基于J&E/AAM模型的污染场地VOCs风险防控

土壤或地下水中挥发性有机污染物经包气带迁移后进入建筑物,导致室内污染物聚集危害人体健康.为研究场地蒸气入侵的过程及影响因素,以苯为例,借助一维J&E解析模型和二维近似解析AAM模型,探究土壤性质参数对污染场地建筑物底板处蒸气衰减系数和室内蒸气衰减系数的影响,并分析两个模型的适用条件.结果表明,室内蒸气浓度（C_in）取决于建筑物底板处蒸气浓度（C_ck）和土壤气体进入室内的速率（Q_ck）.J&E模型中,室内蒸气衰减系数（α_sin）随着地基埋深增加先减后增,而AAM模型中室内蒸气衰减系数一直呈上升趋势.毛细管的存在使蒸气衰减系数降低1~2个数量级,土壤水分也可有效阻挡蒸气向上扩散.在低渗透土壤条件下,两个模型计算的室内蒸气衰减系数均在10-4左右;在高渗透土壤条件下,建筑物底板处对流作用强烈,J&E模型建筑物底板处蒸气浓度减小,室内蒸气衰减系数在10-3左右,AAM模型建筑物底板处蒸气浓度为定值,室内蒸气衰减系数随土壤渗透系数的变化大致呈线性增长,且比J&E模型结果高1~2个数量级.研究显示,当污染场地建筑物底部对流作用强烈或在砂土、壤土类土壤中,采用J&E模型更为合理;对流较弱或在粉土、黏土中,可以采用AAM模型代替J&E模型,简化计算过程,便于进行场地风险评估.污染物蒸气在砂土中穿透力较强,而黏土层可以有效阻挡蒸气的迁移,在实际场地风险管控中,可以采用换土或表层覆盖黏土的方法阻挡蒸气的迁移.      

土壤中苯和硝基苯蒸气入侵建筑物研究

土壤中一些污染物浓度尽管可达到相关土壤质量标准,但当其之上建有建筑物后,由于污染物蒸气会通过裂隙、管道边缘等入侵建筑物而造成危害。选取某硝基苯生产企业搬迁后的场地作为研究对象,在分析土壤污染物蒸气入侵建筑物的途径与危害的基础上,利用Johnson&Ettinger模型预测未来在该场地上建设的建筑物的室内苯和硝基苯蒸气挥发暴露浓度,并依据相关环境空气质量标准对其进行了环境影响评价。结果表明:研究场地部分点位中苯和硝基苯蒸气的室内挥发暴露浓度已超标,将会对环境和人体健康构成一定的危害。最后提出了减轻土壤污染物蒸气入侵危害的对策与措施。     

蒸气入侵暴露情景下土壤气筛选值推导与比较

采用J&E模型推导了典型蒸气入侵暴露情形下土壤气中ρ(苯)、ρ(甲苯)、ρ(氯仿)及ρ(1,1-二氯乙烯)的筛选值,并与US EPA(美国国家环境保护局)及美国各州的颁布值进行比较. 结果表明,具有致癌效应的苯、氯仿相同暴露情形下的筛选值低于非致癌效应的甲苯、1,1-二氯乙烯3~4个数量级,表明VOCs污染场地应重点关注致癌性污染物. 其中,浅层土壤气居住暴露情形下ρ(苯)、ρ(甲苯)、ρ(氯仿)及ρ(1,1-二氯乙烯)的筛选值分别为9.6×102、2.7×102、1.1×107、4.0×105μg/m3,工商业暴露情形下分别为4.6×103、1.3×103、6.3×107、2.4×106μg/m3. 深层土壤气居住暴露情形下ρ(苯)、ρ(甲苯)、ρ(氯仿)及ρ(1,1-二氯乙烯)的筛选值分别为1.1×103、3.1×102、1.2×107、4.5×105μg/m3,工商业暴露情形下分别为5.2×103、1.5×103、7.1×107、2.7×106μg/m3. 筛选值大小的决定因素包括污染物的室内允许浓度、土壤气衰减系数及建筑物参数. 浅层与深层土壤气中各污染物筛选值无明显差异,但与US EPA及美国各州的颁布值差异较大,这主要是由污染物室内允许浓度及衰减系数确定方法的不同所致. 浅层土壤气平均衰减系数为2.3×10-4,与深层土壤气平均衰减系数(2.0×10-4)无明显差异,但均低于US EPA对应经验值〔0.1(浅层)、0.01(深层)〕2~3个数量级. 在不考虑吸附及生物降解时,污染源上方清洁土壤对污染物的衰减作用不明显.      

基于特定污染场地的蒸汽入侵模型研究

对某化工厂搬迁后拟建的商业住宅用地所在区域地下水开展污染调查,采样结果表明,拟建住宅区存在甲苯、乙苯、二甲苯3种苯系物污染,可能通过蒸汽入侵途径对居民造成健康风险。该研究场地地下水水位2.67 m,地下室埋深3.66 m,地下室底板位于地下水水位以下,导致《污染场地风险评估技术导则》中建议的基于地下室在地下水水位以上的通用污染概念模型不适用于该污染场地。文章创新性地构建了基于地下室底板低于地下水水位的蒸汽入侵模型,该模型根据蒸汽入侵方式的不同,可分为地下室进气污染概念模型和地下室渗水污染概念模型。以该污染场地的实测数据为基础,采用该模型进行室内浓度计算,并与通用污染概念模型的计算结果进行比较,结果表明通用污染概念模型由于存在包气带及裂隙的衰减,导致计算的污染物浓度偏低,比渗水模型少400倍以上,远远低估了污染物侵入室内的浓度。由此可见,在对该污染场地进行风险评估时,直接套用现有的通用污染概念模型来计算室内污染物浓度是偏离客观事实的,必须对现有模型进行修正。     

焦化场地包气带区土壤苯的精细化风险评估

苯系物是以煤炭为原料的焦化企业主要挥发类有机污染物（VOCs）.我国现行技术导则在评估VOCs呼吸暴露健康风险时推荐Johnson-Ettinger（J&E）蒸气入侵模型,该模型简单易用,但在某些实际场地应用中存在过于保守的问题,采用双元平衡模型（Dual Equilibrium Desorption,DED）对J&E模型进行校正后可以在一定程度上克服该问题.基于河北省某焦化厂前期土壤调查结果,选取约30 000 m2污染较重的区域开展苯土壤气通量专项调查并进行精细化风险评估,采用J&E-DED模型计算苯的室内呼吸暴露途径健康风险,并与基于J&E模型和实测土壤气挥发通量计算的风险结果进行比较.结果表明:①基于J&E模型、J&E-DED模型、实测土壤气挥发通量计算研究区域土壤苯的致癌健康风险均超过1.00×10-6,对人体存在不可接受的致癌风险.②基于J&E-DED模型计算的风险值比基于J&E模型计算的风险值更接近于基于实测土壤气挥发通量计算的风险值.③当场地土壤性质偏砂性时,可为土壤气中VOCs的扩散迁移提供相对贯通的自由通道,致使整个污染区域土壤气的浓度和风险分布比较均匀.④对J&E-DED模型评估苯室内人体呼吸暴露健康风险时的敏感性参数进行分析发现,地基裂隙中空气体积比对结果的影响最明显（达190.6%）,影响最小的是土壤孔隙水体积比和土壤容重,其他参数对结果均有比较明显的影响.研究显示,该场地地质条件下,J&E-DED模型对于反映土壤中苯的人体健康风险具有较好的适用性,可以在一定程度上克服J&E模型计算结果过于保守的问题.      

室外空气污染对室内空气质量的影响研究

利用数值模拟方法,研究了单个建筑物外存在点污染源时室外空气污染对室内空气质量的影响.首先利用点污染源时单个建筑物周围污染物扩散的风洞实验验证了计算模型和方法的正确性,再利用自然通风的风洞实验,计算了不同污染源位置和建筑物进风口时的室内外速度场和污染物浓度场.结果表明:速度场的计算结果与风洞实验结果基本吻合,无量纲通风量的计算值略小于实验值;建筑物迎风面回流区上方的气流进入室内;当点污染源位于建筑物前的距离和建筑物高度之比约等于1时,污染源在地面处的室内污染物浓度要小于源在建筑物高度一半处的;建筑物进风口的挡风板对室内污染物浓度的影响不大;根据壁面上污染物浓度的分布来改变进风口位置,是减少室内空气受室外污染影响的有效方法.      

基于DED模型的挥发性有机物健康风险评价

为评估DED（Dual Equilibrium Desorption,双元平衡解吸）模型用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险的适用性,以邯郸某化工搬迁场地中危化品存储车间场地为案例,采用DED模型分别计算了二氯甲烷和苯在埋深1.5m（浅层）和3.5m（深层）处的呼吸暴露健康风险,并与基于相应深度实测土壤气中污染物浓度及采用传统J & E（Johnson and Ettinger）模型预测的呼吸暴露健康风险进行了比较验证.结果表明:①采用DED模型预测的二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（2号点浅层、6号点浅层及深层、5号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ②基于实测土壤气中污染物浓度计算的健康风险显示,二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（4号和6号点浅层和深层及2号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ③采用J & E模型预测的二氯甲烷和苯的健康风险均超过10-6. ④对比发现,对于二氯甲烷DED模型预测的风险结果与基于土壤气实测污染物浓度预测的结果总体无明显差异,但苯在部分点位前者预测结果低于后者.研究显示,DED模型基本上能适用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险,但在某些点位可能会低估实际风险,建议具体使用过程中进一步采集场地数据进行验证,而J & E模型的预测结果均过于保守;同时,对DED模型各参数进行敏感性分析发现,土壤中土壤气体积含量、污染物浓度和有机碳含量对风险结果影响相对明显,土壤容重则几乎没有影响.      

毒代-毒效动力学模型及其在金属水生态风险评估中的应用研究进展

金属污染呈现出复合性、空间时间可变性、受环境因素等影响的特点。目前金属的水质基准及生态风险评价仍是以室内简化暴露条件(单一金属恒定浓度短期暴露)下的毒性数据为基础,忽视了实际环境中复杂的暴露特征,从而增加了重金属毒性预测与风险评估的不确定性。污染物的环境效应模型是环境基准和风险评估的基础和核心技术,目前常用的浓度(剂量)-效应模型是基于静态的统计关系所建立的,无法揭示污染物的效应过程,也不能有效进行复杂暴露条件下的生态效应评估。概述了近年来在环境与生态毒理学领域逐渐被广泛关注的毒代-毒效动力学(toxicokinetics-toxicodynamics,TK-TD)模型的基本概念及构建理论与方法,介绍了TK-TD模型在水环境重金属毒性预测及风险评估方面的应用研究进展,并对TK-TD模型的发展趋势进行了展望。     

土壤及地下水污染点不同暴露途径的健康风险比较

选择目前国际上应用最为广泛的RBCA模式和Csoil模式,进行土壤污染和地下水污染暴露途径考虑异同的比较,并在此基础上设置典型的污染情景,对不同暴露途径的健康风险进行了计算.Csoil模式比RBCA模式多考虑了3种可能的暴露途径.将2种模式结合进行案例计算的结果表明,表层土壤污染的风险最大;对于浅层土壤污染,考虑淋溶作用时的风险较高.挥发暴露和饮水暴露是土壤及地下水污染点最主要的暴露途径,在RBCA模式中没有考虑的洗澡过程中的暴露也非常重要.对于表层土壤污染,覆土是减小健康风险的有效办法.     

基于PMF模型解析典型化工园区VOCs污染来源应用研究

选取某小型化工园区为研究对象,在不同日期进行样品采集并使用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)定性定量分析,评估该区域VOCs污染水平及特征,同时研究P MF模型解析小尺度区域VOCs污染来源的可行性.结果表明,该研究区域VOCs浓度明显高于城市环境空气及其他化工园区,存在较重污染;该区域VOCs的主要成分为丙烯、苯、甲苯、萘、间-乙基甲苯、丙酮、丙烷、1,2,4-三甲苯、异丁烷等物质,各排放源污染特征显著,差异性明显;使用PMF模型对观测期间VOCs源解析,共获得4个因子,各因子与该区域不同排放源工艺及污染特征能够高度对应,并依此计算了各点位VOCs污染来源,结果与污染物扩散规律相符,PMF模型应用于小尺度污染物溯源分析具有可行性,能够很好地解析VOCs污染来源.     

MIL-101高效吸附测定土壤气中三氯乙烯及健康风险评估

为研究基于实测土壤气中ρ（三氯乙烯）计算风险值与Johnson-Ettinger联合Dual-Equilibrium Desorption（JE-DED）模型和J&E模型计算风险值的差异,在MIL-101、UIO-66、ZIF-8和MOF-801金属-有机骨架（MOFs）材料,球形活性炭、膨胀石墨碳吸附材料及HiSiv1000和HiSiv3000分子筛等3类8种吸附剂中筛选出吸附效率较高的MIL-101 MOF材料用以吸附并测定土壤气中ρ（三氯乙烯）,并将基于实测土壤气中ρ（三氯乙烯）计算的风险值与J&E模型和JE-DED模型计算的风险值进行比较.结果表明:①对于北京潮土和黑龙江黑土,J&E模型计算的风险值比基于实测土壤气中ρ（三氯乙烯）计算的风险值高2个数量级.②对于w（有机碳）较低的北京潮土,基于JE-DED模型计算的风险值比基于实测土壤气中ρ（三氯乙烯）计算的风险值高1个数量级,但比基于J&E模型计算的风险值低1个数量级,表明JE-DED模型预测结果更接近实际情况,但仍偏保守.③w（有机碳）较高的黑龙江黑土,JE-DED模型计算的风险值与基于实测土壤气中ρ（三氯乙烯）计算的风险值更接近,JE-DED模型可以比较准确地预测三氯乙烯的风险值.研究显示,采用土壤气中ρ（三氯乙烯）实测值和JE-DED模型进行风险评价在一定程度上可以避免J&E计算过于保守的问题,可以更加真实客观地反映场地污染程度而避免过度修复产生资源浪费.      

室内空气中的甲醛检测分析及其预测模型

对 2003年哈尔滨市居室室内空气中的甲醛污染检测与统计分析表明,随机检测的 246 个样本中甲醛浓度范围0.017～1.302mg/m³,年均值为0.219mg/m³,样品超标率 77.24%.夏季 6～8 月的甲醛浓度月平均值是冬季采暖期的2.0倍.各月室内甲醛平均浓度与各月平均温度具有良好的线性相关性,相关系数 R²=0.8652.依据影响甲醛浓度的因素及其实测数据,建立了预测室内空气中甲醛浓度的数学模型.     

基于用地规划的大型污染场地健康风险评估

以某焦化类大型污染场地苯污染土壤为例,针对S1(单一用地)、S2(多种用地)、S3(考虑建筑设计)3种暴露情景,分析不同情景下场地土壤中苯污染的暴露途径并进行健康风险评估. S1情景下的苯致癌风险为9.2×10-5. 在S2情景下,规划的5个分区中仅E区(居住用地)苯的致癌风险(4.3×10-4)高于可接受水平(1.0×10-6), 考虑到各功能区累积致癌风险,则E区高污染可导致其他4个功能区〔A区(商业用地)、B区(城市绿地)、C区(居住用地)、D区(商业用地)〕的累积致癌风险(分别为6.5×10-6、2.2×10-6、7.3×10-6、2.2×10-5)均高于可接受水平,表明单一用地会低估污染物聚集区的风险. 在S3情景下,A、B、C区土壤中苯的致癌风险(分别为1.2×10-7、2.7×10-7、2.5×10-7)均未超过可接受致癌风险水平;D区由于污染土壤被完全清除,不存在健康风险;E区开发后由剩余土壤产生的苯致癌风险为2.7×10-5,D区受E区影响产生的累积致癌风险(1.5×10-6)高于可接受水平. 进一步分析表明,场地的用地规划与建筑设计等因素将影响风险评估中关键参数(包括污染源浓度、水文地质参数、暴露参数、受体参数等)的取值,从而影响风险评估结果;此外,各功能区之间的风险影响也不容忽视. 对于大型污染场地,结合用地规划进行暴露情景分析与风险评估更为科学合理.      

用RBCA和CLEA模型推导土壤中苯并[a]芘的标准值

我国现行土壤环境质量标准中尚未包含苯并[a]芘(B[a]P). 分别应用2种国际上认可的RBCA和CLEA模型,获取了土壤中B[a]P的标准值,并对2种模型的计算结果和取值进行了比较. 结果表明,在目标风险水平设定为10-5时,RBCA和CLEA模型计算的住宅用地土壤B[a]P标准值分别为0.83和1.21 mg/kg;工业用地标准值分别为4.10和26.30 mg/kg. 2种模型住宅用地的标准差异不大,且与其他国家的标准水平基本接近;工业用地的标准差异较大,其中RBCA模型的结果更接近于其他国家标准,而CLEA模型的结果则明显偏高. 造成2种模型计算结果差异的原因主要来自于两方面,即模型的方法原理不同导致的暴露量计算差异以及采用的毒理学数据来源不同导致的数据水平差异. 2种模型暴露途径解析的结果均表明,经口摄入和皮肤接触是土壤污染物B[a]P人体暴露的主要途径,而口鼻吸入导致的暴露量很小.      

室内空气中苯并[a]芘的健康限值研究

应用健康风险评估方法,基于中国人群暴露参数特征推导我国不同人群的室内苯并[a]芘（Benzo[a]pyrene,BaP）浓度限值.并通过文献调研收集我国室内空气中BaP浓度,运用蒙特卡洛方法计算不同人群的BaP暴露致癌风险,探讨限值的可达性.研究发现,基于具有全国代表性人群暴露特征推导所得的BaP限值的平均值±标准偏差为（1.38±0.32）ng/m³,与我国现行《室内空气质量标准》（GB18883-2002）中的BaP限值相近.基于城市男性、女性暴露特征推导的健康限值分别为1.34ng/m³和1.40ng/m³,基于农村男性、女性暴露特征推导的限值分别为1.35ng/m³和1.41ng/m³.基于低年龄人群暴露特征推导的限值要低于高年龄段人群限值.我国大部分室内空气BaP实际监测浓度高于本研究推导出的健康限值,建议持续加强室内清洁能源使用和控烟等措施,减少BaP室内暴露风险.     

基于中国人群暴露风险的室内苯健康限值推导

收集了我国29个省级行政区的464个室内苯浓度数据,基于中国人群暴露参数计算了我国成年人群在不同室内场景的苯暴露致癌风险;应用蒙特卡洛方法推导我国室内苯浓度健康阈值.结果表明,全国各类场景的室内苯浓度几何均值为0.030mg/m³.4种室内场景中,职业暴露场所具有最高的苯残留水平,均值为0.052mg/m³;居室暴露风险贡献最大,人群终生致癌风险为9.30×10^-5;基于中国人群暴露参数推导的健康限值为0.020mg/m³,略低于我国修改后的《室内空气质量标准》（GB/T18883-2022）中规定苯的限值.我国部分居民存在高于可接受水平的室内苯暴露的致癌风险,居室暴露风险尤其值得关注.室内苯标准的修改和实施有利于室内苯污染的控制和降低人群苯暴露致癌风险.     

Effect of central ventilation and air conditioner system on the concentration and health risk from airborne polycyclic aromatic hydrocarbons

Central ventilation and air conditioner systems are widely utilized nowadays in public places for air exchange and temperature control,which significantly influences the transfer of pollutants between indoors and outdoors.To study the effect of central ventilation and air conditioner systems on the concentration and health risk from airborne pollutants,a spatial and temporal survey was carried out using polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) as agent pollutants.During the period when the central ventilation system operated without air conditioning (AC-off period),concentrations of 2-4 ring PAHs in the model supermarket were dominated by outdoor levels,due to the good linearity between indoor air and outdoor air (rp>0.769,p<0.05),and the slopes (1.2-4.54) indicated that ventilating like the model supermarket increased the potential health risks from low molecular weight PAHs.During the period when the central ventilation and air conditioner systems were working simultaneously (AC-on period),although the total levels of PAHs were increased,the concentrations and percentage of the particulate PAHs indoors declined significantly.The BaP equivalency (BaPeq) concentration indicated that utilization of air conditioning reduced the health risks from PAHs in the model supermarket.