亚洲五国大气土壤中PAHs分布特征及健康风险评价

摘要

多环芳烃(PAHs)是一类广泛存在于环境介质中的半挥发性有机污染物，对自然环境和人体健康会产生潜在、长期的危害。不同国家的科学家们均陆续开展了对环境介质中PAHs污染状况的研究，但这些研究多局限于较小区域、短时间的监测，缺少国家层面的环境介质的数据，因此不足以全面了解大尺度下PAHs的残留情况、环境归趋以及致癌风险。为了解决这个问题，国际持久性有毒物质联合研究中心(IJRC-PTS)启动了的大尺度环境监测项目(Asia Soil and Air MonitoringProgram; Asia-SAMP)，在亚洲五个国家（中国、日本、韩国、越南和印度）范围内采集了大量的大气和土壤样品。本研究为该项目的一部分，通过对这些样品的分析，研究了PAHs在这五个国家大气和土壤的空间分布特征和迁移转化规律，并结合流行病学数据，对大气PAHs呼吸暴露所产生的致癌风险进行了定量表征。本研究结果能为PAHs的污染控制及其数据库建立提供数据支持，以及为将来的环境修复和污染物的处理提供探索方向。
　　在Asia-SAMP项目中，本研究应用大气被动采样器，在中国、日本、韩国、越南和印度等5个国家布设了大气采样点，进行了每3个月为一次采样周期，连续一年的大气样品采集，进而分析了这5个国家大气中PAHs的污染浓度水平、组成成分特征、时/空分布特征和变化规律，并探讨了大气PAHs浓度的影响因素。本研究共设置有176个大气采样点，包括11个背景采样点、83个农村采样点和82个城市采样点，利用气相色谱-质谱联用仪测定和分析了样品中47种PAHs的含量。结果表明，47种PAHs在大气样品中均有检出，年平均浓度范围在6.29-688ng/m3之间，平均值为128±132 ng/m3。中国、越南和印度大气中PAHs的浓度要显著高于日本和韩国。城市地区采样点大气中PAHs的年平均浓度为143(±117 ng/m3)高于农村地区(1.26±147 ng/m3)和背景地区(22.4±11.4 ng/m3)。各国PAHs的空间分布存在很大的差异，总体而言，中国和印度大气中PAHs的浓度分布趋势为东部地区高、西部地区低，日本和韩国浓度分布较为均一，越南大气中PAHs浓度较高的监测点集中在河内市和胡志明市及周围地区。大气中PAHs浓度与大气气溶胶光学厚度之间存在较为显著的正相关关系，与降水量存在负相关关系。
　　在大气采样点对应的地区设置土壤采样点，采集表层土壤样品，进一步分析了中国、日本、韩国、越南和印度土壤中PAHs的浓度、组成特征和空间分布特征，探讨了土壤中PAHs残留的影响因素。结果表明，47种PAHs在土壤样品中均有检出，其中以苯并[b]荧蒽含量最高，其次为荧蒽、菲和芘。47种PAHs在土壤中的浓度范围为13.1-7310 ng/g dw，平均值为762±1160 ng/g dw。与大气研究结果相似，农村地区土壤中PAHs的平均浓度(590±1100 ng/g dw)要高于背景地区最低(157±158 ng/g dw)，但要低于城市地区(1070±1310 ng/g dw)。与全球其它国家典型地区土壤中PAHs的含量进行比较，本研究区域土壤中PAHs的浓度要低于欧洲和北美洲，与亚洲其它国家污染水平相当，但是高于非洲、南美洲和大洋洲地区。中国、韩国、印度和越南土壤中PAHs浓度受土壤有机质含量的影响，而日本土壤中PAHs浓度主要受到人口密度以及大气中PAHs浓度的影响。
　　在土壤和大气监测值的基础上，本研究利用逸度模型估算了PAHs在土壤-大气界面的交换通量趋势，并探讨了在不同国家与季节交换趋势的差异性。研究结果表明，2环PAHs基本表现为挥发通量，5环和6环PAHs基本表现为沉降通量;3环和4环PAHs的交换通量随时间和空间变化较为明显，在温度较低的地区或者季节里表现为沉降通量，而在温度较高的地区或者季节里则会表现出挥发通量。
　　本研究通过引入“等效毒性系数”，进而估算得到了大气中苯并[a]芘(BaPeq)年平均浓度为5.61 ng/m3。在所有176处大气采样点中，有78.8％的采样点污染程度超过了世界卫生组织标准。运用人群归因百分数模型，得到中国、日本、韩国、越南和印度等国家由于PAHs呼吸暴露所导致的平均人群风险归因百分比分别为8.8‰、0.38‰、0.85‰、7.5‰和3.2‰。此外，本研究运用终身致癌模型，考虑到不同的相对风险取值，得到中国、日本、韩国、越南和印度等国家每百万人群由于PAHs呼吸暴露所导致的平均额外肺癌发病人数为27.8-2200、1.36-108、2.45-194、21.8-1730和9.10-720。将计算得到的致癌风险结果结合实际肺癌发病率数据，对两种模型得到的肺癌风险进行了比较分析，得到了较为一致的结果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 多环芳烃概述

1．1．1 多环芳烃简介

1．1．2 多环芳烃的物理化学性质

1．1．3 多环芳烃的来源

1．2 土壤和大气中多环芳烃的研究进展

1．2．1 研究方法

1．2．2 大气中多环芳烃的分布

1．2．3 土壤中多环芳烃的分布

1．3 环境中多环芳烃环境行为的研究进展

1．3．1 大气环境中多环芳烃的扩散及迁移

1．3．2 长距离传输潜力评价及技术研究现状

1．4 大气多环芳烃的人体健康风险评价

1．4．1 多环芳烃的健康危害

1．4．2 人群呼吸暴露量及其健康风险表征

1．4．3 不确定性表达

1．5 本课题的主要研究内容与意义

1．5．1 课题来源-Asia POPs SAMP介绍

1．5．2 研究意义

1．5．3 研究内容

1．5．4 技术路线

第2章 实验材料与方法

2．1 研究区域自然地理概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 气候条件

2．2 土壤／大气样品采集

2．2．1 采样点设置

2．2．2 土壤样品采集

2．2．3 大气样品采集

2．3 实验仪器与材料

2．3．1 实验仪器

2．3．2 实验材料

2．4 样品前处理

2．4．1 土壤样品的萃取

2．4．2 大气样品的萃取

2．4．3 土壤／大气样品净化与定容

2．5 样品测定

2．5．1 土壤水分含量的测定

2．5．2 土壤有机质含量的测定

2．5．3 多环芳烃的测定

2．5．4 质量保证与质量控制(QA／QC)

2．6 大气浓度计算

第3章 亚洲五国大气中多环芳烃的污染特征

3．1 大气中多环芳烃的含量和组成特征

3．2．1 大气中多环芳烃的含量水平

3．2．2 大气中多环芳烃含量与文献值比较

3．2．3 大气中多环芳烃的组成特征

3．2 大气中多环芳烃的时间和空间特征

3．2．1 大气中多环芳烃的空间分布特征

3．2．2 大气中多环芳烃的时间分布特征

3．3 大气中多环芳烃的影响因素

3．3．1 气象条件影响

3．3．2 人口分布影响

3．3．3 生物质燃烧排放影响

3．4 本章小结

第4章 亚洲五国土壤中多环芳烃的污染特征

4．1 引言

4．2 土壤中多环芳烃的含量和组成特征

4．2．1 土壤中多环芳烃的含量

4．2．2 土壤中多环芳烃含量与文献值比较

4．2．3 土壤中多环芳烃的组成特征

4．2．4 土壤中多环芳烃的空间分布特征

4．3 土壤中多环芳烃的影响因素分析

4．3．1 有机质含量影响

4．3．2 人口分布影响

4．3．3 大气多环芳烃含量影响

4．4 本章小结

第5章 亚洲五国大气和土壤中多环芳烃的迁移和归趋

5．1 长距离迁移潜力和总持久性模拟研究

5．1．1 特征迁移距离和总持久性简介

5．1．2 多环芳烃的特征迁移距离

5．1．3 多环芳烃的总持久性

5．2 土／气分配系数

5．2．1 模型简介

5．2．2 土气分配系数结果

5．3 土／气交换

5．3．1 模型简介

5．3．2 土／气交换结果

5．4 本章小结

第6章 多环芳烃人群暴露呼吸暴露量及相关肺癌风险

6．1 多环芳烃诱发肺癌风险评价模型描述

6．1．1 多环芳烃的等效毒性系数

6．1．2 人群归因百分数

6．1．3 终身致癌风险

6．2 多环芳烃人群呼吸暴露浓度及相关肺癌风险

6．2．1 多环芳烃人群呼吸暴露浓度

6．2．2 人群归因百分数

6．2．3 累积终身致癌风险

6．2．4 对比分析

6．3 不确定性分析

6．3．1 蒙特卡洛误差分析

6．3．2 毒性当量数值及风险加总方法的影响

6．3．3 单位相对风险

6．4 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表的论文及其他成果

致谢

作者简介