石油烃污染场地健康风险评价.doc

石油烃污染场地健康风险评价龚选波，王广才中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 10083摘要: 本文首先从健康风险评价的概念入手，总结了目前国内外健康风险评价的研究进展，健康风险评价的发展历史和内容。并在此基础上探讨了石油烃污染场地健康风险评价方法。构建适合我国实际的石油烃污染场地健康风险评价体系。关键词: 石油烃 风险评价 健康风险评价 方法体系Health Risk Assessment of Petroleum Hydrocarbons-Contaminated SitesAbstract: This article first from the environment risk assessments concept obtained, to summarize the present domestic and foreign environment risk assessment research development, the history of the development and content about Health Risk Assessment. And Discussion the petroleum hydrocarbon contaminated sites health risk evaluation method, To build the evaluation system that fit the actual petroleum hydrocarbon contaminated sites health risk our countryKey words: Petroleum hydrocarbons Risk Assessment Health Risk Assessment methods system工业革命以来，石油成为推动社会进步和发展的主要能源之一。随着大量的石油开采、加工、运输和使用等活动,形成了各种各样的石油烃污染场地.这类污染场地是世界各国普遍存在的环境问题.据不完全统计,2001年美国现有300万个储油罐中大约有50万个存在不同程度的泄漏1；英国有30%以上的加油站以及几乎所有炼油厂等都存在严重污染2。而在我国油气田地区,地下水系统石油烃污染已经非常严重。河北保定某石油污染场地中，石油类污染物的检出率超过40%，其中二氯甲烷、三氯甲烷、苯和甲苯检出率到达100%。石油及其石油化工造成的场地污染已逐渐凸现，并逐渐成为继农药污染之后的又一大污染场地。随着石油污染问题日益严重,特别是对人体健康和饮用水安全造成严重威胁,开展石油类污染场地健康风险评价将有利于充分了解水体与土壤污染状况、污染物迁移转化途径和对人体健康与生态的危害,提高人们风险意识和饮用水安全性。本文主要从健康风险评价的基本概念入手，回顾了健康风险评价的发展历史，在分析目前国内外污染场地健康风险评价的研究成果基础上，结合我国石油烃污染场地具体情况，探讨了污染场地风险评价方法。为构建适合我国实际的石油烃污染场地健康风险评价体系奠定基础。一 健康风险评价的基本概念风险:某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。其定义为事故发生概率P(即风险度)与事故造成的环境后果C的乘积,用风险值R表征34,即:R危害/单位时间=P 事故/单位时间C 危害/事故风险评价：对系统发生事故的危险性进行定性或定量分析，评价系统发生危险的可能性及其严重程度，以寻求最低的事故率、最少的损失和最优的安全投资效益。健康风险评价(health risk assessment,HRA)是环境影响评价的重要组成部分，是收集，整理和解释毒理学资料，人类流行病学资料，环境和暴露的因素等资料的过程，通过使用风险评价方法和暴露评价模型来估计特定剂量的化学或物理因子对人体、动植物或生态系统造成损害的可能性及其程度大小5。二 健康风险评价发展 健康风险评价起步于19世纪末至20世纪30年代, 因环境污染造成的在短期内人群大量发病和死亡事件逐渐增多,其中最具代表性的就是世界上著名的“八大公害事件。这些事件发生后，毒理学家和环境专家开始用毒物鉴定方法进行健康风险分析。后来一些学者收集并综合流行病学和动物实验资料，对每一种有害物质的不良健康效应进行剂量-反应关系分析5。直到60年代，毒理学家才开始进行低浓度暴露条件下的健康风险评价6。 19世纪70至80年代，健康风险评价迎来发展的高峰期，特别在一些发达国家，健康风险评价体系基本建立。美国是较早开展污染场地风险评价的国家并在该时期取得了丰硕成果。1975年美国核管会对核电站进行的安全研究，建立并完善了概率风险评价方法体系7。此后风险评价概念进入了其它各个领域。其间取得最大的成果是1983年美国国家科学院(NAS)出版的红皮书联邦政府的风险评价:管理程序，该书将健康风险评价概述为四个步骤:危害鉴别、计量一反应评估、暴露评估和风险表征8。该方法目前己被荷兰、法国、日本等许多国家和国际组织采用9。同时，美国相继制和颁布了一系列的导则、手册、指南等相关的技术文件，这些文件涵盖了场地查、监测、评价、修复和管理的各个方面，如土壤筛选导则、致癌物质风险评价指南、致突变风险评价指南、化学混合物健康风险评价指南、石油污染土壤修复指南和超级基金污染场地健康风险评价指南等10。此外美国还建立了比较全面的污染场地风险评价数据库和若干个用于污染场地健康风险的模型软件系统。英国建立了污染场地相关污染信息网和评价模型，英国环境署和环境、食品与农村事务部提出了污染场地对人类健康的风险评价模型，既CLEA模型。该模型被英国官方用来产生英国土壤污染物的指导值。此外，荷兰、新西兰等国家在污染场地评价方面也取得了较大的发展。其中，荷兰早在20世纪80年代早期就进行了严重污染场地名录的汇编。并且使用类指导值(A、B、C值以及其后继的值)来对污染场地进行管理10。19世纪90年代后，健康风险评价有了长足的发展。美国科学院提出的风险评价四步法成为健康风险评价常用的方法,并逐渐应用到矿山环境、石油污染场地和农药污染等各个领域。我国在80年代中后期开始对健康风险评价的重视与应对措施的研究。潘自强11等首先在核工业系统内开展了环境风险评价综合评价的研究，以期达到环境中包括放射性污染物、致癌化学物和非致癌化学物进行综合性全面评价。胡二邦5等在有关环境风险评价的成果中分别对健康风险评价的方法和不确定性等进行了解释和描述。张应华，李广贺12等从危害鉴别、计量一反应评估、暴露评估和风险表征四个步骤评价了石油污染对人体健康的风险，并使用了MMSOILS模型进行暴露评估和用蒙特卡罗技术进行不确定性分析。陈鸿汉等13和堪宏伟14分别对污染场地健康风险评价的理论和方法开展了探讨，提出了叠加风险和多暴露途径同种污染物人群健康风险的概念。但是与发达国家相比，我国目前还没有颁布关于污染场地风险评价的法律法规性文件，也没有建立污染场地的国家数据库，不同类型污染场地风险评价技术与标准体系不完善，缺乏系统的污染场地风险评价调查体系和方法体系。为有效地保护人体健康及合理利用资源，我国需逐步加强污染场地风险评价方面的研究工作，尽快建立和完善污染场地风险评价技术与政策体系。三 主要内容和评价方法石油烃中含有多种有毒物质，其毒性按烷烃、环烷烃和芳香烃的顺序逐渐增加。其中有2000多种毒性大且疑有“三致”效应的有机物质，如苯系化合物、多环芳烃中菲、葱、花及酚类等。石油进入水体环境后，会对动物、水生生物和人类等产生严重危害。土壤遭受石油污染后，石油会破坏土壤结构，影响土壤的通透性，降低土壤质量。此外，进入土壤的石油污染物还会随着地表径流进入地表水体，引起江河湖泊污染;通过土壤淋溶、渗滤作用进入土体深层和地下水，引起地下水污染10。因此开展石油烃污染场地的健康风险评价势在必行。随着环境化学、环境微生物学、生态毒理学以及分析化学等学科的发展,研究有毒有害化学物质对人体健康和生态环境的危害逐渐为人们所重视,健康风险评价的研究内容和方法随着这些基础学科的发展而不断发展.本文以健康风险评价的基本步骤为主线,对健康风险评价各阶段的主要内容和研究方法进行综合论述，构建适合我国国情的石油烃污染场地健康风险评价体系。污染场地健康风险评价方法基本包括4个步骤：数据收集和分析、毒性评估、暴露评估、和风险表征。1 数据的收集与分析综合不同国家和组织机构提出的健康风险评价的程序和步骤,健康风险评价的第一步都是进行数据收集与分析，即进行场地信息调查和分析。识别可能的研究区域的范围，初步判定直接或潜在污染源和途径。这一阶段收集资料主要包括：土地利用的历史变迁资料，工业生产历史和现状、产业结构布局资料；与场地有关的自然环境、社会经济、污染源和场地污染历史等方面的资料；过去场地废物的产生与处理过程、与场地有关的有害物质、有害物质的潜在来源、扩散途径和受影响的介质等资料；流行病学与毒理学的统计数据；污染区或附近居民进行调查，获取当地居民的人群分布、人群结构、人群生活方式等信息。2 毒性评价毒性评价指分析受试物引起暴露人群不良健康反应的各种证据，估计暴露强度与不良反应增加的可能性和不良健康反应程度之间的关系。毒性评价包含危害鉴别和剂量反应评估二个部分。2.1危害鉴别危害鉴别是判定某种污染物是否对人体健康产生危害。如果判定某污染物对人体健康产生危害，并进一步确定其危害后果，如是否具有致癌性或者非致癌性等。危害鉴别资料一般通过人类流行病学资料获取，在缺少人类流行病学资料时，根据动物实验的资料也是可以的。在对人类流行病学资料和动物实验资料进行评估后，将人类和动物资料证据的程度分组5。如表一：表一 动物实验和人类资料进行的证据分类人类证据动物证据足够的有限不充分无资料无证据足够的AAAAA有限B1B1B1B1B1不充分B2CDDD无资料B2CDDE无证据B2CDDE将人类和动物证据结合进行证据权重分类。A组：人类致癌物B组：很可能的人类致癌物C组：可能的人类致癌物D组：不能划为人类致癌物E组：对人类无致癌证据2.2剂量反应评估剂量反应评估是在认定待评价的物质具有毒性的基础上，依据人群流行病学调查资料和毒理学的研究结果，阐明不同剂量水平的待评价物质与接触群体中出现的最为敏感的关键的有害效应发生率之间的定量关系。在毒理学中将剂量反应评估分为两类：（1）暴露某一化学物的剂量与个体呈现某种生物反应强度之间的关系，又称剂量效应关系；（2）某一化学物的剂量与群体中出现某种反应的个体在群体中所占的比例，可以用%或者比值表示，如死亡率、肿瘤发生率等5。目前关于人体健康风险评价的剂量-反应关系研究较多,剂量-反应关系主要是通过人类流行病学资料和与人类接近的敏感动物的实验资料的基础上估算出来的.在健康风险评价中,通常有以下两种剂量-反应评估方法：1 无阈效应（如癌）情况下，由于人体在实际环境中的暴露水平通常很低，而动物实验学或流行病学研究中的剂量相对比较高，因此剂量-反应评估通常采用低剂量外推方法7。常用的低剂量外推模型有：概率单位模型、对数单位模型、威尔布模型、单击模型、多阶段模型、线性多阶段模型、一次打击模型和多次打击模型等15。2 有阈效应(如非致癌)情况下，通常通过未观察到的有害作用水平（no observed adverse effect level,NOAEL）和不确定系数(uncertainty factor,UF)来推导出可接受的某种有阈化学物的参考剂量(reference dose,RFD)： 式(3-1)式中:RFD某种由阈化学物的参考剂量,mg/(kg*d); NOAEL-未观察到的有害作用水平, mg/(kg*d); LOAEL最低可观察到的有害作用水平, mg/(kg*d); UF不确定系数,无量纲,UF=F1*F2*F3;F1=1100-种间不确定性参数;F2=110-种内不确定性参数;F3=1100-毒性性质不确定性参数;MF=110资料库完整性的不确定性参数。2.3暴露评估暴露评估是确定或估算（定量或定性）暴露量的大小、暴露频率、暴露的时间和暴露途径。通常只关心现在和未来的可能暴露状态。在暴露评估中通常包括三个步骤：（1）暴露环境识别暴露环境物理特点和人群特点，如污染场地气候、植被、地下水以及地表水情况，暴露人群的特征包括受暴露人群离污染场地的距离、生活习惯、是否有敏感人群存在。不仅要考虑当前的人群特征，同时还得考虑将来可能的暴露人群。（2）确定暴露途径暴露途径是污染物质从污染源到人体的路径。一条完整的暴露途径需要确定污染物来源、释放、类型和位置；污染物在介质中的迁移、转化、归宿以及滞留时间；潜在暴露人群的位置和活动情况。对每一个暴露途径确定暴露位置和暴露的方式（如食入、吸入、皮肤接触等）。（3）定量暴露对暴露途径上暴露量的大小、暴露频率和暴露时间进行定量。通常分为二个阶段进行，既估算暴露浓度算吸入量。暴露浓度一般利用监测数据或化学转运及环境的最终结果模式进行估算。吸入量以不同剂量为基础，用单位时间单位体重与身体暴露的化学物的质量来表示。对于不同的暴露途径，其暴露剂量的计算公式如下： 呼吸受污染气体暴露途径： 式(3-2 摄取途径（水、食物和土壤）水； 式(3-3)食物： 式(3-4)土壤及土壤颗粒： 式(3-5) 接触途径（土壤、水）皮肤与受污染土壤接触： 式(3-6)皮肤与受污染水体接触： 式(3-7)式中：CDI为吸入量（mg/kg/d）; 为空气中化学物含量mg/m3；为水体中化学物含量mg/L；为食物中化学物含量(mg/kg); 为土壤中化学物含量(mg/kg); 为空气吸入量m3/d; 为饮水量L/d; 为食物摄入量(kg/d); 为土壤摄入率(mg/d);ABS为皮肤对介质中化学物的吸附比（g/g）;AF为皮肤对土壤的粘滞系数(mg/cm2);PC为特定化学物皮肤渗透常数(cm/h);SA为皮肤接触表面积(cm2);BA为生物可利用因子; AT为评价时间(a);BW为体重(kg);ED为暴露期(a/lifetime);EF为暴露频率(d/a)。2.4风险表征10风险表征是将前面资料进行总结，并综合进行风险的定量和定性表达。风险表征包括风险估算、不确定性分析和总结并给出风险表征结果。1 风险估算，以非致癌风险和致癌风险表示。非致癌风险一般认为非致癌健康效应是阈值效应，低与阈值则认为不会产生不利与人体健康的影响。非致癌风险通常采用非致癌危害指数(HQ)或暴露途径累积非致癌危害指数(HI)来描述，其计算式如下:非致癌危害指数: 式(3-8)式中，一人体的日暴露剂量，mg/kg/d; RFD参考剂量，mg/kg/d假设各有毒物质对人体健康的非致癌效应呈叠加关系，而非协同或拮抗关系，则不同物质同一中暴露途径的非致癌风险计算式如下:暴露途径累积非致癌危害指数: 式(3-9)式中，Hl一暴露途径累积非致癌危害指数；一第i种污染物的日常暴露剂量，mg/kg/d；一第i种污染物的参考剂量，mg/kg/d；n一某暴露途径非致癌污染物数量。同样地，多物质多暴露途径的非致癌风险计算式如下： 式(3-10)式中，一第i种污染物第j种暴露途径的日常暴露剂量，mg/kg/d；一第i种污染物第j种暴露途径的参考剂，mg/kg/d；n一某暴露途径非致癌污染物数量，m一污染物的暴露途径数量。对于给定的物质，若Hll，则其可能对人体健康造成不利的非致癌效应，必须立即采取措施限制暴露;若HIl，表明其对人体健康所造成的不利影响在可接受水平。对于多种物质，Hl值越大，其对人体健康所造成的不利非致癌效应发生的可能性越大，反之越小。需要指出的是，即使在单个污染物质的暴露剂量比各自的参考剂量小的情况下，所有物质总的Hl也可能远大于1。致癌风险致癌健康效应被认为是无闭值效应，即只要受到暴露，即使暴露的剂量很小也可能对人体健康产生很不利的影响。致癌风险可用致癌风险值(R)来表示，它定义为长期的白暴露量与致癌斜率因子的乘积，表征人体终生暴露于致癌污染物而产生的超过正常水平的癌症发病率。其计算式如下:低剂量暴露时(Ro.ol)采用单击模式： 式(3-12)式中，R一终生致癌风险值;SF一致癌斜率因子，（g/kg/d）-1在计算同一物质多种暴露途径、多种物质同一暴露途径以及多种物质多种暴露途径的致癌风险时，如果没有明确的资料表明各种物质各暴露途径之间的致癌关系时，为了偏于安全的考虑，其总风险为各种物质各暴露途径的风险值之和。美国可接受的癌症风险水平为10-610-4，若场地的癌症风险小于10-6，则认为是可以接受的，不需要进行进一步的评价;若癌症风险大于10-4，则认为是不可接受的，需要采取修复行动。2 不确定性分析不确定性分析是对风险评价结果本身的可靠性作出评价。不确定性来源于风险评价的各个阶段,野外测量误差、取样误差、实验分析、模型参数获取、模型的适用性和假设、描述误差、专业判断误差和不完全分析等均存在不确定因素。通常采用蒙特卡罗技术，该方法提供运用概率方法传播参数的不确定性,更好的表征风险和暴露评价。其分析步骤包括:定义输入参数的统计分布;从这些分布中随机取样;使用随机选取的参数系列重复模型模拟;分析输出值,得到比较合理的结果。3 总结和给出风险表征结果指客观地表述污染场地风险,判断关键的与污染场地有关污染物的可信程度；键暴露途径、暴露量估算值的可信水平；导致污染场地风险的主要因素；降低最终评价结果不确定性的主要因素；认风险的相对性,科学地指导污染场地管理决策。四 我国在石油烃污染场地健康风险评价中存在的问题近年来，我国在石油烃污染场地健康风险评价方面有了很大的发展，国内一些学者在对石油化工和石油勘探开发的健康风险评价有了初步的探讨。但是总体来说我国在开展石油烃污染场地风险评价过程中还存在不少问题，主要表现在以下几个方面：1 对石油烃污染场地基础性调查工作不够，场地污染监测体系不完善,缺乏对场地污染历史和现状的全面了解。导致对我国污染状况不了解，成因不明。 2 我国还没有形成有效的石油烃污染场地环境风险管理体系和法律体系，评价与决策管理衔接不够。3我国土壤和地下水的标准还不甚完善,其中许多石油烃类物质还没有相应的标准。五 我国构建石油烃污染场地健康风险评价方法体系的建议1 尽快开展我国石油烃污染场地基础性调查工作，对受石油烃污染严重区域、污染类型、污染程度开展详细调查与评价，尽快完善场地污染监测体系。2.尽快建立有效的污染场地环境风险管理体系和法律体系方法。从国家法律层面上确定污染场地健康风险评价的地位,使之有法可依。在综合借鉴国外相关技术经验的基础上,深入、细致地研究和发展适合我国国情的、可操作性强的石油烃污染场地环境风险评价的技术方法.3.加紧场地环境标准的研究和制订工作, 目前我国土壤和地下水的标准还不甚完善,其中对石油类物质还没有相应的标准.因此,尽快补充和建立适合我国污染场地土壤和地下水中环境质量标准。4石油烃污染场地健康风险评价是一门综合性很强的学科,其研究涉及环境化学、环境医学、生态毒理学、微生物学等学科，因此单凭一个学科的力量是很难完成的,因此必须将环境化学、环境医学、生态毒理学、微生物学等学科分别进行的研究组织起来,相互配合、有系统地进行,形成一支跨部门、跨学科的研究队伍,充分利用现有科研条件,逐步形成我国风险评价研究网络。六 结论对石油烃污染场地进行健康风险评价是石油烃污染场地污染治理的依据,它主要包括数据收集和分析、毒性评估、暴露评估和风险表征四方面内容。本文在综合国外污染场地健康风险评价方法的基础上,对适合我国石油烃污染场地健康风险评价方法、目前中国开展污染场地健康风险评价面临的相关问题和如何构建石油烃污染场地健康风险评价体系开展了讨论。指出构建中国石油烃污染场地健康风险评价体系应从基础性调查工作入手, 加紧场地环境标准的研究和制订工作，综合包括环境化学、环境微生物学以及生态毒理学等学科的研究，以典型石油烃污染场地健康风险评价为试点,逐渐建立和完善风险评价指南和技术细则,最终完成包括法律法规、评价指南和技术细则等在内符合中国实际的石油烃污染场地健康风险评价体系的建立。七 参考文献1Kaoa C.M,Jason P. Evaluation of natural attenuation rate at a gasoline spill site J.Journal of