专利名称：基于健康风险的区域水环境优先控制污染物筛选方法
技术领域：
本发明涉及环境科学和健康风险评价领域，涉及ー种污染物筛选方法，更具体的说是ー种基于人群健康风险评判标准，对区域水环境有毒有害的污染物进行筛选和优先控制的方法。
背景技术：
随着区域水环境污染的逐年加重和对保护区域水环境认识的提高，有关区域水环境污染物监控、治理的需求日益迫切。然而，进入水环境中的污染物具有种类繁多、污染面广、毒性强等特点，而对每一种污染物制定标准，实行控制是不可能的，只能对ー些重点污染物予以控制。在众多污染物中，需制定一个筛选原则，筛选出需要优先控制的污染物。目前，包括我国在内的许多国家采用优先排序和筛选方法，对水环境污染物进行定性或者半定量的分析。如，Efrain H等(1996)运用Hasse图解法对水体污染物进行筛选；Berelson W M等(2001)通过一元分布法对海洋中污染物进行筛选排序；Lu X X等(2004)运用综合分析法对黄河流域污染物进行了排序。我国全燮等(1993)应用模糊混合聚类方法对大连湾海域和第二松花江有机物优先排序进行了研究；楼文高等(2002)通过密切值法对海域有机污染物进行优先排序；刘存等(2003)应用Hasse图解法对南京北河口水源中有机污染物进行筛选。分析国内外这些筛选方法，Hanse图解法和密切值法能直观描述复杂的信息，反应不同指标的化合物之间的矛盾，但不能对处于同一层次上的物质进行比较；模糊聚类法能对污染物进行筛选，但适用范围比较大的区域；一元分布法能通过排污量对污染物进行筛选，但所需数据量较大；综合评分法能对多个指标进行筛选，但有些指标之间不具有可比性。另外，通过对有关方法研究的专利研究发现，目前已申请或公开的专利，虽然对污染物筛选方法进行了优化，如申请号为200910220144. 7的我国近岸海域优先控制污染物名单确定方法，申请号为201010509195. 4的化工区环境水质优先监控污染物的筛选方法，虽然两者均对污染物筛选方法进行了优化，考虑多指标參数或多级筛选，但都只考虑了污染物本身的危害，没有考虑其对人体健康危害，而水环境污染会通过多种暴露途径进入人体，最终对人体健康造成危害。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种基于人群健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法，采用该方法可以有效筛选出区域内需要优先控制的污染物，为污染物的监控提供了可靠的依据。本发明所采用的技术方案一种基于健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法，包括步骤(I)根据调查区域环境控制污染物名录(如太湖流域优控污染物名录等)，和区域环境污染调查与研究数据初步筛选出区域水环境需要优先控制污染物；
(2)结合中国水中优先控制污染物黑名单、美国清洁水法管理的优先控制污染物名单、美国EPA重点控制的水环境污染物名单，筛除不在这三个名录中的污染物；(3)对区域内水环境(地表水、地下水)进行现场调研取样，取样检测步骤(I)、(2)筛选出的污染物种类，与环境标准值进行(地表水环境质量标准(GB3838-2002)、生活饮用水卫生标准GB 5749-2006)比较，按照区域采样数量筛除超标率、检出率低的污染物，此步骤与步骤(I)在本发明中称为初步筛选；(4)采用多指标综合评分法将步骤(3)所筛选污染物在环境中的持久性、环境效应、生物累积性、毒性结合建立第一级筛选系统，选择评分等级较高的污染物；(5)根据区域人群对于该区水环境的暴露特征，确定暴露途径，评估步骤(4)中所筛选污染物的暴露风险，建立第二级筛选系统，进行毒性评估，选择单项毒性较高的污染物，此步骤与步骤(3)在本发明中称为二次筛选；(6)根据步骤(5)精选出的特征污染物，综合区域人群的行为特征，考虑其健康风 险，及其环境控制和监测的可行性，确定区域水环境优先控制污染物。步骤(4)中所述的多指标综合评分法，采用聚类分析方法将评分指标体系中较难分类的指标，如半衰期等进行细化处理，重新赋予权重修正后和Copeland多指标计分排序法相结合的方法，将区域水环境中污染物质在环境中的持久性、环境效应、生物效应、生物毒性这4大特征结合的指标体系，通过不确定性赋分系统对数据进行赋分，建立第一级筛选系统。所述环境持久性，用半衰期来衡量，使用优化过权重，对区域水环境中的污染物，包括对环境持久性不明显的污染物质，进行赋值分类。避免了污染物不能区分得分的情況，结合模糊聚类分析法对评分准则进行细化赋值后评价赋分。环境效应，用污染物年排放量计分排序。生物效应的主要影响因素包括生物降解性、生物累积性。在生物积累性基准中，用生物浓缩累积系数(BCF)或者生物积累系数(BAF)值来判断，BCF\BAF > 5000在此数据较难获得的情况下或者用正辛醇/水分配系数(IogKow), IogKow > 5来判断。生物毒性的主要影响因素通常包括急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性和致突变性。所述急性毒性一般以半致死剂量(LD50，mg/kg)或半致死浓度(LC5tl,mg/m3)作为急性毒性指标。所述慢性毒性一般以最小中毒剂量(TDLtl, mg/kg)或最小中毒作用浓度(TCLtl, mg/m3)作为慢性毒性指标。所述致癌性可參考IARC (International Agency for Researchon Cancer)对致癌物的评价结果进行赋值。本发明考虑到水环境介质中许多有机污染物的结构、性质较为相似，环境特征也鲜有差异，则达不到评分排序的目的；采用聚类分析方法将评分指标体系中较难分类的指标，如半衰期等进行细化处理，重新赋予权重。此外传统的综合评分法是通过公式进行加法、乘法、除法运算来对化学物质进行综合计数排序，但很可能这些指标间并没有可比性、不可合井。Copeland多指标计分排序法，是ー种非參数排序法，使用“少数服从多数”的计分法进行排序，筛选出评分等级高的污染物。具体规则设有n个污染物(X1. X2、 、Xn)，每个污染物有m维指标。通过依次两两对比污染物的各指标，两物质中指标值大者，其该指标值记为+1 ;指标值小者，记为_1 ;指标值相等者，则为O。最后将各污染物的指标值相加计分，并依此来排序。Copeland多指标计分排序法可更为客观的进行赋值评估，并可以对评价指标体系进行优化。步骤(5)中第二级筛选系统，是在区域水环境对人群暴露途径的确定情况下，通过计算区域人群的日均暴露剂量，评估步骤(4)所筛选出的污染物的致癌及非致癌风险。此部分根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)編制的权衡化学物质致癌性可靠程度体系，选取美国环保署(US EPA)综合风险信息系统(IRIS)所列致癌強度系数及非致癌RfD值作为健康风险评价的依据，对每种污染物的健康风险进行等级赋值，筛选综合积分靠前的污染物形成新的优先污染物名单。暴露剂量的计算考虑水环境污染物对人体的主要暴露途径主要为，皮肤接触水、经ロ摄入。其对人群的日均暴露剂量可用一下模型进行估算①皮肤接触水
对于接触水的皮肤暴露(包括日常洗漱、洗澡的皮肤暴露)吸收剂量通过下式计算得到
「 I ,, .CW-SA-PC-ET-EF-ED-CFAbmrbedDae ニ-
BW-AT②经ロ摄入人体饮水途径下对污染物暴露的日均剂量的计算方法論=き:！:せ::生式中CW污染物浓度，mg/kg或mg/L或mg/m3 ；SA指皮肤接触表面积，cm2 ；ED为暴露持续时间，years ；Bff表示体重，kg ；AT表示平均接触时间，days ；PC表示具体的化学物质皮肤渗透常数，cm/hr ;IR指摄入率或呼吸速率，mg soil/day或L/day或kg/meal或m3/d ；ET表示暴露时间，hours/day ；CF表示转换因子，lCT6kg/mg或1L/I000cm3 ；EF表示暴處频]率，aays/year 或 meals/year。健康风险表征每种暴露途径的致癌风险和非致癌风险，如下式所示R =-^rx 10 6R=q(人)XADD式中R为发生某种特定有害健康效应而造成等效死亡的終身危险度或人群患癌终身超额危险度，无量纲，指0岁人群的期望寿命70年；ADD为日均暴露剂量(mg/kg May)；RfD为化学污染物的某种暴露途径下的參考剂量(mg/kg d) ;10_6为与RfD相对应的假设可接受的危险度水平；q(人)为由动物推算出来人的致癌強度系数(mg/kg d)。根据步骤(4)形成的污染物名单，通过专家咨询法、综合考虑其可行性，进ー步筛选区域水环境优先控制污染物名单，，并以此作为最终名単。本发明同现有技术相比，具有以下优点(I)区域适用性。结合区域环境监控污染物名单和实际情况，根据区域水环境各要素的时空分布特征和变化规律，结合区域化学污染物状况和动态规律，对各项指标进行综合分析。(2)方法先进，具有系统性。目前筛选优先监控污染物的方法考虑的指标大多比较单一，不够全面，采用Copeland多指标计分排序法，将各种对区域水环境影响较大的因素进行计分排序，切合我国区域水环境的实际情况，所建立的筛选模式和方法体系具有全面性和可靠性。本专利采用多指标计分排序法，综合考虑以上方法的局限性，通过多指标參数，将參数两两对比计分，同时，考虑同一层次物质经赋分后区分不明显，采用聚类法进行更细致区分，通过这一方法得到的污染物优控名单，更具有全面性、可靠性。(3)具有健康安全性。考虑区域人群在水环境介质的不同暴露方式，综合区域人群暴露途径确定的情况下对健康风险进行评估，进ー步筛选污染物质。本专利选用的方法是基于健康风险评价的计分排序法，在多指数计分排序筛选名单基础上，计算污染物的健康风险值，确定其对人群健康危害的风险等级，选择风险级别高的污染物进行重点控制。与目前具有的专利相比，所建立的筛选方法更具有实用性。(4)可操作性、可持续性強。以此确定的污染物优先控制名单，可強化我国区域水环境污染物监测与评价的针对性，为区域水环境保护提供一定的技术支持；且本优先污染物筛选体系具有开放性，适用于未来可能出现的新型污染物以及优先控制污染物名单的动 态更新。
图I为本发明的流程图
具体实施例方式如图I所示，本发明是一种基于健康风险的区域水环境优先控制污染物筛选方法。应用实例太湖流域某市水环境优先污染物的筛选I.太湖流域某市水环境优先污染物的初步筛选I. I研究区概况某市位于太湖流域，长江三角洲太湖平原西北缘，エ业经济发达，从上世纪起冶金行业、电镀行业、机械加工行业就已成为当地的主要经济支撑，由于这些行业在建立初期的粗放型生产，当地的水环境历史污染尤为严重，对区域人群健康构成威胁。I. 2采样布点情况常州大学于2010年5月-2011年6月，在该市范围内设置150个采样点，分别采集地表水及地下水样本。其中,地表水和地下水样本数为77个和73个。I. 3初步筛选I根据太湖流域优控污染物名录，和国内已有的针对太湖流域水体的污染物调查和研究，筛选出太湖流域某市的主要污染物有176种，以苯、ニ氯甲苯、甲苯、こ苯、萘、ー溴ニ氯甲烷、氯仿、ニ溴一氯甲烷、溴仿等有机毒物为主，并以此作为优先控制污染物的初始名单。I. 4初步筛选II (I)将初始名单与国内外现有水环境优先控制污染物名单比较，包括中国水中优先控制污染物黑名单(68种)、美国清洁水法管理的优先控制污染物名单(129种)、美国EPA重点控制的水环境污染物名单(129种)，筛除不在美国清洁水法管理的优先控制污染物名单、美国EPA重点控制的水环境污染物名单中的污染物67种。筛除不在中国水中优先控制污染物黑名单中的污染物49种，形成具有60种污染物的初筛名単。(2)根据对某市水环境采样和检测結果，与环境标准值(地表水环境质量标准(GB3838-2002)、生活饮用水卫生标准GB 5749-2006)比较，按照区域采样数量筛除超标率、检出率低于环境标准值两个数量以上的染物44种。最后筛选出符合区域水环境实情的优先控制污染物初筛名单7类16种。表I太湖流域某市水环境污染物初步筛选名单
权利要求
1.一种基于健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法，包括步骤 (1)根据调查区域环境控制污染物名录，和区域环境污染调查与研究数据初步筛选出区域水环境需要优先控制污染物； (2)结合中国水中优先控制污染物黑名单、美国清洁水法管理的优先控制污染物名単、美国EPA重点控制的水环境污染物名单，筛除不在这三个名录中的污染物； (3)对区域内水环境进行现场调研取样，取样检测步骤(I)、(2)筛选出的污染物种类，与环境标准值进行比较，按照区域采样数量筛除超标率、检出率低的污染物； (4)采用多指标综合评分法将步骤(3)所筛选污染物在环境中的持久性、环境效应、生物累积性、毒性结合建立第一级筛选系统，选择评分等级较高的污染物； (5)根据区域人群对于该区水环境的暴露特征，确定暴露途径，评估步骤(4)中所筛选污染物的暴露风险，建立第二级筛选系统，进行毒性评估，选择单项毒性较高的污染物； (6)根据步骤(5)精选出的特征污染物，综合区域人群的行为特征，考虑其健康风险，及其环境控制和监测的可行性，确定区域水环境优先控制污染物。
2.根据权利要求I基于健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是步骤(4)中所述的多指标综合评分法，采用聚类分析方法将评分指标体系中难分类的指标进行细化处理，重新赋予权重修正后和Copeland多指标计分排序法相结合的方法，将区域水环境中污染物质在环境中的持久性、环境效应、生物效应、生物毒性这4大特征结合的指标体系，通过不确定性赋分系统对数据进行赋分，建立第一级筛选系统。
3.根据权利要求2基于健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是所述环境持久性，用半衰期来衡量； 环境效应，用污染物年排放量计分排序；生物效应，用生物浓缩累积系数(BCF)或者生物积累系数(BAF)或者用正辛醇/水分配系数来判断； 生物毒性的以半致死剂量或半致死浓度作为急性毒性指标，以最小中毒剂量或最小中毒作用浓度作为慢性毒性指标；以IARC作为致癌性指标。
4.根据权利要求3基于健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是是在区域水环境对人群暴露途径确定的情况下，通过计算区域人群的日均暴露剂量，评估步骤(4)所筛选出的污染物的致癌及非致癌风险。
5.根据权利要求4基于健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法，其特征是步骤(5)形成的污染物名单，通过专家咨询法、综合考虑其可行性，进ー步筛选区域水环境优先控制污染物名単，并以此作为最终名単。
全文摘要
本发明涉及一种基于健康风险的区域水环境优先控制污染物的筛选方法根据环境控制污染物名录、区域环境污染数据筛选出需要优先控制污染物；筛除不在中国水中优先控制污染物黑名单、美国清洁水法管理的优先控制污染物名单、美国EPA重点控制的水环境污染物名单中的污染物；现场取样，与环境标准值进行比较，按照区域采样数量筛除超标率、检出率低的污染物；采用多指标综合评分法建立第一级筛选系统，选择评分等级较高的污染物；根据区域人群暴露特征，确定暴露途径，评估污染物暴露风险，建立第二级筛选系统，进行毒性评估；根据特征污染物，综合区域人群的行为特征，考虑健康风险，及环境控制和监测可行性，确定区域水环境优先控制污染物。
文档编号G06F19/00GK102867116SQ20121031260
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者杨彦, 李定龙, 赵洁, 王宗庆, 陆晓松 申请人:常州大学