白洋淀淀中村非規(guī)范垃圾堆放地下水污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李鳴曉，安達(dá)，2* ，楊昱，霍守亮，趙國(guó)鵬，萬(wàn)書明，宋彩紅

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

2.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875

3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030

白洋淀位于華北平原中部河北省保定市東45 km，是華北平原常年積水的最大湖泊。近年來，隨著保定市工業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，白洋淀地區(qū)地下水開采量急劇增加，加之氣候及人為因素作用，當(dāng)?shù)氐叵滤廴締栴}日益突出。除了上游城市點(diǎn)源及面源污染外，淀內(nèi)污染也是白洋淀地下水的重要污染源之一，尤其是淀中村生活垃圾的非正規(guī)堆放，加之缺乏相應(yīng)的防滲措施［1］，導(dǎo)致垃圾滲濾液中污染物經(jīng)包氣帶進(jìn)入含水層污染地下水問題尤為突出［2-6］。然而，地下水作為白洋淀淀中村極其重要的飲用水源，直接與當(dāng)?shù)鼐用竦娜梭w健康密切相關(guān)，評(píng)價(jià)淀中村地下水污染對(duì)人體產(chǎn)生健康危害的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于保障居民飲水安全具有非常重要的意義［7-10］。

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以風(fēng)險(xiǎn)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，把環(huán)境污染與人體健康聯(lián)系起來，定量描述污染對(duì)人體產(chǎn)生健康危害的風(fēng)險(xiǎn)［11-14］。目前普遍采用的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法是1989年由美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)頒布的《超級(jí)基金場(chǎng)地健康評(píng)價(jià)手冊(cè)》中提出的四步法，即數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)評(píng)估、毒性評(píng)估、暴露評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)表征。完整的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)包括對(duì)大氣、土壤、水和食物鏈四種介質(zhì)攜帶的污染物通過食入、吸入和皮膚接觸三種暴露途徑進(jìn)入人體對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的評(píng)價(jià)［15］。因此，筆者針對(duì)白洋淀淀中村淺層地下水污染問題，將食入和皮膚接觸作為人體主要攝入途徑，對(duì)地下水中污染物進(jìn)入人體產(chǎn)生的危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 采樣分析

1.1.1 樣品采集與保存

樣品采集:2010年3月(枯水期)和8月(豐水期)分別對(duì)淀中村周圍的7個(gè)采樣點(diǎn)的淺層地下水進(jìn)行了樣品采集(圖1)。取樣前在第一次洗井24 h后再用貝勒管洗井，洗出水量達(dá)到井中貯水體積3～5倍，同時(shí)保證水樣的pH、電導(dǎo)率、氧化還原電位、溶解氧、濁度、水溫等參數(shù)值保持穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)以pH測(cè)試結(jié)果連續(xù)三次浮動(dòng)在±0.1以內(nèi)判定為穩(wěn)定。

圖1 白洋淀淀中村地下水采樣點(diǎn)分布Fig.1 Groundwater sampling sites distribution of the village in Baiyangdian Lake

樣品保存:檢測(cè)BOD5的水樣用1 L塑料瓶收集;檢測(cè)重金屬的水樣用125 mL加入硝酸做保護(hù)劑的塑料瓶收集;檢測(cè)VOCs的水樣用預(yù)先存放有濃鹽酸溶劑、具聚四氟乙烯密封墊的玻璃瓶收集;檢測(cè)SVOCs-N和-N的水樣用具聚四氟乙烯密封墊的1 L棕色玻璃瓶收集;檢測(cè)CODCr的水樣用250 mL塑料瓶收集;檢測(cè)大腸桿菌及細(xì)菌總數(shù)的水樣用500 mL無(wú)菌磨口玻璃瓶采集并用錫紙包住瓶口。所有樣品蓋緊后均用聚四氟乙烯膜密封，4℃下保存。

1.1.2 分析方法

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為水位、pH、電導(dǎo)率、氣溫等。水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及分析方法參見HJ/T 164—2004《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》附錄B(規(guī)范性附錄):地下水監(jiān)測(cè)分析方法。

1.1.3 質(zhì)量控制

為評(píng)估從采樣到樣品運(yùn)輸、貯存和數(shù)據(jù)分析等不同階段的質(zhì)量控制效果，在現(xiàn)場(chǎng)采樣過程中設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制樣品，包括現(xiàn)場(chǎng)平行樣、旅行空白樣等。在采樣過程中，考慮到每批采集的樣品數(shù)均低于20個(gè)，在每批同類樣品中均選取1個(gè)采樣點(diǎn)做平行樣，平行雙樣相對(duì)偏差控制在5%以下。

實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制包括精密度控制、準(zhǔn)確度控制、標(biāo)準(zhǔn)樣品及測(cè)試過程中受到干擾時(shí)的處理手段，參見HJ/T 164—2004《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》附錄C(規(guī)范性附錄):地下水監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制指標(biāo)。

1.2 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.2.1 毒性評(píng)估

依據(jù)國(guó)際癌癥研究署的致癌性分類標(biāo)準(zhǔn)和US EPA的IRIS數(shù)據(jù)庫(kù)，判定目標(biāo)污染物是否具有致癌性，即是致癌物質(zhì)，還是非致癌物質(zhì)，并獲得目標(biāo)污染物毒性數(shù)據(jù)。

1.2.2 暴露劑量計(jì)算

參考US EPA手冊(cè)［16］并結(jié)合淀中村居民問卷調(diào)查結(jié)果，暴露人群分別考慮成年人和兒童，人群的平均體重(BW)分別取60和30 kg，人均壽命取70 a。

1.2.2.1 經(jīng)口暴露

參考US EPA手冊(cè)［16］并結(jié)合淀中村居民問卷調(diào)查結(jié)果，成年人和兒童的飲水?dāng)z入率(IR)分別取2.0和0.8 L/d;暴露頻率(EF)取365 d/a;暴露持續(xù)時(shí)間(ED)取人均壽命70 a;平均暴露時(shí)間(AT)取25550 d(以人的壽命70 a計(jì))，CW為地下水中目標(biāo)污染物質(zhì)量濃度，mg/L;ADDdietary為經(jīng)口暴露劑量，mg/(kg·d)，其計(jì)算公式為:

1.2.2.2 皮膚暴露

皮膚暴露主要指洗浴時(shí)身體皮膚與地下水接觸，參考US EPA手冊(cè)［16］，成年人的平均皮膚接觸表面積(SA)為16600 cm2，兒童為12000 cm2。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝腿巳荷罘绞?，人群平均每周洗?次，暴露頻率(EF)為156 d/a，每次洗澡時(shí)間為0.35 h。CF為單位轉(zhuǎn)換因子，10-3L/cm3。ADDdermal為皮膚吸收劑量，mg/(kg·d)，其計(jì)算公式為:

式中，PC為化學(xué)物質(zhì)皮膚滲透常數(shù)，cm/h;ET為暴露時(shí)間，0.15 h/d。

1.2.3 風(fēng)險(xiǎn)表征

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)通常根據(jù)污染物的致癌性將其分為致癌和非致癌兩類分別評(píng)價(jià)，由于目標(biāo)污染組分-N、-N、Hg在水體中對(duì)人體均只產(chǎn)生非致癌影響，因此只需評(píng)價(jià)其非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，其計(jì)算公式如下:

式中，R為發(fā)生某種特定有害健康效應(yīng)而造成等效死亡的終身危險(xiǎn)度;ADD為非致癌化學(xué)污染物的日均暴露劑量，mg/(kg·d);RfD為化學(xué)污染物的日均非致癌參考劑量，mg/(kg·d)。

總的健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式為:

其中，i為暴露途徑;j為污染物種類。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)分析結(jié)果

通過對(duì)7個(gè)采樣點(diǎn)的地下水水樣進(jìn)行分析，并與垃圾滲濾液中主要成分進(jìn)行比對(duì)，得知由于非規(guī)范垃圾堆放導(dǎo)致白洋淀淀中村地下水污染的主要目標(biāo)污染物為-N、-N、Cr6+和Hg。它們?cè)?個(gè)采樣點(diǎn)的地下水中豐、枯水期濃度見表1。

通過與GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中集中式飲用水地表水源地特定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比對(duì)可知，Hg在當(dāng)?shù)販\層地下水中的超標(biāo)情況較為嚴(yán)重，在最嚴(yán)重的采樣點(diǎn)(7#)超標(biāo)79倍，平均超標(biāo)29倍。7#采樣點(diǎn)Hg超標(biāo)嚴(yán)重的原因可能是其所處位置生活垃圾堆放場(chǎng)相對(duì)最為集中，且從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的情況來看，該采樣點(diǎn)周邊的生活垃圾中電池、燈管等廢棄物數(shù)量較多，由未經(jīng)處理的電池、燈管等含汞廢棄物長(zhǎng)期堆存所致。此外，雖然地下水中NO3--N濃度并未超標(biāo)，但由于采集的垃圾滲濾液中該污染物濃度較高，會(huì)通過淋溶不斷進(jìn)入地下水，因此將-N作為地下水污染潛在污染物一并作為目標(biāo)污染物開展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1 毒性評(píng)估

表1 白洋淀淀中村地下水水樣分析結(jié)果Table 1 Analysis results of groundwater samples mg/L

表2 目標(biāo)污染物的毒性數(shù)據(jù)Table 2 Toxic dose data for target contaminants

2.2.2 暴露劑量計(jì)算

利用式(1)計(jì)算得到的經(jīng)口暴露的暴露劑量，見表3。

利用式(2)計(jì)算得到的經(jīng)皮膚暴露的暴露劑量，見表4。

利用式(3)，根據(jù)選定的參數(shù)、成年人和兒童對(duì)污染物的暴露劑量，計(jì)算得到成年人和兒童對(duì)4種目標(biāo)污染物的暴露風(fēng)險(xiǎn)，見表5。

表3 經(jīng)口暴露的暴露劑量計(jì)算結(jié)果Table 3 Computing results of exposure dose via dietary intake mg/(kg·d)

表4 皮膚暴露的暴露劑量計(jì)算結(jié)果Table 4 Computing results of exposure dose via dermal intake mg/(kg·d)

表5 目標(biāo)污染物對(duì)成年人及兒童的暴露風(fēng)險(xiǎn)Table 5 Exposure risk levels of target contaminants for adults and kids

利用式(4)計(jì)算得到白洋淀淀中村非規(guī)范垃圾堆存導(dǎo)致的淺層地下水污染對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)值見表6。

2.3 不確定性分析

2.3.1 污染物種類和濃度的不確定性

對(duì)四種目標(biāo)污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，但隨著淀中村垃圾堆存種類和數(shù)量的變化，加之降水量的變化，將導(dǎo)致進(jìn)入地下水中的污染物種類和數(shù)量發(fā)生變化，相應(yīng)各類人群的暴露劑量和潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)也將隨之發(fā)生變化。

表6 成年人和兒童非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果Table 6 Computing results of non-cancerous health risk for adults and kids

2.3.2 暴露評(píng)價(jià)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)參數(shù)的不確定性

由于計(jì)算經(jīng)口暴露和皮膚暴露劑量的相關(guān)參數(shù)時(shí)引用的是US EPA暴露因素手冊(cè)中的數(shù)值，而美國(guó)人和中國(guó)人在體征和生活習(xí)慣上有所不同，因此參數(shù)與我國(guó)實(shí)際相比較存在一定的差異。同時(shí)，由于經(jīng)皮膚途徑的日均參考劑量參數(shù)的缺乏，筆者將四種目標(biāo)污染物經(jīng)口的參考劑量看作與食入途徑的日均參考劑量一致，這也將對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果造成一定的偏差。

此外，研究中忽略了污染組分對(duì)人體健康危害的協(xié)同或拮抗關(guān)系，也將對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

2.4 討論

對(duì)于非致癌風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)超過1時(shí)，認(rèn)為會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。從健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，7個(gè)采樣點(diǎn)地下水對(duì)人體綜合風(fēng)險(xiǎn)幾乎均大于1(僅3#采樣點(diǎn)地下水對(duì)兒童的綜合風(fēng)險(xiǎn)為0.994)，表明該地區(qū)地下水對(duì)當(dāng)?shù)鼐用袢梭w健康造成的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該引起重視。

成年人和兒童兩類人群經(jīng)口暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于皮膚(表6)。因此，經(jīng)口暴露途徑為主要的風(fēng)險(xiǎn)途徑，其風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率幾乎達(dá)到100%。

從風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算結(jié)果來看，成年人經(jīng)口暴露的風(fēng)險(xiǎn)大于兒童，而其皮膚暴露的風(fēng)險(xiǎn)小于兒童。這是因?yàn)槌赡耆藛挝惑w重的飲水?dāng)z入率大于兒童，而兒童單位體重的皮膚接觸表面積大于成年人。

無(wú)論是經(jīng)口暴露還是皮膚暴露途徑，四種目標(biāo)污染物中Hg的風(fēng)險(xiǎn)均遠(yuǎn)大于其他三種，因此白洋淀淀中村地下水污染控制應(yīng)該將Hg作為重點(diǎn)控制對(duì)象。

3 結(jié)論與建議

由于白洋淀淀中村生活垃圾長(zhǎng)年隨意堆放，導(dǎo)致地下水污染對(duì)周邊居民人體健康造成的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。無(wú)論成年人還是兒童，經(jīng)口暴露途徑為主要的風(fēng)險(xiǎn)途徑，并且地下水中Hg的風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)最大，其風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率達(dá)98%。針對(duì)白洋淀淀中村目前存在的污染問題，急需對(duì)其隨意堆放的生活垃圾，尤其是含汞廢棄物(電池、燈管等)采取合理有效的收運(yùn)和處理，對(duì)其污染的地下水進(jìn)行修復(fù)，以減少對(duì)周邊環(huán)境和人群健康的影響。

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