CN114357889A - 一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境科学和健康风险评价技术领域，具体地说是一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，第一阶段为污染物初筛，包括筛选范围、筛选原则、筛选优先控制污染物范围、调查典型地块土壤污染状况，第二阶段为因子综合评分筛选，包括评价因子设置、评价因子权重计算、评价因子的分级和赋值、综合评分，第三阶段优先控制污染物清单确定，本发明同现有技术相比，通过“初步筛选‑因子综合评分‑优控污染物确认”三个阶段为地块土壤优先控制污染物基准值制定以及环境污染综合治理提供了可靠的依据或线索。
Description
技术领域
本发明涉及环境科学和健康风险评价技术领域，具体地说是一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法。
背景技术
土壤是重要的生物栖息场地，也是重金属和有机物污染的“源”和“汇”。重金属、有机物等污染物进入环境空气、水体和土壤后，绝大部分被悬浮颗粒物吸附，通过降尘、灌溉等多种方式最终汇集到土壤中。被污染土壤上进行粮食和蔬菜的种植，重金属和有机污染物大量进入植物，通过食物链被动物和人类吸收，造成动物和人类的健康危害。尤其是在污染企业用地、工业废弃地或工业园区周边地块土壤中重金属、半挥发性有机物、挥发性有机物等污染物普遍检出，数千调查点位中超标点位占比超过30％以上。同时每个工业企业的类型、规模、原辅材料和生产工艺以及污染治理设施的不同，通过废气、废水和固体废弃物堆放等方式排放的污染物类型和水平存在极大的差异。
地块土壤优先控制污染物可以为人体健康风险评估和环境健康基准制定提供科学依据，也是开展地块土壤环境污染管理和环境质量保护的有效技术手段。目前，国际上环境优先污染物的筛选方法主要是基于污染物毒性、环境降解性、环境暴露风险、环境健康状况或基于多介质环境目标值模式的定量评分系统，运用这类方法可以计算出每种污染物的定量得分，并以此为基础进行排序筛选。但这类方法由于涉及参数众多，且相关准确数据又往往难于获取。故迄今为止，运用该类方法仅对数量有限的污染物提出了暴露途径、暴露水平和多介质目标值等数据，大多数的污染物很难获得相关参数。
因此，需要设计一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，可以有效的筛选出地块土壤中需要重点关注的优先控制污染物，为地块土壤优先控制污染物基准值制定以及环境污染综合治理提供了可靠的依据或线索。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，筛选出需要重点关注的地块土壤优先控制污染物清单。可以有效的筛选出地块土壤中需要重点关注的优先控制污染物，为地块土壤优先控制污染物基准值制定以及环境污染综合治理提供了可靠的依据或线索。
为了达到上述目的，本发明提供一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，包括如下步骤：
S1：第一阶段为污染物初筛
【筛选范围】：依据地块工业企业污染物排放情况、文献资料调研、典型地块土壤现场踏勘与调查监测以及国内外名录中的污染物共同组成候选污染物范围；
【筛选原则】：遵循优先控制污染物的筛选以能代表典型地块土壤污染状况为总体原则，具体包括：具有生产量(或排放量)大，且在地块土壤中广泛地存在；对人类的毒性危害大，特别是具有或可能具有致癌性的污染物；污染物的累积总分占总积分85％以内；入选已知的国内外优先控制污染物名录。
【确定候选优先控制污染物范围】：综合考虑拟筛选地块工业行业污染物排放状况，目标工业行业公开发表的英文文献和报告中涉及的污染物以及国内外文献资料中涉及的污染物共同组成候选污染物范围，根据污染物具备可行的实际测试分析技术条件，经相关行业专家评判确定候选优先控制污染物清单；
【收集候选污染物相关资料】：通过查阅国际知名或权威的数据库以及国内外有关文献资料，收集候选污染物的基本参数和毒性资料；基本参数和毒性资料包括污染物的中英文化学名、CA登记号、生物半衰期、生物累积性、正辛醇/水中浓度分配、急性毒性、慢性毒性、生殖发育毒性、致癌等级以及经口和呼吸暴露的参考剂量和致癌斜率系数，基本参数和毒性资料选用国家/地区的本土数据，在缺乏本土数据的情况下，采用国外权威机构发布的数据以及采用国际、国家标准测试方法以及行业技术标准，操作过程遵循良好实验室规范(Good Laboratory Practice,GLP)的实验数据；
【调查典型地块土壤污染状况】：依据《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ25.1—2019)开展典型地块现场踏勘工作和环境土壤样品的采集，土壤样品的采集严格参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)进行，对于挥发性有机物样品的采集参考《块地土壤和地下水中挥发性有机物采样技术导则》(HJ 1019—2019)进行，土壤样品的检测指标为确定的全部候选污染物为检测指标，检测方法选用国家标准分析方法或行业标准方法。
S2：第二阶段为因子综合评分筛选：
【评价因子设置】：依据筛选原则，综合考虑污染物在环境介质中的迁移转化、对人体健康的危害以及污染物暴露对人体潜在致癌/非致癌健康风险，采用半客观、半定量的风险评价因子综合评分法，从污染物的环境效应、毒性效应和人体健康风险3个方面，设置9项具体筛选指标；9项具体筛选指标包括检出率、环境持久性和生物累积性，毒性效应包括急性毒性、慢性毒性、致癌性和生殖发育毒性，人体健康风险包括致癌健康风险和非致癌健康风险；
【评价因子权重计算】：采用层次分析法建模(AHP)计算评价因子权重系数，AHP是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法，计算流程包括：建立层次结构模型、构造出各层次中的所有判断矩阵、层次单排序及一致性检验和层次总排序及一致性检验；
【评价因子的分级和赋值】：污染物危害等级的划分参考国内外化学物质危害分级和筛选方法文献资料，每个参数分成2～5级，分别赋值1～4分，危害性越大分值越高；对于数据不足的物质，无相应参数的数据时，则赋分值1分，9项具体筛选指标分级和赋值如下：
检出率：以污染物检出率反映该污染物在研究地块土壤中的分布广泛程度，依据每种候选污染物监测方法对应的检出限，计算地块土壤中样品检出率，公式为
持久性：以生物半衰期(Biodegradation Half-Life)来衡量土壤中污染物的持久性；
生物累积性：污染物的生物累积性优先选用生物富集系数(BCF)来评价，对于没有BCF数据的污染物采用化合物在正辛醇/水中浓度分配比(lgKOW)来评价，若BCF和lgKOW数据皆有，则以前者为计算生物累积性评分依据；
急性毒性：染物的急性毒性评分采用准确的定量实验数据，选用大鼠经口或经皮半数致死剂量(LD50，mg/kg)和吸入的半数致死浓度(LC50，mg/m3)数据；若无，采用小鼠经口半数致死数据；
慢性毒性：污染物的慢性毒性评分采用准确的定量实验数据，选用大鼠经口暴露持续时间最长的最小中毒浓度(TDL0，mg/kg)和最小中毒剂量(TCL0，mg/m3)数据；若无，采用小鼠经口的TDL0或TCL0数据；
致癌性：依据国际癌症研究机构(International Agency for Research onCancer，IARC)公布的最新化学污染物致癌清单信息进行评分；
生殖发育毒性：污染物的生殖发育毒性评分优先以欧盟的化学品分级系统指标为基础；
致癌健康风险：污染物主要通过摄入(包括饮食途径和饮水途径)、吸入和皮肤接触等三种途径暴露于人体，依据《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ 25.3-2019)，地块土壤中污染物的暴露途经主要为：人群可经口摄入暴露于地块土壤中污染物，可经皮肤接触暴露于地块土壤中污染物，可经吸入土壤颗粒物暴露于地块污染物；人群致癌风险评分计算以地块土壤污染物经口摄入土壤、皮肤直接接触以及吸入空气中来自土壤的颗粒物的人群总暴露剂量和致癌斜率系数乘积作为参考；
非致癌健康风险评分：人群非致癌风险评分计算以地块土壤污染物经口摄入土壤、皮肤直接接触以及吸入空气中来自土壤的颗粒物的人群总暴露剂量和参考剂量(参考浓度)比值作为参考；
【综合评分】：根据各评价因子权重系数进行加权计算，计算每种候选污染物的综合评分、顺位累计评分以及累计评分百分比，计算公式为如下：总分值(R)＝0.4175×[(0.4432×а1+0.2827×а2+0.2741×а3)+0.2917×(0.3141×b1+0.2346×b2+0.2463×b3+0.205×b4)]×0.2908×(0.875×c1+0.125×c2)；
式中：а1为检出率评分；а2为环境持久性评分；а3为生物累积性评分；b1为急性毒性评分；b2为慢性毒性评分；b3为致癌性评分；b4为生殖发育毒性评分；c1为致癌健康风险评分；c2为非致癌健康风险评分。
S3：第三阶段优先控制污染物清单确定：
根据S1和S2的方法对每种候选污染物分别计算综合评分，按总分值的大小排序，将累积总分占总积分85％以内、在31个国内外优先控制污染物名录中累积出现频次≥8次以上的污染物初步列为行业优先控制污染物清单，最后采用专家评判和管理部门意见相结合的决策方式，最终确定优先控制污染物清单。
S1中候选污染物的确定方法，利用已系统梳理整合的21个国家土壤基准/标准、国际癌症研究机构公布的致癌物等级清单、WHO提出的饮用水中健康危害大的物质、USEPA公布的水环境优先污染物、欧盟2001年第2455/2001/EC决议确定的水环境政策优先物质、全国土壤污染状况调查公报、土壤环境质量农用地及建设用地土壤污染风险管控标准(试行)、优先控制化学品名录(第一批/第二批)及各省市发布的场地土壤环境健康风险评估筛选值等31个名录中涉及的602种作为候选污染物筛选库，同时结合地块企业产排污特点和行业相关资料调查的基础上，经相关行业专家评判后最终确定候选清单。
S2中建立层次结构模型为：建立地块土壤优先控制污染物筛选的递阶层次状结构，依据评价指标设定为3级，分别为目标层、准则层(污染物环境效应、毒性效应和人体健康风险)和方案层(9项具体指标)，其中检出率、环境持久性、生物累积3项因子作为环境效应对应的方案层；急性毒性、慢性毒性、致癌性、生殖发育毒性4项因子作为毒性效应对应的方案层；致癌健康风险和非致癌健康风险2项因子作为人体健康风险对应的方案层；
S2中各层次中的所有判断矩阵为：运用1～9标度法进行各层次因子的两两比较，确定各因子间的相对重要性，构造各层次的判断矩阵，要比较n个因子X＝{χ1，χ2，χ3，χ4，···，χn}对某因素Z的影响大小，即每次拿出两个因素通过两两比较χi和χj，χi和χj对Z的影响大小之比用aij表示，用矩阵表示全部比较结果A＝(aij)n×n，称A为Z-X之间的判断矩阵。
S2中层次单排序及一致性检验为：引入判断矩阵A对应于最大特征值λmax的特征向量W，经归一化处理后，即为同一层次相应因素对应上一层某一因素相对重要性的排序权重值，同时引入CI为矩阵一致性指标，定义为
其中n为矩阵的阶数；CR为随机一致性比率，定义为
其中RI为平均随机一致性指标，当判断矩阵阶数n≥2时，以CR来检验判断矩阵是否有满意的一致性，当CR＜0.1时，即认为判断矩阵具有满意的一致性；
S2中层次总排序及一致性检验为：
获得层次结构中某一层元素对于总体目标组合权重和它们与上层元素的相互影响，需要利用该层所有层次单排序的结果，然后计算出该层元素的组合权重，此过程即被称为层次总排序；
层次总排序这一步，需要从上到下逐层排序进行，最终计算得到最底层元素，即要决策方案优先次序的相对权重；总排序一致性CR<0.1，则表示通过总排序一致性检验，否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率CR较大的判断矩阵；
则方案层次总排序一致性比率为：
层次总排序结果具有较满意的一致性。
S2中评价因子权重系数的初步确定主要是采用专家函询的方式，通过迈实层次分析软件快速建模和数据计算分析，对专家打分出现矩阵不一致或漏填情况，进一步运用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization，PSO)对专家打分矩阵的进行修正得到最终矩阵结果。
最终矩阵结果为：环境效应的权重系数为0.4175、毒性效应为0.2917、人体健康风险为0.2908、检出率为0.4432、环境持久性为0.2827、生物累积性为0.2741、急性毒性为0.3141、慢性毒性为0.2346、致癌性为0.2463、生殖发育毒性为0.205、致癌健康风险为0.875、非致癌健康风险为0.125。
本发明同现有技术相比，通过污染物初筛确定候选污染物清单，因子综合评分，综合考虑污染物的环境效应、毒性效应和人体健康风险3个方面，设置9项具体评分指标，并创新性运用层次分析法(AHP)建模，确定准则层和方案层权重系数，通过为地块土壤优先控制污染物的确定，根据综合评分、专家评判和管理部门意见，最终确定优先控制污染物清单，为地块土壤优先控制污染物基准值制定以及环境污染综合治理提供了可靠的依据或线索。
附图说明
图1是本发明的目标层与准则层构成的判断矩阵表示意图。
图2是本发明的环境效应与方案层次判断表示意图。
图3是本发明的毒性效应与方案层次判断表示意图。
图4是本发明的人体健康风险与方案层次判断表示意图。
图5是本发明的污染物检出率评分示意图。
图6是本发明的污染物持久性评分示意图。
图7是本发明的污染物累积性评分示意图。
图8是本发明的污染物急性毒性评分示意图。
图9是本发明的污染物慢性毒性评分示意图。
图10是本发明的污染物致癌等级评分示意图。
图11是本发明的污染物生殖发育毒性等级评分示意图。
图12是本发明的致癌健康风险计算公式示意图。
图13是本发明的污染物致癌健康风险等级评分示意图。
图14是本发明的非致癌健康风险计算公式示意图。
图15是本发明的污染物非致癌健康风险等级评分示意图。
图16是本发明实施例中油墨涂料地块土壤污染物环境效应评分示意图。
图17是本发明实施例中油墨涂料地块土壤污染物毒性效应评分示意图。
图18是本发明实施例中油墨涂料地块土壤污染物人体健康风险评分示意图。
图19～图25是本发明实施例中油墨涂料地块土壤污染物综合评分汇总表示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1-2，本发明提供一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，包括如下步骤：
S1：第一阶段为污染物初筛
【筛选范围】：包括依据地块工业企业污染物排放情况、文献资料调研、典型地块土壤现场踏勘与调查监测以及国内外名录中的污染物共同组成候选污染物范围；
【筛选原则】：遵循优先控制污染物的筛选以能代表典型地块土壤污染状况为总体原则；
【筛选优先控制污染物范围】：综合考虑拟筛选地块工业行业污染物排放状况，目标工业行业公开发表的英文文献和报告中涉及的污染物以及国内外文献资料中国涉及的污染物共同组成候选污染物范围，根据污染物具备可行的实际测试分析技术条件，经相关行业专家评判确定候选优先控制污染物清单；
【收集候选污染物相关资料】：通过查阅国际知名或权威的数据库以及国内外有关文献资料，收集候选污染物的基本参数和毒性资料；基本参数和毒性资料包括污染物的中英文化学名、CA登记号、生物半衰期、生物累积性、正辛醇/水中浓度分配、急性毒性、慢性毒性、生殖发育毒性、致癌等级以及经口和呼吸暴露的参考剂量和致癌斜率系数，基本参数和毒性资料选用国家/地区的本土数据，在缺乏本土数据的情况下，采用国外权威机构发布的数据以及采用国际、国家标准测试方法以及行业技术标准，操作过程遵循良好实验室规范(Good Laboratory Practice,GLP)的实验数据；
【调查典型地块土壤污染状况】：依据《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ25.1—2019)开展典型地块现场踏勘工作和环境土壤样品的采集，土壤样品的采集严格参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)进行，对于挥发性有机物样品的采集参考《块地土壤和地下水中挥发性有机物采样技术导则》(HJ 1019—2019)进行，土壤样品的检测指标为确定的全部候选污染物为检测指标，检测方法选用国家标准分析方法或行业标准方法。
S2：第二阶段为因子综合评分筛选：
【评价因子设置】：依据筛选原则，综合考虑污染物在环境介质中的迁移转化、对人体健康的危害以及污染物暴露对人体潜在致癌/非致癌健康风险，采用半客观、半定量的风险评价因子综合评分法，从污染物的环境效应、毒性效应和人体健康风险3个方面，设置9项具体筛选指标；9项具体筛选指标包括检出率、环境持久性和生物累积性，毒性效应包括急性毒性、慢性毒性、致癌性和生殖发育毒性，人体健康风险包括致癌健康风险和非致癌健康风险；
【评价因子权重计算】：采用层次分析法建模(AHP)计算评价因子权重系数，AHP是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法，计算流程包括：建立层次结构模型、构造出各层次中的所有判断矩阵、层次单排序及一致性检验和层次总排序及一致性检验；
【评价因子的分级和赋值】：污染物危害等级的划分参考国内外化学物质危害分级和筛选方法文献资料，每个参数分成2～5级，分别赋值1～4分，危害性越大分值越高；对于数据不足的物质，无相应参数的数据时，则赋中间分值1分，9项具体筛选指标分级和赋值如下：
检出率：以污染物检出率反映该污染物在研究地块土壤中的分布广泛程度，依据每种候选污染物监测方法对应的检出限，计算地块土壤中样品检出率，如图5所示检出率评分标准，公式为
持久性：以生物半衰期(Biodegradation Half-Life)来衡量土壤中污染物的持久性；如图6所示持久性评分标准；
生物累积性：污染物的生物累积性优先选用生物富集系数(BCF)来评价，对于没有BCF数据的污染物采用化合物在正辛醇/水中浓度分配比(lgKOW)来评价，若BCF和lgKOW数据皆有，则以前者为计算生物累积性评分依据；如图7所示生物累积性评分标准；
急性毒性：染物的急性毒性评分采用准确的定量实验数据，选用大鼠经口或经皮半数致死剂量(LD50，mg/kg)和吸入的半数致癌浓度(LC50，mg/m3)数据；若无，采用小鼠经口半数致死量数据；如图8所示急性毒性评分标准；
慢性毒性：污染物的慢性毒性评分采用准确的定量实验数据，选用大鼠经口暴露持续时间最长的最小中毒浓度(TDL0，mg/kg)和最小中毒剂量(TCL0，mg/m3)数据；若无，采用小鼠经口的TDL0或TCL0数据；如图9所示慢性毒性评分标准；
致癌性：依据IARC于公布的最新化学污染物致癌清单信息进行评分；如图10所示致癌性评分标准；
生殖发育毒性：污染物的生殖发育毒性评分优先以欧盟的化学品分级系统指标为基础；如图11所示生殖发育毒性评分标准；
致癌健康风险：污染物主要通过摄入(包括饮食途径和饮水途径)、吸入和皮肤接触等三种途径暴露于人体，依据《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ 25.3-2019)，地块土壤中污染物的暴露途经主要为：人群可经口摄入暴露于地块土壤中污染物，可经皮肤接触暴露于地块土壤中污染物，可经吸入土壤颗粒物暴露于地块污染物；人群致癌风险评分计算以地块土壤污染物经口摄入土壤、皮肤直接接触以及吸入空气中来自土壤的颗粒物的人群总暴露剂量和致癌斜率系数乘积作为参考，具体计算公式参见图12致癌健康风险计算公式中C.1、C.3、C.5、C.7和图13致癌健康风险评分标准；
非致癌健康风险评分：人群非致癌风险评分计算以地块土壤污染物经口摄入土壤、皮肤直接接触以及吸入空气中来自土壤的颗粒物的人群总暴露剂量和参考剂量(参考浓度)比值作为参考，具体计算公式参见图14所示非致癌健康风险计算公式中C.2、C.4、C.6、C.8和图15所示非致癌健康风险评分标准；
【综合评分】：根据各评价因子权重系数进行加权计算，计算每种候选污染物的综合评分、顺位累计评分以及累计评分百分比，计算公式为如下：总分值(R)＝0.4175×[(0.4432×а1+0.2827×а2+0.2741×а3)+0.2917×(0.3141×b1+0.2346×b2+0.2463×b3+0.205×b4)]×0.2908×(0.875×c1+0.125×c2)；
式中：а1为检出率评分；а2为环境持久性评分；а3为生物累积性评分；b1为急性毒性评分；b2为慢性毒性评分；b3为致癌性评分；b4为生殖发育毒性评分；c1为致癌健康风险评分；c2为非致癌健康风险评分。
S3：第三阶段优先控制污染物清单确定：
根据S1和S2的方法对每种候选污染物分别计算综合评分，按总分值的大小排序，将累积总分占总积分85％以内、在31个国内外优先控制污染物名录中累积出现频次≥8次以上的污染物初步列为行业优先控制污染物清单，最后采用专家评判和管理部门意见相结合的决策方式，最终确定优先控制污染物清单。
总体原则具体包括：
具有生产量(或排放量)大，且在地块土壤中广泛地存在；
对人类的毒性危害大，特别是具有或可能具有致癌性的污染物；
污染物的累积总分占总积分85％以内；
入选已知的国内外优先控制污染物名录。
S1中的国内外文献资料包括21个国家土壤基准/标准、国际癌症研究机构公布的致癌物等级清单、WHO提出的饮用水中健康危害大的物质、USEPA公布的水环境优先污染物、欧盟2001年第2455/2001/EC决议确定的水环境政策优先物质、全国土壤污染状况调查公报、土壤环境质量农用地及建设用地土壤污染风险管控标准(试行)、优先控制化学品名录(第一批/第二批)及各省市发布的场地土壤环境健康风险评估筛选值。
S1中候选污染物的确定方法，利用已系统梳理整合的21个国家土壤基准/标准、国际癌症研究机构公布的致癌物等级清单、WHO提出的饮用水中健康危害大的物质、USEPA公布的水环境优先污染物、欧盟2001年第2455/2001/EC决议确定的水环境政策优先物质、全国土壤污染状况调查公报、土壤环境质量农用地及建设用地土壤污染风险管控标准(试行)、优先控制化学品名录(第一批/第二批)及各省市发布的场地土壤环境健康风险评估筛选值等31个名录中涉及的602种作为候选污染物筛选库，同时结合地块企业产排污特点和行业相关资料调查的基础上，经相关行业专家评判后最终确定候选清单。
S2中建立层次结构模型为：建立地块土壤优先控制污染物筛选的递阶层次状结构，依据评价指标设定为3级，分别为目标层、准则层(污染物环境效应、毒性效应和人体健康风险)和方案层(9项具体指标)，其中检出率、环境持久性、生物累积3项因子作为环境效应对应的方案层；急性毒性、慢性毒性、致癌性、生殖发育毒性4项因子作为毒性效应对应的方案层；致癌健康风险和非致癌健康风险2项因子作为人体健康风险对应的方案层；
S2中各层次中的所有判断矩阵为：运用1～9标度法进行各层次因子的两两比较，确定各因子间的相对重要性，构造各层次的判断矩阵，要比较n个因子X＝{χ1，χ2，χ3，χ4，···，χn}对某因素Z的影响大小，即每次拿出两个因素通过两两比较χi和χj，χi和χj对Z的影响大小之比用aij表示，用矩阵表示全部比较结果A＝(aij)n×n，称A为Z-X之间的判断矩阵。
S2中层次单排序及一致性检验为：引入判断矩阵A对应于最大特征值λmax的特征向量W，经归一化处理后，即为同一层次相应因素对应上一层某一因素相对重要性的排序权重值，同时引入CI为矩阵一致性指标，定义为
其中n为矩阵的阶数；CR为随机一致性比率，定义为
其中RI为平均随机一致性指标，当判断矩阵阶数n≥2时，以CR来检验判断矩阵是否有满意的一致性，当CR＜0.1时，即认为判断矩阵具有满意的一致性；
S2中层次总排序及一致性检验为：
获得层次结构中某一层元素对于总体目标组合权重和它们与上层元素的相互影响，需要利用该层所有层次单排序的结果，然后计算出该层元素的组合权重，此过程即被称为层次总排序；
层次总排序这一步，需要从上到下逐层排序进行，最终计算得到最底层元素，即要决策方案优先次序的相对权重；总排序一致性CR<0.1，则表示通过总排序一致性检验，否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率CR较大的判断矩阵；
则方案层次总排序一致性比率为：
层次总排序结果具有较满意的一致性。
S2中评价因子权重系数的初步确定主要是采用专家函询的方式，通过迈实层次分析软件快速建模和数据计算分析，对专家打分出现矩阵不一致或漏填情况，进一步运用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization，PSO)对专家打分矩阵的进行修正得到最终矩阵结果，如图1-图4所示各层次判断矩阵结果，矩阵A1，A2，A3和A4的CR均小于0.1，都有较好的一致性。
最终矩阵结果为：环境效应的权重系数为0.4175、毒性效应为0.2917、人体健康风险为0.2908、检出率为0.4432、环境持久性为0.2827、生物累积性为0.2741、急性毒性为0.3141、慢性毒性为0.2346、致癌性为0.2463、生殖发育毒性为0.205、致癌健康风险为0.875、非致癌健康风险为0.125。
实施例：
下面以广东中山某油墨涂料地块土壤优先控制污染物筛选为例，对本发明做进一步的详细说明，具体步骤如下：
1.地块企业概况和样品采集
广东某油墨涂料地块企业主要生产各种塑料油墨、分散液、印刷油墨、丙烯酸酯胶黏剂等。根据厂区分布和现场踏勘情况，在其柴油罐、槽车喷、天那水车间、油墨车间、储罐区、平板车间、卸料器等采集0～20cm的表层土壤，以及在柴油储罐旁、储罐区和油墨车间采集0～20cm、100～120cm和200～250cm柱状样品，共采集22个样品。土壤样品的采集严格参照HJ/T166-2004和HJ 1019-2019。
2.优先控制污染物筛选方法
2.1候选优先控制污染物确定
通过调查企业环境影响评估报告书(表)、调查评估报告或相关记录、排污许可证、危险化学品清单及使用量等资料清单，文献检索油墨涂料行业排放标准和中英文文献，以及系统梳理的国内外31个优先控制名录中涉及的602种污染物，最后经专家评判确定85种候选污染物，包括12种重金属、16种多环芳烃、23种苯系物和34种卤代烃。
2.2因子综合评分筛选
(1)环境效应评分筛选
综合考虑油墨涂料地块土壤中污染物检出率、生物半衰期和生物富集系数来评价污染物在环境中分布情况、持久性和生物累积性。依据污染物的评分标准(图5～图7)和相对应的权重系数，获得85种污染物的检出率评分得分、生物持久性评分得分和生物累积性评分得分，最后将三者评分之和乘以环境效应权重(Wbi)，最终得到污染物的环境效应评分，其中苯并[g,h,i]苝、茚并(1,2,3-cd)芘、苯并(b)荧蒽、荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并(a)蒽、蒽、芘、六氯丁二烯、铅、锌、菲和1,2,4-三氯苯等15种污染物的环境效应评分靠前，详见图16。
(2)毒性效应评分筛选
污染物毒性效应采用急性毒性、慢性毒性评、致癌等级和生殖发育毒性四个等指标来综合评分。依据污染物的评分标准(见图8～图11)和相对应的权重系数，获得85种污染物的毒性效应的四个指标评分得分，最后将四者评分之和乘以毒性效应权重(Wbi)，最终得到污染物的毒性效应评分，其中镍、三氯乙烯、镉、1,2-二溴乙烷、Hg、1,2-二溴-3-氯丙烷、氯乙烯、砷、铅、铜、苯并(a)芘、萘、四氯乙烯、苯和氯苯等15种污染物的毒性效应评分靠前，详见图17。
(3)人体健康风险评分筛选
污染物的人体健康风险考虑了污染物的致癌健康风险和非致癌健康风险水平。依据污染物的评分标准(图11～图12)和相对应的权重系数，获得85种污染物的人体致癌健康风险和非致癌健康风险评分得分，最后将两者评分之和乘以人体健康风险权重(Wbi)，最终得到污染物的人体健康风险评分，其中砷、苯并(a)芘、镍、苯乙烯、1,2-二溴乙烷、二苯并(a,h)蒽、镉、氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、苯、1,2-二氯丙烷、铝、钴和菲等15种污染物的人体健康风险评分靠前，详见图18。
(4)综合评分
依据对各筛选因子设定最终权重系数的规定，以及污染物综合评分计算方式：
总分值(R)＝0.4175×[(0.4432×а1+0.2827×а2+0.2741×а3)+0.2917×(0.3141×b1+0.2346×b2+0.2463×b3+0.205×b4)]×0.2908×(0.875×c1+0.125×c2)。计算得到85种污染物的综合评分、顺位累计评分以及累计评分百分比，详细见图19～图25。
以上仅是本发明的优选实施方式，只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明从整体上解决了现有技术由于涉及参数众多，且相关准确数据又往往难于获取，运用该类方法仅对数量有限的污染物提出了暴露途径、暴露水平和多介质目标值等数据，大多数的污染物很难获得相关参数的技术问题，通过“初步筛选-因子综合评分-优控污染物确认”三个阶段，可以有效的筛选出地块土壤中需要重点关注的优先控制污染物，为地块土壤优先控制污染物基准值制定以及环境污染综合治理提供了可靠的依据或线索。
Claims (9)
1.一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：第一阶段为污染物初筛
【筛选范围】：依据地块工业企业污染物排放情况、文献资料调研、典型地块土壤现场踏勘与调查监测以及国内外名录中的污染物共同组成候选污染物范围；
【筛选原则】：遵循优先控制污染物的筛选以能代表典型地块土壤污染状况为总体原则；
【确定候选优先控制污染物范围】：综合考虑拟筛选地块工业行业污染物排放状况，目标工业行业公开发表的英文文献和报告中涉及的污染物以及国内外文献资料中涉及的污染物共同组成候选污染物范围，根据污染物具备可行的实际测试分析技术条件，经相关行业专家评判确定候选优先控制污染物清单；
【收集候选污染物相关资料】：通过查阅国际知名或权威的数据库以及国内外有关文献资料，收集候选污染物的基本参数和毒性资料；所述基本参数和毒性资料包括污染物的中英文化学名、CA登记号、生物半衰期、生物累积性、正辛醇/水中浓度分配、急性毒性、慢性毒性、生殖发育毒性、致癌等级以及经口和呼吸暴露的参考剂量和致癌斜率系数，所述基本参数和毒性资料选用国家/地区的本土数据，在缺乏本土数据的情况下，采用国外权威机构发布的数据以及采用国际、国家标准测试方法以及行业技术标准，操作过程遵循良好实验室规范(Good Laboratory Practice,GLP)的实验数据；
【调查典型地块土壤污染状况】：依据《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ25.1—2019)开展典型地块现场踏勘工作和环境土壤样品的采集，土壤样品的采集严格参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)进行，对于挥发性有机物样品的采集参考《块地土壤和地下水中挥发性有机物采样技术导则》(HJ 1019—2019)进行，土壤样品的检测指标为确定的全部候选污染物为检测指标，检测方法选用国家标准分析方法或行业标准方法。
S2：第二阶段为因子综合评分筛选：
【评价因子设置】：依据所述筛选原则，综合考虑污染物在环境介质中的迁移转化、对人体健康的危害以及污染物暴露对人体潜在致癌/非致癌健康风险，采用半客观、半定量的风险评价因子综合评分法，从污染物的环境效应、毒性效应和人体健康风险3个方面，设置9项具体筛选指标；所述9项具体筛选指标包括检出率、环境持久性和生物累积性，所述毒性效应包括急性毒性、慢性毒性、致癌性和生殖发育毒性，所述人体健康风险包括致癌健康风险和非致癌健康风险；
【评价因子权重计算】：采用层次分析法建模(AHP)计算评价因子权重系数，所述AHP是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法，计算流程包括：建立层次结构模型、构造出各层次中的所有判断矩阵、层次单排序及一致性检验和层次总排序及一致性检验；
【评价因子的分级和赋值】：污染物危害等级的划分参考国内外化学物质危害分级和筛选方法文献资料，每个参数分成2～5级，分别赋值1～4分，危害性越大分值越高；对于数据不足的物质，无相应参数的数据时，则赋分值1分，所述9项具体筛选指标分级和赋值如下：
检出率：以污染物检出率反映该污染物在研究地块土壤中的分布广泛程度，依据每种候选污染物监测方法对应的检出限，计算地块土壤中样品检出率，公式为
持久性：以生物半衰期(Biodegradation Half-Life)来衡量土壤中污染物的持久性；
生物累积性：污染物的生物累积性优先选用生物富集系数(BCF)来评价，对于没有BCF数据的污染物采用化合物在正辛醇/水中浓度分配比(lgKOW)来评价，若BCF和lgKOW数据皆有，则以前者为计算生物累积性评分依据；
急性毒性：染物的急性毒性评分采用准确的定量实验数据，选用大鼠经口或经皮半数致死剂量(LD50，mg/kg)和吸入的半数致死浓度(LC50，mg/m3)数据；若无，采用小鼠经口半数致死数据；
慢性毒性：污染物的慢性毒性评分采用准确的定量实验数据，选用大鼠经口暴露持续时间最长的最小中毒浓度(TDL0，mg/kg)和最小中毒剂量(TCL0，mg/m3)数据；若无，采用小鼠经口的TDL0或TCL0数据；致癌性：依据国际癌症研究机构(International Agency forResearch on Cancer，IARC)公布的最新化学污染物致癌清单信息进行评分；
生殖发育毒性：污染物的生殖发育毒性评分优先以欧盟的化学品分级系统指标为基础；
致癌健康风险：污染物主要通过摄入(包括饮食途径和饮水途径)、吸入和皮肤接触等三种途径暴露于人体，依据《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ 25.3-2019)，地块土壤中污染物的暴露途经主要为：
人群可经口摄入暴露于地块土壤中污染物，可经皮肤接触暴露于地块土壤中污染物，可经吸入土壤颗粒物暴露于地块污染物；人群致癌风险评分计算以地块土壤污染物经口摄入土壤、皮肤直接接触以及吸入空气中来自土壤的颗粒物的人群总暴露剂量和致癌斜率系数乘积作为参考；
非致癌健康风险评分：人群非致癌风险评分计算以地块土壤污染物经口摄入土壤、皮肤直接接触以及吸入空气中来自土壤的颗粒物的人群总暴露剂量和参考剂量(参考浓度)比值作为参考；
【综合评分】：根据各评价因子权重系数进行加权计算，计算每种候选污染物的综合评分、顺位累计评分以及累计评分百分比，计算公式为如下：总分值(R)＝0.4175×[(0.4432×а1+0.2827×а2+0.2741×а3)+0.2917×(0.3141×b1+0.2346×b2+0.2463×b3+0.205×b4)]×0.2908×(0.875×c1+0.125×c2)；
式中：а1为检出率评分；а2为环境持久性评分；а3为生物累积性评分；b1为急性毒性评分；b2为慢性毒性评分；b3为致癌性评分；b4为生殖发育毒性评分；c1为致癌健康风险评分；c2为非致癌健康风险评分。
S3：第三阶段优先控制污染物清单确定：
根据所述S1和S2的方法对每种候选污染物分别计算综合评分，按总分值的大小排序，将累积总分占总积分85％以内、在31个国内外优先控制污染物名录中累积出现频次≥8次以上的污染物初步列为行业优先控制污染物清单，最后采用专家评判和管理部门意见相结合的决策方式，最终确定优先控制污染物清单。
2.根据权利要求1所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述总体原则具体包括：
具有生产量(或排放量)大，且在地块土壤中广泛地存在；
对人类的毒性危害大，特别是具有或可能具有致癌性的污染物；
污染物的累积总分占总积分85％以内；
入选已知的国内外优先控制污染物名录。
3.根据权利要求1所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，S1中所述候选污染物的确定方法，利用已系统梳理整合的21个国家土壤基准/标准、国际癌症研究机构公布的致癌物等级清单、WHO提出的饮用水中健康危害大的物质、USEPA公布的水环境优先污染物、欧盟2001年第2455/2001/EC决议确定的水环境政策优先物质、全国土壤污染状况调查公报、土壤环境质量农用地及建设用地土壤污染风险管控标准(试行)、优先控制化学品名录(第一批/第二批)及各省市发布的场地土壤环境健康风险评估筛选值等31个名录中涉及的602种作为候选污染物筛选库，同时结合地块企业产排污特点和行业相关资料调查的基础上，经相关行业专家评判后最终确定候选清单。
4.根据权利要求1所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述S2中建立层次结构模型为：建立地块土壤优先控制污染物筛选的递阶层次状结构，依据评价指标设定为3级，分别为目标层、准则层(污染物环境效应、毒性效应和人体健康风险)和方案层(9项具体指标)，其中检出率、环境持久性、生物累积3项因子作为环境效应对应的方案层；急性毒性、慢性毒性、致癌性、生殖发育毒性4项因子作为毒性效应对应的方案层；致癌健康风险和非致癌健康风险2项因子作为人体健康风险对应的方案层。
5.根据权利要求1所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述S2中各层次中的所有判断矩阵为：运用1～9标度法进行各层次因子的两两比较，确定各因子间的相对重要性，构造各层次的判断矩阵，要比较n个因子X＝{χ1，χ2，χ3，χ4，···，χn}对某因素Z的影响大小，即每次拿出两个因素通过两两比较χi和χj，χi和χj对Z的影响大小之比用aij表示，用矩阵表示全部比较结果A＝(aij)n×n，称A为Z-X之间的判断矩阵。
6.根据权利要求1所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述S2中层次单排序及一致性检验为：引入判断矩阵A对应于最大特征值λmax的特征向量W，经归一化处理后，即为同一层次相应因素对应上一层某一因素相对重要性的排序权重值，同时引入CI为矩阵一致性指标，定义为
其中n为矩阵的阶数；CR为随机一致性比率，定义为
其中RI为平均随机一致性指标，当判断矩阵阶数n≥2时，以CR来检验判断矩阵是否有满意的一致性，当CR＜0.1时，即认为判断矩阵具有满意的一致性。
7.根据权利要求1所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述S2中层次总排序及一致性检验为：获得层次结构中某一层元素对于总体目标组合权重和它们与上层元素的相互影响，需要利用该层所有层次单排序的结果，然后计算出该层元素的组合权重，此过程即被称为层次总排序；
层次总排序这一步，需要从上到下逐层排序进行，最终计算得到最底层元素，即要决策方案优先次序的相对权重；总排序一致性CR<0.1，则表示通过总排序一致性检验，否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率CR较大的判断矩阵；
则方案层次总排序一致性比率为：
层次总排序结果具有较满意的一致性。
8.根据权利要求1所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述S2中评价因子权重系数的初步确定主要是采用专家函询的方式，通过迈实层次分析软件快速建模和数据计算分析，对专家打分出现矩阵不一致或漏填情况，进一步运用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization，PSO)对专家打分矩阵的进行修正得到最终矩阵结果。
9.根据权利要求9所述的一种基于人群健康风险的地块土壤优先控制污染物筛选方法，其特征在于，所述最终矩阵结果为：环境效应的权重系数为0.4175、毒性效应为0.2917、人体健康风险为0.2908、检出率为0.4432、环境持久性为0.2827、生物累积性为0.2741、急性毒性为0.3141、慢性毒性为0.2346、致癌性为0.2463、生殖发育毒性为0.205、致癌健康风险为0.875、非致癌健康风险为0.125。
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