《Toxics》：Environmental Risk Assessment of Toxic Emissions into the Air Resulting from Waste Fires
编辑推荐：
专业术语翻译（摘要部分）
不受控制的废弃物火灾因有害气体和颗粒物的排放与扩散，对人类健康和环境构成重大风险。本研究开发了一种以受体为导向的筛选性环境风险评估方法，该方法基于人体和环境对废弃物储存设施火灾期间释放的空气污染物的暴露程度。该技术路线将高斯烟羽模型（
专业术语翻译（摘要部分）
不受控制的废弃物火灾因有害气体和颗粒物的排放与扩散，对人类健康和环境构成重大风险。本研究开发了一种以受体为导向的筛选性环境风险评估方法，该方法基于人体和环境对废弃物储存设施火灾期间释放的空气污染物的暴露程度。该技术路线将高斯烟羽模型（Gaussian plume modelling，采用帕斯奎尔稳定度等级Pasquill stability classes）与预测污染物浓度同波兰法规、美国环保署（US EPA）、美国职业安全与健康管理局（OSHA）及最高允许浓度（NDS）标准所确立的参考值进行比对相结合。该方法被应用于一起涉及城市废弃物处理残余物不受控燃烧的案例研究。针对14,000 kg废弃物质量、3.5 h火灾持续时间及既定气象情景，研究人员在受体点及距火场约700 m的最近居民区，对包括PM10和PM2.5在内的选定污染物浓度场进行了模拟。在最不利的分析条件下（稳定度等级6、风速1 m/s、南风），居民区受体的预测浓度仍低于适用的参考值。结果表明，所提出的模拟框架可在不受控废弃物火灾后提供快速的环境风险评估筛选工具，尤其是在缺乏直接排放或空气质量监测数据的情况下。
论文解读文章
一、研究背景与问题
近年来，波兰废弃物收集场所不受控燃烧事件频发，2017至2022年间共记录754起此类事故。这一现象的原因包括中国禁止废弃物进口、波兰禁止可燃废弃物填埋以及客户对替代燃料要求的提高，同时废弃电池数量的增长也加剧了此类风险。此类事件通常由检察机关调查，以确定是否构成危害公共安全或非法处理废弃物等刑事犯罪。
不受控废弃物焚烧会产生大量有毒副产物并释放至大气中，降低空气质量并对人体健康构成威胁。评估此类风险时面临诸多困难：难以确定人员暴露于有害气体的体积、暴露持续时间与范围，以及具体损害程度。非法废弃物焚烧通常分散、长期且难以精确识别，排放过程不受燃烧参数控制，无法准确确定焚烧废弃物的类型及各污染物排放量。与垃圾填埋场火灾不同，后者是突发且短暂的事件，可造成极高的瞬时污染物浓度。
开展环境风险评估的第一步是确定焚烧废弃物量，其次是确定释放至大气中的气体和颗粒物数量及组成，再次是确定污染物扩散范围和影响规模。焚烧量通常可从专业废弃物管理设施记录或储存场地体积计算中获得，但确定排放的定性和定量组成目前仍具挑战性，主要取决于废弃物实际组成的不确定性。已有研究测定了不同废弃物单位质量燃烧产生的污染物量，如汽车轮胎、车辆粉碎非金属残余物、城市废弃物、农业废弃物和军事废弃物等。美国环保署在AP-42文件中提供了开放燃烧排放因子的广泛结果。
为确定空气污染物扩散范围，需使用数学扩散模型进行计算。高斯烟羽模型与帕斯奎尔稳定度等级是波兰法规推荐的参考方法，其计算指南载于2010年1月26日波兰环境部长条例附件3。欧盟法规仅设定空气质量评估和建模方法的共同要求，各成员国可自由选择具体建模方法。德国通过TA Luft法规强制使用AUSTAL2000模型，该模型源自帕斯奎尔理论；美国环保署在40 CFR Part 51中明确引用该方法；英国环境署指南则完全采用帕斯奎尔稳定度等级。
为评估有毒气体和粉尘排放相关的环境风险，需采用适当的参考值，这些值依据法律规定或文献数据确定。风险评估涉及确定事件期间人员所在位置的污染物水平，并评估该浓度是否达到可能构成威胁的程度。通常考虑NDS、NDSCh、NDSP以及RfC和PEL-TWA等值。
二、研究内容与结论
本研究以波兰西南部某城镇发生的典型废弃物火灾为案例，基于设施记录计算焚烧废弃物量，使用实际火灾期间的气象数据进行扩散模拟，采用EPA AP-42文件中的排放因子值，并从国家消防局获取火灾持续时间数据。排放量计算为排放因子与焚烧废弃物量的乘积，小时排放率由总排放量除以火灾持续时间得出。PM10占悬浮颗粒物总量的7.3%，PM2.5占92.7%。
排放估算并非基于火灾期间污染物浓度的直接测量，也未转换为标准状况。所得估算值随后作为扩散模型的输入数据，针对实际火灾期间记录的气象条件计算预测大气浓度。研究确定最近的敏感区域（居民区）位于距火场约700米处。由于排放的暂时性（火灾持续3.5小时），不考虑年均浓度。
模拟分析表明，废弃物火灾释放的物质在最近居民区（包括最近指定居民点）的浓度：不超过2010年1月26日波兰环境部长条例规定的国家空气质量标准参考值；不超过美国环保署制定的空气质量标准；不超过OSHA制定的空气质量标准；不超过2018年6月12日波兰家庭、劳动与社会政策部长条例规定的NDS值。
建模分析确定，敏感区域附近最不利于污染物扩散的大气条件为稳定度等级“6—稳定”、临界风速1 m/s、临界风向“S—南”。这意味着火灾期间最高大气污染物浓度出现在这些气象条件下。然而计算表明，即使在这些不利气象条件下，污染水平也未达到可能影响最近居民区居民健康或生命的程度。该结论涉及距事故现场700米处个体的短期暴露，不适用于废弃物火灾紧邻区域的污染浓度。分析聚焦于当地居民因设施运营和废弃物储存活动而面临的暴露风险，未评估消防员在执行灭火作业时的职业风险。
三、主要技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：第一，排放量确定方法，基于设施记录计算焚烧废弃物量，采用EPA AP-42开放燃烧章节的排放因子数据，结合火灾持续时间计算各污染物总排放量和小时排放率。第二，高斯烟羽扩散模型结合帕斯奎尔大气稳定度等级进行污染物扩散范围模拟，该方法为波兰法规推荐的参考方法，假设测量期间的气象条件、均匀地形、恒定排放参数和简化的大气湍流描述。第三，环境风险评估方法，将预测浓度与波兰法规参考值、美国EPA空气质量标准、OSHA职业安全标准和NDS最高允许浓度值进行系统比对，以判断是否构成环境风险和健康威胁。
四、研究结果
排放量计算结果： 以苯为例，排放因子0.0123 mg/kg乘以14,000 kg废弃物得到总苯排放量172.2 mg，除以3.5小时火灾持续时间得到小时排放率0.0000492 kg/h。PM10占颗粒物总量的7.3%，PM2.5占92.7%。
扩散模拟结果： 研究建立了包括最近居民区在内的附加监测点网格，以确定人员活动区域的浓度水平。风玫瑰图显示北东北方向风占主导，空气动力学粗糙度系数按法规计算为z0 = 0.035。排放源参数基于废弃物火灾表面积确定，假设为50 m2。
浓度等值线分析： 图2至图20展示了PM10、苯并[e]芘、苯、甲苯、乙苯、PM2.5、己烷、蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[g,h,i]苝、苯并[k]荧蒽、?、荧蒽、苯并[a]蒽、菲、芘、惹烯和茚并[1,2,3-cd]芘的最大浓度等值线。结果表明，最近居民区包括最近指定居民点的浓度均未超过各项参考值。
最不利气象条件分析： 表4至表22确定，最不利于敏感区域附近污染物扩散的大气条件为稳定度等级“6—稳定”、临界风速1 m/s、临界风向“S—南”。即使在这些条件下，污染水平也未达到影响居民健康或生命的程度。
五、讨论与结论
讨论部分指出，基于分析和计算，未发现证据表明事故现场堆积的废弃物在数量或条件下构成对人类生命或健康的威胁，因为未证明最近人口中心周围区域在暴露时浓度可达到对人体有毒的水平，也未证明最近人口中心以外区域（尤其是燃烧废弃物紧邻区域）存在可能暴露于有害物质的人员。分析结果还表明，如此规模的火灾不可能导致空气质量恶化，因为未证明火灾期间排放的危险物质浓度超过法规规定的参考值。
确定不受控废弃物焚烧事件实际健康影响存在诸多困难：事件突发性使全面测量无法进行，燃烧温度和过程动态均未被测量，只能基于事件信息确定火灾持续时间、位置和灭火行动结束时间。文件和实际堆积数据可估算废弃物的大致数量，进而估算焚烧量。不能假设每次超过限值都构成对生命或健康的威胁，一切取决于物质吸收量，但长期暴露于有毒物质确实有害健康。
研究结论为：本研究提出了一种基于案例研究的方法，用于评估不受控废弃物火灾期间释放污染物的人体暴露，该方法结合污染物扩散模拟与相关参考值（毒理学和法规）的比对。在分析案例中——14,000 kg城市废弃物处理残余物不受控燃烧3.5小时——距火场约700米居民区监测点的预测浓度未超过适用的波兰和国际参考值。这些结果表明，在所假设条件下，评估的居民区位置未识别出显著暴露风险。然而，这些结果不应被解释为排除火场紧邻区域或不同排放和气象条件下的潜在健康或环境风险。评估的主要局限性在于排放清单的不确定性，源于火灾的不受控和不可预测性质以及焚烧废弃物组成信息的缺乏。因此，预测浓度应视为基于情景的估算，而非实际暴露的直接反映。所提出的方法展示了污染物扩散建模在快速初步评估不受控废弃物火灾相关环境和人类健康风险方面的实用性，尤其是在缺乏直接排放或空气质量测量数据的情况下，其应用可促进识别潜在暴露区域，并为后续更详细的风险评估提供基础。
