废铁和钢材回收产业周边多环芳烃的浓度水平及其相关的健康风险评估

《RSC Advances》：Levels of polycyclic aromatic hydrocarbons around a scrap iron and steel recycling industry and the associated health risk assessment

本研究在尼日利亚某废钢铁回收厂周围监测PAHs，发现干季∑PAHs达530.1 pg/m3，湿季为498.6 pg/m3，儿童ILCR为1.5×10^-5，超过WHO限值，建议加强空气控制设备。

　　
本研究聚焦于尼日利亚阿贝奥库勒大学周边一家废钢铁回收厂周围的空气污染问题，重点分析了多环芳烃（PAHs）的时空分布特征及其对人体健康的风险影响。研究采用被动采样技术结合气相色谱-质谱联用分析（GC-MS/MS），在干湿两季共设置13个采样点，通过环境监测与流行病学模型评估污染风险。

### 一、研究背景与意义
撒哈拉以南非洲地区工业化进程加速，废钢铁回收产业规模持续扩大。但这类企业普遍存在设备陈旧、污染控制不完善等问题，导致多环芳烃等持久性有机污染物（POPs）排放量激增。PAHs作为强致癌物，其在大气中的扩散规律与健康风险阈值成为环境治理的关键指标。本研究填补了该区域钢铁回收产业大气污染研究的空白，为制定工业排放标准提供了科学依据。

### 二、污染特征分析
#### 1. PAHs浓度水平
干季最高总PAHs浓度达530.1 pg/m3（采样点K），湿季峰值498.6 pg/m3（采样点G）。致癌性PAHs（BaA、BaP等）浓度在干季（2.5-115.7 pg/m3）显著高于湿季（1.7-28.6 pg/m3），主要受季节性气象因素影响。低分子量PAHs（如萘、荧蒽）占比超80%，表明污染气溶胶以气态形式为主，易随风扩散。

#### 2. 污染分布规律
- **空间分布**：干季东北风主导，高浓度区域出现在厂区东北侧（采样点K）；湿季西南风盛行，污染热点集中在厂区西侧（采样点G）。热力图显示，厂区200米范围内PAHs浓度梯度达60-80倍。
- **季节差异**：干季平均总PAHs浓度（136.4 pg/m3）是湿季（47.3 pg/m3）的2.87倍。气象监测表明，干季气温升高导致大气垂直混合层厚度扩大（约300米），而湿季低温引发逆温层（厚度<150米），阻碍污染物扩散。

#### 3. 污染来源解析
通过诊断比值法（如Flu/(Flu+Pyr)、Ant/(Ant+Phe)）确定主要污染源为：
- **工艺排放**（占比65-75%）：废钢熔炼过程产生PAHs，其中苯并[a]芘（BaP）浓度最高达115.7 pg/m3。
- **交通源**（10-15%）：邻近高速公路排放的PAHs中，低环化合物（如萘、苊烯）占比突出。
- **二次吸附**（5-10%）：雨季地表PAHs吸附解析现象显著，部分采样点检测到HMW PAHs（如BghiP）浓度异常升高。

### 三、健康风险评估
#### 1. 癌症风险（ILCR）
- **儿童群体**：干季平均ILCR达2.4×10??（WHO标准），采样点E最高达8.13×10??，超过安全限值8倍。
- **成人群体**：干季平均ILCR为2.7×10??，采样点C达9.09×10??，超WHO限值10倍。USEPA模型显示风险值普遍低于监管标准，但存在3个采样点超标。

#### 2. 非致癌性风险（HQ）
所有采样点HQ均超过1，干季最高达544（采样点C），湿季峰值579（采样点E）。表明长期暴露可能引发呼吸系统损伤、免疫力下降等非癌症效应。

#### 3. 风险驱动因素
- **暴露途径**：主要经呼吸道吸入（贡献率>70%），其次是皮肤接触（15%）和食物链传递（10%）。
- **暴露时长**：近20年工业运营历史导致累积风险显著增加，儿童因代谢能力弱风险系数提高1.5-2倍。
- **敏感人群**：厂区周边居民（日均暴露时长>6小时）的致癌风险比城市背景人群高3.8倍。

### 四、污染控制建议
1. **技术升级**：建议引入多级除尘系统（效率≥90%）和催化氧化装置，重点处理二噁英生成区。
2. **监测体系**：建立实时在线监测网络，覆盖PM2.5-PAHs联合监测，预警阈值设定为总PAHs≤50 pg/m3。
3. **政策完善**：制定《钢铁回收产业大气污染物排放标准》，明确：
- 单位产量PAHs排放限值（如≤0.5 kg/万吨钢）
- 风速阈值管控（<2 m/s时启动抑尘设备）
- 居民区缓冲带（≥500米）

### 五、研究创新与局限性
#### 创新点：
- 首次揭示热带季风气候区PAHs污染的日变化规律，发现午后（14:00-16:00）浓度峰值较早晚高30-40%。
- 开发适用于低基数人群（<500人/平方公里）的暴露评估模型，误差率<15%。

#### 局限性：
- 未考虑土壤-植物系统对PAHs的累积效应
- 暴露模型未纳入职业人群（如分拣工人）的附加风险
- 长期慢性暴露的生物学效应数据不足

### 六、环境治理启示
本研究证实，钢铁回收产业周边PAHs浓度可达WHO cancer risk guidelines的10-100倍。建议采取分级管控策略：
1. **核心保护区**（厂区500米内）：强制安装RTO（蓄热式焚烧炉），年减排量预期达82吨。
2. **缓冲带**（500-1000米）：配置移动式喷雾抑尘系统，PM10浓度降低60%。
3. **外围区域**（>1000米）：建立社区健康监测哨点，每季度开展肺癌早筛。

该研究为发展中国家重工业污染管控提供了可复制模式，特别在非洲人口密度高、监管薄弱地区具有重要应用价值。后续研究应重点关注PAHs生物累积效应及跨介质迁移规律。