内蒙古呼和浩特市大气TSP 和PM10 中PAHs 的健康风险评价

刘薇薇，塔娜，赵星华，韩春霞

内蒙古师范大学化学与环境科学学院 内蒙古绿色催化重点实验室，呼和浩特 010022

内蒙古呼和浩特市大气TSP 和PM10中PAHs 的健康风险评价

刘薇薇，塔娜*，赵星华，韩春霞

内蒙古师范大学化学与环境科学学院 内蒙古绿色催化重点实验室，呼和浩特 010022

于2012—2013年6月和12月采集了内蒙古呼和浩特市大气颗粒物样品，用GC-MS分析测定其中16种PAHs的浓度，并用苯并(a)芘(BaP)致癌、致突变等效浓度、终身致癌超额危险度和预期寿命损失3个指标评价了内蒙古呼和浩特市大气颗粒物TSP和PM10中PAHs的人群健康风险。结果显示：内蒙古呼和浩特市大气颗粒物TSP和PM10中PAHs对成人、儿童的日均暴露剂量范围分别为0.71×10-6～2.01×10-6、0.45×10-6～1.28×10-6和0.31×10-6～2.41×10-6、0.19×10-6～1.15×10-6mg·kg-1·d-1；TSP和PM10中PAHs对成人和儿童的终身致癌超额危险度范围分别为2.21×10-6～6.24×10-6、1.41×10-6～3.97×10-6和0.95×10-6～7.47×10-6、0.60×10-6～4.75×10-6，终身致癌超额危险度均处于可接受水平范围内(10-4～10-6)。TSP和PM10中PAHs对成人和儿童的预期寿命损失范围分别为13.74～38.78、8.752～24.70和5.88～46.39、3.74～29.54 min。

多环芳烃；健康风险评价；内蒙古；模型

多环芳烃类化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是指含2个或2个以上苯环的半挥发性有毒有害有机物[1]，美国环境保护局(Environmental Protection Agency, EPA)已将16种PAHs列为优先控制污染物，其中苯并(a)芘(BaP)致癌强度比较高[2]，通常将其作为所有致癌性PAHs的指示物[3]。根据流行病学相关报道，PAHs高暴露性与肺癌、膀胱癌和皮肤癌等发生有关[4]。国内外展开了大量健康风险研究，孟川平等[5]对济南冬春季室内空气PM2.5中PAHs污染特征及健康风险进行评价，采用终身致癌健康风险模型，经计算餐厅、超市和办公室都超过了世界卫生组织(WHO)标准。伯鑫等[6]对焦炉排放PAHs的特征进行了研究，并对焦炉排放PAHs的健康风险进行了定量评价，认为其PAHs总致癌风险值最大达到2.7×10-6，超过US EPA(10-6)标准，对当地居民的人体健康可能存在一定的影响。Gaga等[7]对土耳其科喀艾里工业城市大气中PAHs进行健康风险评估，其风险值在10-6～10-4，也超出US EPA(10-6)的标准，结果还显示供暖期和非供暖期PAHs对人体健康差异明显。现阶段研究者对内蒙古地区大气颗粒物中PAHs的健康风险评价鲜有报道，笔者在正常天气条件下以BaP致癌、致突变等效浓度、终身致癌超额危险度和预期寿命损失3个指标对内蒙古呼和浩特市大气颗粒物TSP和PM10中PAHs的健康风险进行了评估。

1　材料与方法(Materials and methods)

1.1样品采集

2012年6月30—7月6日和2012年12月26日—2013年1月2日，于呼和浩特市某化肥厂生活区和内蒙古师范大学化学楼2个采样点分别采样，采样点高度约2 m，采用大气综合采样器(KC-6120型青岛崂山)和玻璃纤维滤膜(90 mm，天津中天大环保科技发展有限公司，中国)，连续采样7 d，每个样品从早8：00至晚8：00，每天采样12 h，采样流量控制在100 L·min-1。

1.2样品分析测定

1.3质量保证与控制(QA/QC)：

在本研究的全过程中，QA/QC方法主要包括：加标回收率、现场空白、实验室空白和检测限。

1.3.1加标回收率

分别添加0.1 ng·m-3、1 ng·m-3、2 ng·m-3等3种不同浓度的PAHs标准物质，每个浓度做3个平行样，测定PAHs的回收率范围分别是53%～157%、46%～146%、47%～154%，RSD范围为12.82%～86.42%、11.35%～81.04%、15.75%～93.79%。

1.3.2空白试验

将经空白处理的滤膜带到呼和浩特2个采样点后再送回实验室，对其进行和样品相同的预处理和分析过程，作为现场空白。同时设有实验室空白，但两者均未检出。

2　内蒙古呼和浩特市大气中PAHs健康风险评价模型以及参数选择

2.1大气中PAHs终身致癌超额危险度和致癌致突变风险评价模型选择

根据US EPA综合风险信息数据库(The Integrated Risk Information System, IRIS)的数据资料以及参照Jung和Larsen等[8-9]的研究，计算以BaP为参照的致癌等效浓度(toxic equivalent quantity, TEQ)和致突变等效浓度(mutational equivalent quantity, MEQ)，并根据BaA、Chr、BbF、BkF、BaP、DBahA、BghiP和InP这8种PAHs的浓度和以BaP为参照的致癌等效因子(toxic equivalent factor, TEF)，以进行内蒙古呼和浩特市大气颗粒物中PAHs致癌和致突变风险评价。表1给出16种PAHs的TEF和MEF(mutational equivalent factor, MEF)值[10]。

表1　16种PAHs的TEF值和MEF值

注：TEF为致癌等效因子；MEF为致突变等效因子。

Note: TEF stands for toxic equivalent factor; MEF stands for mutational equivalent factor.

以BaP为参照的致癌等效浓度(TEQ)和致突变等效浓度(MEQ)计算公式(1)为

TEQ=Ci×TEFi

(1)

式中：TEQ，第i种PAHs总致癌等效浓度，ng·m-3；Ci，大气中第i种PAHs浓度，ng·m-3；TEFi，第i种PAHs的致癌等效因子。

MEQ=Ci×MEFi

(2)

式中：MEQ，第i种PAHs总致突变等效浓度，ng·m-3；Ci，大气中第i种PAHs浓度，ng·m-3；MEFi，第i种PAHs的致突变等效因子。

BaP为无阈致癌化合物，其通过呼吸系统进入人体所引起的健康风险评价模型为无阈化学污染物健康风险评价模型，见公式(3)：

R=q×ADD

(3)

式中：R，为人群终身致癌超额危险度，无量纲；q，以动物资料推算出人体的致癌强度系数，kg·d·mg-1；ADD(average daily dose)，日均暴露剂量，mg·kg-1·d-1。

呼吸暴露途径的BaP日均暴露剂量计算见公式(4)：

ADD=CA×IR×ET×EF×ED/(BW×AT)

(4)

式中：CA，空气中污染物的浓度，mg·m-3；IR，呼吸速率，m3·h-1；ET，暴露时间，h·d-1；EF，暴露频率d·a-1；ED，暴露持续时间，a；BW，体重，kg；AT，平均接触时间，d。

2.2模型参数的选择

根据US EPA《暴露因子手册》和《超级基金健康风险评价手册》[10]内容，结合实际情况，确定人群暴露评价参数，根据IRIS信息数据库[11]查知BaP的致癌强度系数q为3.1 kg·d·mg-1，见表2。

2.3预期寿命损失计算

大气中PAHs因致癌作用而导致的预期寿命损失计算见公式(4)：根据杨宇等[12]的报道，得出10-5的癌症超额发病率所对应的成年人预期寿命损失(lost of life expectancy, LL)为62.16 min。

LL=62.16×(R/10-5)

(5)

式中：LL，预期寿命损失，min；R，人群终身致癌超额危险度，无量纲。

表2　暴露评价模型参数[10]

注：IR、ET、EF、ED、BW、AT分别为呼吸速率、暴露时间、暴露频率、暴露持续时间、体重和平均接触时间。

Note:IR, ET, EF, ED, BW, AT stand for respiration rate, exposure time, exposure frequency, exposure duration, body weight, and average contact time.

3　结果与讨论(Results and discussion)

3.1内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中PAHs的致癌等效浓度(BaP-TEQ)和致突变等效浓度(BaP-MEQ)

由表3可见，在夏季TSP中，Pyr的污染范围最广，PM10中，Bbf的污染范围最大；在冬季TSP中Fluo、Pyr、Bbf、Bkf、Phe的含量均超过20 ng·m-3，在PM10中，Phe、Fluo含量超过30 ng·m-3，Bbf上限达到了51.26 ng·m-3。WHO对PAHs的总毒性当量限值是1 ng·m-3，GB/T3095—2002《环境空气质量标准》中规定我国居民区大气中PAHs的总毒性当量浓度限值为10 ng·m-3。由表4可见，内蒙古呼和浩特大气TSP中夏季BaP-TEQ浓度范围分别为5.85～6.75 ng·m-3，冬季BaP-TEQ的浓度范围为10.71～16.50 ng·m-3。以WHO为标准，大气TSP在夏季超标倍数约为5.8～6.8倍，冬季超标倍数约10.7～16.5倍，以GB/T3095—2002《环境空气质量标准》为参考，夏季超标倍数约为0.58～0.67倍，冬季超标倍数1.07～1.65倍。大气PM10中夏季和冬季BaP浓度范围分别为2.50～6.15 ng·m-3和6.44～19.74 ng·m-3，以WHO为标准，大气PM10中夏季和冬季超标倍数分别为2.5～6.2倍和6.4～20倍；以GB/T3095—2002为标准，夏季和冬季超标倍数分别为0.25～0.62倍和0.64～2.0倍。无论在TSP还是PM10中，PAHs冬季的毒性当量值都高于夏季，这可能与内蒙古呼和浩特冬季燃煤量较大和汽车尾气造成灰霾天气有关，而夏季多雨的天气会使大气中PAHs易沉降到地面，晴天风速较大，易于快速扩散，从而促使大气中的PAHs浓度降低。

表3　内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中PAHs浓度范围

注：ND为未检出。

Note: ND is not detected.

表4　内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中PAHs的Bap-TEQ和Bap-MEQ

3.2内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中PAHs呼吸暴露水平

通过表2的模型参数和表4(BaP-TEQ)，应用公式(4)即可得出呼和浩特市成人和儿童呼吸暴露途径的冬夏两季大气PAHs暴露剂量(ADD)，由表5可以看出，内蒙古呼和浩特市大气中TSP和PM10通过呼吸途径可能造成成人和儿童PAHs的暴露剂量范围为0.71～2.01×10-6mg·kg-1·d-1、0.35～1.02×10-6mg·kg-1·d-1，0.31～2.41×10-6mg·kg-1·d-1、0.13～1.05×10-6mg·kg-1·d-1。人群的暴露水平不论TSP还是PM10中冬季都高于夏季的暴露水平，其主要原因是冬季采暖期使得PAHs的污染浓度高于夏季，而且成人的呼吸暴露水平均高于儿童，对此应给予足够的重视，继续改善本地人群的生存环境以降低人群的终身致癌超额危险度。

表5　内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中

3.3内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中人群终身超额危险度评价

内蒙古呼和浩特大气TSP中PAHs通过呼吸暴露途径对成人和儿童造成的终身致癌超额危险度范围分别为2.21×10-6～6.24×10-6和1.41×10-6～3.97×10-6，PM10中成人和儿童的范围为0.94×10-6～7.46×10-6和0.60×10-6～4.75×10-6均处于US EPA可接受水平(10-4～10-6)内。从表6可知成人与儿童相比，TSP和PM10中成人的终身致癌超额危险度均高于儿童，且成人的致癌风险约是儿童的2倍，主要原因是成人每天吸入较大量的空气，因此暴露BaP的量更大[13]。从不同粒径分布来看，TSP中PAHs终身致癌超额危险度均高于PM10，这是由于PAHs主要存在于大颗粒物中。在呼和浩特大气颗粒物TSP和PM10中出现冬季高夏季低的现象，这不仅与排放源有关，还受气候因素的影响。呼和浩特冬季集中供暖燃煤，燃料消耗急剧增加，加上冬季温度较低，易出现逆温层，且风速较小可使得大气中的PAHs不易向外扩散，易富集，从而导致PAHs的浓度急剧升高；夏季值偏低，因夏季气象扩散条件较好，紫外辐射较强，光化学反应中PAHs的消耗量较大[14]，使得污染物不易富集，毒性作用较小。虽夏季大气中PAHs的浓度明显低于冬季，而污染物人体健康风险是基于人群终生暴露量进行评估的。

表6　呼和浩特市大气TSP和PM10中成人与儿童PAHs终身致癌超额危险度范围

3.4内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中PAHs造成的预期寿命损失

通过表6人群终身致癌超额危险度，应用公式(5)可得表7呼和浩特市大气中TSP和PM10的PAHs通过呼吸暴露可能造成成人和儿童预期寿命损失范围为13.74～38.78 min和8.75～24.70 min，PM10可能造成成人和儿童预期寿命损失范围为5.88～46.39 min和3.74～29.54 min，其存在危险性。

表7　内蒙古呼和浩特市大气TSP和PM10中成人与儿童PAHs预测寿命损失范围

本研究选择了2个大气监测点，其代表性存在一定的局限性。所选用的毒性模型为US EPA推荐模型，初步评估了内蒙古呼和浩特大气TSP和PM10中PAHs对经呼吸道途径暴露于普通人群的成人和儿童健康风险评价。

致谢：感谢内蒙古环境保护厅内蒙古环境监测中心站的支持。

通讯作者简介：塔娜(1973-)，女，南京大学环境科学专业博士毕业，副教授，主要研究方向为环境中微量有毒有机污染物环境行为。

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Health Risk Assessment of PAHs in Atmospheric TSP and PM10of Hohhot of Inner Mongolia

Liu Weiwei, Tana*, Zhao Xinghua, Han Chunxia

Inner Mongolia Key Laboratory of Green Catalysis, College of Chemistry and Environmental Science, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China

4 May 2015accepted 20 July 2015

During June and December of 2012 and 2013, the atmospheric particulate samples were collected from Hohhot City, Inner Mongolia and among which, 16 kinds of PAHs were detected by GC-MS. Furthermore, health risks to the local population induced by PAHs in TSP and PM10were assessed by applying carcinogenic, mutagenic equivalents of benzo (a) pyrene (BaP), the average lifelong risk of cancer and loss of life expectancy. The results showed that range of average daily exposure dose of PAHs for adults and children in TSP were 0.73×10-6～2.01×10-6, 0.45×10-6～1.28×10-6mg·kg-1·d-1, and in PM10were 0.31×10-6～2.41×10-6, 0.194×10-6～1.15×10-6mg·kg-1·d-1respectively. The excess risks for lifelong carcinogenic disease of adults and children were 2.21×10-6～6.24×10-6and 1.41×10-6～3.97×10-6in TSP, 0.95×10-6～7.46×10-6and 0.60×10-6～4.75×10-6in PM10, which were possibly in the acceptable range levels. The expected loss of life time of PAHs for adults and children in TSP were 13.74～38.78 min, 8.75～24.70 min, and in PM10were 5.88～46.39 min and 3.74～29.54 min respectively.

PAHs; health risk assessment; Inner Mongolia; model

国家自然科学基金项目(21167012)；内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY11038)；内蒙古自治区科技计划项目

刘薇薇(1990-)，女，硕士生，研究方向为大气中典型持久性有机物，E-mail:1245468182@qq.com；

Corresponding author)， E-mail: tnbynwu@126.com

10.7524/AJE.1673-5897.20150504002

2015-05-04 录用日期：2015-07-20

1673-5897(2015)6-154-05

X171.5

A

刘薇薇, 塔娜, 赵星华, 等. 内蒙古呼和浩特市大气TSP和PM10中PAHs的健康风险评价[J]. 生态毒理学报，2015, 10(6): 154-158

Liu W W, Tana, Zhao X H, et al. Health risk assessment of PAHs in atmospheric TSP and PM10of Hohhot of Inner Mongolia [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(6): 154-158 (in Chinese)