垃圾焚烧厂周边空气二英含量水平与暴露风险评估

穆乃花 张素坤 任明忠 李杰

穆乃花 张素坤 任明忠 李杰

通过环境现状监测对广东省某生活垃圾焚烧厂周边环境空气中二英含量水平、来源和人群暴露风险进行了分析和评估。结果表明，所有采样点环境空气中的二英毒性当量浓度范围为0.051～0.267 pg I-TEQ /m3，低于我国参照的日本环境空气质量标准限值0.6 pg I-TEQ/m3；来源分析表明，研究区域环境空气二英至少受到机动车尾气和垃圾焚烧厂烟气二英排放等多种源的影响；成人及儿童的二英呼吸暴露量分别为0.011～0.057、0.019～0.102 pg I-TEQ/(kg·d)，其风险水平处于可接受范围内。

生活垃圾焚烧厂；环境空气；二英；源解析；暴露风险评估

随着我国经济的持续快速发展、城市化进程不断加快和人们生活水平的不断提高，城市生活垃圾的产量迅速增加、成分越来越复杂[1]。根据我国城市环境卫生协会的数据，全国城市垃圾年产量为1.5×108t，并以每年8 %～10 %的速度增长，全国历年垃圾存量已超过6×109t，约有2/3 的城市陷入垃圾围城的困境[2]。近年来，垃圾焚烧技术凭借高温无害化、减容(90 % 以上)和减重(80 % 以上)的优点，在我国经济发达地区得到了迅速的推广和应用[3]。然而，生活垃圾焚烧带来的二次污染问题，尤其是二英的环境毒性及健康危害性引起了社会的广泛关注。笔者所在的研究团队，曾对多个城市生活垃圾焚烧厂建设项目环评公众参与调查结果进行分析，97 %的公众反对垃圾焚烧设施建设的原因就是二英排放的环境及人群健康影响。

自1977年Olie等[4]率先在荷兰阿姆斯特丹城市生活垃圾焚烧炉烟气中检测到二英，生活垃圾焚烧厂二英控制和环境影响评估一直受到环保界的高度重视。20 世纪以来，由于采用先进的焚烧技术、高效的尾气净化设备和严格的烟气排放标准，世界范围生活垃圾焚烧二英排放量急剧下降。Fiedler[5]对来自五大洲23 个国家二英的年排放量进行了比较分析，发现露天焚烧是目前大部分国家和地区环境中二英的主要来源。Zheng等[6]报道了近10 年来在我国发现的7 个二英热点（严重污染）地区，只有1 个归结为露天焚烧，生活垃圾焚烧厂所在区域未在其中。20世纪80 年代，从我国开始引进大规模垃圾焚烧技术处理城市生活垃圾起，就非常重视采用先进的焚烧工艺和控制技术减少二英排放。环保部《关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》（环发[2008]82号）明确要求，强化对建设项目二英排放的环境影响的评价。本研究通过监测广东省已建成的某生活垃圾焚烧厂正常运营期间周边环境空气中的二英浓度水平，并对其二英污染来源及人群呼吸暴露风险进行分析与评估，以期为生活垃圾焚烧厂建设项目二英排放环境影响评价提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 样品采集

参照《环境影响评价技术导则 大气环境》的要求，于2013年6月对广东省某生活垃圾焚烧厂周边重要影响区、重要敏感点以及厂区共布设的10 个采样点（见图1）进行监测，采样点信息见表1，A为厂区，F位于主导风向上风向，H、J位于主导风向下风向。样品采集遵循US EPA的TO-9A方法[7]，采用环境空气大流量采样器（TSPPUF-300、ECHO PUF），石英滤膜和聚氨基甲酸酯(PUF)分别收集吸附态颗粒物和气相中的二英，采样前将采样内标(EPA23 SSS)添加到PUF上，采集完成后的PUF 和滤膜均密封保存于低温冰箱中待分析。每个样品连续采集24 h，每个采样点连续采集3 d，共采集3 个样品。

图1 二英采样点及二英毒性当量浓度分布示意图

表1 采样点描述

1.2 仪器与试剂

TSP-PUF-300采样器（广州铭野）；ECHO PUF大流量采样器(意大利TCR公司)；索式抽提装置；旋转蒸发仪（瑞士BUCHI R-215）；氮吹仪（日本，EYELA MG-2200）；高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪(HRGC-HRMS, Agilent 6890N GC/Waters AutoSpec Premier)。

甲苯农残级（美国，天地公司）；甲醇、二氯甲烷、正己烷、丙酮均为农残级（美国，Honeywell公司）；Florisil（美国，Fluka）；碱性氧化铝（瑞士，Sigma）；硅胶(0.065～0.24 mm粒径，德国Merck公司)；无水Na2SO4(分析纯，广东西陇化工厂)。Florisil、碱性氧化铝、硅胶活化条件均为500 ℃，24 h。

PCDDs/PCDFs标准样品：13C 标记采样内标(EPA23 SSS 5 种)、提取内标(EPA23 ISS 10 种)及进样内标(EPA23 RS 2 种)，17 种二英类化合物的PAR混标（简写为PCDD/Fs），US EPA23标准曲线溶液均购自美国Cambridge Isotope Laboratory,Austin,Texas,USA。

1.3 样品前处理与分析

样品前处理流程：（1）将采集样品的滤膜和PUF用V（正己烷）: V（二氯甲烷）=1:1索式抽提48 h；（2）提取液经旋转蒸发仪浓缩至1 mL 左右；（3）备份（备份1/2）、加标（13C 标记的提取内标EPA23 ISS）；（4）复合层析柱净化（由下到上依次为：玻璃棉、石英砂、Florisil 1.0 g、碱性氧化铝3.0 g、中性硅胶3.0 g、碱性硅胶4.0 g、中性硅胶3.0 g 、酸性硅胶40.0 g、无水硫酸钠）；（5）净化后溶液经旋转蒸发仪、氮吹仪浓缩至20 μL左右;（6）加标（进样内标EPA23 RS）后经高分辨气相色谱/ 高分辨质谱仪联用仪(HRGC/HRMS)进行定性定量分析。

高分辨气相色谱-高分辨质谱测定条件：（1）色谱条件：硅熔毛细管柱型号为DB-5MS（60 m × 0.25 mm × 0.25 μm ），不分流进样，进样量为 1 μL。升温程序：初始温度90 ℃，保持2 min，然后以8.00 ℃/min升至220 ℃，再以 1.40 ℃/min升高到310 ℃，保持5 min。进样口温度280 ℃。（2）质谱条件：离子源温度300 ℃；电离方式为EI，选择离子检测；加速电压7 900 V，电子能量35 eV；以全氟煤油（PFK）m / z 为 292.982 41 调谐仪器分辨率高于10 000。

1.4 质量保证与质量控制(QA/QC)

本次监测所得结果均已去除采样空白干扰。13C标记的采样内标和提取内标回收率范围为62 %～108 % ，均符合EPA23A方法的定量要求。方法检出限为0.005～0.053 pg/m3。本研究中低于检出限的目标物浓度均按0 计算，所得结果为3 d 监测的平均值。

2 结果与讨论

研究区域环境空气中PCDD/Fs毒性当量浓度值见表2，毒性当量浓度空间分布见图1。10 个采样点二英毒性当量(TEQ)范围为0.051～0.267 pg I-TEQ /m3，均值为0.19 pg I-TEQ /m3，均低于我国参照的日本环境空气质量标准所规定的二英年均浓度限值0.6 pg I-TEQ/m3，低于文献报道的我国城市环境空气的二英含量水平：广州市区(0.364 pg I-TEQ/m3)[8]、北京市区(0.268 pg I-TEQ/m3)[9]及上海市区(0.268 pg I-TEQ/m3)[10]，高于垃圾焚烧厂背景区域(0.096 pg I-TEQ/m3)[11]及美国城市区域环境空气二英含量水平(0.09～0.10 pg I-TEQ/m3）[12]。

表2 环境空气中PCDD/Fs 平均浓度水平 单位：pg/m3

图2 17 种二英有毒异构体浓度指纹特征

必须指出的是，本研究由于受周边污染源清单不清楚的局限，仅考虑了垃圾焚烧和机动车尾气两种潜在污染源，对于该区域内的其他二英潜在污染源对二英贡献未做统计分析，但从图2可以看出，环境空气中二英单体的分布特征与上述两种排放源指纹特征均存在显著差异，表明环境空气中的二英不仅受两种潜在污染源的影响，可能还受到其他排放源的影响。

图3 排放源与环境空气中二英相关性分析

式中，Inh：呼吸暴露剂量，pg I-TEQ /(kg·d)；

Vr：呼吸速率，m3/d，常数，大人该值设为20，儿童为7.6；

Cair：空气中二英的平均I-TEQ浓度，pg TEQ/m3；

fr：空气在肺泡中气体交换的保留分数，0.75；

tf：暴露时间分数，即暴露时间与24 h的比值，假设人在环境中暴露24 h，则该值最大为1；

BW：体重，成人：70 kg；儿童：15 kg。

根据以上公式计算出该地区10 个采样点成人与儿童的呼吸暴露风险评估值，结果列于表3。由表3显示，本研究区域内的成人二英呼吸暴露量为0.011～0.057 pg I-TEQ/(kg·d)，儿童二英呼吸暴露量为0.019～0.102 pg I-TEQ/(kg·d)。由数据分析可知，儿童的呼吸暴露量几乎是成人的2 倍，说明儿童在环境中更易受二英的威胁。

《关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》（环发〔2008〕82号）要求二英健康风险评价标准参照人体每日可耐受摄入量4 pg TEQ/kg执行，经呼吸进入人体的允许摄入量按每日可耐受摄入量10% 执行，表3列出了研究区域内各采样点成人和儿童二英呼吸暴露量占人体每日可耐受摄入量的百分比。成人及儿童的占标率分别为0.271 %～1.432 %、0.480 %～2.539 %，远低于人体每日可耐受摄入量的10% 作为呼吸暴露水平的评价限值，处于可接受的较低水平。

表3 各采样点成人及儿童PCDD/Fs呼吸暴露量

3 结论

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X820.4

A

2095-6444（2014）02-0051-05

“863”计划（2011AA060605-03）、国家环保公益专项（2011467001）、广东省自然科学基金项目（S2011010005454）

李杰，兰州交通大学环境与市政工程学院教授，博士生导师；任明忠，环境保护部华南环境科学研究所副研究员；穆乃花，兰州交通大学环境与市政工程学院、环境保护部华南环境科学研究所；张素坤，环境保护部华南环境科学研究所。