———–EPA血铅模型简介
尧一骏
陈樯
国家环境保护土壤环境管理与污染控制重点实验室（生态环境部南京所）
更新日志：
2022-05-21
1. 在更新信息中增加了污染物毒性参数来源
2021-12-15
1. 修复了没有地下水皮肤接触暴露参数，但选择该暴露途径会导致无法显示风险控制值的bug
2021-10-22
1. 修复了地下水皮肤接触没有风险控制值的bug
2021-10-12
1. 根据德州风险削减项目修改了序号850之后污染物的理化和毒性参数
2021-7-29
1. 将第二类用地下层土壤暴露量计算公式中的中文引号改成英文引号，避免不勾选下层土壤暴露途径时的第二类用地情景下层土壤暴露量显示信息错误，该错误不影响计算结果
2021-7-14
1.修改了地下水深度输入错误的报错方式：地下水埋深=毛细管厚度+非饱和层厚度
2021-7-6
1.取消了非敏感用地的大部分土壤和建筑参数的单独输入（即参数独立于用地性质）
2021-4-12
1.修改了氨的亨利常数来源
2021-4-7
1.再次修改了皮肤渗透系数数据的调取错误
2021-4-4
1.修改了皮肤渗透系数数据的调取错误
2.修改了氨的koc为3.1
2021-4-1
1.修改了皮肤渗透系数数据的调取错误
2021-2-25
1.修改了voc识别错误
2021-2-2
1. 增加了江西省地方标准
2. 将部分污染物毒性参数变回HJ25.3中的数值
3. 增加了地下水皮肤接触暴露途径的风险评估，皮肤渗透参数来自Risk Assessment Guidance for Superfund Volume I: Human Health Evaluation Manual (Part E, Supplemental Guidance for Dermal Risk Assessment)
2020-12-8
1. 修正了1,1,2-三氯乙烷的VOC定义
2. 修正了计算基于保护地下水的土壤控制值的bug
2020-10-09
1. 修正了203号污染物的名称
2. 修正了多氯联苯分段的毒性参数
2020-09-05
1. 增加了河北的筛选值
2020-08-19
1. 增加了深圳铊的筛选值（之前放在氯化铊）
说明：深圳制定铊的筛选值参考的是德州风险削减项目的毒性参数，但该数据库有一个标注错误：英文名为Thallium的污染物对应的CAS号为7791-12-0，而该CAS号对应的化合物实际为氯化铊，金属铊的CAS号为7440-28-0。所以，深圳铊的筛选值实际上是基于氯化铊的毒性参数，而非金属铊，所以结果相比上海已废止的地方筛选值较大。
2020-07-28
1. 修正了总石油烃的RFDo
2020-07-12
1. 修正了没有CAS号的污染物毒性参数
2020-07-08
1. 增加了地下管线探测的服务推广
2020-07-06
1. 修正了筛选值的标题错误
2020-07-3
1. 增加了氨的Koc
2020-07-2
1. 增加了风险控制值的单位
2. 修改了污染物的毒性参数，并且污染物种类增加到973
3. 增加了深圳的土壤背景值和筛选值
2020-06-28
1. 修改了石油烃的挥发性污染物属性
2020-06-10
1. 增加了一些修复技术与案例
2020-06-06
1. 优化了表格运行性能，提高了污染物输入和删除的表格反应速率，代价是第一次运行血铅模型时速度较慢
2020-06-03
1、 改正了暴露量显示的错误
2、修改了一些污染物的毒性参数
2020-05-29
1、 把地下水筛选值更新成国家的标准
2、增加了一些污染物的毒性参数
3、第二层次风险评估结果页面更全面的增加了计算结果
4、增加了EPA血铅模型，包括ALM和IEUBK模型
2020-05-21
1. 更新了浙江省筛选值
《建设用地土壤污染风险评估技术导则》（HJ25.3-2019）中规定了对重金属，半挥发性有机污染物以及挥发性有机污染物的健康风险评估方法，但同时说明该导则不适用于铅污染的风险评估。目前，国际上通常用美国EPA的血铅模型来评估铅对人体的健康风险，包括用于评估成人暴露风险的Adult Lead Model (ALM) 以及针对0-7岁儿童的the Integrated Exposure Uptake Biokinetic (IEUBK) Model。
ALM
ALM可以用一个方程来表示，结构也较为简单，可以分为暴露、吸收、生化动力学以及人群分布大致这么四个部分。首先，ALM的暴露部分可以用以下方程来表示：
在ALM中，吸收量可用暴露量乘以一个吸收系数表示：
ALM中，血液中铅的浓度是判断人体的风险指标，吸收的铅与血铅浓度可用下列方程计算：
一般认为，暴露人群中成人血铅的浓度分布符合对数正态分布，因此，成人血铅浓度的95%上限可用如下方程计算，
另外，胎儿的血铅浓度可用孕妇血铅浓度乘以母婴衰减系数计算：
整合方程（1-5），可得到
The IEUBK model
相比ALM，IEUBK模型具有类似的，暴露、吸收、生化反应动力以及分布概率的结构，但是要更为复杂一些。图1显示的是IEUBK模型的结构示意图。首先值得一提的是，《建设用地土壤污染风险评估技术导则》中的模型和上文所提及的ALM均为稳态模型，即暴露受体收到的暴露量与风险与时间无关，是一个恒定的计算结果，而IEUBK模型则不同，它是一个动态模型，从婴儿刚出生开始，一个时间步长（默认为4个小时）一个时间步长的计算，儿童在每个时间步长节点上的各个器官和血液中的铅含量；并且，血铅浓度一方面和人体血液的体积有关，在IEUBK模型中，血液的体积决定于儿童的体重，而儿童的体重又是和时间（月份）有关，另一方面，也和暴露量有关，而暴露量也是和时间有关。
在暴露部分，IEUBK不仅考虑了儿童对土壤铅的摄入暴露，还同时考虑了呼吸大气，摄入灰尘铅，饮食和饮水等途径的暴露，但暴露量（Intake）的计算方式与ALM类似，不同的地方在于可以根据年份的不同设定暴露量不同；在吸收部分，ALM是采用了一个恒定的吸收系数来计算吸收量，而IEUBK中的吸收分为被动吸收和主动吸收，被动吸收部分较简单，乘以被动吸收系数即可得到被动吸收量，而主动吸收需要利用Monod方程和一个和年龄月份有关的半饱和浓度方可计算出，两者之和为最终的吸收量（Uptake）。
在ALM中，生化反应动力模块较为简单，利用一个简单的系数即可表达吸收量和血铅浓度之间的稳态关系。在IEUBK模型中，血液中的浓度由一个动态的变化过程计算而出。例如，在一个计算步长（默认为4个小时）中，血浆细胞外液（plasma extra-cellular fluid）中接收到从外界吸收的铅（uptake）以及各个组织器官（比如红细胞、软组织、肝、肾脏等等）交换过来的铅，还向尿液（排出体外）和上述各个组织器官输送铅；在完成上述的计算过程之后，模型将得到一个计算步长节点之后的各个组织器官和血浆细胞外液中的铅含量，这些得到的值将代入下一个计算步长；在此基础上，利用血浆和红细胞的铅含量之和，除以血液的体积，即可得到该时间步长节点上的血铅浓度。按照这种方法，即可得到学龄前（0-84个月）儿童的动态血铅浓度。儿童每个月的血铅浓度是该月所有计算步长节点上的血铅浓度平均值，学龄前儿童的平均血铅浓度为所有月份（0-84个月）血铅浓度的平均值。
IEUBK同样假设儿童血铅浓度分布对数正态分布，并以95%上限的血铅浓度为标准（EPA推荐为10ug/dL）。95%上限的计算方法可见方程（4），几何平均值即为IEUBK计算的学龄前儿童的平均血铅浓度，而几何标准偏差需要使用者指定，默认值是1.6。通过指定95%上限血铅浓度的控制值，即可通过反复迭代运算，得到相应的土壤铅浓度目标值。
在IEUBK模型中，决定最后计算结果的参数除了一些暴露和吸收模块的参数，使用者可根据相关参考文献如HJ25.3、《中国人群暴露参数手册（儿童卷:0-5岁）》、《中国人群暴露参数手册（儿童卷:6-17岁）》、《中国人群暴露参数手册（成人卷）》获取外，还有一些重要的参数如婴儿出生时的血铅浓度以及儿童0-7岁每个月的体重数据。前者，EPA利用孕妇血铅浓度乘以0.85的默认母婴衰减系数得到婴儿出生时的血铅浓度；后者，EPA版本的IEUBK模型软件推荐利用一个经验公式进行计算。上述衰减系数和体重计算方法均基于美国数据，并且镶嵌在EPA版本的IEUBK模型软件中，不允许使用者进行修改。因此，直接利用IEUBK的EPA软件进行国内的铅暴露风险评估，必然会产生一定的误差，无法科学合理的制定铅风险控制值和修复目标值。
在基于《污染场地风险评估电子表格》平台的IEUBK模型再开发过程中，母婴衰减系数以及儿童的体重等数据，被列入可以修改的模型参数内。用户一方面可使用开发者根据中国暴露手册而提供的默认体重参数，另一方面也可以根据当地的实际流调数据进行修改。
《污染场地风险评估电子表格》的最新版本中，集成了EPA血铅计算模型：ALM和the IEUBK Model，分别可用来进行第二类和第一类用地的铅污染风险评估，见图2。另外，作为严格按照中华人民共和国国家环境保护标准《建设用地土壤污染风险评估技术导则》（HJ 25.3- 2019）进行风险计算的评估软件，《污染场地风险评估电子表格》应广大使用者要求，也对计算结果界面进行了改进，增加了污染物理化和毒性参数、暴露量、各暴露路径风险及其贡献率和风险控制值等结果展示表格，方便撰写风险评估报告，见图3。
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图2. 《污染场地风险评估电子表格》中集成的(a) ALM和(b) IEUBK模型
图3. 《污染场地风险评估电子表格》第二层次输出结果页面的 (a) 污染物理化和毒性参数、(b) 暴露量、(c) 各暴露路径风险、(d) 风险贡献率和(e) 风险控制值的计算结果表格