石家庄市大气细颗粒物中多环芳烃呼吸暴露健康风险评估＊

张荣芝,史密伟，王云霞，张 媛，张 焱，张艳杰

(河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心,河北 石家庄 050011)

雾霾天气导致的呼吸道等疾病患者明显增多，严重威胁着人体健康，而霾的本质是大气中细颗粒物（PM2.5）浓度超标[1]。研究表明，有机物（Organic Matter，OM）是城市环境中细颗粒物的主要组成成分，占比达30%～50%[2]。其中多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是有机物中含量较多、国际上公认的一类可对人类健康及环境造成较大危害的持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs），且大气中90%的PAHs 吸附在细颗粒物PM2.5上[3]。由于PAHs 具有较强的致癌、致畸、致突变性，国际癌症研究组织（IARC）已将部分PAHs列入人类确定致癌物，其中苯并(a)芘（BaP）是致癌强度比较高的一种PAHs，通常将其作为所有致癌性PAHs 的指示物[4-5]。石家庄市因特殊的地理环境和工业结构，雾霾天气频发，颗粒物（含PM10和PM2.5）污染严重，一直是影响石家庄市全年空气质量的首要污染物。近年来，不少学者开展了石家庄市大气颗粒物中PAHs 污染特征研究[6-11]，但对PAHs 的呼吸暴露健康风险评估尚不多见。笔者于2018 年对石家庄市PM2.5中PAHs 进行了为期1 年的监测，在此基础上结合其他文献资料对比分析近几年PAHs 的污染状况；同时运用BaP 致癌毒性当量浓度及人群终身致癌超额风险、预期寿命损失三个指标，对当地人群的PAHs 呼吸暴露健康风险进行评估并对比研究，以深入了解PAHs 存在的潜在危害。

1 材料与方法

1.1 样品采集

在石家庄市区内布设1 个环境空气采样点，于2018 年1 月—2018 年12 月的每月中旬连续采集7 d，每天采样24 h。使用中流量大气采样器和玻璃纤维滤膜采集环境空气中PM2.5样品，采样流量100 L/min。采样点周围避开污染源、高空障碍物及交通道路。

1.2 样品分析

采用气相色谱-质谱法（GC-MS）对PM2.5样品中PAHs 进行分析测定，测定因子为目前公认的16 种优控多环芳烃，其名称、缩写等基本信息见表1。

表1 16 种优先控制的PAHs 名称、缩写及毒性当量因子（TEF）

为保证数据的准确性和可靠性，分析过程中采用全程序空白、平行双样和加标回收等质控手段，同时严格控制检出限和标准曲线以满足实验要求。

1.3 PAHs 健康风险评估方法

（1）致癌毒性当量浓度（TEQ）。美国环境保护署（US EPA）推荐采用致癌强度系数（Carcinogenic Potency Factor,CPF）来表示污染物的致癌能力，目前已知540 余种化学致癌物的各种暴露途径下的CPF，均储存于综合危险度信息数据库（Intergrated Risk Infirmation System，IRIS）[12]中并不断更新以供查阅。对于无CPF 的PAHs，有学者提出了基于BaP(苯并[a]芘)毒性当量的评估方法[13]，即以BaP 浓度为参照，通过各PAHs 单体的毒性当量因子（Toxic Equivalent Factor,TEF）来评价PAHs 的致癌风险，以致癌毒性当量浓度（Toxic Equivalent Quantity,TEQ）表示，见公式（1）。

式中：TEQBaP为PAHs 致癌毒性当量浓度，ng/m3；Ci为PAHs 单体i 在PM2.5中的浓度，ng/m3；TEFi 为PAHs单体i 对应BaP 的毒性当量因子[14]，无量纲，见表1。

（2）终身致癌超额风险。（R）PM2.5中PAHs 主要通过呼吸道进入人体从而引起健康危害。根据世界卫生组织（WHO）评价化学物质致癌性编制的分类系统和US EPA 的IRIS，BaP 为无阈致癌化合物，采用无阈化学污染物健康风险模型[15]评估PAHs 的终身致癌超额风险，见公式（2）。

式中：q 为以动物资料推算出人体的致癌强度系数，[mg/(kg·d)]-1，根据IRIS 数据库中吸入性BaP的致癌强度系数q 为3.1[mg/(kg·d)]-1；ADD（Average Daily Dose）为日均吸入暴露量，mg/(kg·d)，计算方法见公式（3）。

式中：C 为污染物的TEQBaP年均值，ng/m3；IR 为呼吸速率，m3/h；ET 为日暴露频率，h/d；EF 为年暴露频率，d/a；ED 为暴露持续时间，a；BW 为体重，kg；AT为平均接触时间，d。相关参数来源于US EPA《暴露因子手册》[15]和《超级基金健康风险评价手册》[16-17]。

（3）预期寿命损失（LLE）。即因致癌风险而导致的预期寿命损失。单位致癌风险（10-5）污染物暴露下可造成人的预期寿命损失62.16min[18]，故预期寿命损失采用公式（4）估算。

2 结果

2.1 PAHs 检测结果

石家庄市2018 年PM2.5中Nap 全年未检出，Acy、Ace 和Flu 仅在冬季有检出，其他12 种PAHs单体各季均有检出。PM2.5中PAHs 质量浓度全年为16.02～475.21 ng/m3，年均值为74.12 ng/m3；采暖期平均质量浓度为95.59 ng/m3，是年均值的1.29 倍；非采暖期平均质量浓度为51.45 ng/m3，是年均值的0.69 倍。见表2。

表2 石家庄市PM2.5 中PAHs 不同时期平均浓度及占比

续表2

2.2 致癌毒性当量浓度评估

结合表1 和表2 利用公式（1）计算可知，石家庄市PM2.5中PAHs 的致癌毒性当量浓度TEQBaP全年均值为13.607 ng/m3，超过我国《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中BaP 年均标准值（1ng/m3）12.607 倍；采暖期TEQBaP为13.154 ng/m3，略大于非采暖期12.793 ng/m3，对TEQBaP贡献较高的前4 类PAHs 单体为BaP、DahA、BkF 和BbF，其中BaP 和DahA 对TEQBaP年均值的贡献率占绝对优势，分别达40.346%和37.334%，见表3。

表3 石家庄市PM2.5 中PAHs 的TEQBaP 值

2.3 终身致癌超额风险评估

利用公式（2）和公式（3）及年均TEQBaP值，计算得出2018 年石家庄市儿童和成人的PAHs 日均吸入暴露量ADD 分别为1.05×10-6mg/（kg·d）和1.66×10-6mg/(kg·d)；PAHs 对儿童和成人造成的终身致癌超额风险值R 分别为3.26×10-6a-1和5.15×10-6a-1，见表4。

表4 PAHs 呼吸暴露健康风险评估

根据文献[19]，致癌风险划分为5 个等级：R<10-6为非常低风险，10-610-1为非常高风险。可见，石家庄市PM2.5中PAHs 通过呼吸途径造成的儿童和成人终身致癌超额风险均属于低风险水平，具有一定程度的潜在危害。

2.4 预期寿命损失评估

利用公式（4）估算可知，石家庄市因PM2.5中PAHs致癌风险导致的儿童和成人预期寿命损失分别为20.3min 和32.0min，见表4。参考WHO 提供的R 界线值对应的预期寿命减少为310.8min[20]，说明石家庄市PM2.5中PAHs 对居民身体健康存在一定的危害。

3 讨论

3.1 PAHs 污染水平对比分析

（1）近几年石家庄市大气环境中PAHs 年污染浓度见表5。

表5 近几年石家庄市大气PM2.5 中PAHs 污染浓度（ng/m3）

2018 年石家庄市PM2.5中PAHs 年均值为74.12 ng/m3，略高于冯媛等[7]得出的2013 年年均值（63.2 ng/m3），而低于王超等[8]得出的2013 年年均值（142.1 ng/m3），主要原因可能与监测点的个数、监测点位所处区域及采样频次（天数）等因素有关。采暖期PAHs 平均浓度为95.59 ng/m3，明显低于2013 年采暖期（249.565 ng/m3）[6]及2015—2016 年采暖季（349.09 ng/m3）[10]。大气中PAHs 主要来源于燃煤、化石燃料的不完全燃烧以及机动车尾气排放[7-10,20-21,23,25-26]，随着2017 年河北省全方位推进气代煤、电代煤，大力加强燃煤锅炉治理，石家庄市域淘汰10 蒸t/h 及以下燃烧锅炉、市区淘汰30 蒸t/h 及以下燃烧锅炉的政策实施，采暖期燃煤量减少是PAHs 降低的主要原因。

（2）2018 年石家庄市PM2.5中PAHs 浓度体现出的季节性变化特征，即冬季（采暖期）明显高于其他季节，与2013 年石家庄市PAHs 的污染特征[7]及其他北方城市的污染特征[3,21-24]相似。主要原因是北方地区冬季处于集中供热采暖期，采暖所需燃料用量增加，导致PAHs 排放量增加；同时，冬季气温低、降水少、光照弱，PAHs 降解缓慢；并且冬季静稳天气相对较多，逆温现象常见，不利于污染物扩散，从而造成PAHs累积。因此，为了降低PAHs 暴露引起的健康风险，建议冬季雾霾较重时段尽量减少户外活动。

3.2 PAHs 人群健康风险水平对比研究

（1）2018 年石家庄市PM2.5中PAHs 的TEQBap年均值13.607 ng/m3，与2016 年11 月—2017 年10 月的年均值（10.08 ng/m3）[11]接近，小于2016 年上半年的均值（47.49 ng/m3）[9]，但均高于我国《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）及WHO 规定的BaP 年均值标准（1ng/m3），说明石家庄市PM2.5中PAHs 对人体健康具有潜在风险。

（2）对比近年来国内城市大气PM2.5中PAHs 的健康风险研究成果[20-23]，PAHs 对儿童的致癌超额风险值为5×10-7～2.015×10-4，对成人的致癌超额风险值为8×10-7～3.177×10-4。本研究得出的PAHs 对儿童和成人造成的致癌超额风险结果均在此范围内，并与安玉琴等[11]得出的2017 年度石家庄市PAHs的终身致癌超额风险均在10-6水平。见表6。以上成果均表明PAHs 对成人的终身致癌超额风险值高于儿童，与成人的呼吸速率快、呼吸量大、污染物暴露时间长等主要因素有关。

表6 不同人群PAHs 终身致癌超额风险水平对比

（3）石家庄市由于PAHs 暴露所导致的人均预期寿命损失高于深圳，而低于太原、哈尔滨、南京、武汉[22]、西安[23]及北京[25]。本研究在石家庄市只布设了一个PM2.5监测点，其代表性具有一定的局限，PAHs 的危害仍不容忽视。

4 结论

（1）与五年前和三年前相比，石家庄市PAHs 采暖期污染水平均有大幅度降低,而年均值变化无明显规律。采暖期PAHs 污染水平降低的主要原因与燃料结构调整有关。

（2）当地儿童和成人由于PAHs 呼吸暴露导致的人群终身致癌超额风险与前一年同处于低风险水平，成人的致癌风险是儿童的1.35 倍左右；预期寿命损失成人的约是儿童的1.6 倍。

（3）本研究健康风险评价基于一个监测点的数据，代表性有一定局限；只考虑了PAHs 的呼吸暴露途径，未考虑皮肤接触、经口摄入的暴露量；模型参数主要选取的国外人群资料，而地域和人群存在差异。上述原因均导致本研究结果的误差和不确定性。