基于形态及生物可给性的汞污染场地概率风险

为准确客观地评估汞污染场地的人体健康风险,克服当前土壤修复目标值过于保守的缺陷,对我国东北某大型汞化工废渣遗留场地进行详细环境调查,使用场地均匀设置的313个土壤样品（地表下0.5 m）的总汞含量检出数据、9个样品的零价汞含量占比数据、30个样品的胃肠可给态汞含量占比数据进行蒙特卡洛概率模拟,使用参数的概率模拟值进行汞经口摄入和气态呼吸吸入的人体健康风险和修复目标值的概率预测.结果表明:①场地的总汞含量在空间上差异明显,变化范围为0.002~579.14 mg/kg,变异系数为3.88,且主要集中在0~2.5 m;零价汞含量占比平均为15.2%±6.4%,与土壤总汞含量呈显著对数负相关（R2=0.784 5）;胃肠可给态汞含量占比平均为2.74%±2.81%,与总汞含量不具有显著相关关系.②气态呼吸吸入是该场地主要的人体健康风险来源,占总风险值的90%,风险不可忽略（危害商大于1）的概率为5.00%;经口摄入的风险不可忽略（危害商大于1）的概率为0.15%.③基于零价汞、胃肠可给态汞含量的修复目标值累积概率分布的5%上分位数为53.8 mg/kg,相应的修复面积分别为5 427.9 m2,显著低于以GB 36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》中第一类用地风险筛选值（8 mg/kg）为修复目标值而确定的修复面积（37 057.6 m2）;零价汞含量占比与儿童体重是影响修复目标值最主要的参数,对修复目标值的不确定性贡献率分别为-78%和42%.研究显示,基于土壤汞形态及生物可给性的概率风险评估能更为准确地显示污染场地的人体健康风险及主要风险途径,也能有效降低相应的修复目标值,避免对场地过度修复.      

污染场地土壤中Cd人体可给性影响因素及对筛选值的影响

采用Unified bioaccessibility model (UBM) 模拟胃肠消化的方法测试了来自湖南、广西和大连12个污染土壤样品中Cd的人体可给性.结果显示,Cd在胃提取阶段的可给性为12.24%~81.10%,平均值为53.60%,肠提取阶段的可给性为2.01%~43.30%,平均值为19.74%.胃提取阶段的可给性浓度仅与总镉(TCd) (P<0.000, n=12)和总锰(TMn) (P=0.04, n=12)显著正相关,肠提取阶段的可给性浓度与TCd (P<0.001, n=12)、胃阶段Cd的可给性浓度(P<0.001, n=12)以及TMn(P=0.05, n=12)均显著正相关.胃阶段基于土壤中TCd和TP含量能较好的预测Cd在胃阶段的可给性浓度,模型决定系数(R2)达到0.992,肠阶段基于Cd在胃阶段的可给性浓度及土壤pH值能较好的预测其在肠阶段的可给性浓度,R2达到0.999.考虑土壤中Cd在胃中的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的1.8倍(以可给性平均值计算)和1.2倍(以可给性最大值计算).考虑土壤中Cd在肠阶段的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的5.0倍(以可给性平均值计算)和2.3倍(以可给性最大值计算).     

老化土壤中As的人体可给性控制因素及健康风险

采用UBM(unified bioaccessibility model)模拟胃肠消化的方法测试了来自湖南省、广西壮族自治区和大连市的13个不同理化参数污染土壤中As的人体可给性,分析了考虑As人体可给性对风险评估结果的影响. 结果表明:①供试土壤样品模拟胃提取阶段As的人体可给性因子为3.9%~49.5%,平均值为19.6%;模拟肠提取阶段的人体可给性因子为1.2%~10.8%,平均值为6.0%,前者是后者的1.2~9.1倍. ②影响供试土壤样品胃提取阶段As人体可给性浓度的最显著性因素是w(TAs)(R2=0.94,P<0.01,n=13),其次为w(TP)(R2=0.82,P<0.01,n=13)和w(TMn)(R2=0.79,P<0.01,n=13);影响肠提取阶段As人体可给性浓度的显著因素依次为土壤w(TAs)(R2=0.83,P<0.01,n=13)、w(TP)(R2=0.80,P<0.01,n=13)、胃提取阶段As的人体可给性浓度(R2=0.76,P<0.01,n=13)、pH(R2=0.74,P<0.01,n=13)、w(TMn)(R2=0.65,P<0.02,n=13)以及w(TOM)(TOM为有机质)(R2=0.59,P<0.04,n=13). ③基于土壤w(TAs)和w(黏粒)构建的模型能较好地预测As在胃提取阶段的人体可给性浓度,预测值与实测值的R2达到0.97,ME(平均误差)、RMSE(均方根误差)、r_p2(可决系数)分别为0.02、0.17、0.95;仅基于土壤w(TAs)构建的模型能较好地预测As在肠提取阶段的人体可给性浓度,R2达到0.90,ME、RMSE、r_p2分别为-0.03、0.26、0.80. ④以供试土壤样品中w(TAs)为暴露浓度计算的健康风险分别是考虑As在胃及肠提取阶段人体可给性因子的2.0~15.0和7.3~81.0倍. 可见,基于土壤w(TAs)所制定的风险管理对策可能过于保守.      

VOCs污染场地风险管理策略的筛选及评估

以某VOCs(volatile organic compounds,挥发性有机化合物)污染场地为例,结合实地调查,将健康风险评估用于场地风险管理策略的筛选. 结果表明:①该场地不同深度土壤均受到氯仿、二氯甲烷和苯的污染,污染物垂向迁移特征明显,最大迁移深度达25.8 m,其中深度≤15.0 m的土壤污染较重. ②基于保守的通用场地概念模型对将其规划为居住用地时的健康风险进行评估显示,氯仿、二氯甲烷和苯的致癌风险分别达6.0×10-2、2.9×10-4、7.4×10-5,均超过可接受风险水平(1.0×10-6),三者修复目标分别为0.22、12.00和0.64 mg/kg. 如采取策略一,即将场地内超过修复目标的土壤进行清除,需修复的土壤深度达24.0 m,修复土方量为33.4×104 m3. ③结合污染物垂向分布及场地未来地下空间开发规划,提出策略二,即对0~15.0 m深度范围内重污染土壤进行清除异位修复、>15 m深度范围内土壤采取工程控制措施. 实施策略二后的风险评估结果显示,虽然>15.0 m深度范围内土壤中依然存在w(氯仿)超过修复目标的采样点,但致癌风险(8.3×10-8)远低于可接受水平;概率风险评估显示,该风险值对应的累计频率为99.5%,考虑各参数取值的不确定性后,风险模拟结果最大值也仅为1.06×10-7. 可见,策略二足够保守,能够保障未来居民的身体健康;与策略一相比,策略二可减少修复土方量6.4×104 m3,因此更具经济性,为风险管理策略的优选方案.      

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.      

不同焦化厂土壤中多环芳烃污染特征比较研究

为研究焦化生产对土壤多环芳烃(PAHs)污染规律,采集北京、重庆和太原地区3个焦化厂地块的土壤样品共1437个,采用气相色谱-质谱(GC-MS)法测定US EPA优先控制的16种PAHs质量含量.结果 表明,北京、重庆和太原地区3个焦化厂污染土壤中总多环芳烃(ΣPAHs)质量含量最大值分别为10647.2、39332....     

典型化工废渣污染土壤中汞的空间分布规律研究

为阐明氯碱厂废渣堆积遗留场地中汞的空间分布规律,在某典型场地设置313个表层（0.5 m）、79个深层（0.5～13.5 m）土壤采样点位及6个地下水采样点位,分析所有土壤样品的总汞浓度、表层土壤的理化性质及地下水总汞浓度.结果显示：（1）该场地土壤汞污染严重,313个表层土壤样点汞检出浓度为0.002～579.14 mg·kg^-1,平均为8.43 mg·kg^-1,高于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的风险管控值(6 mg·kg^-1).反距离权重法（IDW）及自然邻域法（NNI）对该场地的汞水平浓度分布的插值更为准确.（2）79个深层点位土壤垂向检测结果显示,土壤上层区域（0.5、1.5、2.5 m）汞污染浓度更高,3个深度层的汞浓度平均值分别为7.3、5.5、3.1 mg·kg^-1,2.5 m以下7个深度层的汞浓度平均值仅为（1.02±0.15）mg·kg^-1;汞垂向富集因子为0.4～32,大多数（66%）采样点位汞的富集因子（EF）随着土壤深度增加显著下...     

PRA在焦化厂污染土壤修复目标值制定中的应用

以某焦化污染场地为例,采用PRA(概率风险评价)方法研究了17个人体暴露参数和5个土壤理化性质参数的不确定性对土壤中8种污染物修复目标值的影响.结果表明:PRA与DRA修复目标值的比值仅深层Nap为0.9,其余为1.11~2.49,因此,采用传统的DRA(确定性风险评价)方法制定的修复目标值容易偏保守;将土壤中污染物含量降低到PRA修复目标值所产生的暴露风险均在可接受的范围内,但表层土壤Ben对人体健康产生危害的可能性最大;参数敏感性分析的结果表明成人暴露周期(EDa,贡献率为35%~59.8%)和儿童暴露周期(EDc,6.2%~20.2%)对各污染物修复目标值不确定性的影响均较大,此外,土壤理化性质参数,如土壤有机碳含量(foc)、土壤孔隙中空气体积比(θair,vad)和土壤孔隙中水体积比(θwater,vad)对易挥发的Ben和Nap影响较大,儿童每日土壤摄入量(IRs-c)对不易挥发的BaA~DBA影响较大.     

空气注射修复苯污染地下水模拟研究

空气注射是原位修复地下水中挥发性污染物的有效方法之一,但是因为缺乏现场数据,目前系统设计主要依据经验.为了获取合理设计参数,以北京某焦化厂地下水苯污染区域为例,结合现场试验,采用Petrasim中的TMVOC模块对空气注射进行了设计参数优化与修复模拟研究.现场试验得出最佳注气速率为23.2 m3.h-1,影响半径为5 m.模型对现场试验过程中地下水压力变化进行了模拟,模拟结果与实测结果吻合较好.模型对注气位置进行优化,最佳为底部注气;以底部注气方式对注气速率进行优化,得出最佳注气速率为20 m3.h-1,与现场试验结果相近;在最佳注气位置与注气速率下,影响半径为3m,现场测试结果比该值偏大,这主要是因为现场测试参数主要指示地下水上部与非饱和带中气流变化,而气流范围在接近地下水面处开始迅速增大,比地下水中实际气流范围要大.依据场地地质参数,利用优化参数,对修复过程进行了模拟研究,结果表明,修复过程中逐渐将污染物浓度已经达标区域的注射井关停的修复方式比修复过程中所有注射井一直开启的修复效果要好.采用注射井逐个关停的修复方式注气90 d后,该场地污染物浓度从371 000μg·L-1下降到1μg·L-1.     

复杂污染场地的风险管理挑战及应对

复杂污染场地中土壤和地下水介质的非均质性、污染物形态归趋变化的复杂性是导致复杂污染场地调查、风险评估与修复过程存在较大不确定性的主要原因.基于侵入式采样和实验室样品分析等高成本调查技术无法理想反映复杂场地的真实污染分布,简单的定值风险评估结果则具有较大的不确定性,线性化场地管理技术体系不能适应复杂污染场地风险管理面临的不确定性挑战.结合国内外实践经验,本文提出"二精一优"的场地风险管理技术方法体系,即:①基于"有效数据理论"的定量测试与半定量实时监测技术相结合的精准调查技术;②基于污染物形态归趋规律,综合采用基于生物有效性、多证据和概率分析等多种手段的精细化风险评估技术;③动态调整优化的非线性场地风险管理技术框架.