CN114141314A - 一种土壤中砷风险控制值的计算方法及其应用 - Google Patents

一种土壤中砷风险控制值的计算方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土壤中砷风险控制值的计算方法及其应用，所述计算方法包括以下步骤：S1、计算各途径基于不同介质的等效剂量；S2、计算各途径基于等效剂量的土壤风险控制值；S3、计算基于等效剂量的土壤总风险控制值Cs。本发明的计算方法基于不同介质等效剂量，为我国砷污染场地土壤修复目标值的制定提供了依据，避免了污染场地的过度修复。

Description

一种土壤中砷风险控制值的计算方法及其应用
技术领域
本发明属于污染场地风险评估技术领域，具体涉及一种基于不同介质等效剂量的土壤中砷风险控制值的计算方法及其应用。
背景技术
从2000年首次引入风险评估方法和理念至今，我国污染场地风险评估已经经历了近20年的历程，积累了大量的应用经验，但在实践中也发现了很多问题。
砷是我国工业污染场地中常见的污染物，也是地壳的本底元素。砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染。砷在自然界中的存的形态通常包括无机砷和有机砷，其中无机砷毒性较大，尤其是三价砷化合物，且土壤中以无机砷为主。基于无机砷的毒性和暴露特性，采用现行国家和地方导则规定的风险评估方法计算的土壤中砷风险控制值远低于我国绝大部分地区的土壤背景值，采用该值进行风险控制将导致过度修复和经济的巨大浪费，无实际应用意义。此外，《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)中也将土壤背景参考值下限20mg/kg作为第一类用地风险筛选值。因此，现行国家和地方导则规定的风险评估方法对于土壤中砷风险控制值的计算是无效的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤中砷风险控制值的计算方法及其应用，该计算方法基于不同介质等效剂量，为我国砷污染场地土壤修复目标值的制定提供了依据，避免了污染场地的过度修复。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种土壤中砷风险控制值的计算方法，包括以下步骤：
S1、计算各途径基于不同介质的等效剂量；
S2、计算各途径基于等效剂量的土壤风险控制值；
S3、计算基于等效剂量的土壤总风险控制值Cs，所述土壤总风险控制值Cs的计算公式如下：
Figure BDA0003380238340000021
其中，
Cs-o为经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值；
Cs-d为皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值；
Cs-i为吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值。
优选地，步骤S1中所述等效剂量包括经口摄入途径致癌效应基于饮用水标准的等效剂量(IDo)、皮肤接触途径致癌效应的等效剂量(IDd)和呼吸吸入途径致癌效应基于空气质量标准的等效剂量(IDi)。
进一步优选地，所述经口摄入途径致癌效应基于饮用水标准的等效剂量IDo的计算公式为：
Figure BDA0003380238340000022
其中，Cdw为饮用水标准中As的浓度限值，μg/L；GWCRc为儿童每日饮用水量，L/d；GWCRa为成人每日饮用水量，L/d；EFc为儿童暴露频率，d/a；EFa为成人暴露频率，d/a；EDc为儿童暴露期，a；EDa为成人暴露期，a；BWc为儿童体重，kg；BWa为成人体重，kg；ATca为致癌效应平均时间，d。
进一步优选地，所述皮肤接触途径致癌效应的等效剂量IDd采用经口摄入途径致癌效应允许的等效剂量，即IDd＝IDo。
进一步优选地，所述呼吸吸入途径致癌效应基于空气质量标准的等效剂量IDi的计算公式为：
Figure BDA0003380238340000023
其中，Cair为环境空气质量标准中As的浓度限值，μg/m3；DAIRc为儿童每日呼吸空气量，m3/d；DAIRa为成人每日呼吸空气量，m3/d；EFc为儿童暴露频率，d/a；EFa为成人暴露频率，d/a；EDc为儿童暴露期，a；EDa为成人暴露期，a；BWc为儿童体重，kg；BWa为成人体重，kg；ATca为致癌效应平均时间，d。
优选地，步骤S2中所述土壤风险控制值包括经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值(Cs-o)、皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值(Cs-d)和吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值(Cs-i)。
进一步优选地，所述经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值Cs-o的计算公式为：
Figure BDA0003380238340000031
其中，
Figure BDA0003380238340000032
式中，OISERca为经口摄入途径基于致癌效应的土壤暴露量，mg/kg/d；
Cs-o为经口摄入途径基于饮用水标准等效剂量的土壤风险控制值，mg/kg；
OSIRc为儿童每日摄入土壤量，mg/d；OSIRa为成人每日摄入土壤量，mg/d。
进一步优选地，所述皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值的计算公式为：
Figure BDA0003380238340000033
其中，
Figure BDA0003380238340000034
式中，DCSERca为皮肤接触途径基于致癌效应的土壤暴露量，mg/kg/d；SAEc为儿童暴露皮肤表面积，cm2；SAEa为成人暴露皮肤表面积，cm2；SSARc为儿童皮肤表面土壤粘附系数，mg/cm2；SSARa为成人皮肤表面土壤粘附系数，mg/cm2；ABSd为皮肤接触吸收效率因子，无量纲；Ev为每日皮肤接触事件频率，次/d。
进一步优选地，所述吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值(Cs-i)的计算公式为：
Figure BDA0003380238340000041
其中，
Figure BDA0003380238340000042
式中，PISERca为吸入土壤颗粒物途径基于致癌效应的土壤暴露量，mg/kg/d；Cs-i为吸入颗粒物途径基于环境空气标准等效剂量的土壤风险控制值，mg/kg；PM10为空气中可吸入颗粒物含量，mg/m3；PIAF为吸入土壤颗粒物在体内滞留比例，无量纲；fspo为室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；fspi为室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；EFOc为儿童的室外暴露频率，d/a；EFIc为儿童的室内暴露频率，d/a；EFOa为成人的室外暴露频率，d/a；EFIa为成人的室内暴露频率，d/a。
本发明还提供了上述计算方法在砷污染场地修复中的应用。
与现行技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明基于砷在不同环境介质中的等效浓度计算土壤中砷的风险控制值，解决了现行风险评估方法对土壤砷风险控制值的计算无效的问题，能更好的指导相关评估工作的开展；
(2)本发明方法有效的衔接和统一了环境介质中砷对人体健康的毒性效应和暴露风险，最终确定的风险控制值更加科学合理，同时避免了过度修复和经济浪费。
附图说明
图1为不同方法计算获得的砷风险控制值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的技术方案做进一步详述。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
一种土壤中砷风险控制值的计算方法，包括以下步骤：
1、计算各途径基于不同介质的等效剂量：
(1)经口摄入途径致癌效应基于饮用水标准的等效剂量(IDo)；
Figure BDA0003380238340000051
(2)皮肤接触途径致癌效应的等效剂量(IDd)；
采用经口摄入途径致癌效应允许的等效剂量，即IDd＝IDo；
(3)呼吸吸入途径致癌效应基于空气质量标准的等效剂量(IDi)；
Figure BDA0003380238340000052
式中，IDo为经口摄入途径致癌效应基于饮用水标准的等效剂量，μg/kg/d；IDd为皮肤接触途径的等效剂量，μg/kg/d；IDi为呼吸吸入途径致癌效应基于空气质量标准的等效剂量，μg/kg/d；Cdw为饮用水标准中As的浓度限值，μg/L；Cair为环境空气质量标准中As的浓度限值，μg/m3；GWCRc为儿童每日饮用水量，L/d；GWCRa为成人每日饮用水量，L/d；DAIRc为儿童每日呼吸空气量，m3/d；DAIRa为成人每日呼吸空气量，m3/d；EFc为儿童暴露频率，d/a；EFa为成人暴露频率，d/a；EDc为儿童暴露期，a；EDa为成人暴露期，a；BWc为儿童体重，kg；BWa为成人体重，kg；ATca为致癌效应平均时间，d。
2、计算各途径基于等效剂量的土壤风险控制值：
(1)经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值(Cs-o)；
Figure BDA0003380238340000053
其中，
Figure BDA0003380238340000054
式中，OISERca为经口摄入土壤暴露量(致癌效应)，mg/kg/d；Cs-o为经口摄入途径基于饮用水标准等效剂量的土壤风险控制值，mg/kg；OSIRc为儿童每日摄入土壤量，mg/d；OSIRa为成人每日摄入土壤量，mg/d。
(2)皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值(Cs-d)；
Figure BDA0003380238340000061
其中，
Figure BDA0003380238340000062
式中，DCSERca为皮肤接触途径的土壤暴露量(致癌效应)，mg/kg/d；SAEc为儿童暴露皮肤表面积，cm2；SAEa为成人暴露皮肤表面积，cm2；SSARc为儿童皮肤表面土壤粘附系数，mg/cm2；SSARa为成人皮肤表面土壤粘附系数，mg/cm2；ABSd为皮肤接触吸收效率因子，无量纲；Ev为每日皮肤接触事件频率，次/d。
(3)吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值(Cs-i)；
Figure BDA0003380238340000063
其中，
Figure BDA0003380238340000064
式中，PISERca为吸入土壤颗粒物的土壤暴露量(致癌效应)，mg/kg/d；Cs-i为吸入颗粒物途径基于环境空气标准等效剂量的土壤风险控制值，mg/kg；PM10为空气中可吸入颗粒物含量，mg/m3；PIAF为吸入土壤颗粒物在体内滞留比例，无量纲；fspo为室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；fspi为室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；EFOc为儿童的室外暴露频率，d/a；EFIc为儿童的室内暴露频率，d/a；EFOa为成人的室外暴露频率，d/a；EFIa为成人的室内暴露频率，d/a。
3、计算基于等效剂量的土壤总风险控制值：
Figure BDA0003380238340000071
实施例1
我国现有《生活饮用水水质标准》(GB5749-2006)中砷的浓度限值为10μg/L，《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中砷的浓度限值为0.006μg/m3。分别以10μg/L和0.006μg/m3为饮用水和环境空气中砷的暴露浓度，以《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ25.3-2019)第一类用地情景下推荐的参数为基础，计算砷经口摄入途径、皮肤接触途径、呼吸吸入途径致癌效应的等效剂量分别为0.0766μg/kg/d、0.0766μg/kg/d、0.000618μg/kg/d，以该等效剂量为基础反推经口摄入途径、皮肤接触途径、呼吸吸入途径土壤砷风险控制值分别为59.91mg/kg、624.42mg/kg、92.66mg/kg，最终所得基于等效剂量的土壤总风险控制值为34.38mg/kg。
各参数取值见表1。
表1实施例中各参数取值
Figure BDA0003380238340000072
Figure BDA0003380238340000081
计算过程如下：
1、计算各途径基于不同介质的等效剂量
(1)经口摄入途径致癌效应基于饮用水标准的等效剂量
Figure BDA0003380238340000082
(2)皮肤接触途径致癌效应的等效剂量
IDd＝IDω＝0.0766μg/kg/d。
(3)呼吸吸入途径致癌效应基于空气质量标准的等效剂量
Figure BDA0003380238340000083
2、计算各途径基于等效剂量的土壤风险控制值
(1)经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值
Figure BDA0003380238340000084
Figure BDA0003380238340000085
(2)皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值
Figure BDA0003380238340000091
Figure BDA0003380238340000092
(3)吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值
Figure BDA0003380238340000093
Figure BDA0003380238340000094
3、计算基于等效剂量的土壤总风险控制值
Figure BDA0003380238340000095
实施例2
与实施例1的区别在于以北方某市人群暴露参数为基础，部分人体暴露参数结合当时人群暴露特征确定，计算的砷经口摄入途径、皮肤接触途径、呼吸吸入途径致癌效应的等效剂量分别为0.13μg/kg/d、0.13μg/kg/d、0.00063μg/kg/d，以该等效剂量为基础反推经口摄入途径、皮肤接触途径、呼吸吸入途径土壤砷风险控制值分别为163.64mg/kg、1263.05mg/kg、139.68mg/kg，最终所得基于等效剂量的土壤总风险控制值为71.11mg/kg。
对比例
(1)采用HJ25.3方法计算的土壤砷各途径和总途径风险控制值分别为：
Cs-o＝RCVSo＝0.52mg/kg；
Cs-d＝RCVSd＝5.43mg/kg；
Cs-i＝RCVSi＝8.46mg/kg；
Cs＝RCVSn＝0.45mg/kg。
(2)《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600—2018)中第一类用地砷的筛选值为20mg/kg，管制值为120mg/kg。
如图1所示，采用HJ25.3推荐方法计算的土壤砷风险控制值为0.45mg/kg，远低于GB36600中第一类用地筛选值20mg/kg，如果将计算值直接作为砷的风险控制值，会造成大量未受工业污染的土壤被过度修复。采用本专利方法计算的土壤砷风险控制值分别为34.38mg/kg和71.11mg/kg，大于第一类用地筛选值，小于第一类工地管制值，更具实际意义。综上所述，本发明的土壤中砷风险控制值的计算方法，该计算方法基于不同介质等效剂量，为我国砷污染场地土壤修复目标值的制定提供了依据，避免了污染场地的过度修复。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种土壤中砷风险控制值的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算各途径基于不同介质的等效剂量；
S2、计算各途径基于等效剂量的土壤风险控制值；
S3、计算基于等效剂量的土壤总风险控制值Cs，所述土壤总风险控制值Cs的计算公式如下：
Figure FDA0003380238330000011
其中，
Cs-o为经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值；
Cs-d为皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值；
Cs-i为吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤S1中所述等效剂量包括经口摄入途径致癌效应基于饮用水标准的等效剂量IDo、皮肤接触途径致癌效应的等效剂量IDd和呼吸吸入途径致癌效应基于空气质量标准的等效剂量IDi。
3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述经口摄入途径致癌效应基于饮用水标准的等效剂量IDo的计算公式为：
Figure FDA0003380238330000012
其中，Cdw为饮用水标准中As的浓度限值，μg/L；GWCRc为儿童每日饮用水量，L/d；GWCRa为成人每日饮用水量，L/d；EFc为儿童暴露频率，d/a；EFa为成人暴露频率，d/a；EDc为儿童暴露期，a；EDa为成人暴露期，a；BWc为儿童体重，kg；BWa为成人体重，kg；ATca为致癌效应平均时间，d。
4.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述皮肤接触途径致癌效应的等效剂量IDd采用经口摄入途径致癌效应允许的等效剂量IDo。
5.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述呼吸吸入途径致癌效应基于空气质量标准的等效剂量IDi的计算公式为：
Figure FDA0003380238330000021
其中，Cair为环境空气质量标准中As的浓度限值，μg/m3；DAIRc为儿童每日呼吸空气量，m3/d；DAIRa为成人每日呼吸空气量，m3/d；EFc为儿童暴露频率，d/a；EFa为成人暴露频率，d/a；EDc为儿童暴露期，a；EDa为成人暴露期，a；BWc为儿童体重，kg；BWa为成人体重，kg；ATca为致癌效应平均时间，d。
6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤S2中所述土壤风险控制值包括经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值Cs-o、皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值Cs-d和吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值Cs-i。
7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述经口摄入途径基于等效剂量的土壤风险控制值Cs-o的计算公式为
Figure FDA0003380238330000022
其中，
Figure FDA0003380238330000023
式中，OISERca为经口摄入途径基于致癌效应的土壤暴露量，mg/kg/d；
Cs-o为经口摄入途径基于饮用水标准等效剂量的土壤风险控制值，mg/kg；
OSIRc为儿童每日摄入土壤量，mg/d；
OSIRa为成人每日摄入土壤量，mg/d。
8.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述皮肤接触途径基于等效剂量的土壤风险控制值的计算公式为：
Figure FDA0003380238330000024
其中，
Figure FDA0003380238330000031
式中，DCSERca为皮肤接触途径基于致癌效应的土壤暴露量，mg/kg/d；SAEc为儿童暴露皮肤表面积，cm2；SAEa为成人暴露皮肤表面积，cm2；SSARc为儿童皮肤表面土壤粘附系数，mg/cm2；SSARa为成人皮肤表面土壤粘附系数，mg/cm2；ABSd为皮肤接触吸收效率因子，无量纲；Ev为每日皮肤接触事件频率，次/d。
9.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述吸入颗粒物途径基于等效剂量的土壤风险控制值Cs-i的计算公式为：
Figure FDA0003380238330000032
其中，
Figure FDA0003380238330000033
式中，PISERca为吸入土壤颗粒物途径基于致癌效应的土壤暴露量，mg/kg/d；Cs-i为吸入颗粒物途径基于环境空气标准等效剂量的土壤风险控制值，mg/kg；PM10为空气中可吸入颗粒物含量，mg/m3；PIAF为吸入土壤颗粒物在体内滞留比例，无量纲；fspo为室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；fspi为室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；EFOc为儿童的室外暴露频率，d/a；EFIc为儿童的室内暴露频率，d/a；EFOa为成人的室外暴露频率，d/a；EFIa为成人的室内暴露频率，d/a。
10.根据权利要求1-9任一项所述的计算方法在污染场地修复中的应用。
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