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1、城市垃圾填埋场对周围环境的影响：毒理学的风险分析和异味的影响摘要：大量废弃物处理过程中复杂的生物、物理化学反应所产生的有毒有害物质和异味使固体废弃物填埋场附近环境很脆弱。所有这些因素都对当地环境的恶化产生巨大的影响。大多数人类健康上的问题都来自垃圾填埋场所产生的非甲烷挥发性有机物和其他有毒有害气体。除此之外，在填埋操作或不可控释放中也会有异味释放。在本文中，作者通过对风险化合物和异味建立一个综合风险评估体系，用来描述垃圾填埋场周边的环境质量。这项研究通过抽样检测方式获得了包括二噁英、多氯联苯、多环芳烃、苯和氯乙烯单体物以及异味等物质的释放数据。填埋场附近所有的释放物数据都被测量并用于空气扩散模
2、型来计算其相应的最大浓度和沉积量，这些数据根据受体敏感度被分为了五个等级。结果在不同的场景对癌症和非癌症的影响的风险评估结果总是低于那些主要的国际机构（WHO，美国EPA）接受了几个数量级。恶臭污染对处于填埋场下风区有显著的影响更是被看做当地环境破坏的首要危险因素。关键词：城市生活垃圾填埋场，垃圾填埋气，人类健康，毒理学风险，异味1. 引言现在废物处理场内部是一个混合而复杂的体系。在这个体系里都处于一个存在大量复杂的生物、物理化学反应的复杂的环境状态下。最近几十年来，废物处理场对周围环境的影响受到了社会很大的关注。环境恶化、房屋外观、拥挤的交通、粉尘和异味这些设施环境的变化都对周围社区居民的生
3、活质量有很大的影响（Downey and Van Willigen, 2005）。最近环境学的研究表明，废物处理设施在发展比较落后的地区和少数民族地区分布的和其污染的产生很不均衡（Faber and Krieg, 2002; Forastiere et al., 2011; Martuzzi et al., 2010）。科学文献表明人健康方面受到的影响和住宅距离垃圾填埋场的距离存在或多或少的联系，但是由于普遍缺乏对于癌症发病率和死亡率的数据统计和研究（Jarup et al., 2002; Rushton, 2003），所以这些说法还缺乏在科学层面的证据（Porta et al., 2009;
4、 WHO,2007）。尽管缺乏关于垃圾填埋场直接对人类健康影响的证据，但是人们还是很关注填埋场内废弃物由于生物降解和化学反应所生产的诸如二噁英，异味等（环境局，2004年）。填埋气的排放物主要有甲烷，二氧化碳，水蒸汽和微量的非甲烷有机化合物（NMOCs）（Soltani-Ahmadi，2000），挥发性有机化合物（VOC），有害空气污染物（HAPs）和有气味的化合物量，这是近年来，已经过化学方法检测到的（DAVOLI等，2003；Fang等，2012）。居住在垃圾填埋场附近的社区居民不仅直接暴露于填埋废物降解的化学物质，而且填埋场用火炬点燃或者燃烧以便能量回收方式处理填埋气时燃烧产物中释放的化
5、学物质（如二恶英和类二噁英化合物）也容易被吸入体内。饮用被渗滤液污染过的井水，皮肤表面吸收和食用土壤颗粒受到污染的区域所生产的农作物都是可能受到填埋场化学物质污染的其他途径。人们也关注垃圾填埋场自身必须释放的物质，这些物质包括复杂复杂的混合气味气体和刺激性空气污染物（Sadowska-Rociek等, 2009）。尽管有气味的化合物某种程度上表现的是人们对于气味的厌恶而不是气味本身有多大的健康危害（Fransess等, 2002），但附近的居民还是担心长期接触可能会带来的潜在健康危害（De Feo等, 2013）。最近研究表明，长期接触垃圾填埋场的气味会产生一些负面的效果，包括感觉到焦虑等情绪
6、上的压力和某些身体上的症状（Aatamila等, 2011），这些症状包括头疼、眼睛受到刺激、恶心和呕吐（国际气味研究中心，1979）。所有这些影响都会干扰到我们日常活动和生活质量（Heaney等, 2011）。此外，异味越来越被认为是一个会降低自然环境质量甚至改变生态系统结构和功能的环境问题。人们对于人类健康和环境的关注促进了气味影响评估的必要性和气味排放监管的紧迫性(Nicell, 2009)。许多研究垃圾填埋场对健康的影响都缺乏直接的暴露情况下接触信息，而只是根据住宅离垃圾处理场的距离去研究相关影响（世界卫生组织，2007）。最近研究一个垃圾填埋场周围污染物和异味对于环境的影响通常用到空
7、气分散模型和当地气象信息（Davoli et al., 2010; Forastiere et al., 2011）。本文主要研究的对象是垃圾填埋场这样的大型设施对于周围环境的影响。在此，我们建立了一套完整的风险评估体系去研究垃圾填埋场的市政固体废弃物对于环境和人健康的影响。填埋场周围居民用空气分散模型和当地的气象信息是评估垃圾填埋场的暴露污物所产生的污染危害、气味对人潜在健康风险（致不致癌）和异味的有效对人影响的有效手段。2. 实验垃圾填埋场对周围环境影响评估的研究采用了各种相关特性的描述，具体包括：识别污染物气味的来源，分析检测污染物的排放，在一个适当的环境采用空气分散模型模拟，相关敏感源
8、的识别，不同暴露情况下的暴露危害评估，最后涉及到毒理学评价和危险特性评价（环境署，2004年）。2.1填埋场介绍本研究对位于意大利中部丘陵区域的距离市政垃圾填埋处理场几公里的数个独立小城市进行了数据采集。我们进行研究的垃圾填埋处理场位于完全被与天然粘土层完全隔离的深谷。它有两个填埋区域，一个是1986年建成的容纳了4329254m3固体废弃物场区，于2001年关闭；另一个场区是2001年建成的，至今还在使用。已经停止使用的填埋区域上面种了植被，正在使用的填埋场区则是每天想固体废弃物上覆盖粘土层。垃圾填埋场处理的是无害固体废弃物，现在理论容量有8877447m3，最大容量为9465447m3。填
9、埋场有一个露天的渗滤液泻湖来收集处理固体废弃物渗滤液，配装了洗涤塔和过滤器的堆肥场，垃圾填埋气则通过填埋气提取系统提取出来给四台发电机组发电或者用来燃烧产热。2.2污染物排放在本次研究中，我们主要考虑以下污染物：苯，氯乙烯（VCM），二噁英（PCDD/Fs），类二噁英多氯联苯（DL-PCBs）和多环芳烃（PAHs）。选择这些物质是因为他们本身具有的毒理特性，环境持久性和容易在易生物体内积累的特点，同时这些物质在垃圾填埋场排放气中已经被发现并记录下来（世界卫生组织WHO，2000）。在填埋场检测到的排放源都来自填埋场表面物质的扩散、固体废弃物的燃烧、以及机器运行时释放的物质。同时，含水层水量减少
10、，渗滤液进入其中的影响应该是可以忽略不计的，因为有聚乙烯保护膜在最底部防止渗滤液流出同时还有200m深的粘土层。我们对一个214208m2的填埋场（图.1）根据污染物限制条件的差异考虑了三种不同的扩散区域（DEZ）：第一种污染物扩散区域是填埋场的表面被植被覆盖（DEZ1），第二种污染物扩散区域和第三种污染物扩散区域表面都是被新鲜的固体废弃物压紧（DEZ2），但第三种污染扩散区域边坡也被这样覆盖（DEZ3）。废物降解所形成的氯乙烯溶液容易挥发氯乙烯（美国环保署，2002），而苯则更容易直接从废弃物中释放（IPCS，1993）。根据这两种气体生成特点，用和欧洲标准EN 13725:2003一致的N
11、alophan袋（MaxRampAG,Switzerland）去收集垃圾填埋场表面的生成气，然后把袋中气体放入试管中，并对沉降样本进行检测，从而分析释放气中氯乙烯和苯的含量。检测中，样品被置于50/30m DVB/CAR/PDMS的三相纤维中保持2222min后用固相微萃取技术进行分析，再用同位素标记样本并用气相色谱法分析最终结果。假设污染物的量与埋藏气的释放量成正比而不考虑填埋场覆盖层的减少带来的影响的话，苯和氯乙烯在垃圾场表面的浓度数据就可以用来估计整个垃圾填埋场的苯和氯乙烯的排放数据。埋藏气扩散数据是建立在2008年6月的一周在阳光、天气都很好的情况下的样品收集的基础上的，采样期间温度1
12、6.85.3C压力10094.1hPa。采样点有93个，采用系统方形网格抽样法抽取样本。按照USEPA推荐的方法是布置75个采样点，这样十本方便简单的，但考虑到垃圾填埋场地形的实际情况，我们把采样点最终确定为93个。二噁英、类二噁英多氯联苯、多环芳烃则在燃烧火焰处，发动机排出物进行检测。连续两天里对于每一个排放源都按标准化的方法进行16小时的符合样本收集。燃烧处的样本温度为850，发动机排出物样本温度为140。根据UNI EN1948-1：2006规范，一个混合物包含0.4 ng含1,2,3,7,8 PCDF和1,2,3,7,8,9 HxCDF和0.8 ng含1,2,3,4,7,8,9 HpC
13、DF已经被加入到了样品分析中。PCDD/F（氧芴）的分析法是采用标准的分析法（UNI-EN 1948-2:2006）加入0.4ng的13C12和CDD/Fs 0.8ng。多氯联苯的检测是通过加入1ng同位素进行检测的。图.1城市固体废弃填埋场：1：已经停止使用的填埋区，2：正在使用的填埋区，3：燃烧火炬和能量回收区，4：堆肥场，5：渗滤液泻湖和扩散排放区（DEZ）多芳烃的检测是用标准的官方方法加入1ng同位素进行检测的。PCDD/F, DL-PCB和PAH的排放数据通过实地检测，对燃烧和发动机气流的检测而被确定。引擎排放和燃烧气流的抽样分别在2009年3月和4月得到。2.3气味排放气味排放只要
14、考虑来自填埋场区域（DEZ13）的空气扩散、渗滤液泻湖以及洗涤器，过滤器和堆肥场的扩散。用Nalophan袋，收集填埋场和堆肥场的气体和气味，用风动系统迷你收集渗滤液泻湖的样品（Frechen等, 2004;Jianget等,1995）。简单来说，就是利用风洞模拟风以一定速度吹在渗滤液泻湖表面，再对其中有异味的空气用Nalophan收集，并用嗅觉测量器进行自动分析。符合欧洲标准EN13725:2003的嗅觉测量器，其气味浓度单位为欧洲单位（ouE/m3）。为了描述环境中的气味，我们用到以ouE /s为单位的气味信息管理系统。气味信息管理系统记录了来自垃圾填埋场表面的气体释放数据，同时也包括来自
15、洗涤器过滤器的气味。渗滤液泻湖由于比较特殊，其释放速率用ouE/s为单位来表示，这是用用风洞内风的流量诚意气味的浓度。气味释放速率则是用各种气味释放速率乘以面积得到的（Sironi等，2006）。其中所有味道的测量都是在取样30h后进行的。 2.4大气色散的建模和受体识别污染物和异味浓度的评估采用美国环境保护署的稳态大气色散ERMOD模型进行研究。它包括两个输入数据处理器：AERMET，气象数据预处理是采用基于行星边界层湍流结构和尺度的概念空气扩散；MAP，进行数据的预处理。该模型从不同类型的源条件（扩散和点源），不同的地形条件（包括受体位置）来预测相应的浓度。该模型已经开发了一个图形界面（5
16、.8.1版本），该模型具有99km2,2000m空间距离的分辨率。站点特定输入该模型（表1和表2）已经阐述了利用5个敏感的受体确定垃圾填埋场附近气象（风速和风向，环境温度，云量）和地形数据，估算空气中污染物及异味的浓度和污染物沉积土。不超过3200人口的小城镇中这些受体，A，B，C，D和E（图2），E是最接近的垃圾填埋场的一个没有永久居民的静止区域。到垃圾填埋场的距离，6公里的为A，B是5.5公里，对于C是2公里，8.5公里为D和0.8公里的E。污染物对这些受体的流动和复发是参照考虑污染物形成和排放的过程的不同性质。特别是，苯和VCM，发生进入汽相，已被认为是一种气体，而二噁英/呋喃，DL-多氯联苯和多
