劉鴻志 王紅梅 李宇婷 王 琛 趙 慈 劉曉宇

(1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)，北京 100082； 3.北京交通大學(xué)理學(xué)院，北京 100044)

氮氧化物(NOx)包括N2O、NO、NO2、N2O3和N2O5等，NOx的工業(yè)排放源主要有燃煤、化肥生產(chǎn)、冶煉等。過(guò)量NOx會(huì)造成大氣污染、酸雨和健康效應(yīng)，給生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來(lái)一定損害。我國(guó)政府高度重視控制NOx排放，“十二五”期間將NOx納入控制性約束指標(biāo)[1]。然而，目前環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)踐中對(duì)NOx的污染空間分布判斷主要以占標(biāo)率(即預(yù)測(cè)濃度與標(biāo)準(zhǔn)值的比值)來(lái)衡量[2]。占標(biāo)率評(píng)價(jià)的前提是將所有區(qū)域的土地利用功能視為同一類，忽視了不同土地利用類型下人群活動(dòng)模式的暴露差異，無(wú)法精準(zhǔn)識(shí)別健康風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)。最新《規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》(2018年征求意見(jiàn)稿)明確要求“評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)符合評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征，體現(xiàn)社會(huì)公眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)功能不斷改善的要求”?？梢?jiàn)，開(kāi)展區(qū)域NOx的暴露情景分析對(duì)完善現(xiàn)有規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)的指標(biāo)設(shè)計(jì)具有重要意義。暴露評(píng)價(jià)是對(duì)人群暴露于環(huán)境介質(zhì)中有害因子的強(qiáng)度、頻率、時(shí)間、暴露的途徑和方式進(jìn)行測(cè)量、估算或預(yù)測(cè)的過(guò)程，是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的定量依據(jù)[3]。

傳統(tǒng)暴露評(píng)價(jià)方法是通過(guò)暴露監(jiān)測(cè)結(jié)合接觸污染物頻次開(kāi)展的暴露計(jì)量[4]。然而，對(duì)于區(qū)域集中排放的工業(yè)園區(qū)而言，暴露監(jiān)測(cè)具有一定時(shí)效性，只能反映特定時(shí)間范圍內(nèi)企業(yè)綜合排放對(duì)環(huán)境的影響，在行業(yè)企業(yè)常規(guī)管理時(shí)并不適用。從產(chǎn)能、削減控制等管理目的出發(fā)，應(yīng)考慮到已獲排放許可企業(yè)在不同排放強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的健康影響。為探索建立暴露場(chǎng)景下的健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)識(shí)別技術(shù)，本研究以西部某典型工業(yè)園區(qū)NOx的健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)識(shí)別為例，按現(xiàn)有企業(yè)以滿負(fù)荷排放為暴露場(chǎng)景，探索基于土地利用類型的情景暴露量估算方法。

1 研究對(duì)象與方法

選取西部某典型NOx排放的工業(yè)園區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)其大氣排放源、產(chǎn)能負(fù)荷、項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估情況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及周邊土地利用類型等進(jìn)行調(diào)研，并對(duì)園區(qū)及其周邊的人群開(kāi)展暴露參數(shù)調(diào)研，用于確定不同土地利用類型對(duì)應(yīng)的暴露參數(shù)。

1.1 大氣排放源調(diào)研

共調(diào)研含有相關(guān)大氣排放源的企業(yè)28家，其中包括石油化工廠10家、油脂廠4家、機(jī)械廠3家、食品廠2家、塑業(yè)管業(yè)類企業(yè)2家、棉花廠1家、木材加工廠1家、化肥廠1家、黏合劑廠1家、混凝土廠1家、危險(xiǎn)廢物處理廠1家、貨物存儲(chǔ)場(chǎng)1家。統(tǒng)計(jì)NOx排放源共54個(gè)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)訪談、現(xiàn)場(chǎng)勘察、項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)報(bào)告、監(jiān)測(cè)報(bào)告等獲取大氣排放源數(shù)據(jù)。

1.2 NOx空間分布預(yù)測(cè)

1.2.1 氣象數(shù)據(jù)

研究對(duì)象所在地區(qū)2015、2016、2017年氣象數(shù)據(jù)較為類似，因此本研究預(yù)測(cè)時(shí)僅采用2017年的氣象數(shù)據(jù)，起止日期為2017年1月1日至2017年12月31日。氣象站站點(diǎn)坐標(biāo)為(82.618°E，41.575°N)。

1.2.2 預(yù)測(cè)方法

采用EIA Pro軟件對(duì)NOx空間分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，為了模型簡(jiǎn)化，預(yù)測(cè)時(shí)不考慮地形高程，將研究區(qū)域視作為平坦地形；將預(yù)測(cè)點(diǎn)設(shè)在地面，不考慮煙囪出口下洗情況；預(yù)測(cè)不涉及NOx的沉積，面源計(jì)算不考慮干去除損耗；不考慮建筑物下洗與城市效應(yīng)；不考慮NOx化學(xué)反應(yīng)；對(duì)全部排放源速度優(yōu)化；不考慮擴(kuò)散過(guò)程的衰減，忽略夜間城市邊界層到白天對(duì)流邊界層的轉(zhuǎn)換。按各NOx排放源滿負(fù)荷生產(chǎn)計(jì)算NOx排放強(qiáng)度，以此進(jìn)行NOx空間分布預(yù)測(cè)。

1.3 基于土地類型的人群暴露情景分析

對(duì)工業(yè)園區(qū)及周邊不同土地利用類型的人群活動(dòng)模式開(kāi)展調(diào)研，調(diào)研范圍為園區(qū)內(nèi)及其邊界外延伸5 km，假定預(yù)測(cè)年內(nèi)的人群暴露方式與調(diào)研時(shí)類似。

1.3.1 人群活動(dòng)模式調(diào)研

人群活動(dòng)模式調(diào)研采用派駐調(diào)查員入村入戶隨機(jī)發(fā)放問(wèn)卷、協(xié)助填寫的方式進(jìn)行。本調(diào)查共發(fā)放問(wèn)卷800份，經(jīng)最終審核，回收有效問(wèn)卷779份。問(wèn)卷對(duì)象包含各類社會(huì)人員，包括辦公室人員、車間工人、農(nóng)民、學(xué)生、教師、家庭婦女等。問(wèn)卷調(diào)查的內(nèi)容主要包括人群基本信息(年齡、性別、體重等)、職業(yè)類型、暴露方式、暴露時(shí)間等。對(duì)不同土地利用類型暴露參數(shù)采用平均水平基礎(chǔ)上的風(fēng)險(xiǎn)假定最大化原則設(shè)定。

1.3.2 人群情景暴露劑量

不同土地利用類型的人群情景暴露劑量計(jì)量方法借鑒國(guó)際通用的大氣暴露評(píng)價(jià)方法(見(jiàn)式1)。

(1)

式中：ADD為NOx日均暴露劑量，mg/(kg·d)；c為大氣中NOx質(zhì)量濃度，mg/m3；IR為日呼吸量，m3/d；ET為每天暴露的持續(xù)時(shí)間占比；EF為暴露頻次，d/a；ED為暴露持續(xù)時(shí)間，a；BW為暴露人群平均體重，kg；AT為預(yù)期暴露總時(shí)間，d。

2 結(jié)果與分析

2.1 人群暴露信息調(diào)研結(jié)果

經(jīng)分析，園區(qū)周邊村莊的居民主要從事家庭式個(gè)體經(jīng)營(yíng)、種植、養(yǎng)殖等活動(dòng)。參與問(wèn)卷的男性占比53.6%，女性占比46.4%。問(wèn)卷對(duì)固定職業(yè)人員的工作年限進(jìn)行調(diào)研，其中工作年限在1年以內(nèi)的占14.9%，工作1～3年的占23.5%，工作3～5年的占7.1%，工作5年以上的占54.5%。調(diào)研結(jié)果顯示，該地大部分人員職業(yè)比較固定，本研究對(duì)工業(yè)企業(yè)場(chǎng)地暴露評(píng)價(jià)時(shí)以工人最大工作年限計(jì)算。

體重信息為評(píng)價(jià)日均暴露劑量的一個(gè)重要參數(shù)，進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查時(shí)現(xiàn)場(chǎng)記錄受訪者體重。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，男性平均體重為70.44 kg，女性平均體重為56.73 kg。其中，年齡小于20歲的受訪者平均體重為58.20 kg，年齡在20～60歲的受訪者平均體重為63.93 kg，年齡大于60歲的受訪者平均體重為62.44 kg。

對(duì)不同土地利用類型的人群活動(dòng)模式進(jìn)行調(diào)研。對(duì)工業(yè)企業(yè)類土地活動(dòng)人群假定為上班時(shí)間的室外暴露情景為主，考慮到其可能存在的加班因素，從最大暴露情景出發(fā)，將每天暴露時(shí)間設(shè)定為12 h。對(duì)周邊農(nóng)用類土地的人群活動(dòng)模式調(diào)研，獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者農(nóng)耕時(shí)間(見(jiàn)表1)。

表1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者年均暴露時(shí)間

由表1分析可知，該地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者年農(nóng)耕時(shí)間在5個(gè)月及以上者達(dá)60.3%，占絕大多數(shù)，年農(nóng)耕時(shí)間在3～<5個(gè)月者占23.1%，在1～<3個(gè)月者占10.1%，小于1個(gè)月者占6.4%。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)詢，農(nóng)耕時(shí)間小于1個(gè)月者屬于臨時(shí)采摘人員，此類人員占比較少。調(diào)查顯示，農(nóng)耕時(shí)間內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者在農(nóng)業(yè)區(qū)地里停留時(shí)間在3～5 h/d的占43.4%；停留時(shí)間在5 h/d以上的占29.9%；停留時(shí)間在1～3 h/d的占20.5%。本研究采用情景風(fēng)險(xiǎn)最大化設(shè)定原則，將農(nóng)耕時(shí)間的暴露時(shí)間設(shè)定為5 h/d。

本研究同時(shí)對(duì)其他大氣暴露源進(jìn)行了調(diào)查，研究區(qū)域內(nèi)超過(guò)94%的受訪者表示經(jīng)常打掃家中衛(wèi)生，家中不存在過(guò)多積塵。因此，室內(nèi)空氣污染源不作為考慮對(duì)象。據(jù)調(diào)查，研究區(qū)域的主要采暖方式有煤爐、集中供暖和生物質(zhì)(木柴等)燃燒供暖，平均采暖期為4個(gè)月。市區(qū)以集中供暖為主流，周邊農(nóng)村則以煤爐、生物質(zhì)燃燒為主。本研究在計(jì)算NOx空間分布時(shí)將園區(qū)內(nèi)供熱類鍋爐均納入其中，因農(nóng)村人口稀疏，其家庭供暖產(chǎn)生的廢氣源可忽略不計(jì)。

據(jù)地方疾病統(tǒng)計(jì)信息調(diào)查，該地目前不屬于腫瘤高發(fā)地，不屬于有特殊地方病地區(qū)。

2.2 基于土地利用類型的人群暴露參數(shù)

園區(qū)及其周邊的地塊根據(jù)土地利用類型分為學(xué)校區(qū)、工業(yè)區(qū)、辦公區(qū)、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、農(nóng)用區(qū)、空白用地等?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研確定不同地塊的土地利用類型及人群活動(dòng)模式，成人及兒童的日呼吸量取值參考文獻(xiàn)[5]，居住區(qū)人群的暴露年限按70年計(jì)，日暴露時(shí)間按最大量24 h計(jì)算，學(xué)校區(qū)在校學(xué)生平均年齡為12歲，按在校時(shí)間為6年，日暴露時(shí)間按8 h計(jì)算，工業(yè)企業(yè)土地一般使用年限為40年，則假定工業(yè)區(qū)、辦公區(qū)及商業(yè)區(qū)工作人群暴露年限為40年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者按20歲開(kāi)始從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)暴露年限按40年計(jì)，本研究對(duì)空白用地暫時(shí)按農(nóng)用區(qū)的暴露情景設(shè)定，不同土地利用類型的人群暴露參數(shù)匯總見(jiàn)表2。

2.3 NOx空間分布預(yù)測(cè)

將調(diào)研獲取的大氣排放源相關(guān)數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)等輸入EIA Pro軟件，對(duì)研究區(qū)NOx空間分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到研究區(qū)內(nèi)大氣NOx預(yù)測(cè)值超出0.2 mg/m3的高污染區(qū)域，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，如果僅考慮NOx空間疊加分布濃度，WZ鎮(zhèn)、SY駕校、WZ財(cái)政所是工業(yè)園區(qū)NOx排放的高污染區(qū)。

2.4 基于土地利用類型的人群暴露水平預(yù)測(cè)

將不同土地利用類型的人群活動(dòng)模式暴露參數(shù)輸入EIA Pro軟件，得到了基于不同土地利用類型的人群暴露水平預(yù)測(cè)，在毒性因子固定的情況下，該結(jié)果直接反映了人群健康風(fēng)險(xiǎn)程度。人群NOx日均暴露劑量≥0.05 mg/(kg·d)的高暴露區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表2 不同土地利用類型的人群暴露參數(shù)

表3 NOx高污染區(qū)信息1)

表4 基于土地利用類型的NOx高暴露區(qū)信息

由表4可見(jiàn)，在考慮土地利用類型的暴露水平預(yù)測(cè)下，NOx高暴露區(qū)與NOx高污染區(qū)存在一定差異，更多的居住區(qū)(GKARG村、SGSG一村、SGSG二村、YQKL村和KMQRG村)成為情景暴露潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3 討 論

長(zhǎng)期過(guò)量的NOx暴露易引起支氣管炎和肺氣腫等病變，誘導(dǎo)早衰、支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生淋巴組織增生，甚至肺癌等病變[6]。因此，對(duì)于NOx排放集中的工業(yè)園區(qū)，開(kāi)展NOx高暴露區(qū)預(yù)測(cè)對(duì)源頭污染控制具有重要意義。

目前，對(duì)于識(shí)別NOx排放影響區(qū)域而言，環(huán)境監(jiān)測(cè)法[7]或大氣排放預(yù)測(cè)法[8]是比較成熟的方法。環(huán)境監(jiān)測(cè)法由于時(shí)效性以及設(shè)備、人工等的花費(fèi)的局限，只能在有限的范圍內(nèi)應(yīng)用。對(duì)于環(huán)境管理手段，更多要考慮到不同產(chǎn)業(yè)、行業(yè)的產(chǎn)能控制、基于情景-費(fèi)效的健康風(fēng)險(xiǎn)削減管理。大氣排放預(yù)測(cè)法在區(qū)域多排放源空間疊加預(yù)測(cè)時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)，已被廣泛地應(yīng)用于區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中[9]。然而，現(xiàn)有環(huán)境影響評(píng)價(jià)實(shí)踐與土地利用類型脫節(jié)，僅以占標(biāo)率來(lái)評(píng)估污染物擴(kuò)散時(shí)對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，忽視了不同土地利用類型下人群暴露模式的差異，導(dǎo)致在識(shí)別健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)時(shí)顯得不足。為彌補(bǔ)以上缺陷，本研究發(fā)展了基于土地利用類型的NOx情景暴露區(qū)識(shí)別技術(shù)，其核心為基于現(xiàn)有企業(yè)排放預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，將每塊土地的人群活動(dòng)模式可能接觸并吸入的污染物量進(jìn)行估算，以其暴露量作為衡量風(fēng)險(xiǎn)大小的依據(jù)，該技術(shù)在國(guó)際上已有一定應(yīng)用[10]，但在工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐較少。

本研究選取我國(guó)西部某工業(yè)園區(qū)開(kāi)展研究，園區(qū)內(nèi)有多種類型的企業(yè)，包括石油化工、精細(xì)化工、化肥生產(chǎn)等。根據(jù)排放源信息，EIA Pro軟件預(yù)測(cè)NOx高污染區(qū)在WZ鎮(zhèn)、SY駕校、WZ財(cái)政所等居住、駕校、辦公區(qū)域。對(duì)研究區(qū)域人群活動(dòng)模式進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型的人群暴露參數(shù)差異較大，因此在考慮人群暴露參數(shù)的情況下，NOx高暴露區(qū)與NOx高污染區(qū)有一定差異。基于土地利用類型的NOx情景暴露量預(yù)測(cè)顯示，NOx最高暴露區(qū)在WZ鎮(zhèn)，與NOx最高污染區(qū)相同，但更多的居住區(qū)被列入NOx高暴露區(qū)，如GKARG村、SGSG一村和SGSG二村等，成為NOx健康風(fēng)險(xiǎn)控制的重點(diǎn)區(qū)域。相比于忽視土地利用類型的占標(biāo)率評(píng)價(jià)，本研究提出的暴露場(chǎng)景可以更加準(zhǔn)確地描述暴露導(dǎo)致的區(qū)域人群健康風(fēng)險(xiǎn)。由于人群是大氣污染物的損害對(duì)象，為真正體現(xiàn)人體健康風(fēng)險(xiǎn)防范，建議在對(duì)工業(yè)園區(qū)現(xiàn)狀環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)引入與土地利用類型相關(guān)的人群情景暴露評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4 結(jié)論與展望

以某工業(yè)園區(qū)的NOx污染排放為例，將土地利用類型與其對(duì)應(yīng)的人群暴露參數(shù)相結(jié)合，建立了更為科學(xué)的NOx健康風(fēng)險(xiǎn)區(qū)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)對(duì)于調(diào)整土地利用類型，合理安排“生產(chǎn)、生活、生態(tài)”的空間分布具有重要意義。未來(lái)，可以嘗試?yán)迷摷夹g(shù)提升工業(yè)園區(qū)情景-費(fèi)效的環(huán)境管理水平，推動(dòng)大氣資源的精準(zhǔn)定價(jià)，為大氣環(huán)境管理的經(jīng)濟(jì)手段提供科學(xué)的依據(jù)。