污染场地风险筛选值确定方法研究—以重金属为例开题报告

1. 研究目的与意义

一、土壤污染现状

随着社会的发展，人类在生产生活活动中产生的废弃物、污染物越来越多，其中很大一部分有害物质在土壤中累积到一定程度后就引起土壤质量下降形成土壤污染[1]。土壤污染以无机型为主。南方土壤污染重于北方，长三角、珠三角、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大[2]。镉、汞、砷、铅４种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势[2]。

表1·无机汞、六价铬、镉、铜、锌、镍、砷的污染情况[2]

表2·无机汞、六价铬、镉、铜、锌、镍、砷的污染事件

环境中重金属污染主要是指汞、镉、铅、铬、砷以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素在环境中累积超过土壤自净能力所造成的污染[1]。重金属污染是一个全球性的环境问题已经造成了严重旳土壤污染。土壤重金属污染可影响农作物的产量和质量并通过食物链累积对人体健康造成重大危害。此外，它还会通过物质的转换作用污染大气和水体[1]。据统计我国受重金属污染的面积达到2000万hm2,污染面积达全国耕地面积的1/6[1]。重金属一般是通过大气沉降、污水施灌、降雨、垃圾渗滤液等途径污染土壤。重金属不能被消解只能够迁移转换，因此一旦土壤被重金属污染后几乎是不可逆转的[1]。

2. 研究内容和预期目标

1、查询相关资料，了解国内的土壤污染现状。总结分析7种常见的重金属污染物（无机汞、六价铬、镉、铜、锌、镍、砷）的物理化学性质，探讨其主要的暴露途径和对人体的危害程度。

2、根据《污染场地风险评估技术导则》及15年编制的《建设用地土壤污染风险筛选指导值》，探讨各种参数，并分析计算每种污染物的不同暴露途径的健康风险评估数值。

3、收集相关资料，分析主要暴露参数的区域差异性，以及这种差异对筛选值计算的影响程度。

3. 研究的方法与步骤

二、常见重金属的毒理性质及暴露途径

本文研究的重金属有无机汞、六价铬、镉、铜、锌、镍、以及砷这7种。下面详细介绍这7种重金属的理化性质、暴露途径以及对人体健康的危害。

1.无机汞

金属汞不太稳定，容易挥发。微量的汞在人体内可以经大便、尿液和汗液等途径排出体外，一般不会危害人体健康，但摄入汞量过大，则会损害人体健康。长期接触金属汞会造成人体慢性汞中毒，慢性汞中毒初期没有明显症状，主要会引起中枢神经机能障碍，表现为神经衰弱症。除此之外，还表现为口腔炎，牙龈红肿，刷牙时出血，时间一长牙齿会松动，容易掉牙。再有就是四肢不自主的震颤。短期内吸入高浓度汞蒸气(接触浓度大约在1-3mg/m3)容易发生急性汞中毒[4]。

汞可以在生物体内积累，很容易被皮肤、呼吸道和消化道吸收。水俣病是汞中毒的一种。尽管汞沸点很高，但在室温下饱和的汞蒸气已经达到了中毒剂量的数倍。汞蒸气和汞盐（除了一些溶解度极小的如硫化汞）都是剧毒的，口服、吸入或接触后可以导致脑和肝损伤。最危险的汞有机化合物是二甲基汞[（CH3）2Hg]，仅几微升二甲基汞接触在皮肤上就可以致死[3]。汞可以进入人体毛发，普通人毛发中汞含量平均在2.5ug/g左右。据估计，如成人头发中汞含量达50ug/g或红细胞中含量达0.4ug/g时，即可发生汞中毒。因此毛发中汞含量也可作为判断环境污染程度的一项指标[5]。

有两个群体对汞比较敏感。一是胎儿。母亲食用鱼和贝类容易使胎儿在子宫中接触到甲基汞。甲基汞可对婴儿正在发育的大脑和神经系统产生不利影响。因此，在胎儿期接触了甲基汞的儿童的记忆、语言、注意力、认知思维，以及运动和视觉空间技能都可能受到影响。二是长期接触高浓度汞者。在靠渔业自给自足的人口中，每千人中有1.5至17名儿童表现出了轻度精神发育迟滞[6]。

为了防止汞中毒事件发生，我国根据《中华人民共和国环境保护法》所制定的生活饮用水和农田灌溉水的水质标准，都规定汞含量不得超过0.001mg/L[7]。

2.六价铬

六价铬可透过红细胞膜，15分钟内将近有50%的六价铬进入细胞，六价铬进入红细胞后与血红蛋白结合[8]。铬的代谢物主要从肾排出，少量经粪便排出。六价铬对人体主要是慢性毒害，它可以通过皮肤、消化道、呼吸道侵入人体，在体内主要积聚在肝、肾和内分泌腺中。通过呼吸道进入的则易积存在肺部。由于六价铬有强氧化作用，所以慢性中毒往往以局部损害开始逐渐发展到不可救药；经呼吸道侵入人体时，开始侵害上呼吸道，引起喉炎、鼻炎和咽炎、支气管炎[8]。

铬化合物一般不会损伤完整的皮肤，但当皮肤擦伤时接触铬化合物时就会对皮肤造成伤害。铬性皮肤溃疡的发病率偶然性较高，主要与接触时间长短，皮肤的过敏性及个人卫生习惯有关。铬疮主要发生于手、臂及足部，但只要皮肤发生破损，任何部位均可发生铬疮。指甲根部是暴露处，容易积留脏物，皮肤也最易破损，因此这些部位也易形成铬疮。形成铬疮前，皮肤最初出现红肿，不作适当的治疗可侵入深部[9]。

接触六价铬也可发生铬性皮炎及湿疹，患处皮肤搔痒并形成水泡。皮肤过敏者接触铬污染物数天后即可发生皮炎。铬过敏期长达3—6月，湿疹常发生于手及前臂等暴露部位，偶尔也发生在脸部、背部等。误食入六价铬化合物可引起肝肿大，反胃呕吐，剧烈腹痛，口腔粘膜增厚等，严重时可导致失去知觉，循环衰竭，甚至死亡。六价铬化合物在吸入时是有致癌性的，会造成肺癌[10]。

3.镉

镉污染土壤，可造成痛痛病。镉对土壤的污染，主要通过两种形式，一是含镉工业废水灌溉农田，使土壤受到镉的污染；另一种方式是工业废气中的镉随风向四周扩散，经自然沉降，蓄积于工厂周围土壤中。

进入人体内的镉主要通过肾脏经尿排出，但也有相当数量由肝脏经胆汁随粪便排出。镉的排出速度很慢，人肾皮质镉的生物学半衰期是10～30年[11]。吸入含镉气体可导致呼吸道症状，经口摄入镉可导致肝、肾症状。

镉的烟雾和灰尘可经呼吸道进入人体。肺内镉的吸收量约占总进入量的25～40%[11]。镉经消化道的吸收率，与镉化合物的种类，摄入量及是否共同摄入其它金属有关。例如钙、铁摄入量低时，镉吸收明显增加，而摄入锌时，镉的吸收会被抑制。吸收入血液的镉，主要与红细胞结合[11]。

膳食是人体摄取镉的最主要途径，其中，大米是非职业人群膳食镉暴露的最主要来源。进入体内的镉经血液循环，主要分布和蓄积在肝、肾等脏器。肝脏内镉含量随着时间延长而递减，而肾脏镉含量却逐渐增加，约占全身镉总量1/3[11]。据估计，40～60岁的正常人，体内含镉总量约30mg，其中10mg存于肾，4mg存于肝，其余分布于肺、胰、睾丸、毛发、甲状腺等处[11]。器官组织中镉的含量，可因地区、环境污染情况的不同而有很大差异，并随年龄的增加而增加。

4.铜

尽管铜是重要的必需微量元素，但应用不当，也易引起铜中毒反应。一般而言重金属都有一定的毒性，但毒性的强弱与重金属进入体内的方式及剂量有关。口服时，铜的毒性以铜的吸收为前提，金属铜不易溶解，毒性比铜盐小，铜盐中尤以水溶性盐如醋酸铜和硫酸铜的毒性大[11]。土壤中的正常含铜量为每公斤2—200毫克，在接近铜锻炼厂邻近的土壤，富含高浓度的铜，铜可在土壤中富集并被农作物吸收，岩石风化和含铜废水灌溉均可使土壤中堆集并长时间保存。在铜污染的土壤成长的植物，含铜量为正常植物的33—50倍[12]。被铜严重污染的土地是无法栽培作物的，轻度污染的土壤栽培出来的农作也会富含很多有毒物质，危害人类身体健康。

人体铜中毒的最早报告见于1785年，一17岁女性，因食含铜化合物食品过多而致。当铜量超过人体需要量的100～150倍时，可引起坏死性肝炎和溶血性贫血[12]。

铜的另一毒理表现是损伤红细胞引起溶血和贫血。通常铜进入人体内后主要在肝脏中累积，一旦超过肝脏的处理水平时，铜即释放入血中，过量的Cu2 与-SH结合后在红细胞中大量积集，引起酶系统的氧化失活，损伤红细胞，增加细胞膜的通透性，破坏其稳定性并使细胞质和细胞器易于受损，变性血红蛋白增加；另一方面，铜与血红蛋白结合形成Heinz小体，使细胞内葡萄糖6-磷酸脱氢酶、谷胱甘肽还原酶失活，还原型谷胱甘肽减少，从而导致血红蛋白的自动氧化加剧，变性血红蛋白大量进入血液，最终导致溶血和贫血[12]。铜的慢性中毒一般是因为长期大量的吸入含铜的气体或摄入含铜的食物所致。

5.锌

锌侵入人体的途径有吸入、食入和皮肤接触3种。锌入量过多可致中毒，如食入锌过多可引起急性锌中毒，有呕吐、腹泻等胃肠道症状；慢性锌中毒可有贫血等症状[13]。摄入含锌过多的食物会引起锌中毒，症状主要局限于肠胃道，有呕吐、肠功能失调和腹泻。直接接触锌盐，会对皮肤有强烈的刺激作用。氯化锌可引起皮肤炎，以及手指和前臂皮肤溃疡。接触铬酸锌可引起顽固原湿疹[13]。

吸入大量氧化锌烟尘后，可引起锌中毒，产生金属烟雾热。这是一种类似疟疾的、可以自行缓解的发热病，关于发病的原理，最近认为是由于体内核粒细胞吞噬烟粒后，释放出内生性致热原，刺激体温调节中枢，使机体产生发热反应[13]。其具体表现是起病时头痛、咽喉发干、全身无力和胸部有压迫感；有时还伴有咳嗽、气短、腹痛、恶心、呕吐、肌肉酸痛等症状[13]。吸入氧化锌粉尘后，还会引起严重的呼吸道刺激症状，继以严重的面皮青紫、呼吸困难和支气管炎。产生金属烟雾热的锌吸入量是1㎎/㎏；吸入10㎎锌即可发作，吸入80㎎锌以后，有明显发作[13]。空气中氧化锌不产生金属烟雾的最高浓度是15㎎/m3[13]。

表3·推荐摄入量[13]

6.镍

镍是人体必需的生命元素，在人体内含量极微，正常情况下，成人体内含镍约10mg[14]。在激素作用和生物大分子的结构稳定性上及新陈代谢过程中都有镍的参与，人体对镍的日需要量为0.3mg[14]。

镍毒性与其吸收途径有关，一般经口吸收的镍毒性较直接进入血液的镍毒性低，可能是肠道排泄能力较强的缘故[11]。镍经呼吸道吸收较慢，但羰基镍蒸气能迅速被呼吸道吸入，少量由皮肤吸收。镍对人皮肤黏膜和呼吸道有刺激作用，引起皮炎、肺炎和气管炎，对鼻咽部有促癌作用。镍对人皮肤的危害最大，直接影响人的皮肤颜色，是人发生接触性皮炎的原因之一。镍的毒性还与镍的形态有关，金属镍几乎没有急性毒性(纳米级镍尘除外)，一般的镍盐毒性也较低，但胶体镍、氯化镍、硫化镍和羰基镍毒性较大，可引起中枢性循环和呼吸紊乱，使脑、肺和肾出现水肿、出血和变性。其中羰基镍属高毒性、强致癌物质，微量即能引起动物死亡。吸人人体后，首先伤害肺脏，出现恶心呕吐、步态不稳、头晕头疼、胸闷等症状。通常情况下，镍经表皮和呼吸吸收的浓度低于食入的l0％(但妊娠期吸收率会增高)[11]。镍具有积蓄性，可在人体各器官中积累，以肾、脾、肝中最多。

镍同时也是最常见的致敏性金属，约有20%左右的人对镍离子过敏，过敏人群中女性患者人数高于男性患者，在与人体接触时，镍离子可以通过毛孔和皮脂腺渗透到皮肤里面去，从而引起皮肤过敏发炎，其临床表现为瘙痒、湿疹、丘疹水泡性皮炎[11]。一旦出现致敏症状，镍过敏能无限期持续。更为严重的是因镍摄入过多而导致的中毒现象。人体每天摄入可溶性镍250mg则会引起中毒，特有症状是皮肤炎、呼吸道癌症及呼吸器官障碍[11]。

7.砷

砷及其化合物通过消化道、呼吸道、皮肤粘膜进入人体，经肺、胃肠道、粘膜吸收入血，随血液流动分布于全身各组织器官，主要存在于脑、肺、心、脾、肾、胸腺、肌肉等全身各组织中，其中以皮肤、毛发、指甲中含量最高，部分随尿液流出[15]。因此，测定尿液、毛发、指甲中砷的含量可以反映机体的受累程度。砷经污染的水、食物和空气进入人体后，根据进入人体的多少可以引起急性或慢性砷中毒。砷在体内的毒作用主要是与细胞中的酶系统结合，使许多酶的生物作用受到抑制失去活性，造成代谢障碍[15]。长期摄入低剂量的砷，经过十几年甚至几十年的体内蓄积才发病。砷慢性中毒主要表现为末梢神经炎和神经衰弱症候群的症状.

砷单质很活泼，在空气中会慢慢氧化。单质砷无毒性，砷化合物均有毒性。三价砷比五价砷毒性大，约为60倍；有机砷与无机砷毒性相似[15]。人口服三氧化二砷中毒剂量为5～50mg，致死量为70～180mg(体重70kg的人，约为0.76～1.95mg/kg，个别敏感者1mg可中毒，20mg可致死，但也有口服10g以上而获救者)[15]。人吸入三氧化二砷致死浓度为0.16mg/m3(吸入4h)，长期少量吸入或口服可产生慢性中毒。在含砷化氢为1mg/L的空气中，呼吸5～10分钟，可发生致命性中毒[15]。砷超标在土壤中累积并由此进入农作物组织中。砷超标对农作物产生毒害作用最低浓度为3mg/L[15].

砷暴露的人最常看到的皮肤症状是皮肤颜色变深，角质层增厚，全身出现一块块色素沉积，较常发生在颈、乳头、眼睑、腋下、阴部，严重砷中毒的人可能在胸、背及腹部都会发现，这种深棕色上散布白点的病变有人描述为「落在泥泞小径的雨滴」[16]。

砷引起的过度角质化通常发生在手掌及脚掌，看起来像小粒玉米般突起，直径约0.4-1cm[16]。在大部分砷中毒的人皮肤上的过度角质化的皮肤病变可以数十年都没有癌化的变化，但是有少部分人的过度角质化病灶会转变为癌症前期病灶，跟原位性皮肤癌难以区分[16]。

表4·无机汞、六价铬、镉、铜、锌、镍、砷的理化性质[5]

三、导则概述

为保护生态环境，保障人体健康，加强污染场地环境保护监督管理，2014年制定了《污染场地风险评估技术导则》，该导则规定了开展污染场地人体健康风险评估的原则、内容、程序、方法和技术要求且仅适用于污染场地人体健康风险和污染场地土壤风险控制值的确定。另外2015年为了规定风险评估筛选值制订了《建设用地土壤污染风险筛选指导值》，本标准适用于建设用地土壤污染风险的初步评估，筛查建设用地土壤污染可能存在的健康风险。

四、计算公式

见附录

4. 参考文献

[1]冉建平.浅析我国土壤污染的现状、危害及其措施

[2]环境保护部和国土资源部联合发布．《全国土壤污染状况调查公报》．2014年

5. 计划与进度安排

1、2022年2月1日到2022年3月11日，收到毕业论文的设计任务书及相关导则，查询相关资料，翻译外文文献。

2、2022年3月12日到2022年3月25日，撰写开题报告，查询文献。

3、2022年3月26日到2022年5月15日，开展与论文相关的调查研究，编写毕业论文初稿。