬,等.2種毒性評(píng)估方法對(duì)PAHs污染場(chǎng)地人體健康風(fēng)險(xiǎn)的比較研究[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016,11(3):180-190

Wang P,Chen L N,Jiang P,et al.A comparative study of two toxicity evaluation methods on human health risks in a PAHs contaminated site[J].Asian Journal of Ecotoxicology,2016,11(3):180-190(in Chinese)

多環(huán)芳烴(PAHs)具有持久性、強(qiáng)毒性和強(qiáng)變質(zhì)性等特點(diǎn)，進(jìn)入土壤中的PAHs在土壤顆粒吸附作用下積累賦存，并通過(guò)手-口途徑、呼吸途徑、食物鏈等進(jìn)入人體[1-2]。進(jìn)入人體的PAHs因其脂溶性而富集，通過(guò)干擾細(xì)胞膜與酶系統(tǒng)，對(duì)器官產(chǎn)生毒性，且PAHs代謝產(chǎn)物可能與DNA結(jié)合，導(dǎo)致生物體的細(xì)胞損傷，最終對(duì)人體健康產(chǎn)生危害[3-4]。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基于保護(hù)人體健康的考慮，可以客觀科學(xué)量化污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生的潛在影響，一般包括數(shù)據(jù)收集-評(píng)估、毒性評(píng)估、暴露評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)表征4個(gè)步驟，其中毒性評(píng)估主要是確定目標(biāo)污染物的毒性參數(shù)，評(píng)估人群對(duì)污染物的暴露程度和產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)發(fā)生率之間的關(guān)系[5]。

目前，PAHs風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中毒性評(píng)估主要存在2種選擇，一種是根據(jù)由毒性試驗(yàn)得到的PAHs相對(duì)于苯并[a]芘(BaP)的毒性當(dāng)量因子(toxicity equivalence factor,TEF)，采用BaP的致癌斜率因子等參數(shù)(方法1)[6-7],另一種則是直接使用各PAHs的致癌斜率因子和非致癌參考劑量等參數(shù)(方法2)[8-9]。由于PAHs毒理學(xué)機(jī)制復(fù)雜，毒理學(xué)數(shù)據(jù)獲取十分困難，在PAHs風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中采用BaP毒性當(dāng)量因子，將PAHs質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)化為BaP毒性當(dāng)量濃度(toxicity equivalence concentration,TEC)，并利用已公布的BaP致癌斜率因子等參數(shù)進(jìn)行PAHs致癌風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算受到學(xué)者廣泛青睞[4,10-13]。然而，針對(duì)美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(USEPA)優(yōu)先控制的16種PAHs，目前已經(jīng)公布了苯并[a]蒽(BaA)、屈(Chr)、苯并[b]熒蒽(BbF)、苯并[k]熒蒽(BkF)、BaP、茚[1,2,3-cd]芘(Inp)、二苯并[a,h]蒽 (DBA)等7種致癌性PAHs的致癌系數(shù)、萘(Nap)的呼吸途徑單位致癌因子和Nap、苊(Ace)、芴(Fl)、蒽(An)、熒蒽(Flu)、芘(Pyr)6種非致癌性PAHs的參考劑量[14-15]，只有二氫苊(Acy)、菲(Phe)、苯并[g,h,i]芘(BgP)3種非致癌PAHs無(wú)相關(guān)參數(shù)。因此隨著PAHs毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷豐富，分別進(jìn)行PAHs致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估得到一定程度發(fā)展[16-17]。然而，在PAHs污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，采用2種毒性評(píng)估方法得到的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論是否存在差異等問(wèn)題鮮有探討。

鑒于此，本文以蘇南某焦化廠為對(duì)象，結(jié)合區(qū)域開(kāi)發(fā)規(guī)劃，基于分層土壤健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，分別采用上述2種毒性評(píng)估方法，對(duì)USEPA優(yōu)先控制16種PAHs的風(fēng)險(xiǎn)、修復(fù)目標(biāo)污染物及土方量進(jìn)行對(duì)比，探討了2種方法確定的PAHs風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果的差異及引起差異的原因，以期能為場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理決策和污染修復(fù)提供借鑒。

1 材料與方法（Materials and methods）

1.1 研究區(qū)概況

焦化廠位于江蘇省常州市，始建于1994年，總占地面積為44.58×104m2，主要生產(chǎn)冶金焦、煤氣、冶金活性石灰以及焦油、粗苯等化工產(chǎn)品，生產(chǎn)歷史長(zhǎng)達(dá)14年。目前廠內(nèi)所有設(shè)備和構(gòu)筑物都已拆除，場(chǎng)地閑置。焦化廠地塊周圍分布村莊、學(xué)校、交運(yùn)儲(chǔ)運(yùn)站、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)等，根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃，該地塊未來(lái)開(kāi)發(fā)為商住混合用地。

表1 測(cè)試土壤樣品基本性質(zhì)參數(shù)Table 1 Basic properties of the tested soil samples

1.2 樣品采集與分析

采用網(wǎng)格布點(diǎn)和分區(qū)布點(diǎn)法，在了解焦化廠生產(chǎn)歷史和工藝布局的基礎(chǔ)上，選擇潛在污染區(qū)域進(jìn)行土壤分層采樣，重點(diǎn)采樣區(qū)集中在備煤車間、煉焦車間、化廠車間、油庫(kù)倉(cāng)庫(kù)和碼頭區(qū)，污水處理站區(qū)，共設(shè)186個(gè)采樣點(diǎn)，表層、深層土壤采樣深度分別為0.0～1.0 m和1.0～3.0 m。考慮到場(chǎng)地地層分布的非均質(zhì)性，選取研究區(qū)5個(gè)典型剖面土壤樣品，測(cè)定其含水率、總有機(jī)碳和孔隙度等基本理化性質(zhì)，樣品平均值如表1。土壤采樣點(diǎn)布置及樣品采集按照HJ/T166-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[18]要求進(jìn)行。所有樣品保存于棕色玻璃瓶，于4℃下冷藏保存。土壤樣品中PAHs分析方法參考US EPA Method 8270D[19]，PAHs單體檢出限均為0.1 mg·kg-1。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

焦化廠地塊未來(lái)規(guī)劃為商住混合用地，通過(guò)種植及食用植物接觸土壤中PAHs的暴露途徑不存在，因此土壤中PAHs的暴露主要考慮經(jīng)口攝入、皮膚接觸、土壤顆粒物吸入、表層土壤揮發(fā)氣吸入、深層土壤揮發(fā)氣吸入等途徑。USEPA優(yōu)先控制16種PAHs按照其毒理學(xué)性質(zhì)分為致癌性和非致癌性物質(zhì)2類，因此對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)及非致癌危害均進(jìn)行討論。當(dāng)致癌風(fēng)險(xiǎn)大于1E-06，認(rèn)為致癌風(fēng)險(xiǎn)不可接受；當(dāng)非致癌危害指數(shù)大于1時(shí)，認(rèn)為非致癌危害不可接受[9]。

1.3.1 致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

對(duì)于致癌效應(yīng)，考慮人群在兒童期和成人期暴露的終生危害[9]。不同暴露途徑和總暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式為式(1)-(6)。

其中：R為致癌風(fēng)險(xiǎn)，o、d、i-p、i-v1、i-v2、T分別為經(jīng)口攝入、皮膚接觸、土壤顆粒物吸入、表層土壤揮發(fā)氣吸入、深層土壤揮發(fā)氣吸入及累積暴露途徑；下角c、a為兒童、成人；Cs1、Cs2分別為表層、深層土壤PAHs質(zhì)量濃度(實(shí)測(cè))，mg·kg-1。ED為暴露周期，EDa為24 a，EDc為6 a；EFI、EFO、EF分別為室內(nèi)、室外和總暴露頻率，EFIa、EFIc均為262.5 d·a-1，EFOa、EFOc均為87.5 d·a-1，EFa、EFc均為350 d·a-1；BW為體重，BWa為56.8 kg，BWc為15.9 kg；ATca為致癌平均作用時(shí)間，26 280 d；OSIR為每日攝入土壤量，OSIRa為100 mg·d-1，OSIRc為200 mg·d-1；SAE為暴露皮膚表面積，cm2；SSAR為皮膚表面土壤粘附系數(shù)，SSARa為0.07 mg·cm-2，SSARc為0.2 mg·cm-2；Ev為每日皮膚接觸事件頻率，1次·d-1；DAIR為每日空氣呼吸量，m3·d-1；PIAF為吸入土壤顆粒物在體內(nèi)滯留比例，無(wú)量綱，0.75；fspi、fspo分別為室內(nèi)、室外空氣中來(lái)自土壤顆粒物所占比例，無(wú)量綱，取值分別為0.8和0.5；ABSo、ABSd分別為經(jīng)口攝入、皮膚接觸吸收效率因子，無(wú)量綱，ABSo為1；PM10為空氣中可吸入浮顆粒物含量，0.15 mg·m-3[9]。VFoa1、VFoa2、VFia2分別為表層土壤揮發(fā)至室外，深層土壤揮發(fā)至室外、室內(nèi)的氣體揮發(fā)因子，kg·m-3；SFo、SFd、SFi分別為經(jīng)口、皮膚、呼吸吸入途徑的致癌斜率因子，kg·d·mg-1，見(jiàn)表2。

1.3.2 非致癌危害評(píng)價(jià)

對(duì)于非致癌效應(yīng)，考慮兒童體重較輕、暴露量較高，一般根據(jù)兒童期暴露來(lái)評(píng)估污染物的非致癌危害效應(yīng)[9]。不同暴露途徑和總暴露途徑非致癌危害的計(jì)算公式為式(7)-(12)。

其中：H為非致癌危害指數(shù)；ATnc為非致癌平均作用時(shí)間，2 190 d；SAF為暴露于土壤的參考計(jì)量分配系數(shù)，無(wú)量綱，0.2[9]。RfDo、RfDd、RfDi分別為經(jīng)口、皮膚、呼吸吸入途徑的非致癌參考劑量，mg· kg-1·d-1，見(jiàn)表2。

1.3.3 毒性評(píng)估

PAHs毒性評(píng)估目前主要存在2種方法。方法1選擇致癌性強(qiáng)、生理毒性特征研究最清楚的BaP作為參照物質(zhì)，其他PAHs的毒性用相對(duì)于BaP的毒性表示，各暴露途徑致癌斜率因子參考BaP的值，并根據(jù)公式(1)-(6)進(jìn)行致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，而無(wú)法進(jìn)行非致癌危害評(píng)價(jià)。其中Cs取各PAHs的TEC值，16種PAHs相對(duì)于BaP的TEF值[6]見(jiàn)表2。方法2則直接采用PAHs的致癌斜率因子、非致癌參考劑量等參數(shù)進(jìn)行毒性評(píng)估。截止目前為止，USEPA優(yōu)先控制16種PAHs的致癌斜率因子、非致癌參考劑量等參數(shù)主要來(lái)自于美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)綜合信息系統(tǒng)IRIS及美國(guó)第三、六、九區(qū)區(qū)域篩選值表格[14-15]，除Acy、Phe、BgP外，7種致癌PAHs的致癌斜率因子、Nap的呼吸途徑致癌斜率因子和6種非致癌PAHs的參考劑量見(jiàn)表2。鑒于PAHs化學(xué)結(jié)構(gòu)及毒性作用機(jī)制相似，針對(duì)Acy、Phe、BgP三種非致癌PAHs單體，文中基于BaP的TEF值進(jìn)行致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。對(duì)于其他13種PAHs單體，則按照公式(1)～(12)分別進(jìn)行致癌和非致癌評(píng)價(jià)。最終得到BaA、Chr、BbF、BkF、BaP、DBA、Inp、Acy、Phe、BgP、Nap等11種PAHs的致癌風(fēng)險(xiǎn)及Nap、Ace、Fl、An、Flu、Pyr等6種PAHs的非致癌危害。

表2 PAHs毒性參數(shù)Table 2 Toxicity parameters for PAHs

2 結(jié)果（Results）

2.1 土壤中PAHs特征描述

研究區(qū)表層、深層土壤PAHs檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。表層土壤中∑PAHs檢出率為22.04%，16種PAHs中DBA未檢出，F(xiàn)lu、Phe、Pyr、Acy和Nap等5種單體檢出率均在10%以上，且Flu檢出率最高，達(dá)12.37%?！芇AHs介于nd～191.8 mg·kg-1之間，平均值為2.509 mg·kg-1，其中2～3環(huán)PAHs平均值占∑PAHs平均值的92.6%，且Acy和Nap的平均值分別占∑PAHs平均值的52.71%和23.22%。而深層土壤中∑PAHs檢出率為10.75%，BkF與DBA等2種單體均未檢出，Nap和Acy的檢出率最高，分別為8.6%和6.99%?！芇AHs介于nd～ 994.1 mg·kg-1之間，平均值為11.028 mg·kg-1，其中2～3環(huán)PAHs平均值占∑PAHs平均值的84.1%，且Acy和Nap的平均值分別占∑PAHs平均值的30.43%和26.48%。表明PAHs在表層土壤的檢出率以及單體數(shù)均高于深層土壤，但表層土壤PAHs總量和平均值均低于深層土壤PAHs含量。此外，Acy和Nap在表層、深層土壤中檢出率及平均含量均較高。

2.2 致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

采用2種方法分別獲得PAHs的致癌風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果見(jiàn)表4～5。對(duì)于0.0～1.0 m表層土壤，方法1和方法2確定的總致癌風(fēng)險(xiǎn)最大值分別為1.48E-05和1.35E-05，二者均超過(guò)可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平，需要修復(fù)；對(duì)于1.0～3.0 m深層土壤，方法1和方法2確定總致癌風(fēng)險(xiǎn)最大值分別為3.36E-08和3.73E-04，采用方法1確定的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)低于可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平，不需要修復(fù)，但方法2確定的風(fēng)險(xiǎn)值高于可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平2個(gè)數(shù)量級(jí)，需要修復(fù)。方法1確定的風(fēng)險(xiǎn)值低于方法2確定風(fēng)險(xiǎn)值4個(gè)數(shù)量級(jí)，表明采用方法1確定的風(fēng)險(xiǎn)值弱化了深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)。方法1確定的修復(fù)目標(biāo)污染物為苯并(a)芘、二苊烴，最大致癌風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率分別為58.53%和12.96%；方法2確定的修復(fù)目標(biāo)污染物除苯并(a)芘、二苊烴外，增加了萘，3種PAHs最大致癌風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率分別為2.24%、0.5%和96.45%。方法1確定的各暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)中，表層土壤4種暴露途徑累積貢獻(xiàn)率高達(dá)99.96%，深層土壤呼吸途徑貢獻(xiàn)率僅為0.04%；而方法2確定的各暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)中，表層土壤4種暴露途徑累積貢獻(xiàn)率僅為10.52%，深層土壤呼吸途徑貢獻(xiàn)率高達(dá)89.48%。

以可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平為界限，采用surfer8.0基于克里金法對(duì)表層及深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)分別進(jìn)行空間插值，同時(shí)根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終得到表層及深層土壤修復(fù)面積及土方量。

表3 表層及深層土壤中PAHs濃度Table 3 PAHs concentrations in surface and deep soils

表層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)分布(圖1與圖2)顯示，方法1確定的表層土壤PAHs總致癌風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平的面積約為27 846 m2，土方量為27 846 m3。表層土壤修復(fù)面積占焦化廠區(qū)面積的6.25%，其中化廠車間區(qū)及污水處理區(qū)修復(fù)面積占總修復(fù)面積的71.6%。而方法2確定的表層土壤PAHs總致癌風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平的面積約為28 667 m2，土方量為28 667 m3。表層土壤修復(fù)面積占焦化廠區(qū)面積的6.43%，化廠車間區(qū)及污水處理區(qū)占總修復(fù)面積的63.77%。采用2種毒性評(píng)估方法確定的表層土壤風(fēng)險(xiǎn)超標(biāo)點(diǎn)除污水處理站南部一個(gè)點(diǎn)外，其余風(fēng)險(xiǎn)超標(biāo)點(diǎn)位分布基本一致，均集中在粗苯車間、無(wú)水氨車間、鼓風(fēng)冷凝車間、煤氣發(fā)生爐區(qū)、油庫(kù)及污水處理區(qū)。化廠車間是焦化廠的核心生產(chǎn)區(qū)域，包括粗苯車間、無(wú)水氨車間、鼓風(fēng)冷凝車間及干法脫硫車間，生產(chǎn)過(guò)程中均可能發(fā)生焦煤氣或焦油的泄漏，污水處理區(qū)高濃度PAHs焦化廢水可能發(fā)生跑冒滴漏，且焦油及焦化廢水泄漏均在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)得到證實(shí)。因此2種毒性評(píng)估方法確定的表層土壤修復(fù)結(jié)果基本一致。

對(duì)于深層土壤，方法1計(jì)算的結(jié)果顯示不需要修復(fù)。方法2確定的深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)分布(圖3)顯示，深層土壤中PAHs總致癌風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)水平的面積約為17 972 m2，修復(fù)土方量為35 944 m3。深層土壤修復(fù)面積占整個(gè)焦化廠面積的4.03%，化廠車間區(qū)占總修復(fù)面積的72.44%。

綜合毒性評(píng)估方法2確定的表層及深層土壤PAHs修復(fù)區(qū)域分布特征(圖2和圖3)，獲得焦化廠PAHs污染土壤總修復(fù)面積約為40 513 m2，表層與深層土壤修復(fù)總土方量為64 611 m3。

2.3 非致癌危害結(jié)果

采用方法1進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)無(wú)法獲得非致癌危害指數(shù)，因此只分析方法2確定的非致癌危害指數(shù)。如表6所示，表層土壤總非致癌危害指數(shù)最大值為2.88E-01，小于可接受非致癌危害指數(shù)，不需要修復(fù)，但深層土壤總非致癌危害指數(shù)最大值為6.96E+ 01，遠(yuǎn)高于可接受非致癌危害指數(shù)，需要修復(fù)。Nap的非致癌危害指數(shù)最大，其最大值較其他單體最大值高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，是修復(fù)目標(biāo)污染物。各暴露途徑對(duì)非致癌危害指數(shù)的貢獻(xiàn)率按從大到小為：深層土壤揮發(fā)氣吸入>經(jīng)口攝入>皮膚接觸>表層土壤揮發(fā)氣吸入>土壤顆粒物吸入，且深層土壤呼吸途徑對(duì)總風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率高達(dá)99.4%。

表4 方法1確定的致癌風(fēng)險(xiǎn)Table 4 Carcinogenic risk calculated with method 1

表5 方法2確定的致癌風(fēng)險(xiǎn)Table 5 Carcinogenic risk calculated with method 2

表6 方法2確定的非致癌危害指數(shù)Table 6 Non-carcinogenic hazard index calculated with method 2

以可接受非致癌危害指數(shù)為界限，采用surfer8.0基于克里金法對(duì)深層土壤PAHs非致癌危害進(jìn)行空間插值，同時(shí)根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終得到場(chǎng)地深層土壤修復(fù)面積及土方量。

對(duì)于深層土壤，方法1確定的深層土壤不需要修復(fù)，而方法2確定的深層土壤非致癌危害指數(shù)分布(圖4)顯示，深層土壤中PAHs總非致癌危害指數(shù)超過(guò)可接受非致癌危害指數(shù)的面積約為13 203 m2，修復(fù)土方量為26 406 m3。深層土壤修復(fù)面積占整個(gè)焦化廠面積的2.96%，化廠車間區(qū)占總修復(fù)面積的85.79%。

圖1 方法1確定的表層土壤PAHs致癌風(fēng)險(xiǎn)分布圖

圖2 方法2確定的表層土壤PAHs致癌風(fēng)險(xiǎn)分布圖

圖3 方法2確定的深層土壤PAHs致癌風(fēng)險(xiǎn)分布圖

圖4 方法2確定的深層土壤PAHs非致癌危害指數(shù)分布圖

3 討論（Discussion）

3.1 致癌風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果分析

綜合考慮表層、深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，表3中Ace、Fl、An、Flu、Pyr等5種非致癌PAHs的總平均致癌風(fēng)險(xiǎn)占16種PAHs總平均致癌風(fēng)險(xiǎn)的1.79%，對(duì)總致癌風(fēng)險(xiǎn)影響較小。因此為了分析導(dǎo)致2種毒性評(píng)估方法確定的致癌風(fēng)險(xiǎn)差異的原因，文中只對(duì)表4和表5中Nap、BaA、Chr、BbF、BkF、Inp、DBA和BaP的致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行對(duì)比，鑒于表層及深層土壤中DBA均未檢出，最終只討論Nap、BaA、Chr、BbF、BkF、Inp和BaP等7種PAHs。

方法1和方法2不同暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)分別可以用公式(13)和(14)表示，式中1、2分別表示方法1和方法2，k表示第k種PAH單體，Q表示暴露量。因此，在場(chǎng)地概念模型及場(chǎng)地參數(shù)確定的條件下，2種方法相同暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)的差異由暴露量和致癌斜率因子決定。公式(1)、(3)中暴露量不受PAHs單體種類影響，且不同PAHs單體相同的ABSd取值(均為0.13)[9]使得公式(2)中暴露量也不受PAHs單體種類影響，針對(duì)經(jīng)口攝入、皮膚接觸、吸入土壤顆粒物3種暴露途徑，不同PAHs單體的相同暴露途徑的暴露量是一致的，進(jìn)而2種方法上述3種暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)的差異由致癌斜率因子確定。公式(4)、(5)中暴露量是氣體揮發(fā)因子的函數(shù)，且氣體揮發(fā)因子是污染物亨利常數(shù)H’及土壤有機(jī)碳-水分配系數(shù)的函數(shù)[9]，針對(duì)表層土壤揮發(fā)氣吸入及深層土壤揮發(fā)氣吸入途徑2種暴露途徑，不同PAHs單體的相同暴露途徑的暴露量不同，進(jìn)而2種方法確定的上述2種暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)的差異由暴露量和致癌斜率因子共同決定。

表2中Nap呼吸途徑致癌斜率因子與BaP對(duì)應(yīng)途徑致癌斜率因子比值高于相應(yīng)TEF值31倍，Chr與BkF經(jīng)口攝入、皮膚接觸途徑致癌斜率因子與BaP對(duì)應(yīng)途徑致癌斜率因子比值均小于相應(yīng)TEF值1個(gè)數(shù)量級(jí)，其余BaA、BbF和Inp經(jīng)口攝入、皮膚接觸及呼吸吸入3種途徑致癌斜率因子與BaP對(duì)應(yīng)途徑致癌斜率因子的比值均等于各PAHs的TEF值。因此方法2確定的Nap的吸入土壤顆粒物的致癌風(fēng)險(xiǎn)是方法1確定值的31倍，方法2確定的Chr與BkF的經(jīng)口攝入及皮膚接觸途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)均低于方法1確定值1個(gè)數(shù)量級(jí)，而2種方法獲得的BaA、BbF和Inp經(jīng)口攝入、皮膚接觸及吸入土壤顆粒物等途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果完全一致。對(duì)于表層、深層土壤揮發(fā)氣暴露途徑，表7中Nap、BaA、Chr、BbF 2種途徑暴露量均高于BaP相應(yīng)途徑的暴露量，BkF暴露量則與BaP的暴露量接近，Inp暴露量則低于BaP的暴露量，與致癌斜率因子共同作用，導(dǎo)致方法2確定Nap、BaA、Chr、BbF等4種PAHs 2種致癌途徑風(fēng)險(xiǎn)高于方法1的結(jié)果，BkF則約等于方法1的結(jié)果，而Inp則低于方法1的結(jié)果。且Nap深層土壤暴露量高于BaP暴露量4個(gè)數(shù)量級(jí)，與高呼吸途徑致癌斜率因子共同使用，使方法2確定的NaP深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)(3.73E-04)高于方法1確定值(2.80E-10)6個(gè)數(shù)量級(jí)。

此外，結(jié)合研究區(qū)表層和深層土壤PAHs含量(表3)，Nap的檢出率和平均含量均遠(yuǎn)高于BaA、Chr、BbF、BkF、Inp和BaP等6種PAHs。對(duì)于表層土壤，因吸入土壤顆粒物和表層土壤揮發(fā)氣途徑的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)低于經(jīng)口攝入和皮膚接觸途徑的貢獻(xiàn)率(表4)，使得2種方法確定的表層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論基本一致。而對(duì)污染更為嚴(yán)重的深層土壤，采用方法1的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中Nap參考低揮發(fā)性BaP(亨利常數(shù)為1.87×10-5)[9]的毒理參數(shù)，不能真實(shí)反映Nap的高揮發(fā)性(亨利常數(shù)為2.0×10-2>>10-5)[20]，最終導(dǎo)致2種方法確定的深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論截然不同。

3.2 非致癌危害結(jié)果分析

對(duì)于Nap、Ace、Fl、An、Flu、Pyr等6種PAHs，圖5～6分別給出2種方法確定的不同暴露途徑百分比，方法1確定的不同致癌PAHs在相同暴露途徑下的貢獻(xiàn)率水平幾乎一致，而方法2確定的不同非致癌PAHs在各種暴露途徑的貢獻(xiàn)率不完全相同，且對(duì)同一種PAH，2種方法確定的相同暴露途徑的貢獻(xiàn)率水平存在顯著差異。焦化廠3.0 m處黏土層使得PAHs出現(xiàn)富集，導(dǎo)致深層土壤PAHs污染程度較表層土壤污染嚴(yán)重[21]。對(duì)于非致癌PAHs，2～3環(huán)PAHs單體數(shù)占75%。表3顯示深層土壤中2～3環(huán)PAHs平均值占總∑PAHs平均值的84.1%，其中Nap的平均值占∑PAHs平均值的26.48%，含量高達(dá)325 mg·kg-1，為污染最嚴(yán)重的PAHs單體。由于方法1風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中所有PAHs均參考BaP毒理參數(shù)，最終導(dǎo)致不同污染物相同暴露途徑的貢獻(xiàn)率水平一致，且BaP揮發(fā)性較低導(dǎo)致其呼吸吸入途徑的貢獻(xiàn)率較小[22-23]，進(jìn)而造成忽視深層土壤風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)果。而方法2確定的非致癌危害計(jì)算中，深層土壤呼吸途徑的貢獻(xiàn)率顯著增強(qiáng)，尤其是Nap、Ace和An，其深層土壤呼吸途徑貢獻(xiàn)率高達(dá)80%以上，更能客觀評(píng)估焦化廠深層土壤PAHs的暴露風(fēng)險(xiǎn)。其中，強(qiáng)揮發(fā)性Nap的呼吸途徑參考劑量低于其他PAHs單體2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致其呼吸暴露途徑下進(jìn)入人體的量較高，Nap單體的貢獻(xiàn)率高達(dá)99.52%，為深層土壤修復(fù)目標(biāo)污染物。

表7 致癌效應(yīng)評(píng)價(jià)中表層及深層土壤揮發(fā)氣暴露途徑對(duì)應(yīng)的PAHs暴露量Table 7 PAHs exposure doses corresponding to surface and deep soils volatilization exposure routes in carcinogenic effects evaluation

圖5 方法1確定的各暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率

圖6 方法2確定的各暴露途徑非致癌危害指數(shù)貢獻(xiàn)率

3.3 修復(fù)土方量對(duì)比分析

方法2確定的結(jié)果顯示焦化廠表層、深層土壤均需修復(fù)，而方法1確定的結(jié)果顯示只有表層土壤需要修復(fù)。其中方法2確定的深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)與非致癌危害分布特征存在一定差異(圖3～4)，致癌風(fēng)險(xiǎn)修復(fù)區(qū)域除包含非致癌危害修復(fù)區(qū)外，還存在其他修復(fù)區(qū)。因此，綜合方法2確定的PAHs致癌風(fēng)險(xiǎn)與非致癌危害分布特征(圖2～4)，獲得焦化廠PAHs污染土壤總修復(fù)面積約為40 513 m2，表層與深層土壤修復(fù)土方量為64 611 m3，是方法1確定土方量(26 406 m3)的2.45倍。結(jié)合3.1和3.2章節(jié)分析，2種毒性評(píng)估方法獲得BaP的致癌風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果完全相同，但對(duì)于Nap、BaA、Chr、BbF、BkF和Inp等 PAHs，方法1高估了表層土壤中NaP、CHr和BkF的風(fēng)險(xiǎn)，但由于2種方法計(jì)算的NaP、CHr、BkF的風(fēng)險(xiǎn)均低于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，導(dǎo)致2種方法確定的表層土壤修復(fù)土方量差異不大；對(duì)于深層土壤，方法1低估了Nap、BaA、Chr、BbF而高估了Inp的深層土壤揮發(fā)氣途徑的風(fēng)險(xiǎn)，雖然2種方法計(jì)算的BaA、Chr、BbF、BkF和Inp的風(fēng)險(xiǎn)均低于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，但方法2獲得Nap的深層土壤致癌風(fēng)險(xiǎn)及非致癌危害商均超過(guò)可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，最終導(dǎo)致深層土壤修復(fù)土方量存在巨大差異。

綜上所述，從保守角度建議優(yōu)先采用毒性評(píng)估方法2進(jìn)行PAHs風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

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A Comparative Study of Two Toxicity Evaluation Methods on Human Health Risks in a PAHs Contaminated Site

Wang Pei*,Chen Lina,Jiang Peng,Liu Yu

Changzhou Research Academy of Environment Sciences,Changzhou 213022,China

19 July 2015 accepted 30 September 2015

Toxicity evaluation is an important part in human health risk assessment.Two methods were most used for toxicity evaluation:1)method one(method 1)uses BaP carcinogenic slope factor as indicator after converting PAHs to BaP equivalents;2)method two(method 2)directly utilizes parameters related to PAHs such as PAHs carcinogenic slope factors and PAHs non-carcinogenic reference doses.However,during PAHs human health risks calculation process,little study has been done about the differences between the above methods.Layered soil health risk assessment models using both method 1 and method 2 were conducted in a PAHs contaminated coking plant in the south of Jiangsu Province.PAHs risks,remediation pollutants and volumes were compared,and the key factorscausing the above differences were discussed.Results showed that with methods 1 and 2,the maximum carcinogenic risks and remediation volumes for surface soils within 1.0 m depth were 1.48E-05 and 1.32E-05,27 846 m3and 28 667 m3respectively,and the remediation pollutants were BaP and Acy.For soils within 1.0～3.0 m depth,the maximum carcinogenic risk calculated by method 1 was 3.36E-08,indicating no need to repair;however,the maximum carcinogenic risk and non-carcinogenic hazard index calculated by method 2 were 3.73E-04 and 6.96E+01respectively,and the remediation volumes were 35 944 m3with Nap as major remediation pollutant.Overall,the total remediation volumes 64 611 m3calculated with method 2 is 2.45 times more than that of 27 846 m3calculated with method 1,since method 1 underestimated the risks of high volatile PAHs especially NaP in deep soils.Therefore, method 2 should be recommended in PAHs health risks assessment from the conservative perspective.

PAHs;toxicity evaluation;risk assessment

2015-07-19 錄用日期：2015-09-30

1673-5897（2016）3-180-11

X171.5

A

10.7524/AJE.1673-5897.20150719001

簡(jiǎn)介：王佩(1986—)，女，博士，工程師，主要研究方向?yàn)槲廴緢?chǎng)地調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及場(chǎng)地修復(fù)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文8篇。

江蘇省環(huán)?？蒲姓n題(2012038)；常州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(CJ20130048)；常州市科技支撐計(jì)劃社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目(CE20135039)

王佩(1986-)，女，工程師，研究方向?yàn)槲廴緢?chǎng)地調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及場(chǎng)地修復(fù)，E-mail:modest3000@163.com；