CN111922068A - 一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,包括步骤如下:步骤1.对疑似污染地块进行土壤和地下水样品采集;步骤2.分别对土壤和地下水样品进行前处理,分析样品中石油烃构成及参考含量;步骤3.根据疑似污染地块的用途,确定疑似污染地块的主要使用人群及石油烃与人群接触的暴露途径,所述暴露途径为土壤、地下水中石油烃污染物迁移达到并进入敏感受体的过程;步骤4.根据石油烃构成的种类进行毒性评估;步骤5.根据石油烃的检测数据,计算石油烃污染物非致癌危害商并进行风险表征,判断风险是否可接受。本发明通过分析石油烃构成及含量,使得治理修复范围精确、污染物类型精确,经济投入减小,环境管理成本降低。
Description
技术领域
本发明属于环境风险评估技术领域,具体涉及一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃健康风险评价方法。
背景技术
我国在长期经济发展高强度、行业更新高迭代情景下,形成大量污染场地,涉及石油化工、冶炼、金属制造、焦化等行业,其中石油烃污染场地业已成为国内外污染场地的重要关注类型之一。石油主要由碳、氢、硫、氮、氧等无机元素组成,是一种含有多种烃类(烷烃、环烷烃、芳香烃)及少量其他有机物(硫化物、氮化物、环烷酸类等)的复杂混合物。烃类是其中重要的组成成分,还可能包含毒性和挥发性较强的苯系物,具有较高的光化学反应活性,对大气中光氧化剂(如臭氧和过氧乙酰基硝酸酯等)和二次有机气溶胶的形成有相当作用。为加强对土壤中石油烃类污染物的风险管控,生态环境部已将石油烃类列为土壤中的主要污染项目并加以限制。然而,石油烃是一类复杂的混合物,根据不同场地的生产和排污特征,石油烃污染物的种类、组成差别较大,迁移、降解、转化及毒理学特性等存在很大差异。尽管国家目前已对石油烃(C10-C40)作出土壤筛选值和管制值规定,但在土壤环境污染状况调查和风险评估中,仅测定土壤石油烃(C6-C9)和石油烃(C10-C40)含量难以准确评估其环境毒性,难以科学地定量反映土壤污染的健康风险程度。另一方面,目前尚未有针对地下水该类污染物的风险评估方法。
发明内容
本发明提供了一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,以实现对环境风险的精确评价。
本发明提供了一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,包括步骤如下:
步骤1.对疑似污染地块进行土壤和地下水样品采集;
步骤2.分别对土壤和地下水样品进行前处理,并利用气相色谱-质谱检测结合自动质量谱解卷积和识别系统对样品进行全扫描,分析样品中石油烃构成及参考含量;
步骤3.根据疑似污染地块的用途,确定疑似污染地块的主要使用人群及石油烃与人群接触的暴露途径,所述暴露途径为土壤、地下水中石油烃污染物迁移达到并进入敏感受体的过程;
步骤4.根据石油烃构成的种类进行毒性评估;
步骤5.根据石油烃的检测数据,计算石油烃污染物非致癌危害商并进行风险表征,判断风险是否可接受,若单一石油烃污染物的HQ≤1,则认为该石油烃污染物的非致癌危害风险可接受;若HQ>1,则认为该石油烃污染物的非致癌危害风险不可接受。
进一步地,所述步骤2中具体包括分析步骤如下:
根据石油烃构成的检测结果,判断是否存在芳香类污染物;若含芳香类污染物,则针对该芳香类污染物进行采样检测,并对特定该芳香类污染物的环境风险进行计算;根据石油烃构成中芳香烃和脂肪烃的组成情况,将石油烃组成分为石油烃(C6-C9)、石油烃(C10-C12)、石油烃(C13-C16)、石油烃(C17-C21)、石油烃(C21-C35)、石油烃(C>35)组分,并对各个组份进行分段积分,计算各个组份的含量。
进一步地,所述步骤3中暴露途径为土壤、地下水中石油烃污染物迁移达到并进入敏感受体的过程,所述暴露途径包括土壤污染物暴露途径和地下水污染物暴露途径,所述土壤污染物暴露途径包括土壤经口摄入、皮肤接触土壤、吸入土壤颗粒物、吸入室外空气中来自表层土壤的气态污染、吸入室外空气中来自下层土壤的气态污染物、吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物,所述地下水污染物暴露途径包括吸入室外空气中来自地下水的气态污染物、吸入室内空气中来自地下水的气态污染物,所述疑似污染地块的用途包括敏感性用地和非敏感性用地。
进一步地,所述步骤3中暴露途径所涉及的评价模型参数包括:受体暴露参数,土壤、地下水、空气及建筑物特征参数,所述受体暴露参数包括成人平均体重、儿童平均体重、成人平均身高、儿童平均身高、成人暴露期、儿童暴露期、成人暴露频率、儿童暴露频率、成人室内暴露频率、成人室外暴露频率、儿童室内暴露频率、儿童室外暴露频率、成人暴露皮肤所占体表面积比、儿童暴露皮肤所占体表面积比、成人皮肤表面土壤粘附系数、儿童皮肤表面土壤粘附系数、每日皮肤接触事件频率、成人每日摄入土壤量、儿童每日摄入土壤量、成人每日空气呼吸量、儿童每日空气呼吸量、气态污染物入侵持续时间、室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例、室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例、吸入土壤颗粒物在体内滞留比例、非致癌效应平均时间、致癌效应平均时间、可接受致癌风险、可接受危害商。
更进一步地,所述土壤特征参数包括表层污染土壤层厚度、下层污染土壤层厚度、下层污染土壤层顶部埋深、污染土壤层厚度、污染土壤层顶部至地下水面的距离、平行于风向的土壤污染源宽度、平行于地下水流向的土壤污染源宽度、土壤中水的入渗速率、包气带孔隙水体积比、包气带孔隙空气体积比、包气带土壤容重、包气带土壤有机碳质量分数、毛细管层孔隙水体积比、毛细管层孔隙空气体积比、土壤地下水交界处毛细管层厚度、土壤透性系数。
更进一步地,所述地下水、空气及建筑物特征参数包括地下水埋深、地下水混合区厚度、平行于风向的地下水污染源宽度、含水层水力传导系数、水力梯度、含水层土壤容重、含水层有机碳质量分数、含水层有效孔隙度、地基裂隙中水体积比、地基裂隙中空气体积比、地基和墙体裂隙表面积所占比例、室内空间体积与气态污染物入渗面积之比、室内空气交换率、室内室外气压差、地面到地板底部厚度、室内地板面积、室内地板周长、室内地基厚度、土壤颗粒物载入因子、混合区高度、混合区大气流速、空气扩散因子、空气中可吸入颗粒物含量、颗粒物释放通量、植被覆盖率、7m高处年平均空气流速、7m高处年最大空气流速、风速经验公式。
更进一步地,所述土壤各个石油烃组份风险计算方式为:
定义F1=AliC10-12;F2=AliC13-16;F3=AliC17-35;F4=AroC10-12;F5=AroC13-16;F6=AroC17-21;F7=AroC22-35;
HIn=HQois+HQdcs+HQpis+HQiov1+HQiov2+HQiiv1,
其中,表层土壤浓度Cr,下层土壤浓度Cb,地下水浓度Cw。
更进一步地,所述地下水各段石油烃风险计算方式为:
HIn=HQiov3+HQiiv2+HQcgw,
更进一步地,所述风险判别公式为:R(C10-40)=max[HI(F1),HI(F2),HI(F3),HI(F4),HI(F5),HI(F6),HI(F7)]。
更进一步地,所述步骤5中风险表征方法具体为,判断R(C10-40)数值,若0≤R(C10-40)≤1,则属于人体健康风险可接受,不需修复;若1<R(C10-40)≤1.5,则属于人体健康风险不可接受,需要修复,建议土壤修复技术为微生物降解,建议地下水修复技术为微生物降解;若1.5<R(C10-40)≤3,则属于人体健康风险不可接受,需要修复,建议土壤修复技术为化学氧化热脱附,建议地下水修复技术为原位氧化;若R(C10-40)>3则属于人体健康风险不可接受,需要修复,建议土壤修复技术为催化氧化,高温热脱附,建议地下水修复技术为抽出氧化。
本发明相对于现有技术,通过分析石油烃构成及含量,针对特定污染物,根据风险评估技术导则对不同段石油烃的风险分别进行计算,从而使风险评估结果更加精确,为场地再开发安全利用提供保障,避免地块使用人群的健康风险,同时避免疑似污染地块的过度修复,加快土地流转。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。
本发明实施例评价方法的具体步骤如下:
1、按照场地土壤和地下水污染状况调查相关技术导则对疑似污染地块进行布点,采集土壤和地下水样品,检测项目根据第一阶段调查结果设置。
2、风险评估污染物的确定
2.1土壤样品按照《土壤中石油烃的测定气相色谱法》(ISO 16703:2011)进行样品前处理,地下水样品按照《水质可萃取性石油烃(C10-C40)的测定气相色谱法》(HJ 894-2017)进行样品前处理,利用气相色谱-质谱(GC-MS)检测结合自动质量谱解卷积和识别系统(AMDIS)对样品进行全扫描,分析其石油烃构成及参考含量。该结果为定性和半定量参考对象。根据检测结果,判断(1)是否存在多环芳烃、苯、甲苯、二甲苯等芳香类污染物;(2)典型石油烃中芳香烃和脂肪烃的组成情况,包括芳香烃与脂肪烃的比例、各碳链长度范围污染物含量等。
2.2若分析图谱中出现多环芳烃、苯、甲苯、二甲苯等芳香类污染物,则需要针对特定污染物进行采样检测,并对特定单一污染物的环境风险进行计算。
2.3对于典型石油烃中芳香烃和脂肪烃,在按照《土壤中石油烃的测定气相色谱法》(ISO 16703:2011)以及《水质可萃取性石油烃(C10-C40)的测定气相色谱法》(HJ 894-2017)检测的基础上,分别对石油烃(C6-C9)、石油烃(C10-C12)、石油烃(C13-C16)、石油烃(C17-C21)、石油烃(C21-C35)、石油烃(C>35)等组分的色谱图谱进行分段积分,计算各段的含量。
3、暴露评估
暴露情景是指特定土地利用方式下,场地污染物经由不同暴露路径迁移和到达受体人群的情况。根据地块未来规划,按照《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019),依据不同土地利用方式下人群的活动模式,选择敏感用地类型或非敏感用地类型进行风险评估。
3.1暴露途径是场地土壤、地下水中污染物经一定的方式迁移达到并进入敏感受体的过程。普通住宅、公寓、别墅等居住区按照居住用地方式进行暴露情景分析;幼儿园、学校、医院、养老院、游乐场和公园、绿化景观等用地,参照敏感性用地方式进行暴露情景分析。商业、商务、绿地、公共设施用地等,参照非敏感性用地方式进行暴露情景分析。
在不同用地类型下,人群可因不慎经口摄入污染土壤而暴露于污染物,可因皮肤接触污染土壤而暴露于污染物,也可因吸入室内和室外土壤颗粒物暴露于污染物,如场地内污染物具有挥发性,人群还可因吸入室内和室外空气中来自土壤的气态污染物而产生健康危害。住宅类用地方式下,儿童和成人均可能会长时间暴露于场地污染物而产生健康危害。对于污染物的致癌效应,健康危害无阈值浓度,考虑人群的终身暴露危害,一般根据儿童和成人期的暴露来评估污染物的终身致癌风险;对于污染物的非致癌效应,健康危害有阈值浓度,儿童体重较轻、暴露量较高,一般根据儿童期暴露来评估污染物的非致癌风险。非敏感用地方式下,成人的暴露期长、暴露频率高,一般根据成人期的暴露来评估污染物的致癌风险和非致癌效应。
风险评估需考虑土壤、地下水作为污染源时对敏感受体产生的风险和危害。根据大部分建设项目特点,工程建设期间普遍存在基坑开挖,因此,为谨慎起见,地块深层土壤与表层土壤暴露途径一致,即考虑所有暴露途径。石油烃类污染物暴露途径见表1。
表1暴露情景和暴露途径
3.2暴露参数选择除现场测得的所需参数外,其余参数参考我国《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)所推荐的默认值。模型中所需主要参数有受体暴露参数,土壤、地下水、空气及建筑物特征参数、污染物理化与毒性参数及具有政策导向的致癌风险目标。受体暴露参数指标见表2。风险评估使用的土壤性质参数见表3。地下水、空气及建筑物特征参数见表4.
表2受体暴露参数
表3风险评估使用的土壤性质参数
参数名称 | 符号 | 单位 |
表层污染土壤层厚度 | d | m |
下层污染土壤层厚度 | d<sub>sub</sub> | m |
下层污染土壤层顶部埋深 | L<sub>s</sub> | m |
污染土壤层厚度 | L<sub>1</sub> | m |
污染土壤层顶部至地下水面的距离 | L<sub>2</sub> | m |
平行于风向的土壤污染源宽度 | W<sub>dw</sub> | m |
平行于地下水流向的土壤污染源宽度 | W<sub>gw</sub> | m |
土壤中水的入渗速率 | I | m/a |
包气带孔隙水体积比 | θ<sub>ws</sub> | - |
包气带孔隙空气体积比 | θ<sub>as</sub> | - |
包气带土壤容重 | ρ<sub>b</sub> | g/cm<sup>3</sup> |
包气带土壤有机碳质量分数 | f<sub>oc</sub> | - |
毛细管层孔隙水体积比 | θ<sub>wcap</sub> | - |
毛细管层孔隙空气体积比 | θ<sub>acap</sub> | - |
土壤地下水交界处毛细管层厚度 | h<sub>cap</sub> | m |
土壤透性系数 | K<sub>v</sub> | m<sup>2</sup> |
表4地下水、空气和建筑物特征参数
参数名称 | 符号 | 单位 |
地下水埋深 | L<sub>gw</sub> | m |
地下水混合区厚度 | δ<sub>gw</sub> | m |
平行于风向的地下水污染源宽度 | W | m |
含水层水力传导系数 | K | m/d |
水力梯度 | i | - |
含水层土壤容重 | ρ<sub>b</sub><sup>a</sup> | g/cm<sup>3</sup> |
含水层有机碳质量分数 | f<sub>oc</sub><sup>a</sup> | - |
含水层有效孔隙度 | θ<sub>e</sub> | - |
地基裂隙中水体积比 | θwcrack | - |
地基裂隙中空气体积比 | θacrack | - |
地基和墙体裂隙表面积所占比例 | η | - |
室内空间体积与气态污染物入渗面积之比 | LB | m |
室内空气交换率 | ER | 1/s |
室内室外气压差 | dP | Pa |
地面到地板底部厚度 | Zcrack | m |
室内地板面积 | Ab | m<sup>2</sup> |
室内地板周长 | Xcrack | m |
室内地基厚度 | Lcrack | m |
土壤颗粒物载入因子 | DL | g/m<sup>3</sup> |
混合区高度 | δair | m |
混合区大气流速 | Uair | m/s |
空气扩散因子 | Q/C | g·m<sup>-2</sup>·s<sup>-1</sup>/kg·m<sup>-3</sup> |
空气中可吸入颗粒物含量 | PM<sub>10</sub> | mg/m<sup>3</sup> |
颗粒物释放通量 | Pe | g/m<sup>2</sup>·s<sup>-1</sup> |
植被覆盖率 | VC | - |
7m高处年平均空气流速 | u | m/s |
7m高处年最大空气流速 | ut | m/s |
风速经验公式 | F(x) | - |
4、毒性评估
毒性评估的工作内容包括分析地块关注污染物的健康效应(致癌和非致癌效应),确定污染物的毒性参数,用于健康风险的计算。石油烃(C10-C40)是一类混合物,无参考理化毒性参数。若污染物中出现多环芳烃、苯、甲苯、二甲苯等芳香类污染物,需要对特定单一污染物的毒性开展评估。对于典型石油烃,考虑不同碳链长度脂肪烃和芳香烃的毒性。典型石油烃没有致癌毒性,非致癌毒性参数主要参考美国国家总石油烃标准工作组(TotalPetroleum Hydrocarbon Criteria Working Group,TPHCWG)Selection ofrepresentative TPH fraction based on fate and transport considerations,Volume3.Total petroleum hydrocarbon criteria working group series[R].Amherst:Amherst Scientific Publishers.1997.,详见表5。
表5石油烃毒性评估参数
5、土壤和地下水风险表征
根据场地关注污染物的检测数据,通过计算石油烃污染物非致癌危害商进行风险表征。如关注污染物的检测数据呈正态分布,可根据检测数据的平均值、平均值置信区间上限值或最大值计算非致癌危害商(HQ),作为确定场地污染范围的重要依据。计算不同碳链范围和性质石油烃在不同暴露途径下的非致癌危害商(HQ)。单一污染物的HQ≤1,则认为该污染物的非致癌危害风险可接受;HQ>1,则认为该污染物的非致癌危害风险不可接受。
本发明实施例及对照例中土壤中单一污染物的非致癌危害商评估方法如下:
(1)经口摄入土壤途径的危害商采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)公式附录C(C.8)计算。
(2)皮肤接触土壤途径的危害商,采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)公式附录C(C.9)计算。
(3)吸入土壤颗粒物途径的危害商,采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)公式附录C(C.10)计算。
(4)吸入室外空气中来自表层土壤的气态污染物途径的危害商采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)附录C公式(C.11)计算。
(5)吸入室外空气中来自下层土壤的气态污染物途径的危害商采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)附录C公式(C.12)计算。
(6)吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物途径的危害商采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)附录C公式(C.13)计算。
(7)土壤中单一污染物经所有暴露途径的危害指数采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)公式附录C(C.14)计算。
具体为:
定义F1=AliC10-12;F2=AliC13-16;F3=AliC17-35;F4=AroC10-12;F5=AroC13-16;F6=AroC17-21;F7=AroC22-35;
HIn=HQois+HQdcs+HQpis+HQiov1+HQiov2+HQiiv1,
其中,表层土壤浓度Cr,下层土壤浓度Cb,地下水浓度Cw。
5.2地下水中单一污染物的非致癌危害商
(1)吸入室外空气中来自地下水的气态污染物途径的危害商采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)附录C公式(C.19)计算。
(2)吸入室内空气中来自地下水的气态污染物途径的危害商采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)附录C公式(C.20)计算。
(3)地下水中单一污染物经所有暴露途径的危害指数采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)附录C公式(C.22)计算。
具体为:
定义F1=AliC10-12;F2=AliC13-16;F3=AliC17-35;F4=AroC10-12;F5=AroC13-16;F6=AroC17-21;F7=AroC22-35;
HIn=HQiov3+HQiiv2+HQcgw,
6、土壤和地下水风险评价
根据判别公式R(C10-40)=max[HI(F1),HI(F2),HI(F3),HI(F4),HI(F5),HI(F6),HI(F7)],由R(C10-40)数值判断土壤和地下水人体健康风险状况。判断标准见表7。所属建议修复手段应根据场地土壤性质、水文地质条件、气候情况等确定,并结合小试、中试试验得出最优修复工艺参数,确保修复后R(C10-40)≤1。
表7场地土壤或地下水石油烃(C10-C40)人体健康风险状况判断
对照例
本发明对照例采用保守原则的石油烃风险评估。
以某石油化工行业地块为例,停产前一直从事某化工产品合成生产,其原料之一为液体和固体石蜡,同时还使用柴油作为燃料。场地退役后,拟作为居住用地开发。经过场地土壤污染状况调查,土壤和地下水中石油烃(C10-C40)污染物超过筛选值的情况分别见表7和表8。
表7场地土壤石油烃(C10-C40)超风险筛选值情况
表8场地地下水石油烃(C10-C40)超风险筛选值情况
按照以住宅用地为代表的敏感用地类型进行风险评估,需考虑土壤、地下水作为污染源时对敏感受体产生的风险和危害。由于地块所处区域不饮用地下水,故土壤污染物暴露途径考虑土壤经口摄入、皮肤接触土壤、吸入土壤颗粒物、吸入室外空气中来自表层和下层土壤的气态污染物、吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物,地下水污染物暴露途径考虑吸入室内和室外空气中来自地下水的气态污染物,不考虑饮用地下水的途径。评价参数选择除现场测得的所需参数外,其余参考《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)所推荐的默认值。
由于石油烃(C10-C40)没有致癌风险,因此仅计算危害商(HQ)。土壤石油烃(C10-C40)毒性评估参考中国香港特别行政区土壤修复目标值制订技术文件(2007年)中石油烃-Aliph(C9-C16)理化毒性参数,具体数值见表9。
表9石油烃-Aliph(C9-C16)理化毒性参数
经过计算,本场地土壤中石油烃(C10-C40)含量最大值为54000mg/kg,以此计算石油烃(C10-C40)的非致癌危害商为93.4,地下水石油烃(C10-C40)的非致癌危害商为1.7,均超过可接受风险水平1。经暴露风险贡献率分析,土壤和地下水石油烃(C10-C40)的暴露途径中,风险贡献率超过20%的仅有吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物途径,分别达到71.18%和98.97%。
因此,本场地土壤和地下水石油烃(C10-C40)污染对未来场地作为敏感用地情景下人群健康风险不可接受。根据场地实际情况进行进一步计算,土壤和地下水风险控制值分别为578mg/kg和1.92mg/L,确定修复目标值分别采用风险筛选值826mg/kg和风险控制值1.92mg/L,超修复目标值点位数分别为8个和2个,以不超标点位连线确定修复范围,可得土壤修复范围面积1549m2、最大污染深度8.2m;地下水修复范围面积6132m2。
实施例
对于对照例的疑似污染地块,为确定石油烃的组分构成和不同碳链长度组分含量,首先利用GC-MS检测结合自动质量谱解卷积和识别系统(AMDIS)对样品进行全扫描,对场地土壤和地下水样品中石油烃化合物的组分构成进行鉴别;在组分鉴别的基础上,按照《土壤中石油烃的测定气相色谱法》(ISO 16703:2011)和《水质可萃取性石油烃(C10-C40)的测定气相色谱法》(HJ894-2017)分析土壤和水质样品后,对不同碳链长度范围的石油烃进行分别积分计算定量,得到不同碳链长度石油烃的含量。
根据地块场地土壤污染状况初步调查和详细调查结果,地块内大部分土壤和地下水样品不存在多环芳烃、苯系物或氯代烃超筛选值现象,仅有石油烃(C10-C40)普遍超筛选值;结合第一阶段调查结果,推测土壤和地下水石油烃(C10-C40)成分主要为生产原料—石蜡,即以直链和支链脂肪烃为主。组分构成结果见表10。可见,场地土壤和地下水石油烃组分的主要组成为典型石油烃,参考含量平均占比52.43%(范围为22.74%~96.47%);其中以脂肪烃为主,平均占比达典型石油烃总量的96.01%(范围为71.56%~100%),与第一阶段调查结果吻合。其次为酚类(平均占总含量14.80%)和酸类(平均占总含量12.77%)。按照有毒有害物质的筛选结果,主要有毒有害物质包括苯系物、氯代烃、酚类、典型石油烃等。其中,苯系物、氯代烃和挥发性酚类等指标已在调查中定量检测,其他组分大多虽然不是有毒有害物质,对人体健康风险较小,考虑其挥发性及对嗅觉、色度等方面的影响,可能引起感官不适,仍将其归为总石油烃组分,按照典型石油烃中的脂肪烃进行风险筛选和评估。
表10土壤和地下水组分构成结果
根据定性和半定量分析结果,对石油烃(C10-C40)各碳链长度范围进行计算。石油烃(C6-C9)、石油烃(C10-C12)、石油烃(C13-C16)、石油烃(C17-C35)的风险以脂肪烃组分作为评价标准。由于C>35组分缺乏物理化学性质参数和毒理参数,且该组分不挥发,溶解度非常有限,在场地的地下水暴露情景下没有暴露途径,故可认为不具备人体健康风险,本地块风险评估不予以考虑。土壤和地下水中不同碳链长度石油烃组分分析结果分别见表11和表12。
表11石油烃(C10-C40)超筛选值土壤样品中不同碳链长度范围石油烃含量(单位:mg/kg)
表12石油烃(C10-C40)超筛选值地下水样品中不同碳链长度范围石油烃含量(单位:mg/L)
按照各段石油烃含量、理化毒性参数及暴露途径等情况,计算土壤和地下水的R(C10-40)值。先计算土壤和石油烃HI(Fi)值,计算结果分别见表13和表14。由结果可知,本实施例地块土壤中HI(F1)最大值为1.6,HI(F2)和HI(F3)均小于1,因此土壤R(C10-40)>1,石油烃对人体健康风险不可接受;本实施例地块地下水HI(F1)和HI(F2)最大值均小于1,则R(C10-40)<1,地下水石油烃对人体健康的风险在可接受范围内,且最大含量均小于水中最大溶解度(2.80mg/L),可不进行下一步修复工作,而石油烃(C17-C21)和石油烃(C22-C35)因缺少呼吸吸入毒性参数,不能计算其通过吸入室内和室外空气中来自地下水的气态污染物途径对人体产生的健康风险,风险不明确。经暴露风险贡献率分析,土壤石油烃(C10-C12)的暴露途径中,风险贡献率超过20%的仅有吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物途径,土壤石油烃(C13-C16)和石油烃(C17-C35)的暴露途径中,风险贡献率超过20%的有经口摄入土壤和皮肤接触土壤途径;地下水石油烃(C10-C40)的暴露途径中,风险贡献率超过20%的仅有吸入来自室内空气中来自地下水的气态污染物途径,达99.86%。
表13土壤石油烃非致癌危害商统计表
表14地下水石油烃非致癌危害商统计表
根据判别公式R(C10-40)=max[HI(F1),HI(F2),HI(F3),HI(F4),HI(F5),HI(F6),HI(F7)],可知地下水点位GW38的R(C10-40)为0.686;土壤污染点位YH21和YH43的R(C10-40)分别为1.60和0.5。地下水点位GW38的R(C10-40)<1,即风险可接受,不需要进行治理修复。土壤污染点位YH21的1.5≤R(C10-40)<3,建议使用化学氧化或热脱附方法进行修复。根据石油烃馏分方法进行健康风险评估,本场地土壤石油烃(C10-C40)污染对未来场地作为敏感用地情景下人群健康风险不可接受的成分仅有石油烃(C10-C12)。对于土壤石油烃(C10-C12),根据场地实际情况进一步计算得风险控制值为175mg/kg,以此为修复目标值,超修复目标值点位数仅有1个,以不超标点位连线确定修复范围,可得土壤修复范围面积239m2、污染深度0.3m。
因此,与现有的风险评估方法相比,经本风险评价方法计算后,可知地下水中石油烃污染物的健康风险可接受,不需要开展治理修复工作;土壤超筛选值位点数量有所减少,需治理修复范围更加精确,从原来的面积1549m2、最大污染深度8.2m调整为面积239m2、污染深度0.3m,在保障人居环境安全的同时,大幅节约治理修复资金和时间。两个方法得出的修复治理范围总结见表15。
表15对照例和实施例风险评估结果比较
现有风险评估方法采取保守原则,对于石油烃(C10-C40)一类混合污染物,由于无法分辨其化学组成情况,在风险评估阶段,其毒性评估一般采用毒性最高的石油烃-Arom(C10-C12)的参数,或参考中国香港特别行政区土壤修复目标值制订技术文件(2007年)中石油烃-Aliph(C9-C16)、石油烃-Arom(C9-C16)理化毒性参数。按该法进行风险评估,高估了石油烃污染物的健康风险,不仅提高了环境管理成本,还可能直接导致场地治理修复范围不必要的扩大,使土地开发的经济成本和时间成本大幅增加。
本发明实施例先通过定性分析石油烃污染物种类,再根据石油烃碳链长度范围分段进行风险评估,实现石油烃污染土壤和地下水的精准风险评估,从而精确地划定修复范围、制定修复目标值,避免过度修复,节约土壤和地下水修复治理成本,加快工业污染场地再开发利用流转。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解,技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1.对疑似污染地块进行土壤和地下水样品采集;
步骤2.分别对土壤和地下水样品进行前处理,并利用气相色谱-质谱检测结合自动质量谱解卷积和识别系统对样品进行全扫描,分析样品中石油烃构成及参考含量;
步骤3.根据疑似污染地块的用途,确定疑似污染地块的主要使用人群及石油烃与人群接触的暴露途径,所述暴露途径为土壤、地下水中石油烃污染物迁移达到并进入敏感受体的过程;
步骤4.根据石油烃构成的种类进行毒性评估;
步骤5.根据石油烃的检测数据,计算石油烃污染物非致癌危害商并进行风险表征,判断风险是否可接受:若单一石油烃污染物的HQ≤1,则认为该石油烃污染物的非致癌危害风险可接受;若HQ>1,则认为该石油烃污染物的非致癌危害风险不可接受。
2.根据权利要求1所述一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,所述步骤2中具体包括分析步骤如下:
根据石油烃构成的检测结果,判断是否存在芳香类污染物;若含芳香类污染物,则针对该芳香类污染物进行采样检测,并对特定该芳香类污染物的环境风险进行计算;根据石油烃构成中芳香烃和脂肪烃的组成情况,将石油烃组成分为石油烃(C6-C9)、石油烃(C10-C12)、石油烃(C13-C16)、石油烃(C17-C21)、石油烃(C21-C35)、石油烃(C>35)组分,并对各个组份进行分段积分,计算各个组份的含量。
3.根据权利要求1所述一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,所述步骤3中暴露途径为土壤、地下水中石油烃污染物迁移达到并进入敏感受体的过程,所述暴露途径包括土壤污染物暴露途径和地下水污染物暴露途径,所述土壤污染物暴露途径包括土壤经口摄入、皮肤接触土壤、吸入土壤颗粒物、吸入室外空气中来自表层土壤的气态污染、吸入室外空气中来自下层土壤的气态污染物、吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物,所述地下水污染物暴露途径包括吸入室外空气中来自地下水的气态污染物、吸入室内空气中来自地下水的气态污染物,所述疑似污染地块的用途包括敏感性用地和非敏感性用地。
4.根据权利要求1所述一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,所述步骤3中暴露途径所涉及的评价模型参数包括:受体暴露参数,土壤、地下水、空气及建筑物特征参数,所述受体暴露参数包括成人平均体重、儿童平均体重、成人平均身高、儿童平均身高、成人暴露期、儿童暴露期、成人暴露频率、儿童暴露频率、成人室内暴露频率、成人室外暴露频率、儿童室内暴露频率、儿童室外暴露频率、成人暴露皮肤所占体表面积比、儿童暴露皮肤所占体表面积比、成人皮肤表面土壤粘附系数、儿童皮肤表面土壤粘附系数、每日皮肤接触事件频率、成人每日摄入土壤量、儿童每日摄入土壤量、成人每日空气呼吸量、儿童每日空气呼吸量、气态污染物入侵持续时间、室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例、室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例、吸入土壤颗粒物在体内滞留比例、非致癌效应平均时间、致癌效应平均时间、可接受致癌风险、可接受危害商。
5.根据权利要求4所述一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,所述土壤特征参数包括表层污染土壤层厚度、下层污染土壤层厚度、下层污染土壤层顶部埋深、污染土壤层厚度、污染土壤层顶部至地下水面的距离、平行于风向的土壤污染源宽度、平行于地下水流向的土壤污染源宽度、土壤中水的入渗速率、包气带孔隙水体积比、包气带孔隙空气体积比、包气带土壤容重、包气带土壤有机碳质量分数、毛细管层孔隙水体积比、毛细管层孔隙空气体积比、土壤地下水交界处毛细管层厚度、土壤透性系数。
6.根据权利要求4所述一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,所述地下水、空气及建筑物特征参数包括地下水埋深、地下水混合区厚度、平行于风向的地下水污染源宽度、含水层水力传导系数、水力梯度、含水层土壤容重、含水层有机碳质量分数、含水层有效孔隙度、地基裂隙中水体积比、地基裂隙中空气体积比、地基和墙体裂隙表面积所占比例、室内空间体积与气态污染物入渗面积之比、室内空气交换率、室内室外气压差、地面到地板底部厚度、室内地板面积、室内地板周长、室内地基厚度、土壤颗粒物载入因子、混合区高度、混合区大气流速、空气扩散因子、空气中可吸入颗粒物含量、颗粒物释放通量、植被覆盖率、7m高处年平均空气流速、7m高处年最大空气流速、风速经验公式。
9.根据权利要求8所述一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,所述风险判别公式为:R(C10-40)=max[HI(F1),HI(F2),HI(F3),HI(F4),HI(F5),HI(F6),HI(F7)]。
10.根据权利要求9所述一种工业污染场地土壤和地下水中石油烃风险评价方法,其特征在于,所述步骤5中风险表征方法具体为,判断R(C10-40)数值,若0≤R(C10-40)≤1,则属于人体健康风险可接受,不需修复;若1<R(C10-40)≤1.5,则属于人体健康风险不可接受,需要修复,建议土壤修复技术为微生物降解,建议地下水修复技术为微生物降解;若1.5<R(C10-40)≤3,则属于人体健康风险不可接受,需要修复,建议土壤修复技术为化学氧化热脱附,建议地下水修复技术为原位氧化;若R(C10-40)>3则属于人体健康风险不可接受,需要修复,建议土壤修复技术为催化氧化,高温热脱附,建议地下水修复技术为抽出氧化。
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