新型污染物邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯在非正规生活垃圾填埋场原状土壤中赋存水平及环境风险评估

梁丽琛, 张后虎, 许元顺, 王莉莉, 王丹, 涂海峰, 蒋浩, 严小飞. 新型污染物邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯在非正规生活垃圾填埋场原状土壤中赋存水平及环境风险评估[J]. 环境化学, 2024, 43(10): 3342-3354. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2024032101
引用本文: 梁丽琛, 张后虎, 许元顺, 王莉莉, 王丹, 涂海峰, 蒋浩, 严小飞. 新型污染物邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯在非正规生活垃圾填埋场原状土壤中赋存水平及环境风险评估[J]. 环境化学, 2024, 43(10): 3342-3354. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2024032101
LIANG Lichen, ZHANG Houhu, XU Yuanshun, WANG Lili, WANG Dan, TU Haifeng, JIANG Hao, YAN Xiaofei. The pollution level and environmental risk assessment of new pollutant DEHP (bis (2-ethylhexyl) phthalate) on undisturbed soil of informal landfill[J]. Environmental Chemistry, 2024, 43(10): 3342-3354. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2024032101
Citation: LIANG Lichen, ZHANG Houhu, XU Yuanshun, WANG Lili, WANG Dan, TU Haifeng, JIANG Hao, YAN Xiaofei. The pollution level and environmental risk assessment of new pollutant DEHP (bis (2-ethylhexyl) phthalate) on undisturbed soil of informal landfill[J]. Environmental Chemistry, 2024, 43(10): 3342-3354. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2024032101

新型污染物邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯在非正规生活垃圾填埋场原状土壤中赋存水平及环境风险评估

    通讯作者: E-mail:yxf19881010@163.com
  • 基金项目:
    中央级公益性科研院所基本科研业务专项(GYZX230411)资助.
  • 中图分类号: X-1; O6

  • CSTR: 32061.14.hjhx.2024032101

The pollution level and environmental risk assessment of new pollutant DEHP (bis (2-ethylhexyl) phthalate) on undisturbed soil of informal landfill

    Corresponding author: YAN Xiaofei, yxf19881010@163.com
  • Fund Project: the Special Fund of Chinese Central Government for Basic Scientific Research Operations in Commonweal Research Institutes( GYZX230411).
  • 摘要: 邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)是一种环境新型有机污染物,作为最常见的增塑剂被广泛应用于生产生活中. 本研究选择某非正规生活垃圾填埋场不同土层的原状土壤作为研究对象,采集土壤样品共168 份,分析其DEHP赋存水平,比对现有环境质量标准,初步判断其环境风险,并采用熵值法和USEPA模型评估DEHP产生的生态风险及人体健康风险. 结果表明,送检样品中只有1 份土壤样品超出GB36600-2018中第一类用地筛选值, 67 份样品超出美国土壤控制标准. 使用熵值法模拟研究区原状土壤中,DEHP含量对敏感受体藻类、甲壳类及鱼类的生态风险,统计结果表明整体以中、高生态风险为主. 通过USEPA模型计算得出,研究区送检土壤样品中DEHP的非致癌风险均可接受,致癌风险成人不可接受率高达10.7%,儿童高达17.1%,且上层土壤致癌风险普遍高于中下层. 因此,非正规生活垃圾填埋场原状土层中DEHP环境风险明显需予以重视.
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  • 图 1  研究区概况示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of the research area

    图 2  关于DEHP含量主成分及相关性分析

    Figure 2.  Principal components and correlation analysis of DEHP content

    图 3  原状土中DEHP的生态风险

    Figure 3.  Ecological risk of DEHP in undisturbed soil

    图 4  不同土层原状土中DEHP的非致癌风险

    Figure 4.  Non-carcinogenic risk of DEHP in undisturbed soils of different soil layers

    图 5  不同土层原状土中DEHP的致癌风险

    Figure 5.  Carcinogenic risk of DEHP in undisturbed soils of different soil layers

    表 1  健康风险暴露评估模型参数

    Table 1.  Health risk exposure assessment model parameters

    参数
    Parameter
    单位
    Unit
    参数值
    Value
    参考文献
    Reference
    成人
    Adult
    儿童
    Child
    摄入率IRS mg·d−1 100 200 [45]
    土壤黏附因子AF mg·cm−1 0.07 0.2 [45]
    皮肤接触表面积SA cm2·d−1 57000 28000 [45]
    暴露持续时间ED a 24 6 [45]
    人体体重BW kg 70 15 [45]
    暴露频率EF d·a−1 350 350 [45]
    体积转换因子CF L·cm−3 0.000001 0.000001 [45]
    颗粒物排放因子PET m3·kg−1 1.36×109 1.36×109 [45]
    呼吸速率Ij m3·d−1 13.5 13.5 [40]
    平均暴露时间AT d 致癌/非致癌25550/365×ED [45]
    非致癌物经某种途径摄入的日均
    推荐剂量RfD
    mg·kg−1·d−1 0.02 [40]
    皮肤吸收因子ABS 0.1 [45]
    致癌率CFS mg·kg−1·d−1 0.014 [40]
    参数
    Parameter
    单位
    Unit
    参数值
    Value
    参考文献
    Reference
    成人
    Adult
    儿童
    Child
    摄入率IRS mg·d−1 100 200 [45]
    土壤黏附因子AF mg·cm−1 0.07 0.2 [45]
    皮肤接触表面积SA cm2·d−1 57000 28000 [45]
    暴露持续时间ED a 24 6 [45]
    人体体重BW kg 70 15 [45]
    暴露频率EF d·a−1 350 350 [45]
    体积转换因子CF L·cm−3 0.000001 0.000001 [45]
    颗粒物排放因子PET m3·kg−1 1.36×109 1.36×109 [45]
    呼吸速率Ij m3·d−1 13.5 13.5 [40]
    平均暴露时间AT d 致癌/非致癌25550/365×ED [45]
    非致癌物经某种途径摄入的日均
    推荐剂量RfD
    mg·kg−1·d−1 0.02 [40]
    皮肤吸收因子ABS 0.1 [45]
    致癌率CFS mg·kg−1·d−1 0.014 [40]
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    表 2  原状土不同层深中DEHP含量

    Table 2.  DEHP content in different depths of undisturbed soil

    地块信息
    Plot
    information
    原状土送样层深度/m
    Depth of sample layer
    for undisturbed soil
    样品数量/份
    Sample
    quantity
    DEHP含量/( mg·kg−1 标准差
    Standard deviation
    变异系数
    Variable coefficient
    最小值
    Minimum
    最大值
    Maximum
    平均值
    Average
    中位
    Median
    一期 上(0—1) 28 0.4 57.4 7.4 4.8 10.8 150%
    中(1—2) 28 0.4 22.8 5.1 3.2 4.7 90%
    下(2—3) 28 0.1 41.4 5.4 3.6 7.7 140%
    二期 上(0—1) 28 0.4 39.6 6.2 3.7 7.6 120%
    中(1—2) 28 0.5 16.8 4.5 3.1 3.9 90%
    下(2—3) 28 0.3 16.9 3.7 2.9 3.3 90%
    地块信息
    Plot
    information
    原状土送样层深度/m
    Depth of sample layer
    for undisturbed soil
    样品数量/份
    Sample
    quantity
    DEHP含量/( mg·kg−1 标准差
    Standard deviation
    变异系数
    Variable coefficient
    最小值
    Minimum
    最大值
    Maximum
    平均值
    Average
    中位
    Median
    一期 上(0—1) 28 0.4 57.4 7.4 4.8 10.8 150%
    中(1—2) 28 0.4 22.8 5.1 3.2 4.7 90%
    下(2—3) 28 0.1 41.4 5.4 3.6 7.7 140%
    二期 上(0—1) 28 0.4 39.6 6.2 3.7 7.6 120%
    中(1—2) 28 0.5 16.8 4.5 3.1 3.9 90%
    下(2—3) 28 0.3 16.9 3.7 2.9 3.3 90%
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    表 3  不同土层原状土中DEHP在不同暴露途径下ADD摄入量

    Table 3.  ADD intake of DEHP in undisturbed soils of different soil layers under different exposure pathways

    类型
    Type
    土层
    Soil layer
    暴露途径
    Route of
    exposure
    ADD/(mg·kg−1·d−1
    一期 二期
    最大值
    Maximum
    最小值
    Minimum
    平均值
    Average
    最大值
    Maximum
    最小值
    Minimum
    平均值
    Average
    成人非致癌 经口摄入 7.86×10−5 5.48×10−7 1.01×10−5 5.42×10−5 5.48×10−7 8.44×10−6
    皮肤接触 3.14×10−4 2.19×10−6 4.03×10−5 2.16×10−4 2.19×10−6 3.37×10−5
    呼吸摄入 5.46×10−4 3.81×10−6 7.03×10−5 3.77×10−4 3.81×10−6 5.86×10−5
    经口摄入 3.12×10−5 5.48×10−7 7.02×10−6 2.30×10−5 6.85×10−7 6.15×10−6
    皮肤接触 1.25×10−4 2.19×10−6 2.80×10−5 9.18×10−5 2.73×10−7 2.46×10−5
    呼吸摄入 2.17×10−4 3.81×10−6 4.87×10−5 1.60×10−4 4.76×10−6 4.28×10−5
    成人非致癌 经口摄入 5.67×10−5 1.37×10−7 7.37×10−6 2.32×10-5 0 4.89×10−6
    皮肤接触 2.26×10−4 5.47×10−7 2.94×10−5 9.24×10-5 0 1.95×10−5
    呼吸摄入 3.94×10−4 9.52×10−7 5.12×10−5 1.61×10−4 0 3.40×10−5
    成人致癌 经口摄入 2.70×10−5 1.88×10−7 3.47×10−6 1.86×10−5 1.88×10−7 2.89×10−6
    皮肤接触 1.08×10−4 7.50×10−7 1.38×10−5 7.4×10−5 7.50×10−7 1.15×10−5
    呼吸摄入 1.87×10−4 1.31×10−6 2.41×10−5 1.29×10−4 1.31×10−6 2.01×10−5
    经口摄入 1.07×10−5 1.88×10−7 2.41×10−6 7.89×10−6 2.35×10−7 2.11×10−6
    皮肤接触 4.27×10−5 7.50×10−7 9.60×10−6 3.15×10−5 9.37×10−7 8.42×10−6
    呼吸摄入 7.44×10−5 1.31×10−6 1.67×10−5 5.48×10−5 1.63×10−6 1.47×10−5
    经口摄入 1.94×10−5 4.70×10−8 2.53×10−6 7.94×10−6 0 1.68×10−6
    皮肤接触 7.76×10−5 1.87×10−7 1.01×10−5 3.17×10−5 0 6.69×10−6
    呼吸摄入 1.35×10−4 3.26×10−7 1.76×10−5 5.52×10−5 0 1.17×10−5
    儿童非致癌 经口摄入 7.34×10−4 5.11×10−6 9.44×10−5 5.06×10−4 5.11×10−6 7.88×10−5
    皮肤接触 2.05×10−3 1.43×10−5 2.64×10−4 1.42×10−3 1.43×10−5 2.21×10−4
    呼吸摄入 5.46×10−4 3.81×10−6 7.03×10−5 3.77×10−4 3.81×10−6 5.86×10−5
    经口摄入 2.92×10−4 5.11×10−6 6.55×10−5 2.15×10−4 6.39×10−6 5.74×10−5
    皮肤接触 8.16×10−4 1.43×10−5 1.83×10−4 6.01×10−4 1.79×10−5 1.61×10−4
    呼吸摄入 2.17×10−4 3.81×10−6 4.87×10−5 1.60×10−4 4.76×10−6 4.28×10−5
    经口摄入 5.29×10−4 1.28×10−6 6.88×10−5 2.16×10−4 0 4.57×10−5
    皮肤接触 1.48×10−3 3.58×10−6 1.93×10−4 6.05×10−4 0 1.28×10−4
    呼吸摄入 3.94×10−4 9.52×10−7 5.12×10−5 1.61×10−4 0 3.40×10−5
    儿童致癌 经口摄入 6.29×10−5 4.38×10−7 8.09×10−6 4.34×10-5 4.38×10−7 6.75×10−6
    皮肤接触 1.76×10−4 1.23×10−6 2.27×10−5 1.22×10−4 1.23×10−6 1.89×10−5
    呼吸摄入 4.68×10−5 3.26×10−7 6.02×10−6 3.23×10−5 3.26×10−7 5.03×10−6
    经口摄入 2.50×10−5 4.38×10−7 5.61×10−6 1.84×10−5 5.48×10−7 4.92×10−6
    皮肤接触 7.00×10−5 1.23×10−6 1.57×10−5 5.16×10−5 1.53×10−6 1.38×10−5
    呼吸摄入 1.86×10−5 3.26×10−7 4.18×10−6 1.37×10−5 4.08×10−7 3.67×10−6
    经口摄入 4.54×10−5 1.10×10−7 5.90×10−6 1.85×10−5 0 3.91×10−6
    皮肤接触 1.27×10−4 3.07×10−7 1.65×10−5 5.19×10−5 0 1.10×10−5
    呼吸摄入 3.38×10−5 8.16×10−8 4.39×10−6 1.38×10−5 0 2.91×10−6
    类型
    Type
    土层
    Soil layer
    暴露途径
    Route of
    exposure
    ADD/(mg·kg−1·d−1
    一期 二期
    最大值
    Maximum
    最小值
    Minimum
    平均值
    Average
    最大值
    Maximum
    最小值
    Minimum
    平均值
    Average
    成人非致癌 经口摄入 7.86×10−5 5.48×10−7 1.01×10−5 5.42×10−5 5.48×10−7 8.44×10−6
    皮肤接触 3.14×10−4 2.19×10−6 4.03×10−5 2.16×10−4 2.19×10−6 3.37×10−5
    呼吸摄入 5.46×10−4 3.81×10−6 7.03×10−5 3.77×10−4 3.81×10−6 5.86×10−5
    经口摄入 3.12×10−5 5.48×10−7 7.02×10−6 2.30×10−5 6.85×10−7 6.15×10−6
    皮肤接触 1.25×10−4 2.19×10−6 2.80×10−5 9.18×10−5 2.73×10−7 2.46×10−5
    呼吸摄入 2.17×10−4 3.81×10−6 4.87×10−5 1.60×10−4 4.76×10−6 4.28×10−5
    成人非致癌 经口摄入 5.67×10−5 1.37×10−7 7.37×10−6 2.32×10-5 0 4.89×10−6
    皮肤接触 2.26×10−4 5.47×10−7 2.94×10−5 9.24×10-5 0 1.95×10−5
    呼吸摄入 3.94×10−4 9.52×10−7 5.12×10−5 1.61×10−4 0 3.40×10−5
    成人致癌 经口摄入 2.70×10−5 1.88×10−7 3.47×10−6 1.86×10−5 1.88×10−7 2.89×10−6
    皮肤接触 1.08×10−4 7.50×10−7 1.38×10−5 7.4×10−5 7.50×10−7 1.15×10−5
    呼吸摄入 1.87×10−4 1.31×10−6 2.41×10−5 1.29×10−4 1.31×10−6 2.01×10−5
    经口摄入 1.07×10−5 1.88×10−7 2.41×10−6 7.89×10−6 2.35×10−7 2.11×10−6
    皮肤接触 4.27×10−5 7.50×10−7 9.60×10−6 3.15×10−5 9.37×10−7 8.42×10−6
    呼吸摄入 7.44×10−5 1.31×10−6 1.67×10−5 5.48×10−5 1.63×10−6 1.47×10−5
    经口摄入 1.94×10−5 4.70×10−8 2.53×10−6 7.94×10−6 0 1.68×10−6
    皮肤接触 7.76×10−5 1.87×10−7 1.01×10−5 3.17×10−5 0 6.69×10−6
    呼吸摄入 1.35×10−4 3.26×10−7 1.76×10−5 5.52×10−5 0 1.17×10−5
    儿童非致癌 经口摄入 7.34×10−4 5.11×10−6 9.44×10−5 5.06×10−4 5.11×10−6 7.88×10−5
    皮肤接触 2.05×10−3 1.43×10−5 2.64×10−4 1.42×10−3 1.43×10−5 2.21×10−4
    呼吸摄入 5.46×10−4 3.81×10−6 7.03×10−5 3.77×10−4 3.81×10−6 5.86×10−5
    经口摄入 2.92×10−4 5.11×10−6 6.55×10−5 2.15×10−4 6.39×10−6 5.74×10−5
    皮肤接触 8.16×10−4 1.43×10−5 1.83×10−4 6.01×10−4 1.79×10−5 1.61×10−4
    呼吸摄入 2.17×10−4 3.81×10−6 4.87×10−5 1.60×10−4 4.76×10−6 4.28×10−5
    经口摄入 5.29×10−4 1.28×10−6 6.88×10−5 2.16×10−4 0 4.57×10−5
    皮肤接触 1.48×10−3 3.58×10−6 1.93×10−4 6.05×10−4 0 1.28×10−4
    呼吸摄入 3.94×10−4 9.52×10−7 5.12×10−5 1.61×10−4 0 3.40×10−5
    儿童致癌 经口摄入 6.29×10−5 4.38×10−7 8.09×10−6 4.34×10-5 4.38×10−7 6.75×10−6
    皮肤接触 1.76×10−4 1.23×10−6 2.27×10−5 1.22×10−4 1.23×10−6 1.89×10−5
    呼吸摄入 4.68×10−5 3.26×10−7 6.02×10−6 3.23×10−5 3.26×10−7 5.03×10−6
    经口摄入 2.50×10−5 4.38×10−7 5.61×10−6 1.84×10−5 5.48×10−7 4.92×10−6
    皮肤接触 7.00×10−5 1.23×10−6 1.57×10−5 5.16×10−5 1.53×10−6 1.38×10−5
    呼吸摄入 1.86×10−5 3.26×10−7 4.18×10−6 1.37×10−5 4.08×10−7 3.67×10−6
    经口摄入 4.54×10−5 1.10×10−7 5.90×10−6 1.85×10−5 0 3.91×10−6
    皮肤接触 1.27×10−4 3.07×10−7 1.65×10−5 5.19×10−5 0 1.10×10−5
    呼吸摄入 3.38×10−5 8.16×10−8 4.39×10−6 1.38×10−5 0 2.91×10−6
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-21
  • 录用日期:  2024-06-03
  • 刊出日期:  2024-10-27
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引用本文: 梁丽琛, 张后虎, 许元顺, 王莉莉, 王丹, 涂海峰, 蒋浩, 严小飞. 新型污染物邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯在非正规生活垃圾填埋场原状土壤中赋存水平及环境风险评估[J]. 环境化学, 2024, 43(10): 3342-3354. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2024032101
LIANG Lichen, ZHANG Houhu, XU Yuanshun, WANG Lili, WANG Dan, TU Haifeng, JIANG Hao, YAN Xiaofei. The pollution level and environmental risk assessment of new pollutant DEHP (bis (2-ethylhexyl) phthalate) on undisturbed soil of informal landfill[J]. Environmental Chemistry, 2024, 43(10): 3342-3354. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2024032101
Citation: LIANG Lichen, ZHANG Houhu, XU Yuanshun, WANG Lili, WANG Dan, TU Haifeng, JIANG Hao, YAN Xiaofei. The pollution level and environmental risk assessment of new pollutant DEHP (bis (2-ethylhexyl) phthalate) on undisturbed soil of informal landfill[J]. Environmental Chemistry, 2024, 43(10): 3342-3354. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2024032101

新型污染物邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯在非正规生活垃圾填埋场原状土壤中赋存水平及环境风险评估

    通讯作者: E-mail:yxf19881010@163.com
  • 生态环境部南京环境科学研究所,南京,210042
基金项目:
中央级公益性科研院所基本科研业务专项(GYZX230411)资助.

摘要: 邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)是一种环境新型有机污染物,作为最常见的增塑剂被广泛应用于生产生活中. 本研究选择某非正规生活垃圾填埋场不同土层的原状土壤作为研究对象,采集土壤样品共168 份,分析其DEHP赋存水平,比对现有环境质量标准,初步判断其环境风险,并采用熵值法和USEPA模型评估DEHP产生的生态风险及人体健康风险. 结果表明,送检样品中只有1 份土壤样品超出GB36600-2018中第一类用地筛选值, 67 份样品超出美国土壤控制标准. 使用熵值法模拟研究区原状土壤中,DEHP含量对敏感受体藻类、甲壳类及鱼类的生态风险,统计结果表明整体以中、高生态风险为主. 通过USEPA模型计算得出,研究区送检土壤样品中DEHP的非致癌风险均可接受,致癌风险成人不可接受率高达10.7%,儿童高达17.1%,且上层土壤致癌风险普遍高于中下层. 因此,非正规生活垃圾填埋场原状土层中DEHP环境风险明显需予以重视.

English Abstract

  • 邻苯二甲酸酯(phthalate esters,PAEs)是一类应用广泛的塑料化合物,具有低挥发性、疏水性及溶于大多有机溶剂的特点[1],与各类日用产品(包括建筑材料、汽车产品、食品包装、个人护理产品等)之间以范德华力和氢键相结合,属于非紧密结合[2],作为增塑剂使用主要用于增强材料的柔韧性、可塑性、延展性和耐用性等[34],可在制造、销售、使用及废弃处理等环节被释放到环境介质中[5]. 据不完全统计,2010年我国已成为全球塑料制造和消费的最大国家之一,对PAEs增塑剂的需求量突破100万 t[6];2014年,增塑剂全球生产和消费量达840万 t,其中PAEs类占比70%左右[78];全球对PAEs的需求量持续扩张,预计增速可达年均1.3%左右[6,9];目前,我国年均PAEs增塑剂产量和消费量占全国总量的90%左右,占全球总量的20%[8,10],其中邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(bis-(2-ethylhexyl) phthalate,DEHP)是用量最高的单体之一[1112]. 有研究表明,PAEs在环境介质中广泛存在,土壤[1314]、地下水[15]、河流沉积物[16]等中均有检出. DEHP作为一种典型的PAEs类化合物,95%被用作聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)中的增塑剂,PVC曾是世界上产量最大的通用塑料,应用非常广泛,从室内装修、家用产品到医疗耗材等涉及到日常生活的方方面面,从而提高人体接触DEHP的机率[1718];此外,DEHP是油墨溶剂的一种成分,在化妆品和杀虫剂中作为非活性化合物使用[17]. 有学者指出,DEHP因其高性能和低成本已成为我国目前使用最广泛、生产量最大的增塑剂之一,DEHP生产量占PAEs产量约80%左右[1920]. Naohide等[21]也指出增塑剂广泛应用于PVC成型与加工中,DEHP使用最广泛,通过评估日本房屋灰尘得出DEHP的中位含量为2.1 mg·g−1,占检测到的PAEs和非PAEs增塑剂总含量的85%. DEHP已被许多国家的不同权威机构列为优先控制的有毒污染物[22]. 长期暴露在DEHP环境下对人体、动物和植物均具有危害性. 已有的动物实验和人体健康风险评估研究发现,DEHP可导致实验动物或接触人类出现生殖器官突变、胚胎突变、幼体发育异常、肝脏功能异常、免疫系统功能异常、干扰内分泌调节剂等病变问题[2326]. 植物体内富集是长期暴露在PAEs残留环境下最直接的影响,其中DEHP在烟叶[27]、桃果[28]、水稻[29]等植物组织中均有检出. 由于DEHP在环境介质中的高检出率[3031],致使其环境危害不容小觑.

    近年来,由于土壤环境中PAEs污染突出使得它们成为土壤污染关注的热点. 国内外已开展的PAEs土壤污染研究多集中于农业土壤[32],鲜有关注其他类型的土壤,亦如塑料增塑剂的末端处置去处之一非正规生活垃圾填埋场. 郑仲等[33]指出,塑料是生活垃圾主要组分之一,PAEs在不同组分(塑料、布类、金属等)中均有检出,其中DEHP检出率最高. DEHP作为最常见的PAEs类单体化合物,通常被作为土壤及沉积物中PAEs污染的标志物[34],并经研究证实DEHP可作为化学指标预测土壤中PAEs的发生和归宿[35]. 当被废弃进入填埋场后,一部分可被填埋物/土壤吸附滞留,另一部分则经物理、化学等反应后,被释放伴随渗滤液在环境介质中迁移、扩散,威胁填埋区及周边环境安全[36].

    土壤是人类生存和发展过程中重要的环境资源,而非正规生活垃圾填埋场作为历史遗留环境问题,主要分布在城乡结合部、环境敏感区、主要交通干线沿线及河流和水利枢纽管理范围内,占用大量土地资源[37]. 截至2017年,非正规生活垃圾填埋场在册登记数量约2.7×104[38],2018—2019年,长江经济带11个省市因生活垃圾填埋场环境污染被督办案件数807 个,占同期督办案件总数的24.82%[39]. 2021年,浙江省住房和城乡建设厅发布《生活垃圾填埋场现状调查指南》,围绕实现全省原生垃圾“零填埋”的前提,开展非正规生活垃圾填埋场综合整治,明确将PAEs中DEHP列为生活垃圾特征污染物,需监测土壤中DEHP赋存水平.

    环境风险评价分为生态风险评价和人体健康风险评价. 生态风险评价多基于熵值法,健康风险评估多采用美国环保局提出的EPA模型[40]. 古文等[41]基于熵值法得出化工园区土壤和沉积物中PAEs呈现中、高程度风险的结论. 李婷[42]利用熵值法和USEPA模型计算,指出研究区DEHP对水生生物影响最大,为高风险,且非致癌风险水平较高. 陶红等[43]通过USEPA模型评估银川市城区不同功能区灰尘中PAEs人体健康风险,研究表明各功能区地表灰尘中的主要PAEs单体为DEHP,其次为邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DnBP),二者贡献率占比97.07%,且有2个样点的DEHP致癌风险超过EPA推荐的致癌水平,应引起一定的重视.

    本研究选择浙江省某非正规生活垃圾填埋场作为研究对象,从两个维度聚焦非正规生活垃圾填埋场原状土壤不同层深中DEHP污染问题:(1)监测不同土层原状土壤中DEHP赋存水平,对标环境质量标准进行评估分析,以期为后续填埋场原址土地合理开发利用提供科学指导;(2)基于生态风险和人体健康风险两个层面,关注填埋场土壤DEHP环境风险,旨在作为后续原址土壤环境风险分级及科学管理的参考依据.

    • 研究区周边毗邻湿地公园、池塘和村庄农田,1995年作为城市生活垃圾填埋场使用(见图1),该填埋场共包含两期土地占用(以下简称“一期”、“二期”),其中,一期于1995年投用,2000年关停,占地约151.8亩;二期于2000年投入使用,2015年关停,占地约153亩;因一期、二期建设时间较早,环保投入不及时,投入使用时填埋场底部未铺设防渗膜,垂直方向无防渗系统;后期为减少无环保措施导致的环境污染问题,表层于2015年铺设防渗膜. 研究开展期间,现场踏勘发现表层防渗膜破损严重. 采用地球物理勘探的手段分析得出一期、二期研究区填埋物填埋面积及深度相似的结论. 参照《生活垃圾采样和分析方法》(CJ/T 313—2009)对填埋物进行物理组分统计分析(以平均值分析),发现填埋物中纺织类和塑料类占比均处于主导地位,一期占比分别为64%和29%,二期占比分别为66%和27%.

      研究区土壤点位布设参照《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ 25.1—2019)、《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》(HJ 25.2—2019)等技术导则采用网格均匀布点法(网格密度约60 m × 60 m),一期和二期分别布设了28 个土壤采样点位. 根据《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)、《地块土壤和地下水中挥发性有机物采样技术导则》(HJ 1019—2019)中相关采样要求进行土壤样品采集,本研究土壤样品的采集深度为原状土3 m,每个土壤点位送检上(0—1 m)、中(1—2 m)、下(2—3 m)等间距3 层土壤样品,共计采集并送检168 份土壤样品.

    • 研究区原状土壤样品中DEHP的测定由浙江中一检测研究院有限公司(简称“中一检测”)完成. 中一检测对样品采集、转运至实验室检测分析全过程均采取了严格的质量控制. 为保证在允许误差范围内获得具有代表性的样品,现场采样严格执行HJ 25.1—2019、HJ 25.2—2019、HJ/T 166—2004、HJ 1019—2019等相关标准. 半挥发性有机物采集使用不锈钢药匙和棕色吹扫捕集瓶,由上至下逐一取样,放置冷冻蓝冰样品箱进行遮光密封保存. 样品全程空白、设备空白和运输空白测定结果均低于方法检出限,表明现场采样、保存、运输过程科学合规.

      样品预处理:称取10.0 g新鲜土壤与硅藻土充分混合 (5∶1)、脱水并研磨,加入正已烷、丙酮 (1∶1) 作为萃取剂萃取样品;氮吹循环,待提取液浓缩为2 mL左右,移取至CNWBOND Si/PSA SPE 玻璃小柱净化. 内部质控加标量为10.0 μg. 分析测试方法参照执行《土壤和沉积物 半挥发性有机物的测定 气相色谱—质谱法》(HJ 834—2017). 分析测试仪器为Agilent 8890/5977B 气相色谱质谱仪(色谱柱为HP—5MS,30 m×0.25 mm×0.25 μm弹性石英毛细管柱). 实验室样品制备、预处理及测定均全过程避免接触塑料制品. 内部质量控制包括空白试验、定量校准和精密度控制等,以确保检测结果准确、可靠. 其中,每20 个样品设置1个空白样品进行空白校正,空白试验分析测试结果均低于方法检出限;标准曲线相关系数R2>0.999,校准曲线准确有效;加标回收率介于64.7%—127%之间,符合要求.

    • 采用熵值法评估研究区原状土壤不同层深样品中DEHP的生态环境风险[4042]. 计算如公式(1):

      式中,CME为实测值mg·kg−1CPNE为预测无影响浓度值mg·kg−1CPNE一般参考急性或慢性毒性数据,数据引用参考USEPA,选取藻类(月牙藻)、甲壳类(大型溞)、鱼类(虹鳟鱼)作为敏感生物时的相对毒性参数. 当Q<0.1时,表示污染物对环境有低生态风险;当0.1≤Q<1时,表示污染物对环境有中等生态风险;当Q≥1时,表示污染物对环境有高生态风险.

    • 采用USEPA健康风险模型对研究区土壤中DEHP进行健康风险评估[40,44]. 当非正规生活垃圾填埋场开挖治理时,原状土将直接暴露于环境中,考虑未来的用地性质为公园绿地,成人和儿童是潜在敏感受体,暴露途径主要包含经口摄入、皮肤接触和呼吸吸入等三个方面,计算公式如下(2)—(6):

      式中,Csoil为DEHP污染物含量(mg·kg−1);其他参数(见表1)采用USEPA模型和文献推荐值.

    • 研究区一期和二期分别送检上中下土层各28 份土壤样品,由表2可知,当土壤DEHP赋存含量与《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)中第一类用地(根据研究区未来用地规划其属于第一类用地)筛选值(42 mg·kg−1)比较时,只有一期上层土壤中1份样品超出筛选值;当与美国国家环保总局关于优先控制有毒污染物DEHP的土壤控制标准(4.35 mg·kg−1)和推荐土壤治理标准(50 mg·kg−1)比较时,一期上中下三层土壤超出美国土壤控制标准的份样数分别为15、11和12;二期上中下三层土壤超出美国土壤控制标准的份样数分别为10、13和6,但是仅一期上层土壤中1 份样品超出推荐土壤治理标准.

      一期原状土上中下层DEHP含量平均值分别为7.4、5.1、5.4 mg·kg−1;二期原状土上中下层DEHP含量平均值分别为6.2、4.5、3.7 mg·kg−1,与一期原状土层中DEHP的赋存水平比较,二期赋存水平整体偏低. 通过对一期二期原状土中DEHP垂直分布规律分析发现,DEHP进入土壤后,主要赋存在土壤表(上)层,随着土层深度增加整体呈递减趋势,这一结论与庞金梅[46]和关卉[47]的研究结果基本一致. 化学性质决定了DEHP在环境中的宿命,DEHP疏水且活动性差,土壤吸附可能是其释放到环境中最重要的过程之一,因此,土壤易累积含量较高[4849].

    • 多元统计分析是对多个变量之间的相关性进行统计分析[50]. 主成分(principal component analysis,PCA)分析则是在各个变量相关性研究的基础上,将多个变量信息提炼找出反映原问题特征的特征变量,并对系统进行综合分析[51]. 重金属(铜Cu、锌Zn、镍Ni、铅Pb、镉Cd、汞Hg和砷As)是非正规生活垃圾填埋场的特征污染物[37]. 有机质(OM)作为土壤最重要的组成部分之一,其与pH值均可影响重金属等在土壤环境中的移动性和有效性[52]. 因此,拟通过IBM SPSS Statistics 25和Origin 2021对DEHP与pH值、OM、重金属等进行相关性及主成分分析,分析目标对象DEHP与其他潜在特征污染因子、土壤理化性质之间的相互作用关系,以期初步了解DEHP赋存的影响因素或排除相关因子的影响. 由图2可以看出,一期、二期原状土层中DEHP的相关性及主成分分析存在显著共性与差异性. 一期土壤中DEHP与pH值正相关,与其他重金属等相关性不显著;二期土壤中DEHP与重金属(Cu、Pb、Cd和Hg)呈正相关关系,与pH值相关性不显著. 通过主要成分作用关系可以发现,一期DEHP与pH值、OM密切相关,二期DEHP与Pb、Hg等重金属联系紧密,这与相关性分析结果基本吻合. 基于现有结论可进一步开展DEHP与土壤理化性质和重金属的相互作用机制研究,可以通过改变pH值、OM含量以及重金属赋存水平及形态来改善土壤环境(如微生物群落)实现DEHP的降解和修复.

    • 研究区周边水域发达,污染物迁移扩散可能造成周边水域环境受到影响. 采用熵值法进一步模拟,非正规填埋场原状土壤中DEHP含量可能对藻类、甲壳类、鱼类等水生生物产生的生态风险. 由图3可知,研究区内原状土壤中DEHP对藻类、甲壳类、鱼类存在造成生态损害的可能,且整体以中、高生态风险为主. 这一结果与王昱文等[13]关于典型区域PAEs污染特征及环境风险结果一致,藻类对PAEs单体耐受更敏感. Van等[53]曾通过大量试验建议将DEHP环境风险限值设置为1 mg·kg−1,研究区DEHP含量超出警戒线则可能对水生生物产生生态风险. 一期DEHP含量对藻类产生生态风险以高等级为主(高生态风险占比介于50.0%—60.7%),对甲壳类和鱼类以中生态风险为主,中生态风险占比分别为53.6%—75.0%和78.6%—82.1%;二期DEHP含量对甲壳类和鱼类的生态风险影响与一期类似,中生态风险占比分别为64.3%—71.4%和71.4%—85.7%.

    • 采用USEPA模型对研究区原状土中DEHP开展人体健康风险评价,当成人和儿童为主要敏感受体时,由于土壤摄入量、暴露皮肤面积、暴露年限、体重等参数不同,需要按照成人和儿童分类进行DEHP日均暴露量计算,得到单体化合物在儿童和成人体内的风险日均暴露量,如表3所示. 经统计分析,对于儿童来说,DEHP日暴露量大小为:皮肤接触>经口摄入>呼吸摄入;对于成人而言,DEHP日暴露量大小为:呼吸摄入>皮肤接触>经口摄入. 不同暴露途径下一期日均摄入量总体趋势高于二期.

      通过图4发现,研究区上中下三层原状土中DEHP的非致癌风险HQ均小于1,无明显非致癌风险,但是儿童整体较成人对污染物更敏感. 已有研究指出当成人和儿童均具有经口摄入、皮肤接触等暴露途径时,儿童比成人更容易受到潜在风险的伤害,环境敏感性更高[5455]. 由图5可知,无论一期二期,还是成人儿童,不同深度土壤中DEHP产生的潜在致癌风险均存在风险不可接受的现象,即CR大于10−6. 对不同深度土壤致癌风险进行垂直比较,上层致癌风险略高于中下层. 从敏感受体区分,成人致癌风险不可接受比例介于3.6%—10.7%之间,儿童致癌风险不可接受比例介于3.6%—17.1%之间.

      研究区开展环境综合整治前,建议采取制度性管控措施,于研究区周边设置围栏和指示牌,减少不必要人员进入,阻断风险暴露途径;研究区开展环境综合整治后,可根据风险评估结果采取针对性修复治理措施. 于淑婷等[56]指出菌核生枝顶孢霉(Acremonium sclerotigenum)、辐毛鬼伞(Coprinellus radians)、耐盐枝孢菌(Cladosporium halotolerans)对土壤中DEHP污染具有良好的修复作用. 土壤PAEs污染修复技术研究仍处于起步阶段,微生物修复技术是目前研究最多,被认为是最有效、最有前途的一种土壤有机污染治理技术[57],因此,生物修复可作为一种选择.

    • 1)对研究区非正规生活垃圾填埋场不同土层原状土壤中DEHP含量进行环境质量评价,与《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600—2018)中第一类用地筛选值比较,送检土壤样品中只有一期上层土壤中1 份样品超出筛选值;与美国DEHP土壤控制标准比较,送检样品超标率介于21.4%—53.6%之间,初步判断研究区土壤可能存在环境风险.

      2)采用熵值法模拟研究区原状土壤中DEHP污染可能带来的生态风险,结果表明一期土壤中,DEHP含量对藻类、甲壳类和鱼类可能产生的生态风险等级分别为高、中和中;二期土壤中DEHP含量对甲壳类和鱼类的生态风险影响与一期类似,以中生态风险为主. 研究区土壤中DEHP生态风险明显,上层生态风险尤其突出,需予以关注.

      3)通过USEPA模型开展研究区原状土壤中DEHP健康风险评价,经口摄入、皮肤接触和呼吸摄入途径下一期敏感受体的日均摄入量整体略高于二期,且儿童较成人易受到污染物的损伤;研究区上中下三层原状土壤中DEHP的非致癌风险HQ均小于1,无明显非致癌风险;CR则出现大于10−6的情况,整体趋势为上层致癌风险高于中下层,儿童致癌风险不可接受率略高于成人.

      4)非正规生活垃圾填埋场原状土壤中DEHP环境风险不容小觑,当土壤中DEHP赋存水平超出现有环境质量标准时,有必要结合风险评价手段,基于生态风险和人体健康风险两个层面进一步风险分级,为实现原生垃圾“零填埋”,开展非正规生活垃圾填埋场综合整治及为后续原址土地合理开发利用提供科学依据.

    参考文献 (57)

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