专利名称：基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物筛选方法
技术领域：
本发明涉及环境科学和健康风险评价领域，涉及一种污染物筛选方法，更具体的说是一种基于人群健康风险评判标准，对区域土壤环境有毒有害的污染物进行筛选和优先控制的方法。
背景技术：
随着区域土壤环境污染的逐年加重和对保护区域土壤环境认识的提高，有关区域土壤环境污染物监控、治理的需求日益迫切。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自然水体后，绝大部分被悬浮颗粒物吸附，并转移至土壤中。当土壤中pH、氧化还原电位等发生变化时，土壤中的重金属又被释放出来，另外，被污染土壤进行蔬菜等种植，重金属和有机物大量进入植物，通过食物链被 动物和人类吸收，对动物和人类产生健康危害。因此，开展土壤污染物的重点控制具有重大意义。然而，进入土壤环境中的污染物具有种类繁多、污染面广、毒性强等特点，对每一种污染物制定标准，实行控制是不可能的，只能对一些重点污染物予以控制。在众多污染物中，需制定一个筛选原则，筛选出需要优先控制的污染物。目前，包括我国在内的许多国家采用优先排序和筛选方法，对土壤环境污染物进行定性或者半定量的分析。如，Efrain H等(1996)运用Hasse图解法对环境中优先污染物进行筛选；BerelSOn W M等(2001)通过一元分布法对环境中污染物进行筛选排序；Lu XX等(2004)运用综合分析法对环境中污染物进行了排序。我国全燮等(1993)应用模糊混合聚类方法对环境中有机物优先排序进行了研究；楼文高等(2002)通过密切值法对环境中有机污染物进行优先排序；刘存等(2003)应用Hasse图解法对环境中有机污染物进行筛选。分析国内外这些筛选方法，Hanse图解法和密切值法能直观描述复杂的信息，反应不同指标的化合物之间的矛盾，但不能对处于同一层次上的物质进行比较；模糊聚类法能对污染物进行筛选，但适用范围比较大的区域；一元分布法能通过排放量对污染物进行筛选，但所需数据量较大；综合评分法能对多个指标进行筛选，但有些指标之间不具有可比性。与这些方法相比，本专利采用多指标计分排序法，综合考虑以上方法的局限性，通过多指标参数，将参数两两对比计分，同时，考虑同一层次物质经赋分后区分不明显，采用聚类法进行更细致区分，通过这一方法得到的污染物优控名单，更具有全面性、可靠性。此外，现有的研究方法中，虽然有部分方法进行了优化，考虑多指标参数或多级筛选，但都只考虑了污染物本身的危害，没有考虑其对人体健康危害，而土壤环境污染会通过多种暴露途径进入人体，最终对人体健康造成危害。本专利选用的方法是基于健康风险评价的计分排序法，在多指数计分排序筛选名单基础上，计算污染物的健康风险值，确定其对人群健康危害的风险等级，选择风险级别高的污染物进行重点控制。与目前具有的专利相t匕，所建立的筛选方法更具有实用性
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种基于人群健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，采用该方法可以有效筛选出区域内需要优先控制的污染物，为污染物的监控提供了可靠的依据。本发明所采用的技术方案一种基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，包括步骤(I)根据调查区域环境控制污染物名录(如太湖流域优控污染物名录等)，和区域环境污染调查与研究数据初步筛选出区域土壤环境需要优先控制污染物；(2)结合中国环境优先控制污染物黑名单、美国EPA重点控制污染物名单、我国潜在化学品优先控制名单，筛除不在以上名录中的污染物；(3)对区域内土壤环境进行现场调研取样，取样检测步骤(1)、(2)筛选出的污染物种类，与环境标准值进行(土壤环境质量标准(GB15618-1995))比较，按照区域采样数量筛除超标率、检出率低的污染物； (4)采用多指标综合评分法将步骤(3)所筛选污染物在环境中的持久性、环境效应、生物累积性、毒性结合建立第一级筛选系统，选择评分等级较高的污染物；(5)根据区域人群对于该区土壤环境的暴露特征，确定暴露途径，评估步骤(4)中所筛选污染物的暴露风险，建立第二级筛选系统，进行毒性评估，选择单项毒性较高的污染物；(6)根据步骤(5)精选出的特征污染物，综合区域人群的行为特征，考虑其健康风险，及其环境控制和监测的可行性，确定区域土壤环境优先控制污染物。步骤(4)中所述的多指标综合评分法，采用聚类分析方法将评分指标体系中较难分类的指标，如半衰期等进行细化处理，重新赋予权重修正后和Copeland多指标计分排序法相结合的方法，将区域土壤环境中污染物质在环境中的持久性、环境效应、生物效应、生物毒性这4大特征结合的指标体系，通过不确定性赋分系统对数据进行赋分，建立第一级筛选系统。所述环境持久性，用半衰期来衡量，使用优化过权重，对区域土壤环境中的污染物，包括对环境持久性不明显的污染物质，进行赋值分类。避免了污染物不能区分得分的情况，结合模糊聚类分析法对评分准则进行细化赋值后评价赋分。环境效应，用污染物年排放量计分排序。生物效应的主要影响因素包括生物降解性、生物累积性。在生物积累性基准中，用生物浓缩累积系数(BCF)或者生物积累系数(BAF)值来判断，BCF\BAF > 5000在此数据较难获得的情况下或者用正辛醇/水分配系数(logKOT)，IogKw > 5来判断。生物毒性的主要影响因素通常包括急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性和致突变性。所述急性毒性一般以半致死剂量(LD5tl,mg/kg)和半致死浓度(LC5tl,mg/m3)作为急性毒性指标。所述慢性毒性一般以最小中毒剂量(TDLtl, mg/kg)和最小中毒作用浓度(TCLtl, mg/m3)作为慢性毒性指标。所述致癌性可参考IARC (International Agency for Researchon Cancer)对致癌物的评价结果进行赋值。本发明考虑到土壤环境介质中许多有机污染物的结构、性质较为相似，环境特征也鲜有差异，则达不到评分排序的目的；采用聚类分析方法将评分指标体系中较难分类的指标，如半衰期等进行细化处理，重新赋予权重。此外传统的综合评分法是通过公式进行加法、乘法、除法运算来对化学物质进行综合计数排序，但很可能这些指标间并没有可比性、不可合并。Copeland多指标计分排序法，是一种非参数排序法，使用“少数服从多数”的计分法进行排序，筛选出评分等级高的污染物。具体规则设有η个污染物(Xp X2、· · ·、Xn)，每个污染物有m维指标。通过依次两两对比污染物的各指标，两物质中指标值大者，其该指标值记为+1 ;指标值小者，记为-1 ;指标值相等者，则为O。最后将各污染物的指标值相加计分，并依此来排序。Copeland多指标计分排序法可更为客观的进行赋值评估，并可以对评价指标体系进行优化。步骤(5)中第二级筛选系统，是在区域土壤环境对人群暴露途径的确定情况下，通过计算区域人群的日均暴露剂量，评估步骤(4)所筛选出的污染物的致癌及非致癌风险。此部分根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)编制的权衡化学物质致癌性可 靠程度体系，选取美国环保署(US EPA)综合风险信息系统(IRIS)所列致癌强度系数及非致癌RfD值作为健康风险评价的依据，对每种污染物的健康风险进行等级赋值，筛选综合积分靠前的污染物形成新的优先污染物名单。暴露剂量的计算考虑土壤环境污染物对人体的主要暴露途径主要为土壤摄食、皮肤接触土壤。其对人群的日均暴露剂量可用一下模型进行估算①土壤摄食通过土壤摄食途径进入人体的化学物日均暴露剂量ADD可通过下式计算得到
「 CS X IRxCF X FIX EF K EDADD 二-
BlVxAT②皮肤接触土壤
「 nL W / m CX SAx AFX ABSXEFX EDxCFAbsorbed Dose (mg/kg/d)=-CS、C指土壤中化学物质浓度，mg/kg ； IR (Ingestion Rate)表示摄取速率，mgsoil/day ；CF(conversion factor)表不转换因子，10_6kg/mg ;FI (fraction ingested fomContaminated Source)表示被摄取污染源比例，％ ;EF (exposure fequency)表示暴露频率(days/year) ；ED(exposure duration)为暴露持续时间(years) ；Bff (body weight)表不体重，kg ；AT (averaging time)表示平均接触时间(days) ;SA指皮肤接触表面积，cm2 ;AF指皮肤黏着度，mg/cm2 · d ；ABS指皮肤吸收因子。健康风险表征每种暴露途径的致癌风险和非致癌风险，如下式所示R = ———.........X 10 6
Hfl)R=q (人)XADD式中R为发生某种特定有害健康效应而造成等效死亡的终身危险度或人群患癌终身超额危险度，无量纲，指O岁人群的期望寿命70年；ADD为日均暴露剂量(mg/kg day)；RfD为化学污染物的某种暴露途径下的参考剂量(mg/kg · d) ;10_6为与RfD相对应的假设可接受的危险度水平；q(人)为由动物推算出来人的致癌强度系数(mg/kg · d)。根据步骤(4)形成的污染物名单，通过专家咨询法、综合考虑其可行性，进一步筛选区域土壤环境优先控制污染物名单，，并以此作为最终名单。
本发明同现有技术相比，具有以下优点(I)区域适用性。结合区域土壤环境监控污染物名单和实际情况，综合考虑重金属、有机物等污染源，根据区域环境各要素的时空分布特征和变化规律，结合区域污染源状况和动态规律，对各项指标进行综合分析。( 2 )方法具有先进性、全面性。目前筛选优先监控污染物的方法考虑的指标大多比较单一，不够全面，采用Copeland多指标计分排序法，将各种对区域土壤环境影响较大的因素进行计分排序，切合我国区域土壤环境的实际情况，所建立的筛选模式和方法体系具有全面性和可靠性。(3)考虑健康安全性。考虑区域人群在土壤环境介质的不同暴露方式，综合考虑区域人群暴露途径，并对健康风险进行评估，按污染物对人体健康危害程度，进一步筛选污染物质。
(4)可操作性、可持续性强。以此确定的污染物优先控制名单，可强化我国区域土壤环境污染物监测与评价的针对性，为区域土壤环境保护提供一定的技术支持；且本优先污染物筛选体系具有开放性，适用于未来可能出现的新型污染物以及优先控制污染物名单的动态更新。
图I为本发明的流程图
具体实施例方式如图I所示，本发明是一种基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物筛选方法。应用实例太湖流域某市土壤环境优先污染物的筛选I.太湖流域某市土壤环境优先污染物的初步筛选I. I研究区概况某市位于太湖流域，长江三角洲太湖平原西北缘，工业经济发达，从上世纪起冶金行业、电镀行业、机械加工行业就已成为当地的主要经济支撑，由于这些行业在建立初期的粗放型生产，当地的土壤环境历史污染尤为严重，对区域人群健康构成威胁。I. 2采样布点情况常州大学于2010年5月-2011年6月，在该市范围内设置150个采样点，采集土壤样本。采集样本数为67个。I. 3初步筛选I根据太湖流域优控污染物名录，和国内已有的针对太湖流域土壤的污染物调查和研究，筛选出太湖流域某市的主要污染物有103种，以镉、铅、苯、萘、六六六、苯并(a)蒽、狄氏剂等有机毒物、重金属为主，并以此作为优先控制污染物的初始名单。I. 4初步筛选II(I)将初始名单与国内外现有水环境优先控制污染物名单比较，包括中国环境优先控制污染物黑名单(68种)、美国EPA重点污染物名单(129种)、我国潜在化学品优先控制名单(55种)，筛除不在我国潜在化学品优先控制名单、美国EPA重点控制污染物名单中的污染物54种。筛除不在中国环境优先控制污染物黑名单中的污染物25种，形成具有24种污染物的初筛名单。(2)根据对某市土壤环境采样和检测结果，与环境标准值(土壤环境质量标准(GB15618-1995)比较，按照区域采样数量筛除超标率、检出率低于环境标准值两个数量以上的染物7种。最后筛选出符合区域土壤环境实情的优先控制污染物初筛名单7类17种。表I太湖流域某市土壤环境污染物初步筛选名单
权利要求
1.一种基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，包括步骤 (1)根据调查区域环境控制污染物名录，和区域环境污染调查与研究数据初步筛选出区域土壤环境需要优先控制污染物； (2)结合中国环境优先控制污染物黑名单、美国EPA重点控制污染物名单、我国潜在化学品优先控制名单，筛除不在以上名录中的污染物； (3)对区域内土壤环境进行现场调研取样，取样检测步骤(I)、(2)筛选出的污染物种类，与环境标准值进行比较，按照区域采样数量筛除超标率、检出率低的污染物； (4)采用多指标综合评分法将步骤(3)所筛选污染物在环境中的持久性、环境效应、生物累积性、毒性结合建立第一级筛选系统，选择评分等级较高的污染物； (5)根据区域人群对于该区土壤环境的暴露特征，确定暴露途径，评估步骤(4)中所筛选污染物的暴露风险，建立第二级筛选系统，进行毒性评估，选择单项毒性较高的污染物； (6)根据步骤(5)精选出的特征污染物，综合区域人群的行为特征，考虑其健康风险，及其环境控制和监测的可行性，确定区域土壤环境优先控制污染物。
2.权利要求I所述基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是步骤(4)中所述的多指标综合评分法，采用聚类分析方法将评分指标体系中难分类的指标进行细化处理，重新赋予权重修正后和Copeland多指标计分排序法相结合的方法，将区域土壤环境中污染物质在环境中的持久性、环境效应、生物效应、生物毒性这4大特征结合的指标体系，通过不确定性赋分系统对数据进行赋分，建立第一级筛选系统。
3.权利要求2所述基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是所述环境持久性，用半衰期来衡量，使用优化过权重，对区域土壤环境中的污染物，包括对环境持久性不明显的污染物质，进行赋值分类； 环境效应，用污染物年排放量计分排序； 生物效应的主要影响因素包括生物降解性、生物累积性，在生物积累性基准中，用生物浓缩累积系数或者生物积累系数值来判断，BCF\BAF > 5000在此数据较难获得的情况下或者用正辛醇/水分配系数，IogKow > 5来判断； 生物毒性的主要影响因素通常包括急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性和致突变性，急性毒性以半致死剂量和半致死浓度作为急性毒性指标；所述慢性毒性以最小中毒剂量和最小中毒作用浓度作为慢性毒性指标；所述致癌性参考IARC对致癌物的评价结果进行赋值。
4.权利要求2或3所述基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是采用聚类分析方法将评分指标体系中难分类的指标进行细化处理，重新赋予权重；并采用Copeland多指标计分排序法。
5.权利要求I所述基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是步骤(5)选取美国环保署(US EPA)综合风险信息系统(IRIS)所列致癌强度系数及非致癌RfD值作为健康风险评价的依据，对每种污染物的健康风险进行等级赋值，筛选综合积分靠前的污染物形成新的优先污染物名单。
6.根据权利要求I所述基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是步骤(5)形成的污染物名单，通过专家咨询法、综合考虑其可行性，进一步筛选区域土壤环境优先控制污染物名单，并以此作为最终名单。
全文摘要
本发明涉及一种基于健康风险的区域土壤环境优先控制污染物的筛选方法(1)初步筛选出区域土壤环境需要优先控制的污染物；(2)结合中国环境优先控制污染物黑名单、美国EPA重点控制污染物名单、我国潜在化学品优先控制名单，筛除不在以上名录中的污染物；现场调研取样，量筛除超标率、检出率低的污染物；(3)采用多指标综合评分法，结合污染物环境中的持久性、环境效应、生物效应、生物毒性建立第一级筛选系统，选择评分等级较高的污染物；(4)确定人群暴露途径，建立第二级筛选系统，进行毒性评估，选择单项毒性较高的污染物；(5)考虑健康风险，及环境控制和监测可行性，确定区域土壤环境优先控制污染物。
文档编号G06F19/00GK102880800SQ20121035920
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者杨彦, 李定龙, 赵洁, 王宗庆, 陆晓松 申请人:常州大学