（环境工程专业论文）天津大气颗粒物中石油烃浓度与人体健康的关系.pdf

摘要 摘要 我国大气可吸入颗粒物的污染状况非常严重，是影响我国城市空气质量的 首要污染物。城市的扩张使交通车辆排放物污染加重，交通排放来源的大气颗 粒物是城市地区最主要的大气污染来源。这些污染物中含有大量的危害人体健 康的致癌、致畸、致突变有机物包括正构烷烃、多环芳烃等石油烃类化合物。 本文对天津市中心城区道路按照不同道路类型采取道路灰尘样本，研究统计不 同类型道路车辆构成和车流量，依据美国e p a 的a p 4 2 道路扬尘排放因子模型计 算排放因子及排放量并应用m a p i n f o 软件得到了道路灰尘排放量的空间分布图。 并应用气相色谱质谱联用技术分析了天津市交通道路扬尘中正构烷烃和多环芳 烃组分，分析了它们的主要来源与空间分布特征。应用美国r b c a 模型对道路扬 尘中的多环芳烃进行了健康风险评价。 计算结果表明，天津市区环线、主干路、次干路、支路的道路粉尘负荷分 别为o 3 0 、0 4 0 、o 6 4 和2 0 2 9 m 2 。环线的p m l o 的排放强度最高为3 0 7k g k m d ， 其次为主干路、次干路和支路。天津市区一年道路灰尘的排放量为2 7 9 8 5 吨，其 中p m 】o 排放量为5 3 7 2 p 屯。中环线内和平区由于道路密集，交通扬尘排放量最高， 向四周排放量递减。 通过正构烷烃的碳数分布、主峰碳数( c m a x ) 、碳优势指数( c p i ) 和姥鲛烷和 植烷比例等参数判断交通道路扬尘样品中的正构烷烃烃是天然源还是石油源来 判断烃类污染物的污染源等重要信息。研究结果表明，天津市区交通道路扬尘 中正构烷烃主要为人为活动产生，老城区红桥区和河北区的正构烷烃含量较大， 市中心和平区和河东区正构烷烃含量较小。 风险评价结果表明天津道路扬尘中的苊、葸、荧葸、芴、芘的危害商远小 于1 ，低于剂量阈值，不会对人体产生不利于健康的影响。苯并 a 蒽( b a a ) 、苯 并 b 荧葸( b b f ) 、苯并 k 荧葸( b k f ) 、苯并 a 芘( b a p ) 、二苯并 a ，h i 葸( d b a ) 、茚 并 1 ，2 ，3 c d 芘( h l p ) 、屈、萘这8 种已知致癌物质都有检出，并且苯并 b 荧葸( b b f ) 和二苯并f a ，h 蒽( d b a ) 两种物质的致癌风险水平超过了可接受的致癌风险水平 下限，虽然小于可接受致癌风险水平的上限，但其健康危害已不容忽视，需采 取必要措施降低该物质的健康风险。 关键词：交通扬尘，粉尘负荷，正构烷烃，多环芳烃，风险评价 a b s t r a c t a b s t r a c t f i n ep a r t i c u l a t ep o l l u t i o ns i t u a t i o ni sv e r ys e r i o u si no u rc o u n t r y ，p a r t i c l em a t t e r i st h ep r i m a r yp o l l u t a n t a f f e c t i n go u rc o u n t r yc i t ya i r t r a f f i cv e h i c l ee m i s s i o n p o l l u t i o ni sa g g r a v a t i n gb e c a u s eo ft h ee x p a n s i o no fc i t y ，t h et r a f f i ce m i s s i o ns o u r c e s o fa i r b o m ep a r t i c l e si st h em a i ns o u r c e so fu r b a na r e a sa t m o s p h e r i cp o l l u t i o n t h e s e p o l l u t a n t sc o n t a i nal o to fc a n c e l ? a n dt h em u t a t i o n ，t e r a t o g e n i ct y p eo fo r g a n i cm a t t e r i n c l u d i n gn - a l k a n e s ，p a h sa n do r t h e rp e t r o l e u mh y d r o c a r b o n s i nt h i ss t u d y ，r o a d d u s tw a ss a m p l e da c c o r d i n gt od i f f e r e n tt y p e so fr o a d sf r o mt h ec e n t e ra r e ao ft i a n j i n ， v e h i c l e ss t r u c t u r ea n dt h et r a f f i cf l o ww a sa n a l y s e d ，d i s c h a r g ef a c t o ra n de m i s s i o n s b a s e do nu s e p aa p 4 2r o a dd u s te m i s s i o nf a c t o rm o d e lw a sc a l c u l a t e da n dt h e s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fd u s te m i s s i o n sb a s e do nm a p i n f ow a sc o m p l e t e d d e t e c t e dt h e c o n c e n t r a t i o no fn o r m a la l k a n e sa n dp a h si nf i a n j i nt r a f f i cr o a dd u s tu s i n gg a s c h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c t r o m e t e r ， a n da n a l y z e dt h e i rm a i ns o u r c ea n ds p a t i a l d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s t h eh e a l t hr i s ko fp a h sw e r ea s s e s s e da c c o r d i n gt o r b c am o d e lo f t h eu s t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a t ，t h es i l tl o a d i n go fr i n gr o a d ，m a j o ra r t e r i a l ， m i n o ra r t e r i a la n dl o c a lr o a d ，d u s tl o a di nt i a n j i nc e n t e ra r e aw e r eo 3 0 9 m ，0 4 0 9 m 。， 0 6 4 9 m 2 ，2 0 2 9 m 2 r e s p e c t i v e l y t h eh i g h e s tp m l o e m i s s i o ni n t e n s i t yw a sr i n gr o a d w h i c hw a s3 0 7 k g k a n d ，t h e nm a j o ra r t e r i a l ，m i n o ra r t e r i a la n dl o c a lr o a d t i a n j i n c e n t e ra r e ar o a dd u s te m i s s i o nw a s2 7 9 8 5t o n say e a r ，p m l o e m i s s i o nw a s5 3 7 2t o n sa y e a r i nt h em i d d l er i n gr o a da r e at h eh i g h e s te m i s s i o nw a sh e p i n gd i s t r i c tb e c a u s eo f t h ed e n s et r a f f i c ，t h ee m i s s i o no fa r o u n dd e c r e a s e d t h ep r e l i m i n a r yt r a c i n gs t u d yo nn a l k a n e s p o l l u t a n t s o u r c eu s i n gs o m e p a r a m e t e r ss u c ha sc a r b o nn u m b e rd i s t r i b u t i o n ，c a r b o nn u m b e rm a x i m u m ( c m a x ) ， c a r b o np r e f e r e n c ei n d e x ( c p i ) a n dp r o p o r t i o no fp r i s t a n ea n dp h y t a n ew a sc o n d u c t e d t h er e s u l t so ft h es t u d ys h o wt h a t ，t h en ：a l k a n e so ff i a n j i nt r a f f i cr o a dd u s ti sm a i n l y c o m ef r o mt h eh u m a na c t i v i t i e s t h ec o n c e n t r a t i o no fn - a l k a n e si sv e r yh i 曲i nt h e h e b e id i s t r i c ta n dh o n g q i a od i s t r i c t ，l o wi nt h ed o w n t o w nh e p i n gd i s t r i c ta n dh e d o n g i i a b s t r a c t d i s t r i c t 融s ke v a l u a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh a z a r d q u o t i e n t l n d i c a t e so f a c e n a p h t h e n e ，a n t h r a c e n e ，f l u o r a n t h e n e ，f l u o r e n ea n dp y r e n eo ft i a n j i nr o a dd u s ti sf a r l e s st h a n1 ，w h i c hm e a n sl e s st h a nd o s et h r e s h o l d ，a n dw i l ln o th a r mt h eh u m a nh e a l t h w et e s t e do u tt h ec a r c i n o g e nb e n z a a n t h r a c e n e ( b a a ) ，b e n z o b f l u o r a n t h e n e ( b b f ) ， b e n z o k f l u o r a n t h e n e ( b k f ) ，b e n z o a p y r e n e ( b a p ) ，d i b e n z o a ，h a n t h r a c e n e ( d b a ) ， i n d e n o 1 ，2 ，3 一c d p y r e n e ( i n p ) ，c h r y s e n ea n dn a p h t h a l e n e ，a n d t h ec a n c e rr i s ko f b e n z o b f l u o r a n t h e n e ( b b f ) a n dd i b e n z o a ，h a n t h r a c e n e ( d b a ) w e r em o r et h a nl o w e r c a n c e rr i s kl e v e l ，a l t h o u g hl e s st h a nt h ea c c e p t a b l el e v e lo fr i s ko fc a n c e r o ft h eu p p e r l i m i t ，b u tt h er i s kt oh e a l t hc l o u dn o t t ob ei g n o r e ，w en e e dt ot a k en e c e s s a r ym e a s u r e s t ol o w e rt h eh e a l t hr i s k so ft h e s es u b s t a n c e s k e yw o r d s ：r o a df u g i t i v ed u s t ，s i l tl o a d i n g ，n - a l k a n e ，p o l y c y c l i c a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ，r i s ka s s e s s m e n t i i i 第一章研究概述 第一章研究概述 第一节大气颗粒物污染现状及其对人体健康的危害 1 1 1 大气颗粒物污染现状 大气是人类赖以生存的基本环境要素。但随着工业的发展、城市人口的密 集、煤炭和石油燃料的迅猛增长，大气环境质量日趋恶化，大气污染已成为影 响世界环境和人类身体健康的主要危害因素之一【1 】。大气颗粒物是指空气中分散 的固态或液态物质，为大气中的不定组分之一，其粒度在约0 0 0 0 2 ( 分子 级) 5 0 0 u m 之间【2 1 。大气颗粒物根据其粒径的大小，可分成总悬浮颗粒物( t o t a l s u s p e n d e dp a r t i c l e s ，t s p ) 、可吸入颗粒物( i n h a l a b l ep a r t i c l e s ，p m lo ) 、细颗粒物 ( f i n ep a r t i c l e s ，p m 2 5 ) 和超细颗粒物( u l t r a f i n ep a r t i c l e s ，u f p ) 四大类。其中大气 可吸入颗粒物( p m l o ) 指大气颗粒物中空气动力学当量直径小于l o i t m 的颗粒。它 不能靠自身的重力降落到地面，因此能够长期悬浮在空气中，并可进入鼻腔，7 岬 以下的颗粒物可进入咽喉。其中小于2 5 “m 的颗粒可进入肺泡中，进入血液循环 并可能导致与心和肺的功能障碍有关的疾病【3 j 。 世界卫生组织( w h o ) 2 0 0 2 年的估计表明，全球城市大气颗粒物污染造成每 年至少1 0 0 万例居民死亡和7 4 0 万伤残调整寿命年( d a l y ) 的损失，且这些d a l y 损失的5 0 分布在大气颗粒物污染较为严重的东亚和东南亚国家( 含我国) 一j 。 我国大气可吸入颗粒物的污染状况非常严重，颗粒物是影响我国城市空气 质量的首要污染物，天津市作为环渤海经济的中心，环境空气质量受到越来越 多的关注。根据以往监测资料，天津市全年7 0 的天数首要污染物为p m l o 【5 j ，可 见天津大气颗粒物污染的严重性。 1 1 2 大气颗粒物对人体健康的危害 因为颗粒物本身来源广泛，成分复杂，大气中的细颗粒可由硫酸盐、硝酸 盐、铵、氢离子、碳元素、重金属、有机物及微生物组成，大气颗粒物中的有 机物包括正构烷烃、多环芳烃、杂环化合物等，重金属元素包括c r 、c u 、n i 、 1 第一章研究概述 p b 、z n 、m n 等，酸或盐类的负离子包括s 0 4 、n 0 3 弄 1 c 1 等，在这些污染物中含 有为数可观的致癌、致突变、致畸型化合物和一些有毒有害化学成分。颗粒物 的化学性质受颗粒物的化学组分和表面可能吸附的气体的影响，颗粒物和被吸 附的气体结合，会生成比各个单一组分更强的毒性。在目前公认的各种大气污 染物中，颗粒物被公认为危害最大、代表性最强的大气污染物，w h o 、美国环 境保护署( e p a ) 、欧盟等诸多国际机构在评价大气污染的健康危害时均选择颗粒 物作为代表性大气污染物【l 】。 1 1 2 1 对呼吸系统的影响 大量研究发现，大气中p m l o 浓度的上升容易引起上呼吸道感染、使鼻炎、 慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等呼吸系统疾病恶化。 p m l o 每增j j i j l 0 0ug m 3 ，成人男女感冒咳嗽的发生率分别升高4 8 1 $ d 4 4 8 。同 时，成年男性患支气管炎的比率增j h 5 1 3 【6 j 。 1 1 2 2 对心血管疾病的影响 毒理学实验和流行病学研究表明，大气颗粒物污染对心血管疾病发病和死 亡存在一定的短期和长期影响【7 1 。z e k a 等 8 】应用病例交叉研究综合分析了美国2 0 个城市从1 9 8 9 2 0 0 0 年共1 2 年的资料，结果发现3 d 内大气颗粒物p m l o 日平均浓度 每增加1 0ug m 3 ，心脏疾病死亡率相应累积增加0 5 0 ( 9 5 可信区间为 0 2 5 0 7 5 ) ，其中对冠心病死亡的累积增加效应更高，达0 6 5 ( 9 5 口- f f j 信区间 为0 3 2 0 o 0 9 8 ) 。p e k k a n e n 等f9 的流行病学研究也表明，颗粒物p m o 0 l o 1 、 p m o 1 1 o 、p m 2 5 浓度对冠心病病人心电图s t 段降低的危险度明显相关，其o r 值 分别为3 2 9 、3 1 4 和2 8 4 。f o r a s t i e r e 等【1 0 】的研究显示，大气颗粒物污染可能会诱 发心肌梗死或使心脏病突发而致死，曾患有心梗的病人则心肌梗死更易复发。 1 1 2 3 增加死亡率 1 9 8 7 1 9 9 4 年，s a m e t 等人 1 l 】对美国2 0 个最大城市空气 p m l o 浓度与人群死 亡率之间关系进行的研究表明，大气p m l o 浓度每增加1 0l ag m 3 ，人群总死亡率 就增加0 5 1 ，呼吸和心血管疾病的死亡率会增j n o 6 8 。即大气p m 2 5 浓度每升 高1 0 0ug m 3 ，居民死亡发生增加的百分比为1 2 0 7 ( 9 5 可信区间： 8 3 1 1 5 8 2 1 。w i c h m a n nh e 等 1 2 】研究了德国城市e r f u r t1 9 9 5 1 9 9 8 年大气 p m 2 5 、超细颗粒物与人群逐日死亡率的关系。结果发现，当空气动力学粒径为 2 第一章研究概述 0 0 1 0 1l am 的超细颗粒物计数浓度上升四分位间距时，人群死亡发生的相对危 险度分别为1 0 4 6 ( 9 5 可信区间为0 9 9 7 1 0 9 7 ) 、1 0 4 1 ( 9 5 可信区间为 1 0 0 1 - 1 0 8 2 ) 。此项研究也是第一次证实超细颗粒物与死亡率相关。 第二节交通道路扬尘的研究进展 大气颗粒物来源非常复杂，可以分为自然来源( 如火山灰、森林火灾、土壤 风沙尘，海盐等) 和人为来源( 工业燃料、城市基础设施建设、金属冶炼、交通排 放、生活排放等) 。城市的扩张使交通车辆排放物污染加重，交通排放来源的大 气颗粒物成为城市地区最主要的大气污染来源【l3 1 。 c a r b ( 美国加州空气资源局) 1 4 研究表明在美国加利福尼亚州铺装道路 灰尘占p m l o 排放的6 5 。许艳玲等【1 5 】研究表明交通扬尘对北京市大气p m l o 影响 显著，年平均贡献率为1 6 6 0 ，平均贡献浓度为2 7 5 01 1g m 3 。交通来源颗粒物 对大气环境的影响虽然估算结果在颗粒物的总发生量中低于燃煤等过程排放颗 粒物的排放量，但是由于交通来源颗粒物的排放高度比较低，且分布在交通线 两旁和交通路口，更接近人群密集和活动的场所，所以对空气环境质量、能见 度和人体健康的影响将更直接。因此道路灰尘的污染问题引起越来越多的关注 1 6 1 7 o 近年来，国内外学者在交通扬尘污染方面进行了大量研究。主要从两个方 面进行，一方面是对交通道路扬尘污染的监测和实验，研究粒度特征的描述， 主要使用的方法有悬浮法、筛分法和激光粒度仪法等【1 8 2 0 】，排放因子的估算【2 1 1 ， 以及化学成分分析【2 2 等，监测方法主要有u p w i n d d o w n w i n d 法、隧道法【1 6 】、车 载实时浓度差法【2 3 】、室内模拟方测2 4 】；另一方面是交通扬尘对大气颗粒物的贡 献评估，主要有排放清单法【1 5 】、浓度差法、受体模型法，其中受体模型法主要 包括：富集因子法、主成分分析法、化学元素平衡法、目标识别因子法等【2 6 | 。 早在1 9 6 8 年，美国环保署( e p a ) 首次发表了空气污染物排放因子汇编 ( a p 4 2 ) 【2 5 】，提出了铺装道路扬尘的排放因子模型，并定期对其进行补充更新。 其模型公式是在大量排放测试的回归分析的基础上得出的经验公式，提供了对 区域范围的排放估算、具体设备的排放估算以及与周围空气质量相关的排放估 算的计算模型及参数。近年来，美国等国外学者在交通道路扬尘污染方面也加 3 第一章研究概述 强了科学研究【2 7 之9 1 。有研究【2 9 - 3 0 1 表明，在美国加利福尼亚州铺装道路灰尘占p m l o 排放的6 5 ，意大利米兰交通道路灰尘占p m l o 排放的2 7 1 。k u h n s 等【2 6 j 基于 t r a k e r ( 道路再卷起气溶胶的动力排放测试) 方法研究了道路扬尘的排放和控 制措施，但是由于仪器的制作，价格比较昂贵等原因使测试进行起来比较困难。 国内多年来大多集中在道路扬尘颗粒物化学组分分析方面北京城区道路灰 尘重金属和多环芳烃污染状况探析【3 1 - 3 2 。直到近几年，才有樊守彬等学者对道 路扬尘排放特性开展了初步研究【3 3 。3 4 j 。 1 2 1 扬尘定义 所谓扬尘，可以认为源自于自然因素以及各种人类活动，沉降或积存于道 路、屋面、建筑工地、堆场和裸地等各类用地表面，在风等自然力和人为的作 用下，再次进入环境空气中的一类颗粒物【3 5 】。在国外，通常把由于自然风力或 人力作用而扬起进入空气中的尘称为扬尘，包括农业土壤尘、道路尘、裸地扬 尘、建筑扬尘等在内的地壳材料尘【3 引。 城市道路扬尘是以颗粒物的形式存在。迄今为止，我国国内还没有对道路 扬尘颗粒物应涵盖的粒度范围进行定义【3 7 】。美国环保署在其发布的空气污染 物排放因子汇编中明确提出道路尘颗粒物粒度范围在2 0 0 目( 约7 5l am ) 以- v 【2 5 l 。 1 2 2 交通道路扬尘的来源 城市交通道路扬尘的来源十分复杂，如图1 1 所示，主要有： ( 一) 铺装道路自身由于机动车行驶造成的老化磨损和分解造成的疏松物质； ( 二) 车辆尾气、刹车磨损和轮胎磨损造成的直接排放； ( - - ) 空气中沉降的尘土： ( 四) 人们在路上随手丢弃的垃圾； ( 五) 从建筑工地拉走建筑垃圾时带来的泥土和灰尘； ( 六) 邻近土壤因风蚀、水蚀作用带来的泥沙与尘土； ( 七) 车辆携带的泥块、沙土、物料等抖落遗撒物质； ( 八) 生物的残骸，如枯枝落叶，草坪、树木修剪遗留的碎屑； ( 九) 冬季化雪用的颗粒状化雪材料。 4 第一章研究概述 图1 1 道路尘的来源和去除过程 1 2 3 交通道路扬尘的组分分析 交通道路扬尘主要由硫酸盐、硝酸盐、铵盐等无机盐，s i 、f e 、a 1 、n a 、 c a 、m g 、z n 等金属元素以及烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等烃类和少量的亚硝 胺、酚类和有机酸等有机物质组成，其中具有致癌作用的多环芳烃和亚硝胺类 化合物对人体危害较大【3 引。 含有大量有害重金属和有机污染物的城市交通道路扬尘，成为潜在污染源。 因此，城市交通道路扬尘是城市环境污染研究中的一个重要研究对象。 第三节石油烃污染现状及危害 石油是当今社会最重要的能源之一，在工业化进程中的作用不容忽视，石 油及石油制品与我们的生活息息相关，但是随着石油开采量的扩大，在石油开 采、加工、运输和使用中各个环节中的泄漏、海上油轮事故造成的泄漏、铁路 5 第一章研究概述 机务段的洗油罐废水、拆船厂的油货轮废水等不可避免的会造成石油烃类的溢 出和排放，造成石油烃污染【3 9 。含污水灌溉、含油废水的排放、各种石油制品 的挥发、不完全燃烧物飘落也会造成石油烃污染。石油烃包括多种有毒有害物 质，可在环境中迁移或扩散，对生物和生态系统造成显见的或潜在的严重危害， 被联合国环境规划署( u n e p ) 列为重点监控的化学污染物之一【4 。 早在2 0 世纪8 0 年代初，土壤和地下水的石油烃类污染就已成为世界各国普 遍关注的环境问题。美国、日本、德国都将石油类污染物列为环境中优先控制 的潜在危害性大的有毒污染物，即优先污染物之一【4 1 | 。 石油是由上千种化学性质不同的物质组成的复杂混合物，由于烃类是其主 要组分，所以简称石油烃。其余为非烃类含氮、含硫及氧等元素的有机物。石 油烃主要包括饱和与不饱和烃、芳香烃类化合物、沥青质、树脂类等【4 2 1 。石油 烃是石油用于人类不同活动而产生的化学物质，其主要是指2 个或2 个以上的苯 环以稠环或非稠环形式相连接的化合物 4 3 1 。因石油源、水文地质条件、土壤特 性、加工程度( 原油、混合或炼制) 、老化程度等不同，成分和性质差异很大。石 油烃污染因其严重的环境危害而备受关注，其中很多有毒组分对人体健康和环 境具有直接或潜在的威胁】。 1 3 1 石油烃对土壤的危害 石油对土壤的污染主要集中在2 0 c m 左右的表层，石油进入土壤被土壤吸附 和存留于毛管空隙后后难以迁移，在环境中残留时间较长，污染土壤微生物和 土壤植物生态系统，影响土壤的通透性和肥力，破坏土壤生产力。石油进入土 壤中使土壤中的新鲜有机碳含量大幅度增加，而有效氮、有效磷却没有相应变 化，导致土壤中碳、氮、磷的比例严重失调，从而引起土壤中各微生物种群活 细胞数量及组成结构的变化，同时土壤中的微生物也会在生理代谢方面做出响 应，以适应环境的选择压力。以气态、溶解态和单独的一相存留于非毛管孔隙 的石油烃类迁移性强，容易造成污染范围的扩大最后引起地下水污染【4 6 | 。 i 3 2 石油烃对水体的危害 随着石油的开采和土壤环境石油污染的日益增加，土壤中的石油向下渗漏 污染地下水，或者被雨水携带通过径流污染地表水体、海水等现象日益普遍。 6 第一章研究概述 地下水是饮用水的主要来源之一。我国有的油田区周围居民掘井取用地下 水位饮用水。石油对水色、水味和溶解氧有较大的影响，影响了居民用水，不 同国家对饮用水中油的允许界限定在0 1 0 1 o o p p m 之间。 地表水中的石油类主要来自工业废水和生活污水，地表水是农业生产的主 要灌溉来源，一旦污染会直接造成土壤及农作物污染，作物污染又促进了家禽、 家畜和人体内有毒物质的富集，在整个食物链中最终危及人体健康【4 7 1 。 据统计，全球每年生产的石油中，约有1 1 0 0 0 ( 3 2 x 1 0 6 0 进入海洋环境，通常 i t 石油就可在海上形成1 2 k m 2 范围的油膜。根据有关部门统计：近2 0 年来，我国 沿海海域发生船舶溢油量在5 0 t 以上的事故高达5 0 余起【48 | 。石油比水轻且不溶于 水，易漂浮于水面，大面积的油膜覆盖于海面会阻碍阳光摄入海洋影响光合作 用，油膜还将阻断0 2 、c 0 2 等气体交换，破坏海洋中溶解气体的循环平衡，造成 水生生物的大量死亡，影响生物链的循环，从而破坏了海洋生态环境平衡，同 时也浪费了宝贵的石油资源【4 圳。 1 3 3 石油烃对大气的危害 土壤中的石油向空气中挥发、扩散和转移，使空气质量下降，直接影响人 体健康、生命安危和后代繁衍。一些挥发性组分在紫外线照射下与氧作用形成 有毒性气体，危害人和动物的呼吸系纠5 0 1 。牛冠明等研究了石油化工大气污染 对儿童肺功能影响，研究结果表明石化厂周围大气污染物浓度随季节而变化； 儿童肺功能与大气污染水平呈一定负相关，女童较男童敏感【5 1 1 。 1 3 4 石油烃对植物的危害 由于石油烃中富含反应基团，能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷 酸作用，从而使土壤有效氮、磷的含量减少，影响作物的营养吸收【5 2 1 。石油烃 中低分子烃比高分子烃对植物的危害强，主要是因为低分子烃能穿透到植物的 组织内部，破坏正常的生理机能。高分子烃可能因分子量较大而穿透能力差， 但是高分子烃易在植物表面形成一层薄膜，阻塞植物气孔，影响植物的蒸腾和 光合作用，抑制营养物质的吸收和转移，造成植物死亡。另外，土壤中的石油 烃还会在植物根部形成粘膜，阻碍根系的呼吸与吸收功能，根部从土壤中吸收 的石油向叶子和果实移动，从而不断积累放大【5 3 1 。如沈抚灌渠上游污灌区水稻 7 第一章研究概述 出现生长缓慢、烂根、粒瘪等现象，出产的大米光泽较差，粘性较低，有浓重 的石油味【5 4 1 。 1 3 5 石油烃对动物的危害 石油类污染物主要通过呼吸、皮肤渗透、动物取食等方式进人动物体内， 能破坏生物体细胞膜性结构的脂溶性，有选择性地损害机体的神经系统，腐蚀 呼吸道，致使动物皮肤、嘴巴和鼻腔过敏、发炎而无法正常觅食；破坏和抑制 免疫系统；破坏血液中的红细胞；引起肝脏萎缩、肺、呼吸道、。肾等多种器官 衰竭 5 5 】。 海洋中石油污染的最大危害是对海洋生物的影响，当石油进入海洋后，漂 浮在水面并迅速扩散，形成油膜，阻碍水体从空气中摄取氧气，抑制水中浮游 植物的光合作用，降低水中溶解氧含量，致使鱼虾贝类窒息死亡。有实验表明 当水中含油浓度为o 0 1 p p m 时，鱼类一天内就出现油臭，食用价值降低，为2 0 p p m 时鱼类不能生存。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害最大，石油污染短期内对成鱼 危害不明显，石油会粘到鱼鳃上或附着在卵上通过鱼类体肤渗透、呼吸代谢蓄 积在鱼体中，造成鱼类体型弯曲畸形，影响鱼类的生长繁殖最终会通过食物链 危害人体健康。海洋动物是利用毛发或羽毛来保持体温的，若它们的毛发和羽 毛被石油所粘附将直接影响保温效果，这些粘满石油的动物还会在游泳时因吸 入大量石油而导致其死亡【56 1 。 1 3 6 石油烃对人体的危害 石油烃一般可以通过呼吸、皮肤接触、饮食摄入等方式进入人体，能影响 人体多种器官的正常功能，引发多种疾病，包括：皮肤、肺、膀胧、阴囊癌症、 各种皮肤疾病、视听错觉、抑郁、胃肠障碍、甚至知觉丧失和记忆力丧失等多 种疾病【5 7 1 。石油中的苯、甲苯、酚类等物质，如果经较长时间较大浓度接触， 会引起恶心、头疼、眩晕等症状【5 3 1 。多环芳烃( p a h s ) 具有强烈的致癌性、致畸 性和致突变性，尤其是双环和三环为代表的多环芳烃毒性更大，多环芳烃还能 通过食物链在动植物体内逐级富集和放大，进而对人类健康造成严重威胁，成 为环境中受广泛关注的一类重要的污染物。正构烷烃( n a l k a n e s ) 的危害性也不可 忽视，当碳数大于1 6 时，随碳数的进步增加，正构烷烃不但能损伤皮肤，甚 8 第一章研究概述 至有产生皮肤癌的危斛58 1 。 第四节石油烃测定方法研究进展 石油是一种成分十分复杂的混合物，一般含有饱和烃、芳香烃及硫化物等。 石油烃含量的测定方法主要包括重量法、紫外分光光度法、荧光分光光度法、 红外光度法、g c f i d 、g c m s 法等。依测定目的不同可将上述分析方法分为两 类：一类为总石油烃( t o t a lp e t r o l e u mh y d r o c a r b o n s ，t p h s ) 沏i j 定法，主要有重量 法和红外分光光度法，这两种方法均为国际标准方法，我国国家环保局( g b 1 5 6 1 8 - 2 0 0 8 ) 和美国国家环保局( e p a ，m e t h o d4 1 8 1 ) 也采用这两种方法作为国家 标准方法；另一类为测定石油烃中各组分的组成、浓度及其变化的分析方法， 其中毛细管柱、火焰离子检测器结合的g c 和g c m s 能有效地判别原油的指纹特 征，具有良好的选择性和敏感性，是目前辨别原油指纹特征时运用最广泛、效 果最好的方法之一【5 9 】。有研究表吲6 0 g c m s 方法要优于g c f i d ，因为g c m s 可以测出有用的混合物信息和风险评价所需要的独特的t p h 分布。 第五节石油烃污染的健康风险评价模型 近年来，国际上对环境风险评价研究逐渐成为热点，广义上，环境风险评 价是指对人类的各种社会经济活动所引发或面临的危害( 包括自然灾害) 对人体 健康、社会经济、生态系统等所造成的可能损失进行评估，并据此进行管理和 决策的过程。狭义上，环境风险评价常指对有毒有害物质( 包括化学品和放射性 物质) 危害人体健康和生态系统的影响程度进行概率估计，并提出减小环境风险 的方案和对策 6 。环境风险评价的出现标志着环境保护战略由事故后被动治理 转向事故前预测和有效管理。 多环芳烃( p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ，p a h s ) 作为典型持久性有机污 染物( p o p s ) ，主要是由化石燃料和生物质的不完全燃烧产生的【6 2 i 。p a h s 是一类 由2 个或2 个以上苯环组成的物质，多苯环共轭体系使该类化合物具有高度的稳 定性，在环境中难以降解。由于p a h s 具有致癌、致畸、致突变等特性 6 3 1 。其中 的1 6 种p a h s 已经被美国环保署列为优先控制污染物。由于p a h s 具有脂溶性特 征，可以通过大气沉降作用经植物叶片吸收直接进入植物体内，或者通过污泥 9 第一章研究概述 施用和污水灌溉进入土壤中由植物根系吸收，并在植物体内迁移、代谢和积累， 进而通过食物链危及人类健康【删。英国环境q b p a h s 9 0 存在于表层土壤中【6 5 1 。 土壤已经成为p a h s 积累和迁移的重要介质【6 6 l 。 目前国内还没有颁布p a h s 的土壤环境标准，只是规定农用污泥中的最高允 黼 n n 3 m g k g ( g b 4 2 8 4 8 4 ) ( 中华人民共和国城乡建设环境保护部，1 9 8 4 ) 。 许海萍等【6 7 】研究了致癌和非致癌环境健康风险的预期寿命损失评价法，在 多种致癌物比较分析中认为苯并 a 芘风险最大，为2 0 。4ug d 。( 成年人) ，导致健 康个体寿命损失1 2 1 d ，远远超过最大可忽略风险1 0 巧风险所对应的寿命损失0 0 4 6 d 。如天津地区居民苯并 a 芘高致癌p a h s 的终生日均暴露仅为0 3 8 l a g - k g - i d ，但因为其致癌毒性巨大，所造成的健康危害非常严重，预期寿命损失 到了1 2 1 d 6 引。 国际上应用较广的环境风险评价模型有r b c at o o l k i t ( 美国) 、c l e a ( 英国) 、 r o m e ( 意大利) 及r i s c h u m a n ( 荷兰) 等，其中美国r b c at o o l k i t 矛l 英国c l e a 模 型运用最广泛。 1 5 1 美国r b c a 模型 r b c a 模型是由美国g s i 公司根据美国试验与材料学会( a s t m ) “基于风险的 矫正行动”( r i s k - b a s e dc o r r e c t i v ea c t i o n ，r b c a ) 标准开发的，r b c a 模型按照 美国环境保护署( u se p a ) 的化学物质分类，将化学物质分为致癌物质与非致癌 物质2 类。对于致癌物质，计算其风险值，并设定1 0 6 为可接受致癌风险水平下 限，1 0 。4 为可接受致癌风险水平上限；对于非致癌物质，计算其危害商，判定标 准设定为1 【6 圳。 r b c a 模型在计算时采用向后( b a c k w a r d ) 推导模式，即先设定污染物的致癌 或非致癌目标风险水平，再根据其暴露途径、毒理学参数及受体特征等计算其 标准值。计算过程中先根据污染物特性分别计算其在最大暴露途径下的