專利名稱：基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物篩選方法
技術領域：
本發(fā)明涉及環(huán)境科學和健康風險評價領域，涉及一種污染物篩選方法，更具體的說是一種基于人群健康風險評判標準，對區(qū)域土壤環(huán)境有毒有害的污染物進行篩選和優(yōu)先控制的方法。
背景技術：
隨著區(qū)域土壤環(huán)境污染的逐年加重和對保護區(qū)域土壤環(huán)境認識的提高，有關區(qū)域土壤環(huán)境污染物監(jiān)控、治理的需求日益迫切。土壤是重要的生物棲息場地，也是重金屬和有機物污染的“源”和“匯”。重金屬、有機物等污染物進入自然水體后，絕大部分被懸浮顆粒物吸附，并轉(zhuǎn)移至土壤中。當土壤中pH、氧化還原電位等發(fā)生變化時，土壤中的重金屬又被釋放出來，另外，被污染土壤進行蔬菜等種植，重金屬和有機物大量進入植物，通過食物鏈被 動物和人類吸收，對動物和人類產(chǎn)生健康危害。因此，開展土壤污染物的重點控制具有重大意義。然而，進入土壤環(huán)境中的污染物具有種類繁多、污染面廣、毒性強等特點，對每一種污染物制定標準，實行控制是不可能的，只能對一些重點污染物予以控制。在眾多污染物中，需制定一個篩選原則，篩選出需要優(yōu)先控制的污染物。目前，包括我國在內(nèi)的許多國家采用優(yōu)先排序和篩選方法，對土壤環(huán)境污染物進行定性或者半定量的分析。如，Efrain H等(1996)運用Hasse圖解法對環(huán)境中優(yōu)先污染物進行篩選；BerelSOn W M等(2001)通過一元分布法對環(huán)境中污染物進行篩選排序；Lu XX等(2004)運用綜合分析法對環(huán)境中污染物進行了排序。我國全燮等(1993)應用模糊混合聚類方法對環(huán)境中有機物優(yōu)先排序進行了研究；樓文高等(2002)通過密切值法對環(huán)境中有機污染物進行優(yōu)先排序；劉存等(2003)應用Hasse圖解法對環(huán)境中有機污染物進行篩選。分析國內(nèi)外這些篩選方法，Hanse圖解法和密切值法能直觀描述復雜的信息，反應不同指標的化合物之間的矛盾，但不能對處于同一層次上的物質(zhì)進行比較；模糊聚類法能對污染物進行篩選，但適用范圍比較大的區(qū)域；一元分布法能通過排放量對污染物進行篩選，但所需數(shù)據(jù)量較大；綜合評分法能對多個指標進行篩選，但有些指標之間不具有可比性。與這些方法相比，本專利采用多指標計分排序法，綜合考慮以上方法的局限性，通過多指標參數(shù)，將參數(shù)兩兩對比計分，同時，考慮同一層次物質(zhì)經(jīng)賦分后區(qū)分不明顯，采用聚類法進行更細致區(qū)分，通過這一方法得到的污染物優(yōu)控名單，更具有全面性、可靠性。此外，現(xiàn)有的研究方法中，雖然有部分方法進行了優(yōu)化，考慮多指標參數(shù)或多級篩選，但都只考慮了污染物本身的危害，沒有考慮其對人體健康危害，而土壤環(huán)境污染會通過多種暴露途徑進入人體，最終對人體健康造成危害。本專利選用的方法是基于健康風險評價的計分排序法，在多指數(shù)計分排序篩選名單基礎上，計算污染物的健康風險值，確定其對人群健康危害的風險等級，選擇風險級別高的污染物進行重點控制。與目前具有的專利相t匕，所建立的篩選方法更具有實用性
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于人群健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，采用該方法可以有效篩選出區(qū)域內(nèi)需要優(yōu)先控制的污染物，為污染物的監(jiān)控提供了可靠的依據(jù)。本發(fā)明所采用的技術方案一種基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，包括步驟(I)根據(jù)調(diào)查區(qū)域環(huán)境控制污染物名錄(如太湖流域優(yōu)控污染物名錄等)，和區(qū)域環(huán)境污染調(diào)查與研究數(shù)據(jù)初步篩選出區(qū)域土壤環(huán)境需要優(yōu)先控制污染物；(2)結(jié)合中國環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單、美國EPA重點控制污染物名單、我國潛在化學品優(yōu)先控制名單，篩除不在以上名錄中的污染物；(3)對區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境進行現(xiàn)場調(diào)研取樣，取樣檢測步驟(1)、(2)篩選出的污染物種類，與環(huán)境標準值進行(土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GB15618-1995))比較，按照區(qū)域采樣數(shù)量篩除超標率、檢出率低的污染物； (4)采用多指標綜合評分法將步驟(3)所篩選污染物在環(huán)境中的持久性、環(huán)境效應、生物累積性、毒性結(jié)合建立第一級篩選系統(tǒng)，選擇評分等級較高的污染物；(5)根據(jù)區(qū)域人群對于該區(qū)土壤環(huán)境的暴露特征，確定暴露途徑，評估步驟(4)中所篩選污染物的暴露風險，建立第二級篩選系統(tǒng)，進行毒性評估，選擇單項毒性較高的污染物；(6)根據(jù)步驟(5)精選出的特征污染物，綜合區(qū)域人群的行為特征，考慮其健康風險，及其環(huán)境控制和監(jiān)測的可行性，確定區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物。步驟(4)中所述的多指標綜合評分法，采用聚類分析方法將評分指標體系中較難分類的指標，如半衰期等進行細化處理，重新賦予權重修正后和Copeland多指標計分排序法相結(jié)合的方法，將區(qū)域土壤環(huán)境中污染物質(zhì)在環(huán)境中的持久性、環(huán)境效應、生物效應、生物毒性這4大特征結(jié)合的指標體系，通過不確定性賦分系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行賦分，建立第一級篩選系統(tǒng)。所述環(huán)境持久性，用半衰期來衡量，使用優(yōu)化過權重，對區(qū)域土壤環(huán)境中的污染物，包括對環(huán)境持久性不明顯的污染物質(zhì)，進行賦值分類。避免了污染物不能區(qū)分得分的情況，結(jié)合模糊聚類分析法對評分準則進行細化賦值后評價賦分。環(huán)境效應，用污染物年排放量計分排序。生物效應的主要影響因素包括生物降解性、生物累積性。在生物積累性基準中，用生物濃縮累積系數(shù)(BCF)或者生物積累系數(shù)(BAF)值來判斷，BCF\BAF > 5000在此數(shù)據(jù)較難獲得的情況下或者用正辛醇/水分配系數(shù)(logKOT)，IogKw > 5來判斷。生物毒性的主要影響因素通常包括急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性和致突變性。所述急性毒性一般以半致死劑量(LD5tl,mg/kg)和半致死濃度(LC5tl,mg/m3)作為急性毒性指標。所述慢性毒性一般以最小中毒劑量(TDLtl, mg/kg)和最小中毒作用濃度(TCLtl, mg/m3)作為慢性毒性指標。所述致癌性可參考IARC (International Agency for Researchon Cancer)對致癌物的評價結(jié)果進行賦值。本發(fā)明考慮到土壤環(huán)境介質(zhì)中許多有機污染物的結(jié)構、性質(zhì)較為相似，環(huán)境特征也鮮有差異，則達不到評分排序的目的；采用聚類分析方法將評分指標體系中較難分類的指標，如半衰期等進行細化處理，重新賦予權重。此外傳統(tǒng)的綜合評分法是通過公式進行加法、乘法、除法運算來對化學物質(zhì)進行綜合計數(shù)排序，但很可能這些指標間并沒有可比性、不可合并。Copeland多指標計分排序法，是一種非參數(shù)排序法，使用“少數(shù)服從多數(shù)”的計分法進行排序，篩選出評分等級高的污染物。具體規(guī)則設有η個污染物(Xp X2、· · ·、Xn)，每個污染物有m維指標。通過依次兩兩對比污染物的各指標，兩物質(zhì)中指標值大者，其該指標值記為+1 ;指標值小者，記為-1 ;指標值相等者，則為O。最后將各污染物的指標值相加計分，并依此來排序。Copeland多指標計分排序法可更為客觀的進行賦值評估，并可以對評價指標體系進行優(yōu)化。步驟(5)中第二級篩選系統(tǒng)，是在區(qū)域土壤環(huán)境對人群暴露途徑的確定情況下，通過計算區(qū)域人群的日均暴露劑量，評估步驟(4)所篩選出的污染物的致癌及非致癌風險。此部分根據(jù)國際癌癥研究機構(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)編制的權衡化學物質(zhì)致癌性可 靠程度體系，選取美國環(huán)保署(US EPA)綜合風險信息系統(tǒng)(IRIS)所列致癌強度系數(shù)及非致癌RfD值作為健康風險評價的依據(jù)，對每種污染物的健康風險進行等級賦值，篩選綜合積分靠前的污染物形成新的優(yōu)先污染物名單。暴露劑量的計算考慮土壤環(huán)境污染物對人體的主要暴露途徑主要為土壤攝食、皮膚接觸土壤。其對人群的日均暴露劑量可用一下模型進行估算①土壤攝食通過土壤攝食途徑進入人體的化學物日均暴露劑量ADD可通過下式計算得到
「 CS X IRxCF X FIX EF K EDADD 二-
BlVxAT②皮膚接觸土壤
「 nL W / m CX SAx AFX ABSXEFX EDxCFAbsorbed Dose (mg/kg/d)=-CS、C指土壤中化學物質(zhì)濃度，mg/kg ； IR (Ingestion Rate)表示攝取速率，mgsoil/day ；CF(conversion factor)表不轉(zhuǎn)換因子，10_6kg/mg ;FI (fraction ingested fomContaminated Source)表示被攝取污染源比例，％ ;EF (exposure fequency)表示暴露頻率(days/year) ；ED(exposure duration)為暴露持續(xù)時間(years) ；Bff (body weight)表不體重，kg ；AT (averaging time)表示平均接觸時間(days) ;SA指皮膚接觸表面積，cm2 ;AF指皮膚黏著度，mg/cm2 · d ；ABS指皮膚吸收因子。健康風險表征每種暴露途徑的致癌風險和非致癌風險，如下式所示R = ———.........X 10 6
Hfl)R=q (人)XADD式中R為發(fā)生某種特定有害健康效應而造成等效死亡的終身危險度或人群患癌終身超額危險度，無量綱，指O歲人群的期望壽命70年；ADD為日均暴露劑量(mg/kg day)；RfD為化學污染物的某種暴露途徑下的參考劑量(mg/kg · d) ;10_6為與RfD相對應的假設可接受的危險度水平；q(人)為由動物推算出來人的致癌強度系數(shù)(mg/kg · d)。根據(jù)步驟(4)形成的污染物名單，通過專家咨詢法、綜合考慮其可行性，進一步篩選區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物名單，，并以此作為最終名單。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點(I)區(qū)域適用性。結(jié)合區(qū)域土壤環(huán)境監(jiān)控污染物名單和實際情況，綜合考慮重金屬、有機物等污染源，根據(jù)區(qū)域環(huán)境各要素的時空分布特征和變化規(guī)律，結(jié)合區(qū)域污染源狀況和動態(tài)規(guī)律，對各項指標進行綜合分析。( 2 )方法具有先進性、全面性。目前篩選優(yōu)先監(jiān)控污染物的方法考慮的指標大多比較單一，不夠全面，采用Copeland多指標計分排序法，將各種對區(qū)域土壤環(huán)境影響較大的因素進行計分排序，切合我國區(qū)域土壤環(huán)境的實際情況，所建立的篩選模式和方法體系具有全面性和可靠性。(3)考慮健康安全性?？紤]區(qū)域人群在土壤環(huán)境介質(zhì)的不同暴露方式，綜合考慮區(qū)域人群暴露途徑，并對健康風險進行評估，按污染物對人體健康危害程度，進一步篩選污染物質(zhì)。
(4)可操作性、可持續(xù)性強。以此確定的污染物優(yōu)先控制名單，可強化我國區(qū)域土壤環(huán)境污染物監(jiān)測與評價的針對性，為區(qū)域土壤環(huán)境保護提供一定的技術支持；且本優(yōu)先污染物篩選體系具有開放性，適用于未來可能出現(xiàn)的新型污染物以及優(yōu)先控制污染物名單的動態(tài)更新。


圖I為本發(fā)明的流程圖
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明是一種基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物篩選方法。應用實例太湖流域某市土壤環(huán)境優(yōu)先污染物的篩選I.太湖流域某市土壤環(huán)境優(yōu)先污染物的初步篩選I. I研究區(qū)概況某市位于太湖流域，長江三角洲太湖平原西北緣，工業(yè)經(jīng)濟發(fā)達，從上世紀起冶金行業(yè)、電鍍行業(yè)、機械加工行業(yè)就已成為當?shù)氐闹饕?jīng)濟支撐，由于這些行業(yè)在建立初期的粗放型生產(chǎn)，當?shù)氐耐寥拉h(huán)境歷史污染尤為嚴重，對區(qū)域人群健康構成威脅。I. 2采樣布點情況常州大學于2010年5月-2011年6月，在該市范圍內(nèi)設置150個采樣點，采集土壤樣本。采集樣本數(shù)為67個。I. 3初步篩選I根據(jù)太湖流域優(yōu)控污染物名錄，和國內(nèi)已有的針對太湖流域土壤的污染物調(diào)查和研究，篩選出太湖流域某市的主要污染物有103種，以鎘、鉛、苯、萘、六六六、苯并(a)蒽、狄氏劑等有機毒物、重金屬為主，并以此作為優(yōu)先控制污染物的初始名單。I. 4初步篩選II(I)將初始名單與國內(nèi)外現(xiàn)有水環(huán)境優(yōu)先控制污染物名單比較，包括中國環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單(68種)、美國EPA重點污染物名單(129種)、我國潛在化學品優(yōu)先控制名單(55種)，篩除不在我國潛在化學品優(yōu)先控制名單、美國EPA重點控制污染物名單中的污染物54種。篩除不在中國環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單中的污染物25種，形成具有24種污染物的初篩名單。(2)根據(jù)對某市土壤環(huán)境采樣和檢測結(jié)果，與環(huán)境標準值(土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GB15618-1995)比較，按照區(qū)域采樣數(shù)量篩除超標率、檢出率低于環(huán)境標準值兩個數(shù)量以上的染物7種。最后篩選出符合區(qū)域土壤環(huán)境實情的優(yōu)先控制污染物初篩名單7類17種。表I太湖流域某市土壤環(huán)境污染物初步篩選名單
權利要求
1.一種基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，包括步驟 (1)根據(jù)調(diào)查區(qū)域環(huán)境控制污染物名錄，和區(qū)域環(huán)境污染調(diào)查與研究數(shù)據(jù)初步篩選出區(qū)域土壤環(huán)境需要優(yōu)先控制污染物； (2)結(jié)合中國環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單、美國EPA重點控制污染物名單、我國潛在化學品優(yōu)先控制名單，篩除不在以上名錄中的污染物； (3)對區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境進行現(xiàn)場調(diào)研取樣，取樣檢測步驟(I)、(2)篩選出的污染物種類，與環(huán)境標準值進行比較，按照區(qū)域采樣數(shù)量篩除超標率、檢出率低的污染物； (4)采用多指標綜合評分法將步驟(3)所篩選污染物在環(huán)境中的持久性、環(huán)境效應、生物累積性、毒性結(jié)合建立第一級篩選系統(tǒng)，選擇評分等級較高的污染物； (5)根據(jù)區(qū)域人群對于該區(qū)土壤環(huán)境的暴露特征，確定暴露途徑，評估步驟(4)中所篩選污染物的暴露風險，建立第二級篩選系統(tǒng)，進行毒性評估，選擇單項毒性較高的污染物； (6)根據(jù)步驟(5)精選出的特征污染物，綜合區(qū)域人群的行為特征，考慮其健康風險，及其環(huán)境控制和監(jiān)測的可行性，確定區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物。
2.權利要求I所述基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，其特征是步驟(4)中所述的多指標綜合評分法，采用聚類分析方法將評分指標體系中難分類的指標進行細化處理，重新賦予權重修正后和Copeland多指標計分排序法相結(jié)合的方法，將區(qū)域土壤環(huán)境中污染物質(zhì)在環(huán)境中的持久性、環(huán)境效應、生物效應、生物毒性這4大特征結(jié)合的指標體系，通過不確定性賦分系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行賦分，建立第一級篩選系統(tǒng)。
3.權利要求2所述基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，其特征是所述環(huán)境持久性，用半衰期來衡量，使用優(yōu)化過權重，對區(qū)域土壤環(huán)境中的污染物，包括對環(huán)境持久性不明顯的污染物質(zhì)，進行賦值分類； 環(huán)境效應，用污染物年排放量計分排序； 生物效應的主要影響因素包括生物降解性、生物累積性，在生物積累性基準中，用生物濃縮累積系數(shù)或者生物積累系數(shù)值來判斷，BCF\BAF > 5000在此數(shù)據(jù)較難獲得的情況下或者用正辛醇/水分配系數(shù)，IogKow > 5來判斷； 生物毒性的主要影響因素通常包括急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性和致突變性，急性毒性以半致死劑量和半致死濃度作為急性毒性指標；所述慢性毒性以最小中毒劑量和最小中毒作用濃度作為慢性毒性指標；所述致癌性參考IARC對致癌物的評價結(jié)果進行賦值。
4.權利要求2或3所述基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，其特征是采用聚類分析方法將評分指標體系中難分類的指標進行細化處理，重新賦予權重；并采用Copeland多指標計分排序法。
5.權利要求I所述基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，其特征是步驟(5)選取美國環(huán)保署(US EPA)綜合風險信息系統(tǒng)(IRIS)所列致癌強度系數(shù)及非致癌RfD值作為健康風險評價的依據(jù)，對每種污染物的健康風險進行等級賦值，篩選綜合積分靠前的污染物形成新的優(yōu)先污染物名單。
6.根據(jù)權利要求I所述基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法，其特征是步驟(5)形成的污染物名單，通過專家咨詢法、綜合考慮其可行性，進一步篩選區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物名單，并以此作為最終名單。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于健康風險的區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物的篩選方法(1)初步篩選出區(qū)域土壤環(huán)境需要優(yōu)先控制的污染物；(2)結(jié)合中國環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單、美國EPA重點控制污染物名單、我國潛在化學品優(yōu)先控制名單，篩除不在以上名錄中的污染物；現(xiàn)場調(diào)研取樣，量篩除超標率、檢出率低的污染物；(3)采用多指標綜合評分法，結(jié)合污染物環(huán)境中的持久性、環(huán)境效應、生物效應、生物毒性建立第一級篩選系統(tǒng)，選擇評分等級較高的污染物；(4)確定人群暴露途徑，建立第二級篩選系統(tǒng)，進行毒性評估，選擇單項毒性較高的污染物；(5)考慮健康風險，及環(huán)境控制和監(jiān)測可行性，確定區(qū)域土壤環(huán)境優(yōu)先控制污染物。
文檔編號G06F19/00GK102880800SQ20121035920
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權日2012年9月25日
發(fā)明者楊彥, 李定龍, 趙潔, 王宗慶, 陸曉松 申請人:常州大學