基于危害性综合评价的优先控制化学品筛选识别——以南方某市为例

余波平，韩琦∗，仪修玲，陈鸿芳，金兴良，戴知广，袁中曌，李朝林

1.深圳市环境科学研究院

2.广东省环境保护污水高质化利用工程技术研发中心

3.哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院

优先控制化学品是指固有危害属性较大,在环境中可能长期存在的并可能对环境和人体健康造成较大风险的化学品。2017年12月底,原环境保护部、原国家卫生和计划生育委员会及工业和信息化部等部门共同出台了《优先控制化学品名录(第一批)》(简称《名录》),22种化学品被纳入其中,并提出了对《名录》中化学品的管控措施,要求减少化学品在生命周期过程中产生的环境以及对人体的危害[1]。

改革开放以来,随着城市化与工业化加速发展,大量化学品被用于各行各业,为我国经济发展做出了重要贡献,但发展带来的环境污染问题也逐渐显现,环境风险与日俱增。一方面,化学品在生产、运输和使用过程中直接或间接进入大气、土壤、水体等自然环境,给环境带来隐患[2-4]；另一方面,传统污水处理厂主要去除部分易降解的化学物质(总氮、总磷、生化需氧量、化学需氧量等)[5],对难降解物质的处理效果不显著,如内分泌干扰物、药物及个人护理品在世界各地的污水处理厂出水中均被检出[6-7],这些化学物质对水生生态系统存在潜在的生态毒性影响[8]。化学品环境污染的源头是化学品暴露于环境介质所致[9],部分城市虽进行了产业结构布局调整,整体工业水平有所提高,但仍然有大量的化学品产生或流入。化学品具有危害性强、种类多、用量大的特点,涉及行业和企业较多,因此,开展优先控制化学品筛选识别研究,从源头做好化学品的管控,是打好水、气、土污染防治攻坚战,促进国民经济快速协调发展的关键途径和先决条件。

笔者基于化学品毒性效应和环境效应,利用层次分析(AHP)法对相关指标进行加权,构建了化学品危害性综合评价体系；将该评价体系应用于南方某市优先控制化学品筛选识别研究中,结合该市2017年污染源普查数据,通过分析化学品的原辅材料使用情况,确定该市优先控制化学品的初选清单；将化学品评价指标的得分以及指标权重进行迭代计算,对化学品的危害性进行评价,最终筛选识别出该市优先控制化学品清单,为该市化学品优先控制提供理论基础。

1 化学品危害性综合评价体系构建

1.1 评价指标的选取

参考相关化学品污染物的危害性识别和识别方法[10-12]等,确定化学品危害性综合评价指标体系(图1),其主要包括化学品毒性效应和环境效应2类危害性影响因素。其中,毒性效应包含致癌性、急性毒性、致突变性、内分泌干扰性、生殖毒性5个指标,环境效应包含环境持久性、生物累积性和淋溶迁移性3个指标。

图1 化学品危害性综合评价体系Fig.1 Comprehensive evaluation system of chemical hazards

1.2 指标的分级和赋值

参考文献[13-14]确定化学品危害性综合评价指标的分级和赋值(表1)。将各指标分成2~5个等级,根据指标危害程度的大小对其赋值,赋值范围为1~4分,对于数据不足的指标则赋中间值(2分)；内分泌干扰性指标将“是否为环境激素”作为判断依据,分别赋2分和4分。

表1 评价指标分级和赋值Table 1 Evaluation index classification and value assignment

1.3 指标权重计算

权重表示指标之间的重要性,指标权重的计算采用AHP法[15],计算过程包括:1)建立层次结构模型。根据构建的化学品危害性综合评价指标体系,以优先控制化学品危害性综合评价为目标层,以优先控制化学品毒性效应和环境效应为系统层,以化学品危害性综合评价方法中相关指标为指标层(图1),建立化学品危害性评价方法的层次结构模型。2)构造判断矩阵。对指标进行两两比较,采用1~9标度法判断指标之间的相对重要性,建立判断矩阵(表2)。

表2 矩阵元素的标度方法Table 2 Scaling method of matrix elements

根据1~9标度法对指标进行对比,分别构造目标层与系统层、系统层B1与指标层、系统层B2与指标层的判断矩阵J1、J2、J3,如表3~表5所示。3)进行矩阵运算。包括归一化列向量和行向量,计算最大特征向量及其特征值等,经过矩阵运算得到相应的权重。4)一致性检验及权重确定。包括指标单排序一致性检验和总排序一致性检验。计算特征值(除最大特征值)的负平均值(CI),运用平均随机一致性指标(RI)量化矩阵的一致性(表6)。单排序一致性比率(CR)＝CI∕RI,若CR<0.10,说明矩阵满足一致性要求；计算总排序的CR,当CR<0.10时,总排序的权重结果满足要求。

表3 判断矩阵J1Table 3 Judgment matrix J1

表4 判断矩阵J2Table 4 Judgment matrix J2

表5 判断矩阵J3Table 5 Judgment matrix J3

表6 矩阵阶数与RITable 6 Matrix order and RI

1.4 危害值计算

在对指标分级赋值、采用AHP法确定权重的基础上,对化学品各项指标得分(Ci)和其权重(WCi)的乘积进行加和,计算化学品的危害值〔式(1)〕,并以最大危害值化学品的危害性系数为基准值(1.00),计算其他化学品的危害性系数。

2 南方某市优先控制化学品筛选

2.1 优先控制化学品初选

化学品通常作为原辅材料中的辅助成分参与生产使用等过程。通过对南方某市法律法规的梳理,并从美国有毒物质数据库[16]、物质安全数据单(MSDS)查询系统[17]中获取化学品用途及相关辅料信息,得到化学品相关原辅材料的清单,确定该市优先控制化学品初选清单的研究范围；结合2017年该市污染源普查数据,根据化学品相关原辅材料的实际使用情况,选择使用范围广、使用量较大的化学品,确定该市优先控制化学品的初选清单。南方某市优先控制化学品初选清单、其原辅材料及使用情况如表7所示。

表7 优先控制化学品初选清单及原辅材料使用情况Table 7 Primary list of priority control chemicals and the use of raw and auxiliary materials

由表7可知,南方某市优先控制化学品初选清单共包括23种化学品,其中,16种列入《名录》中,7种为该市重点管控化学品。从使用量可知,年使用量较大的化学品分别为十溴二苯醚、六溴环十二烷、壬基酚、短链氯化石蜡、甲醛、三氯乙烯、四氯乙烯等。该市以橡胶、塑料制品、金属加工、设备制造、电子电器制造、计算机和通讯设备制造为主要产业,这几种化学品的使用与其重点行业密切相关。

2.2 化学品危害性综合评价结果

2.2.1 指标权重的计算及一致性检验

利用化学品危害性综合评价体系,通过矩阵运算,对南方某市初选出的23种优先控制化学品评价指标进行权重计算,结果如表8所示,并对指标单排序和总排序进行一致性检验。结果表明,单排序的CR分别是0、0.030 7、0.015 7,总排序的CR为0.028 5,均小于0.1,满足一致性要求。

2.2.2 危害性综合评价计算

进行危害性综合评价时,指标相关的毒性效应参数(致癌性、生殖毒性、致突变性、急性毒性、内分泌干扰性)来自美国有毒物质数据库、化学品的MSDS数据库以及文献调研,环境效应相关参数(环境持久性、淋溶迁移性、生物累积性)采用美国国家环境保护局(USEPA)开发的EPI Suite软件[18-19]进行计算,评价结果如表9所示。由表9可知,南方某市危害性较大的化学品分别为十溴二苯醚、六溴环十二烷、短链氯化石蜡、壬基酚、六价铬化合物等。

表9 化学品危害性综合评价结果Table 9 Comprehensive evaluation results of chemical hazards

(续表9)

2.3 优先控制化学品筛选识别

以十溴二苯醚的危害值为基准值,计算23种化学品的危害性系数,将该系数与相应原辅材料使用量的乘积作为化学品的环境管控风险值,结果如表10所示。由表10可知,优先控制化学品环境管控风险值排序结果显示,南方某市使用量比较大且需要重点关注的优先控制化学品有十溴二苯醚、六溴环十二烷、壬基酚和短链氯化石蜡4种物质。结合污染源普查数据和原辅材料使用情况可知,十溴二苯醚和六溴环十二烷作为阻燃剂应用在该市橡胶、塑料、电子产品行业；壬基酚作为表面活性剂、发泡剂、分散剂、工业清洗剂、破乳剂等大量应用在该市金属加工、工业清洗等领域；短链氯化石蜡作为抗磨剂和润滑剂应用在金属切削加工行业,作为增塑剂在塑胶、纤维等行业使用。在后续研究中,建议针对筛选识别出的优先控制化学品的生产、使用、排放等环节,深入开展全生命周期环境影响评价研究；同时,严格按照国家的相关管控措施,结合源头减量、过程控制、末端治理,减少优先控制化学品在生命周期过程中产生的环境风险以及对人体健康的危害。

表10 化学品环境管控风险值排序Table 10 Risk value ranking of environmental control of chemicals

(续表10)

3 结论

(1)基于AHP法,构建了包括致癌性、急性毒性、致突变性、内分泌干扰性、生殖毒性5个毒性效应指标和环境持久性、生物累积性和淋溶迁移性3个环境效应指标的化学品危害性综合评价体系,结合化学品危害性系数与原辅材料使用量,计算了化学品相应的环境管控风险值,根据风险值排序筛选出优先控制化学品。

(2)南方某市优先控制化学品初选清单共包括23种化学品,通过危害性综合评价,最终确定使用量及环境风险值均较大的4种化学品分别为十溴二苯醚、六溴环十二烷、壬基酚、短链氯化石蜡。

(3)筛选识别出的南方某市优先控制化学品主要涉及橡胶、塑料、纤维、电子产品、金属加工等行业或领域,后续应进一步开展优先控制化学品全生命周期评价及环境管控措施研究,减少其环境与健康风险。