RBCA和CLEA模型在某重金属污染场地环境风险评价中的应用比较

关键词: 污染场地; 健康风险评价; 重金属; RBCA 模型; CLEA 模型
中图分类号: X53
文 献标志码: A
文章编号: 1001- 6929( 2009) 02- 0241- 07
Comparison of Application of RBCA and CLEA Model for Health Risk Assessment of a Heavy Metal Contaminated Site
SHI Lie- yan1,2 , CAO Yun- zhe2 , ZHANG Jing- lai1 , LI Fa- sheng2
1. School of Environment & Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China 2. Department of Soil Pollution Control, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China
第 22 卷 第 2 期 2009 年 2 月
环境科学研究 Research of Environmental Sciences
Vol. 22, No. 2 Feb. , 2009
RBCA 和 CLEA 模型在某重金属污染场地环境 风险评价中的应用比较
施烈焰1, 2, 曹云者2, 张景来1, 李发生2*
致癌物质的致癌风险值( CR ) 计算公式如下:
CR =
IR oral
@
EForal @ ED oral BW @ AT
@
SForal +
IR dermal
@
EFdermal @ ED dermal BW @ AT
@
SFdermal +
采样方式是以锌厂为中心, 根据 GPS 定位结合 锌厂所在地区的土地利用类型、地形及锌厂排气特
征, 在正北( Ñ - 1 和 Ñ - 2) 、西北( Ò - 1 和 Ò - 2) 、 正西( Ó - 1 和 Ó - 2) 、西南( Ô - 1 和 Ô - 2) 、东南 ( Õ- 1 和 Õ - 2) 5 个方向上, 距锌厂分别为 1 和 3 km 处布设 10 个采样点, 其中采样点 Ñ - 1, Ò - 1, Ó - 1, Ô - 1 和 Õ- 1 所在区域为城区, Ñ - 2, Ò 2, Ó - 2, Ô - 2 和 Õ- 2 所在区域为郊区. 对场地可 能存 在的 8 种典 型重金 属污染 物( As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb 和 Zn) 进 行分 析, 其中 w ( Cr) , w ( Hg) 和 w ( Ni) 均 低 于 5 土 壤 环 境 质 量 标 准6 ( GB15618 ) 1995) 二级标准值, 说明污染水平较低. w ( Cu) 虽然 略高于二级标准, 但其毒性相对较小, 因此没有分析 这 4 种重金属的风险, 仅选择 As, Cd, Pb 和 Zn 作为 目标污染物, 场地污染物的污染特征分析见表 1[6] .
1 研究方法
1. 1 重金属污染场地概况 该重金属污染场地位于某工业城市, 主要的重
金属污染物来源为 锌冶炼厂. 该厂建于 20 世纪初 期, 是集有色金属冶炼与化工产品生产于一体, 并综
合回收其他有价金属的国家特大型企业. 已有研究 表明, 经过数十年的生产, 锌厂冶炼活动产生的大量 / 三废0排入环境, 已经对锌厂周边造成危害, 导致其 周边土壤与地下水遭受污染, 成为典型的重金属污 染场地[ 5] . 1. 2 采样与分析
面都可能有较大差异, 因此, 只有正确甄别模型间的 异同和各自的优缺点, 才能做到根据实际情况, 选择 合适的模型, 达到研究目的. 笔者以某重金属污染场 地为案例, 选取 2 种最具代表性的、目前国际上广泛 应用的模型, 分别进行人体健康风险评价, 旨在通过 实际案例研究比较 2 种模型间的异同和各自的优缺 点, 以期为污染场地风险评价中的模型选用提供参 考, 为我国的风险评价模型引进或建立提供实证.
w ( 有机质) P% 11 1~ 1019
pH 51 17~ 7137
1. 3 环境风险评价模型
1. 3. 1 RBCA 模型 RBCA 模型是由美国 GSI 公司根据美国试验与
材料学会( Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱTM) / 基于风险的矫正行动0( Risk- based
Correct ive Action, RBCA) 标准开发, 该模型除可以实 现污染场地的风险分析[ 7] 外, 还可用来制定基于风
收稿日期: 2008- 04- 21
修订日期: 2008- 05- 30
基金项目: 环境保护部环保公益性行 业科研专 项( 200709033) ; 科学
技术部科研院所社会公益研究专项( 2005DIB3J161)
作者简介: 施 烈 焰 ( 1984 - ) , 男, 安 徽 舒 城 人, 硕 士 研 究 生,
As 111 26~ 991 03
表 1 污染场 地表土分析结果
T able 1 Analytical results of the topsoil samples in contaminated site
wP( mgPkg)
Cd
Pb
81 10~ 133161
28127~ 1 3641 22
Zn 1241 28~ 7 639129
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环境科学研究
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露情景参数、生态毒理学参数等, 需要十分复杂的数 学计算过程, 为简化风险评价的工作流程, 提高工作 效率, 一些模型陆续被开发出来, 并且得到广泛应用, 如 CLEA, RISC, RBCA Toolkit , ROME, RISC- Human 和 Sniffer 等[ 4] . 我国的风险评价刚刚起步, 对于风险评 价模型的研究甚少. 在风险评价过程中, 直接引进国 外成熟的模型将不失为一种捷径. 由于各种模型在 基本原理、适用条件、算法、考虑的介质和过程等方
shilieyan@ yahoo. com. cn.
* 责任作者, 李发生( 1966- ) , 男, 湖南安仁人, 研究员, 博士, 主要从 事土壤污染控制研究, lifs@ craes. org. cn
环境风险评价与风险管理作为目前国际上受污
染场地环境管理的重要内容之一, 一直是近年来的 研究热点[ 1-2] , 环境风险评价可分为生态风险评价和 健康风险评价, 目前研究较为成熟的是健康风险评 价. 健康风险评价是一项非常复杂的工作, 其中涉及 多介质、多种暴露途径[ 3] , 考虑污染物在环境介质中 的分配、迁移转化等过程, 要用到各种场地参数、暴
1. 中国人民大学 环境学院, 北京 100872 2. 中国环境科学研究院 土壤污染与控 制研究室, 北京 100012
摘要: 应用美国的 RBCA 模型和英国的 CLEA 模型对某重金属污染场地中的 4 种主要重金属污染物 As, Cd, Pb 和 Zn 进行健康
风险评价, 并利用克里格插值方法初步分析了案例场地 中风险的空间分布特征. 结果表明, RBCA 和 CLEA 模型各有其优 缺点,
险的土壤筛选值和修复目标值, 在美国各州、欧洲一 些国家和我国台湾地区[ 8] 都得到了广泛应用. RBCA
模型按照美国环境保护署 ( US EPA) 的化学物质分
类, 将化学物质分为致癌物质与非致癌物质 2 类. 对 于致癌物质, 计算其风险值, 并设定 10- 6 为可接受 致癌风险水平下限, 10- 4 为可接受致癌风险水平上 限; 对于非致癌物质, 计算其危害商, 判定标准设定 为 1[ 9] .
Abstract: In a heavy meta-l contaminated site, the health risks of As, Cd, Pb and Zn were assessed independently by the RBCA and CLEA models, and spatial distribution of the risks was demonstrated through interpolation. The results showed that the RBCA and CLEA models had different merits, and their application should be selected based on conditions at the actual site. In the present study, the non- carcinogenic risks were mainly from Pb and Cd, and the carcinogenic risks were mainly related to As. Although Zn concentration was high, its health risk was small. Risk levels calculated by the two models generally showed little difference. Even when there was some difference, the risk level results were generally within the same order of magnitude.However, for the risk posed by Cd in some sampling points, the risk levels based on the two models differed significantly by two orders of magnitude, showing a tremendous discrepancy of total non- carcinogenic risk. This is because the risk calculated by the CLEA model included an additional pathway of vegetable ingestion. As for the contribution of exposure pathways, the contribution ratio of groundwater ingestion to total risk was more than 50% , and the ratio for vegetable ingestion was about 20% . Spatial distribution of risks also showed different patterns because of different consideration of exposure pathways by the two models. Key words: contaminated site; health risk assessment; heavy metal; RBCA model; CLEA model
应根据场地的实际情况选择模型进行风险评价. 该场地重金属污染的非致癌风险主要来自 Pb 和 Cd, 致癌风险主要来自 As. 尽
管w( Zn) 很高, 但其风险很低, 远低于可接受的风险水平. 分别应用 2 种模型 计算的 风险在 大部分 情况下 基本一 致, 尽 管有一
些差异, 但均在同 1 个数量级之内. 对于部分采样 点的 Cd 的风险, 2 种模型的计算结果相差 2 个数 量级, 致使总非致 癌风险的
计算结果差异很大, 这主要是由于 2 种模型 在暴露途径的选取上的差异所致. 从暴露途径的贡献 率来看, 地下水摄入途径引起
的风险较高, 贡献率为 50% 以上; 蔬菜摄入途径引起的风险贡献 率为 20% 左右. 风险的空 间分布也 由于 2 种模 型在暴 露途径
的选取上存在差异而表现出一定的不同.