基于土壤气中实测苯浓度的健康风险评价

以室外呼吸暴露途径为例,推导了该途径下基于土壤气中ρ(VOCs)的风险计算模型,并在北京某焦化厂苯污染区域进行应用. 结果显示,相同暴露途径下,与采用ASTM模型的理论计算值相比,基于现场土壤气中实测的ρ(苯)低至少1个数量级,基于实测土壤气中ρ(苯)所得风险值低1~2个数量级. 因此,建议对于污染范围较广、污染情况较复杂的大型VOCs污染场地,当采用ASTM模型计算的风险过于保守时,可遵循场地风险评价中分层次风险评价的思路,采用污染区域实测土壤气中ρ(VOCs)进行风险计算,确保风险计算结果更为客观、划定的修复范围更合理以节省不必要的修复资金.      

焦化场地包气带区土壤苯的精细化风险评估

苯系物是以煤炭为原料的焦化企业主要挥发类有机污染物（VOCs）.我国现行技术导则在评估VOCs呼吸暴露健康风险时推荐Johnson-Ettinger（J&E）蒸气入侵模型,该模型简单易用,但在某些实际场地应用中存在过于保守的问题,采用双元平衡模型（Dual Equilibrium Desorption,DED）对J&E模型进行校正后可以在一定程度上克服该问题.基于河北省某焦化厂前期土壤调查结果,选取约30 000 m2污染较重的区域开展苯土壤气通量专项调查并进行精细化风险评估,采用J&E-DED模型计算苯的室内呼吸暴露途径健康风险,并与基于J&E模型和实测土壤气挥发通量计算的风险结果进行比较.结果表明:①基于J&E模型、J&E-DED模型、实测土壤气挥发通量计算研究区域土壤苯的致癌健康风险均超过1.00×10-6,对人体存在不可接受的致癌风险.②基于J&E-DED模型计算的风险值比基于J&E模型计算的风险值更接近于基于实测土壤气挥发通量计算的风险值.③当场地土壤性质偏砂性时,可为土壤气中VOCs的扩散迁移提供相对贯通的自由通道,致使整个污染区域土壤气的浓度和风险分布比较均匀.④对J&E-DED模型评估苯室内人体呼吸暴露健康风险时的敏感性参数进行分析发现,地基裂隙中空气体积比对结果的影响最明显（达190.6%）,影响最小的是土壤孔隙水体积比和土壤容重,其他参数对结果均有比较明显的影响.研究显示,该场地地质条件下,J&E-DED模型对于反映土壤中苯的人体健康风险具有较好的适用性,可以在一定程度上克服J&E模型计算结果过于保守的问题.      

基于J&E/AAM模型的污染场地VOCs风险防控

土壤或地下水中挥发性有机污染物经包气带迁移后进入建筑物,导致室内污染物聚集危害人体健康.为研究场地蒸气入侵的过程及影响因素,以苯为例,借助一维J&E解析模型和二维近似解析AAM模型,探究土壤性质参数对污染场地建筑物底板处蒸气衰减系数和室内蒸气衰减系数的影响,并分析两个模型的适用条件.结果表明,室内蒸气浓度（C_in）取决于建筑物底板处蒸气浓度（C_ck）和土壤气体进入室内的速率（Q_ck）.J&E模型中,室内蒸气衰减系数（α_sin）随着地基埋深增加先减后增,而AAM模型中室内蒸气衰减系数一直呈上升趋势.毛细管的存在使蒸气衰减系数降低1~2个数量级,土壤水分也可有效阻挡蒸气向上扩散.在低渗透土壤条件下,两个模型计算的室内蒸气衰减系数均在10-4左右;在高渗透土壤条件下,建筑物底板处对流作用强烈,J&E模型建筑物底板处蒸气浓度减小,室内蒸气衰减系数在10-3左右,AAM模型建筑物底板处蒸气浓度为定值,室内蒸气衰减系数随土壤渗透系数的变化大致呈线性增长,且比J&E模型结果高1~2个数量级.研究显示,当污染场地建筑物底部对流作用强烈或在砂土、壤土类土壤中,采用J&E模型更为合理;对流较弱或在粉土、黏土中,可以采用AAM模型代替J&E模型,简化计算过程,便于进行场地风险评估.污染物蒸气在砂土中穿透力较强,而黏土层可以有效阻挡蒸气的迁移,在实际场地风险管控中,可以采用换土或表层覆盖黏土的方法阻挡蒸气的迁移.      

蒸气入侵暴露情景下土壤气筛选值推导与比较

采用J&E模型推导了典型蒸气入侵暴露情形下土壤气中ρ(苯)、ρ(甲苯)、ρ(氯仿)及ρ(1,1-二氯乙烯)的筛选值,并与US EPA(美国国家环境保护局)及美国各州的颁布值进行比较. 结果表明,具有致癌效应的苯、氯仿相同暴露情形下的筛选值低于非致癌效应的甲苯、1,1-二氯乙烯3~4个数量级,表明VOCs污染场地应重点关注致癌性污染物. 其中,浅层土壤气居住暴露情形下ρ(苯)、ρ(甲苯)、ρ(氯仿)及ρ(1,1-二氯乙烯)的筛选值分别为9.6×102、2.7×102、1.1×107、4.0×105μg/m3,工商业暴露情形下分别为4.6×103、1.3×103、6.3×107、2.4×106μg/m3. 深层土壤气居住暴露情形下ρ(苯)、ρ(甲苯)、ρ(氯仿)及ρ(1,1-二氯乙烯)的筛选值分别为1.1×103、3.1×102、1.2×107、4.5×105μg/m3,工商业暴露情形下分别为5.2×103、1.5×103、7.1×107、2.7×106μg/m3. 筛选值大小的决定因素包括污染物的室内允许浓度、土壤气衰减系数及建筑物参数. 浅层与深层土壤气中各污染物筛选值无明显差异,但与US EPA及美国各州的颁布值差异较大,这主要是由污染物室内允许浓度及衰减系数确定方法的不同所致. 浅层土壤气平均衰减系数为2.3×10-4,与深层土壤气平均衰减系数(2.0×10-4)无明显差异,但均低于US EPA对应经验值〔0.1(浅层)、0.01(深层)〕2~3个数量级. 在不考虑吸附及生物降解时,污染源上方清洁土壤对污染物的衰减作用不明显.      

环丙氨嗪在我国5种代表性土壤中的吸附特征

采用批平衡法,研究了环丙氨嗪在江西鹰潭红壤、江苏南京黄棕壤、江苏常熟水稻土、河南封丘潮土和黑龙江海伦黑土5种土壤中的吸附特征.结果表明,环丙氨嗪在5种供试土壤中的吸附过程趋于线性吸附,且均能以Freundlich模型和Langmuir模型较好地进行线性拟合.其中,环丙氨嗪的土壤吸附lgKf值分别为:潮土1.650 5、黄棕壤1.671 5、红壤1.715 3、水稻土2.457 9和黑土2.655 7,表明环丙氨嗪在5种土壤中的吸附行为存在较大差异.Kf与土壤有机质含量呈正相关(r=0.989),与土壤pH之间呈显著负相关(r=-0.938).其吸附自由能变化为-20.8~-23.0 kJ/mol,表明环丙氨嗪在土壤中的吸附主要是物理吸附.     

pH和有机质对土壤中锌的吸附-解吸特性影响研究

采用批次平衡法和Freundlich模型研究了锌在黑土和潮土中的吸附解吸行为,分析了p H和有机质对Zn在供试土壤中吸附解吸的影响。结果表明:黑土和潮土对Zn都具有较强的吸附能力,吸附-解吸等温线符合Freundlich模型,黑土和潮土的吸附-解吸常数(K_f)分别为1 882.03和1 546.66;在pH为4.6～7.4范围内,土壤对锌的吸附能力随pH值的升高而增强;土壤有机质去除后,K_f变小且经验常数(1/n)变大,吸附的非线性较强。     

基于DED模型的挥发性有机物健康风险评价

为评估DED（Dual Equilibrium Desorption,双元平衡解吸）模型用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险的适用性,以邯郸某化工搬迁场地中危化品存储车间场地为案例,采用DED模型分别计算了二氯甲烷和苯在埋深1.5m（浅层）和3.5m（深层）处的呼吸暴露健康风险,并与基于相应深度实测土壤气中污染物浓度及采用传统J & E（Johnson and Ettinger）模型预测的呼吸暴露健康风险进行了比较验证.结果表明:①采用DED模型预测的二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（2号点浅层、6号点浅层及深层、5号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ②基于实测土壤气中污染物浓度计算的健康风险显示,二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（4号和6号点浅层和深层及2号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ③采用J & E模型预测的二氯甲烷和苯的健康风险均超过10-6. ④对比发现,对于二氯甲烷DED模型预测的风险结果与基于土壤气实测污染物浓度预测的结果总体无明显差异,但苯在部分点位前者预测结果低于后者.研究显示,DED模型基本上能适用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险,但在某些点位可能会低估实际风险,建议具体使用过程中进一步采集场地数据进行验证,而J & E模型的预测结果均过于保守;同时,对DED模型各参数进行敏感性分析发现,土壤中土壤气体积含量、污染物浓度和有机碳含量对风险结果影响相对明显,土壤容重则几乎没有影响.      

生物质炭施用对土壤中氯虫苯甲酰胺吸附及消解行为的影响

分别在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中添加0.5%(质量分数)生物质炭,采用批处理等温吸附实验及室内消解实验测定了CAP的吸附等温线及消解动态,目的是揭示不同类型土壤中施用生物质炭对残留CAP的环境行为影响规律,为评估生物质炭田间施用综合生态效应,评价土壤残留CAP的环境污染风险提供理论依据.结果表明,生物质炭施用可提高土壤对CAP的吸附活性,但提高程度因土壤性质不同而异.有机质含量较高的黑土中添加生物质炭,吸附农药Kd值提高了2.17%,而有机质含量较低的潮土添加等量生物质炭后则提高了139.13%.生物质炭施入土壤后其对农药吸附活性受到不同程度抑制.与施入土壤前比较,生物质炭施入黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中后吸附常数KF,biochar分别降低了96.94%、90.6%、91.31%、68.26%和34.59%.CAP在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中的消解半衰期为115.52、133.30、154.03、144.41和169.06 d,而在添加生物质炭的土壤中消解半衰期分别延长了20.39、35.76、38.51、79.19和119.75 d.与吸附实验结果一致,生物质炭施入黑土对延缓农药土壤消解作用最小,而潮土中施入生物质炭效果最明显.本研究表明生物质炭施入土壤后可增强对农药的吸附作用,延缓农药的土壤消解,但影响程度与土壤性质有关.     

起爆药污染场地土壤中锑的环境风险评估

为研究起爆药污染场地土壤中Sb（锑）的环境风险,利用微波消解原子荧光光度法、Tessier逐级提取法、TCLP（toxicity characteristic leaching procedure）毒性浸出法及SBET（simplied bioaccessibility extraction test）方法,分析了某起爆药场地表层土壤中Sb的价态、形态、浸出水平和生物可给性及其对人体健康风险水平和地下水环境风险水平的影响.结果表明:①土壤中w（TSb）为26.7~4 255.0 mg/kg,是GB 36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》中第一类用地筛选值的1.33~212.75倍,最大值超过相应管制值的10.82倍.土壤样品中Sb主要以Sb5+存在,w（Sb5+）在w（TSb）中的占比达65.57%~95.46%.②土壤中不同形态Sb的比例由高到低依次为残渣态（38.05%~94.22%）、铁锰氧化物结合态（0.01%~31.80%）、有机结合态（0.32%~21.55%）、碳酸盐结合态（0.01%~11.16%）和可交换态（0.42%~3.70%）.土壤中w（可交换态Sb）与CEC（阳离子交换量）呈负相关,w（铁锰氧化物结合态Sb）与w（Fe）、w（Mn）均呈正相关.③土壤中Sb的浸出浓度为0.22~35.49 μg/L,并随土壤中w（砂粒）、w（TSb）、w（碳酸盐结合态Sb）和w（可交换态Sb）的增大而升高,随CEC的增大而降低.④土壤中Sb的生物可给性范围在8.03%~67.69%之间,w（Fe）和w（OM）的增加能够降低Sb的生物可给性.⑤基于Sb生物可给性健康风险水平和基于Sb价态健康风险水平的结果分别是以w（TSb）为暴露浓度计算的传统风险评估模型预测结果的8.00%~67.69%和62.00%~77.01%,土壤中Sb的实际浸出浓度较常规模型（三相平衡耦合地下水稀释模型）预测值低3~5个数量级.研究显示,充分考虑Sb在起爆药污染场地土壤中的赋存特征能够降低常规风险评估方法的保守性.      

我国典型土壤中铜对白符跳(Folsomia candida)的毒性阈值及其预测模型

为确定我国土壤中Cu对白符跳的毒性阈值并建立其预测模型,以外源添加的方式研究了我国9种典型土壤（江西红壤、安徽黄棕壤、重庆紫色土、云南黄红壤、湖南水稻土、山东潮土、黑龙江黑土、新疆灰漠土、陕西垆土）中Cu对模式生物——白符跳（Folsomia candida）存活率与繁殖率的影响.结果表明:白符跳存活率对Cu毒害的敏感性远低于繁殖率.9种土壤中基于w（TCu）实测值推导的土壤Cu对白符跳繁殖率的EC₅₀（半数效应浓度）变化范围为65~668 mg/kg,表明不同土壤中Cu的毒性阈值差异显著,但基于w（Cu_Ca）（Cu_Ca为CaCl₂溶液提取的Cu）推导的不同土壤中EC₅₀的差异有所减小.相关性分析表明,基于w（TCu）实测值推导的EC₅₀值与土壤pH、w（CaCO₃）均呈显著正相关,相关系数分别为0.801和0.670.进一步利用回归分析建立了基于pH和w（OM）的土壤Cu对白符跳繁殖的EC₅₀预测模型——lg（EC₅₀）=0.213+0.288pH+0.016 w（OM）,基于该模型预测与推导的EC₅₀值之间相关性较好.研究显示,氯化钙提取态Cu的存在能在一定程度上解释不同土壤中Cu对白符跳繁殖的EC₅₀值的差异,pH和w（OM）可较好地预测不同土壤中Cu对白符跳繁殖的EC₅₀值.      

污染地块VOCs源衰减对室内蒸气入侵风险的影响

我国挥发性有机物(VOCs)污染地块普遍采用J&E模型预测蒸气入侵风险,该模型假定污染源含量在整个暴露周期内恒定,与其在地块中的客观变化规律不符.以某VOCs污染地块为例,采用J&E恒定源模型、 SD衰减源模型及RBCA衰减源模型,分别预测VOCs侵入建筑物室内的质量浓度及蒸气入侵风险.结果显示,J&E预测暴露期内的源含量及室内污染物质量浓度始终较高,SD和RBCA衰减源模型预测显示两者均呈指数下降.RBCA衰减源模型预测的源衰减更快,但其室内污染物质量浓度预测结果小于SD衰减源模型预测结果.SD模型中建筑物室内外压差是影响源衰减的关键参数,压差增大,污染物以对流方式侵入室内,源衰减速率增加.压差降低,污染物以扩散方式侵入室内,建筑物对源衰减的作用减弱,预测结果与J&E模型差异不明显. J&E模型预测的致癌风险和危害商最高,SD次之,RBCA最低.因此,J&E模型易高估暴露期内蒸气入侵风险,RBCA衰减源模型未考虑建筑物对源衰减的阻滞而低估风险,SD模型考虑了建筑物对源衰减的影响,更适用于评估实际场地的室内蒸气入侵风险.     

典型土壤组分及其与丁草胺除草剂作用的红外光谱研究

运用红外光谱法对3种典型土壤(红壤、潮土和黑土)的矿物质、胡敏酸及其与丁草胺的吸附附着物进行了研究.结果表明,江西红壤为高岭石型矿物质,在3 703,3 628,1 089,1 035,914,696及471 cm-1处有特征吸收峰.北京潮土和黑龙江黑土为蒙脱土型矿物质,在1 432和872 cm-1处有特征吸收峰,而在3 703和3 628 cm-1处吸收较弱或微弱.不同土壤中胡敏酸的组成基本相同,均在3 420,2 935,2 847,1 724,1 660及1 035 cm-1处有明显吸收,表明其含有缔合羟基、芳烃、羰基、醇、酚及酸等.丁草胺与土壤胡敏酸的吸附机理主要是在胡敏酸的羰基及酚醇羟基上形成氢键.      

基于BP神经网络预测北京市加油站周边土壤多环芳烃含量

随着我国城市化进程的迅速发展,城市中加油站数量越来越多,加油站油品的成分含量复杂多样,在石油逸散过程中会生成一系列污染物.加油站产生的多环芳烃(PAHs)会污染其附近土壤,同时对人体健康产生影响.收集了北京市117个加油站附近的土壤样品(0～20 cm),分析了7种PAHs的含量,基于BP神经网络模型,预测了2025年和2030年北京市加油站土壤PAHs含量.结果表明,7种ω(PAHs)范围在0.01～3.53 mg·kg^-1之间,与《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)中土壤污染风险筛选值比较,PAHs含量低于该指标,同时上述7种PAHs的毒性当量(TEQ)均低于世界卫生组织(WHO)的标准值(1 mg·kg^-1),表明它们对人体健康有较低风险.预测结果显示,快速发展的城市化与土壤PAHs含量的增加具有正相关的关系,至2030年,北京市加油站土壤PAHs的含量将持续增长.2025年和2030年北京市加油站土壤中ω(PAHs)的范围分别为0.085～4.077 mg·kg^-1和...     

外源硝态氮对典型耕作土壤冻结过程N2O排放的影响

为明确外源硝态氮添加对典型耕作土壤冻结过程N₂O排放的影响,应用室内冰柜模拟土壤冻结过程,研究在室温-冻结过程中硝态氮添加(0、80、200和500 mg/kg)对3种典型耕作土壤(黑土、潮土和黄土)N₂O排放影响的特征. 结果表明:外源硝态氮的添加促进了黑土和潮土的N₂O排放,在200 mg/kg硝态氮添加处理下,黑土和潮土的N₂O排放通量比CK(对照)分别增加了849%和676%;但在添加高浓度(500 mg/kg)硝态氮时,黑土和潮土的N₂O排放通量分别比200 mg/kg处理降低39.3%和21.2%,表现为显著抑制. 随冻结过程的进行,黑土和潮土的N₂O排放通量均逐渐降低并接近零排放. 黄土N₂O排放通量在室温-冻结过程中变化范围很小,甚至出现负排放. 多因素方差分析结果表明,土壤类型显著影响N₂O累计排放量,而土壤pH和C/N是其中重要的影响因子. 根据室内培养试验结果,为减排N₂O,建议在深秋整地施肥时期尽量避免在潮土和黑土中施用硝态氮肥. 黄土的N₂O排放似乎对外源硝态氮的添加反应不明显,这有待在大田气候-植物-土壤综合条件下进一步验证.