开发用于能源行业原油污染场地可持续决策的人类健康风险评估工具

《Applied Sciences》：Development of a Human Health Risk Assessment Tool for Sustainable Decision-Making at Crude-Oil-Contaminated Sites in the Energy Sector

　　

许多研究已经探讨了多环芳烃（PAHs）对土壤污染的贡献，这些污染源自能源行业遗留的石油开采和储存活动，以及人类健康风险。在本研究中，研究人员对一处原油污染场地进行了人类健康风险评估（HHRA），并结合空间分析来识别PAHs污染土壤中致癌和非致癌风险的热点区域。总共考虑了八个土壤采样点。HHRA使用了布加勒斯特国家科学技术大学POLIETHNICA根据美国环境保护署（US EPA）和美国材料与试验协会（ASTM International）标准开发的软件工具进行。当前评估的结果已通过Risk-net软件3.2（经ISPRA验证的意大利风险评估工具）进行了验证。评估考虑了住宅场景（成人和儿童受体），使用了四种不同的暴露途径：土壤摄入、皮肤接触、蒸汽吸入（由于挥发过程）和地下水摄入（由于淋滤过程）。研究区域的致癌风险（CR = 1 × 10^-5）和总危害指数（THI < 1）均超过了成人和儿童受体的阈值。最高关注的是PAHs从土壤淋滤到地下水的过程。最高的致癌关注是苯并(a)芘（benzo(a)pyrene）通过地下水摄入对儿童暴露的影响（CR = 3.53 × 10^-5），而最高的毒性效应是萘（naphthalene）污染物对同一受体和暴露途径（THI = 6.22）。

**论文解读：基于空间分析的人类健康风险评估工具在原油污染场地中的应用**

**研究背景与问题**
根据欧洲环境署的分析，欧盟约60–70%的土壤因过去工业活动而不健康。罗马尼亚自1857年起拥有悠久的石油工业历史，导致大量土壤和地下水污染。多环芳烃（PAHs）作为有机污染物，被美国环境保护署（US EPA）列为关键污染物，具有致癌、致突变和生物累积特性。已有研究关注PAHs对土壤的污染及健康风险，但传统的初步场地调查和人类健康风险评估（HHRA）成本高、耗时长。因此，需要一种定量、空间分析工具，以识别污染热点并支持可持续决策。本研究旨在开发并验证一种集成空间分析的HHRA工具，评估原油污染场地中PAHs通过土壤摄入、皮肤接触、挥发和淋滤途径对成人和儿童受体的致癌与非致癌风险，并用于罗马尼亚Transylvania地区一个受控污染地块。论文发表在《Applied Sciences》。

**主要关键技术方法**
研究人员使用内部开发的HHRA工具（基于US EPA风险评估指南（RAGS）、ASTM国际标准和意大利方法）进行风险评估，考虑四种暴露途径：土壤摄入、皮肤接触、蒸汽吸入和地下水摄入。空间分析采用逆距离加权（IDW）插值法，通过QGIS软件实现。工具验证使用Risk-net软件3.2（经ISPRA验证）。样本来源：罗马尼亚Transylvania地区一个农业地块（1200 m²），受控原油污染后采集8个表层土壤样品（0–20 cm深度），分析11种PAHs浓度。

**研究结果**
**3.1 浓度水平评估（考虑罗马尼亚法规限值）**
通过对比罗马尼亚国家阈值（正常值、警戒阈值、干预阈值），发现多个采样点中氟蒽、茚并(1,2,3-cd)芘、菲等浓度超过干预阈值。变异系数（CV%）大多超过100%，表明空间变异极高，反映受控污染导致的局部热点。

**3.2 个体致癌风险**
个体致癌风险（ICR）计算显示，苯并(a)芘、苯并(a)蒽和茚并(1,2,3-cd)芘的ICR超过WHO可接受阈值1×10^-5。最高风险来自苯并(a)芘通过淋滤途径对儿童受体的暴露（ICR=3.53×10^-5），最低为?通过挥发途径（成人ICR=7.91×10^-13）。暴露途径风险排序：淋滤>皮肤接触>土壤摄入>挥发。儿童风险高于成人，因部分PAHs具致突变性，年龄调整因子（ADAF）被应用。

**3.3 个体非致癌风险**
危害商数（HQ）超过阈值（HQ>1），最高为萘通过地下水摄入对儿童暴露（HQ=6.22），成人（HQ=3.74）。儿童风险更高，因体重轻、行为模式（如爬行、土壤异食癖）及免疫系统未成熟。最低非致癌风险来自蒽通过土壤摄入（成人HI=1.56×10^-8）。暴露途径危害指数排序：淋滤>皮肤接触>挥发>土壤摄入。

**3.4 累积致癌风险（CR）与非致癌风险（THI）**
累积致癌风险（CR）和总危害指数（THI）通过IDW插值进行空间表示。儿童CR最大值为1×10^-4，成人最大值为1.76×10^-5；五个采样点儿童CR高于阈值（1×10^-5），两个采样点成人CR高于阈值。THI方面，三个采样点儿童和成人均超过1，最高为SP4（儿童THI=6.75，成人THI=4.05）。空间分布显示，高致癌风险集中于中心至南部，高毒性效应集中于中心至西部。

**3.5 风险与毒性结果验证**
与Risk-net工具对比，内部HHRA工具的CR和THI结果高度相似，最大差异出现在SP8（成人CR：内部1.40×10^-5 vs Risk-net 1.07×10^-5；儿童CR：内部9.40×10^-5 vs Risk-net 6.79×10^-5）。总体验证结果支持工具的可靠性。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究未考虑食物链暴露（如蔬菜、肉类）和自然衰减、生物降解等过程，这些是未来改进方向。研究强调，基于风险的评估方法应纳入土地利用类型（农业、居住、工业）和暴露场景。结论部分翻译如下：
本研究评估了PAH暴露的污染水平，基于石油能源行业释放的多污染物污染场景。研究使用开发的HHRA工具并结合空间分布（如QGIS）进行数据表示。评估考虑了八个土壤采样点，数据包括高于和低于阈值的浓度。通过土壤摄入、皮肤接触、挥发（吸入）和淋滤（地下水摄入）四种途径评估风险。IDW插值表明，高CR和THI值主要集中于地块中心至南侧。与Risk-net工具验证结果高度相似，增强了本地HHRA工具的可靠性。未来需整合家庭种植食物、自然衰减、生物降解和地下水运输模型，并完全嵌入GIS工具。本研究可作为农业污染场地的初步HHRA，鼓励国家当局使用集成模型。对能源相关PAH污染场地的HHRA表明，全球国家负责机构需评估土壤质量指标阈值。罗马尼亚的阈值（1997年）需更新，未来修订应考虑基于风险的方法，区分土地利用类型。本研究支持改进受石油能源行业影响的污染场地风险评估技术，其工具创新在于将HHRA与空间分析集成到单一平台，便于快速识别风险区域，促进修复优先级和资源优化，支持可持续决策。