污染场地挥发性有机物蒸气入侵建筑物关键参数的研究_吴琳琳.pdf

污染场地挥发性有机物蒸气入侵建筑物关键参数的研究吴琳琳1,2，吴荣山1,2，郭玉婷1,2,3，吕佳佩1,2，郭昌胜1,2，徐建1,2*1.中国环境科学研究院环境健康风险评估与研究中心2.国家环境保护化学品生态效应与风险评估重点实验室,中国环境科学研究院3.郑州大学生态与环境学院摘要土壤/地下水中挥发性有机物（VOCs）经过迁移进入室内引起的呼吸吸入暴露，即蒸气入侵（vapor intrusion，VI）是VOCs 影响人体健康的重要暴露途径。建筑物参数是影响 VOCs 从土壤向室内的迁移过程，改变室内人群暴露浓度的重要因素之一。通过系统梳理英美等发达国家暴露风险评估中建筑物参数的技术文件，总结了影响 VI 的 3 个关键参数（空气交换速率、建筑容积和地基裂隙）的确定方法，并对比我国暴露风险评估中建筑物参数的研究现状，从重视跨部门基础数据收集、构建分区域本土化参数等方面提出完善建筑物参数及其技术方法的思路。关键词污染场地；挥发性有机物；暴露风险评估；蒸气入侵；建筑物参数中图分类号：X53 文章编号：1674-991X（2023）02-0881-08doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220081Research on key building parameters affecting the vapor intrusion of VOCs incontaminated sitesWU Linlin1,2,WU Rongshan1,2,GUO Yuting1,2,3,L Jiapei1,2,GUO Changsheng1,2,XU Jian1,2*1.Center for Environmental Health Risk Assessment and Research,Chinese Research Academy of Environmental Sciences2.State Environmental Protection Key Laboratory of Ecological Effect and Risk Assessment of Chemicals,Chinese Research Academy of Environmental Sciences3.Ecological and Environmental Department,Zhengzhou UniversityAbstractInhalation exposure caused by vapor intrusion(VI)with the migration of volatile organic compounds(VOCs)from soil and groundwater into the indoor environment is essential to the human health risk assessment ofVOCs in contaminated sites.Building parameters are important factors that affect the VOCs migration from thecontaminated soil to indoor air and change the indoor concentration for population exposure.The technicaldocuments of building parameters for exposure risk assessment in developed countries such as the UK and the USwere elaborated systematically,and the determination methods of three key parameters affecting VI,namely,airexchange rate,building volume and foundation crack,were summarized.Furthermore,the research development ofbuilding parameters in China s exposure risk assessment was illustrated,and the idea of improving buildingparameters and their technical methods were put forward,from the aspects of collecting cross-sectoral basic data andconstructing regional localization parameters,to provide technical support for the refined exposure risks assessmentin VOCs contaminated sites in China.Key wordscontaminated site;volatile organic compounds;exposure risk assessment;vapor intrusion;buildingparameters 随着我国产业结构调整，工矿企业搬迁遗留的污染场地成为我国土壤环境安全重点关注的对象。据保守估计，我国的污染场地为 10 万100 万块，其中大于 10 000 m2的污染场地超过 50 万块1。挥发性有机物（VOCs）是我国污染场地土壤和地下水中常见的污染物种类2。与其他污染物相比，收稿日期：2022-01-24基金项目：国家重点研发计划项目(2019YFC1804602，2019YFC1803401)作者简介：吴琳琳(1979)，女，高级工程师，博士，主要从事环境健康风险评估研究，*责任作者：徐建(1978)，男，研究员，博士，主要从事环境化学研究， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月吴琳琳，吴荣山，郭玉婷，等.污染场地挥发性有机物蒸气入侵建筑物关键参数的研究 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：881-888.WU L L,WU R S,GUO Y T,et al.Research on key building parameters affecting the vapor intrusion of VOCs in contaminated sitesJ.Journal ofEnvironmental Engineering Technology，2023，13（2）：881-888.VOCs 具有更强的挥发性及迁移性，可从土壤和地下水向上扩散侵入建筑物，继而被人体吸入产生健康风险，即蒸气入侵（VI）3。已有研究表明，蒸气入侵是场地土壤/地下水中 VOCs影响人体健康最重要的暴露途径4。蒸气入侵途径的影响因素十分复杂，主要受土壤性质、污染源和建筑物 3 类因素的影响。以往大多数的蒸气入侵研究聚焦于地下过程，即对土壤性质、污染源的调查和评估5-7。近年来，作为地上部分的建筑物特性对蒸气入侵途径的影响受到越来越多的关注8-12。2015 年，美国国家环境保护局（US EPA）制定了蒸气入侵场地风险评估技术导则13用于指导评估蒸气入侵暴露途径的健康风险。导则指出，空气交换速率（AER）、裂隙面积和建筑容积等建筑物参数会影响污染物从地下到室内衰减的程度，造成进入建筑物内的污染物浓度产生较大差异。AER 为建筑内部空气与室外空气交换的速率（次/h），其与建筑能耗和室内空气健康密切相关14-18。国外已有的研究通过对蒸气入侵场地建筑物的实际检测、模型模拟等方法，考察了 AER 对从土壤/地下水进入到室内的 VOCs 实际暴露浓度的影响19-22。研究显示，由于气象条件、居民行为等因素引起的AER 变化，可能导致相同环境条件下相似的或相邻的建筑物室内污染物浓度在空间和时间上发生数量级的变化。经典蒸气入侵模型（如 J-E 模型）假设VOCs 从土壤/地下水中挥发后通过地基和墙体存在的裂隙进入室内23-26，进入室内的 VOCs 最终浓度同时受混合的建筑物体积大小的影响，因此，裂隙面积和建筑容积也是影响室内 VOCs 浓度的重要建筑物参数。我国污染场地土壤/地下水 VOCs 人体健康风险评估中，多数建筑物参数直接引用国外标准或暴露参数手册，与我国地域辽阔、建筑类型差异较大的实际情况不相符27。因此，充分调研国外发达国家暴露风险评估中与蒸气入侵途径密切相关的建筑物参数，对于开展我国该类参数的收集、调查和本土化取值研究具有实际的指导意义，有助于提高我国污染场地 VOCs 蒸气入侵暴露风险评估的精准性。1国外暴露风险评估中的建筑物参数研究 1.1空气交换速率 1.1.1美国2018 年，US EPA 更新了暴露参数手册的建筑物特征章节28。手册中AER 的取值主要基于Koontz等17的研究结果，该研究采用全氟碳示踪技术（PFT 技术）获取了美国 2 971 个住宅的 AER 数据，并根据 1990 年美国人口和住房普查的结果，按照每个州参加该项研究的住房数占总住房数的比例来为每个州分配权重，以弥补 PFT 技术测量数据的地理不平衡。经过统计分析，建议将第 10 个百分位值（P10，取 0.18 次/h）作为住宅 AER 的保守值，第 50个百分位值（P50，取 0.45 次/h）作为住宅 AER 的推荐值（表 1）。手册指出，在选用 AER 时要认识到基础数据库的局限性。首先，该数据库中所代表的住宅并非美国住宅的随机样本，样本在地理位置或季节方面仍然不平衡。其次，采用 PFT 技术测量 AER需假设示踪剂在建筑物内均匀混合，但实际由于很多因素的影响（例如由天气驱动的空气对流，供暖系统的类型和运行模式等）会导致示踪剂混合的程度在不同时段和不同住宅中都有所差异。此外，示踪剂源和采样器的相对位置也会导致数据的不确定性。美国 2015 年发布的蒸气入侵场地风险评估技术导则中 AER 采用暴露参数手册中的推荐值。基于 Turk 等29对不同用途商业建筑 AER 的研究结果（表 2），US EPA 提出采用所有住宅类型的平均值（1.5 次/h）作为商业建筑物的 AER 推荐值，采用 P10（0.60 次/h）作为保守值。1.1.2澳大利亚澳大利亚关于住宅 AER 的研究比较有限（表 3）。He 等30通过居民对其日常行为的描述，估算了位于布里斯班郊区 13 所住宅的 AER，其中门窗均关闭时为（0.610.45）次/h，门窗打开时为（3.01.23）次/h。表 1 美国不同地理区域住宅 AER 统计数据 Table 1 Statistics of residential air exchange rates in different geographic regions in theUnited States次/h地理区域算术平均值算术标准偏差几何平均值几何平均偏差P10P50P90最大值西部0.660.870.472.110.200.431.2523.32北部中部0.570.630.392.360.160.351.494.52东北部0.710.600.542.140.230.491.335.49南部0.610.510.462.280.160.491.213.44所有地区0.630.650.462.250.180.451.2623.32 882 环境工程技术学报第 13 卷Biggs 等31-34利用示踪气体技术针对墨尔本、珀斯和悉尼住宅 AER 及其影响因素的研究显示，开窗、吊扇和空调的使用将增加住宅的 AER。Biggs 等35