五大連池礦泉水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王菁華，李 博，李月興，方振興，潘 虹

(黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所，黑龍江五大連池 164100)

水是自然界一切生命的重要基礎(chǔ)。但是，隨著人類活動(dòng)和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，水在自然界的循環(huán)過程中污染問題日益嚴(yán)重，飲用水安全受到嚴(yán)重威脅。礦泉水是地下水在地層深處經(jīng)長(zhǎng)期與圍巖相互作用，溶蝕巖石中的礦物質(zhì)而形成的［1］。相對(duì)于地表水和一般地下水而言，礦泉水具有水質(zhì)穩(wěn)定、不易受污染、富含多種常量和微量元素，已經(jīng)成為健康優(yōu)質(zhì)飲水資源［2］。各國(guó)都對(duì)飲用礦泉水制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及限定值，用以保證飲用礦泉水的安全。在某些地區(qū)的飲用礦泉水中有毒金屬離子的含量在限定值以下，符合飲用標(biāo)準(zhǔn)。但是，當(dāng)人們長(zhǎng)期飲用以后，對(duì)人類健康具有潛在危害。所以，開展飲用礦泉水中重金屬對(duì)人體健康造成的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)顯得尤為迫切和重要［3－5］。

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是將污染物質(zhì)與人體健康定量聯(lián)系起來，能夠?qū)瘜W(xué)污染物給人體健康造成危害的可能性及其程度的大小作出科學(xué)估算的一種評(píng)價(jià)方法。這是由美國(guó)國(guó)家工程學(xué)院和國(guó)家科學(xué)院于1972年首先提出，并于1983年的《紅皮書》中正式提出，包括危害識(shí)別、劑量—效應(yīng)分析、暴露評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)表征四個(gè)主要部分［6，7］。重金屬可以通過食物以及飲水進(jìn)入人體，部分重金屬可以在體內(nèi)富集，嚴(yán)重危害人體健康［8，9］。目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者針對(duì)重金屬污染引起的飲水安全問題開展了大量的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，并取得了豐碩的研究成果，為人類健康飲水提供了堅(jiān)實(shí)的依據(jù)［10－14］。礦泉水作為優(yōu)質(zhì)天然安全的飲用水源越來越受到人們的青睞，但是有關(guān)礦泉水中重金屬離子經(jīng)長(zhǎng)期飲用導(dǎo)致的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的工作較少。

五大連池礦泉水是火山噴發(fā)后形成的、富含多種微量元素的、高品位的珍貴礦泉水資源。在五大連池自然風(fēng)景保護(hù)區(qū)內(nèi)分布有規(guī)模不等、類型多樣的百余眼露頭泉眼［15］。其中，南北飲泉的重碳酸鐵硅質(zhì)復(fù)合礦泉水，是世界三大冷礦泉之首，其品質(zhì)高于法國(guó)維希礦泉和俄羅斯高加索礦泉，享有“神泉”“圣水”的美譽(yù)，在民間已有上千年的應(yīng)用歷史［16］。至今，每年仍有大量游客及患者來此飲用五大連池礦泉水，用以治療胃腸疾病、皮膚病及泌尿系統(tǒng)疾病等［17］。二龍眼處偏硅酸礦泉水，由于儲(chǔ)量豐富、日涌量大、水質(zhì)優(yōu)良無污染被作為當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｉ铒嬎淖詠硭吹?。因此，開展飲用礦泉水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，對(duì)于人們科學(xué)、合理飲用礦泉水具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

根據(jù)重金屬通過飲水途徑進(jìn)入人體后所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)不同，對(duì)基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用不同模型。美國(guó)環(huán)保局推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型如下:

(1)基因毒物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型:

式中:Ri為終生超額患癌風(fēng)險(xiǎn)度;SF為致癌斜率系數(shù);Di為化學(xué)污染物經(jīng)飲食途徑進(jìn)入人體的單位體重日均暴露劑量。

(2)軀體毒物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型(經(jīng)飲水途徑)

式中:Rj為軀體毒物質(zhì)重金屬j經(jīng)飲水途徑的平均健康危害個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)，a－1;1×10－6為軀體毒物質(zhì)i的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平;Di為軀體毒物質(zhì)經(jīng)飲水途徑的單位體重日均暴露劑量，mg/kg·d。Rfd為軀體毒物質(zhì)i經(jīng)飲水途徑參考劑量，mg/kg·d;

式中CW為水中化學(xué)污染物的濃度，mg/L;IR為水的日攝入量，L/d;BW為人均體重，Kg;AT為平均壽命，a。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)，成年人的日均飲水量IR取值為

2.2 L，我國(guó)居民的人均體重BW取值為60 Kg，平均壽命AT取值為70 a。

(3)飲用水總的健康風(fēng)險(xiǎn)R總

假設(shè)各重金屬物質(zhì)對(duì)人體健康危害的毒性作用呈相加關(guān)系，而不是協(xié)同和拮抗關(guān)系，則飲水途徑重金屬總的健康風(fēng)險(xiǎn)R總為

1.2 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

五大連池火山區(qū)位于黑龍江省北部，黑河地區(qū)南部，地處小興安嶺與松嫩平原的過渡地帶。風(fēng)景區(qū)總面積為1 060 km2，其地理坐標(biāo)為東經(jīng) 125°42'—127°37'，北緯48°16'—49°12'。五大連池區(qū)礦泉水，北起五池東南岸邊，南至藥泉山，長(zhǎng)約15 km，呈南北向帶狀分布，為受同一南北向脆性斷裂構(gòu)造系統(tǒng)控制。藥泉山鐵質(zhì)重碳酸鹽碳酸礦泉水區(qū)，分布在藥泉山的東側(cè)，由于地幔熱柱活動(dòng)產(chǎn)生的CO2，沿導(dǎo)氣構(gòu)造上升溶解于水，形成弱的碳酸礦水。這種酸性水，對(duì)圍巖有較強(qiáng)的溶蝕力，在徑流遲緩而又較為封閉的環(huán)境中便形成了含各種化學(xué)組分，有較高礦化度的原生礦泉水。而二龍眼礦泉水是深部礦水與淺層礦水混合作用的結(jié)果。根據(jù)黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所提供的礦泉水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2010年1月—2011年12月，以一年內(nèi)各月監(jiān)測(cè)值的平均值為評(píng)價(jià)值，數(shù)據(jù)見表1。

表1 飲用礦泉水水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 Monitoring data of water quality in drinking mineral water

根據(jù)國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)通過全面評(píng)價(jià)化學(xué)物質(zhì)致癌性可靠程度而編制的分類系統(tǒng)，可知Cd為化學(xué)致癌物，Cd的致癌強(qiáng)度系數(shù)SF值為6.1 mg·(kg·d)－1。Hg、Pb、Mn、Ni、Ba 及 Zn 為軀體毒物質(zhì)，其Rfd取值見表2。由表1數(shù)據(jù)可知，兩處飲用礦泉水水源水質(zhì)除錳以外，均符合《飲用天然礦泉水》(GB 8537－2008)標(biāo)準(zhǔn)要求。北飲泉礦泉水源中，通過飲水途徑對(duì)人體存在健康風(fēng)險(xiǎn)的重金屬物質(zhì)主要來自基因毒物質(zhì)鎘(Cd)和軀體毒物質(zhì)汞(Hg)、鉛(Pb)、錳(Mn)、鎳(Ni)和鋇(Ba)。二龍眼礦泉水源中，通過飲水途徑對(duì)人體存在健康風(fēng)險(xiǎn)的重金屬物質(zhì)主要來自軀體毒物質(zhì)汞(Hg)和鎳(Ni)。分別計(jì)算基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)中重金屬離子通過飲水途徑對(duì)人體造成的健康危害。

表2 軀體毒物質(zhì)通過飲水途徑的參考劑量(Rfd)Tab.2 Reference doses of body toxic substances brought by drinking uater

我國(guó)有關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究起步較晚，鑒于我國(guó)目前的研究結(jié)果，研究參考國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)及部分機(jī)構(gòu)推薦的有毒物質(zhì)個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)最大可接受水平(見表3)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表3 部分機(jī)構(gòu)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平和可忽略的風(fēng)險(xiǎn)水平Tab.3 The maximal acceptant risk level and neglectable risk level of some organizations

2 結(jié)果與分析

根據(jù)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)參數(shù)，可以計(jì)算出2010年和2011年各年通過飲用兩處礦泉水水源，重金屬導(dǎo)致的基因毒物質(zhì)Cd和軀體毒物質(zhì)造成的平均個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)及個(gè)人年總風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算結(jié)果見表4和表5。

表4 化學(xué)致癌物和軀體毒物質(zhì)通過飲水途徑的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)Tab.4 Individuals annually health risk of carcinogens and body toxic substance by drinking uater a－1

由表4數(shù)據(jù)可以看出，北飲泉的化學(xué)致癌物Cd的平均個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)為3.67×10－7，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ICRP推薦的標(biāo)準(zhǔn)年風(fēng)險(xiǎn)度5×10－5。這表明飲用北飲泉礦泉水，重金屬Cd引起的健康風(fēng)險(xiǎn)甚微，不會(huì)對(duì)常年飲用礦泉水的人群構(gòu)成明顯危害。在軀體毒物質(zhì)重金屬中，Mn和Ni所造成的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)較大，分別為 3.22 ×10－8和 3.19 ×10－8。Hg和Pb的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)較低，分別為 2.32×10－10和 2.65×10－10，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ICRP推薦的標(biāo)準(zhǔn)年風(fēng)險(xiǎn)度5×10－5。這說明長(zhǎng)期飲用北飲泉礦泉水，軀體毒物質(zhì)重金屬不會(huì)對(duì)飲水人群構(gòu)成危害。重金屬造成的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)镸n＞Ni＞Ba＞Zn＞Pb＞Hg，其中Mn離子的含量超過礦泉水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值，但是重金屬M(fèi)n的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)值低于5×10－5，這說明長(zhǎng)期飲用該處礦泉水不會(huì)造成人體危害。二龍眼礦泉水水源，重金屬軀體毒物質(zhì)個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)镹i＞Hg＞Zn，數(shù)量級(jí)為10－10，低于 ICRP 推薦的5 ×10－5，這說明長(zhǎng)期飲用二龍眼處礦泉水，重金屬軀體毒物質(zhì)不會(huì)對(duì)人體健康造成危害。

表5 化學(xué)致癌物和軀體毒物質(zhì)通過飲水途徑的個(gè)人年總風(fēng)險(xiǎn)Tab.5 Total－ individuals annually health risk of carcinogens and body toxic substance by drinking uater a－1

由表5數(shù)據(jù)可知，北飲泉和二龍眼兩處飲用礦泉水水源地化學(xué)致癌物和軀體毒物質(zhì)的個(gè)人年總風(fēng)險(xiǎn)均低于ICRP標(biāo)準(zhǔn)，說明長(zhǎng)期飲用兩處礦泉水重金屬不會(huì)對(duì)人體健康造成危害。而且，2011年與2010年相比，風(fēng)險(xiǎn)值有降低的趨勢(shì)，但是還需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。由于五大連池礦泉水區(qū)無重工業(yè)，因此礦泉水中的重金屬主要來源于圍巖的溶解，礦泉水中重金屬離子致癌風(fēng)險(xiǎn)略高于軀體毒物質(zhì)造成的危害，但是長(zhǎng)期飲用不會(huì)對(duì)人體造成危害，所以可以長(zhǎng)期飲用五大連池礦泉水達(dá)到療養(yǎng)的目的。

3 結(jié)論

(1)五大連池北飲泉處礦泉水中重金屬離子中致癌金屬只有Cd離子，其個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)值低于ICRP推薦值。軀體毒物質(zhì)重金屬離子的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)镸n(Ni)＞Ba＞Zn＞Pb＞Hg，2010 年個(gè)人年總風(fēng)險(xiǎn)值為 6.596.59 ×10－8，低于2011年風(fēng)險(xiǎn)值，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ICRP推薦值。由此可以看出，長(zhǎng)期飲用五大連池北飲泉重碳酸礦泉水重金屬離子不會(huì)對(duì)人體造成危害。

(2)五大連池二龍眼處礦泉水水源中致癌重金屬離子未檢出，風(fēng)險(xiǎn)極低。軀體毒物質(zhì)重金屬離子的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)镸n＞Ni＞Ba＞Zn＞Pb＞Hg，2010年和2011年個(gè)人年總風(fēng)險(xiǎn)值分別為 5.86 ×10－10和 5.26 ×10－10，低于 ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，說明長(zhǎng)期飲用該處礦泉水重金屬離子不會(huì)對(duì)人體造成危害。

(3)五大連池礦泉水富含多種微量元素和常量元素，有較高的醫(yī)療價(jià)值，同時(shí)五大連池兩處飲用礦泉水水源中重金屬離子均不會(huì)對(duì)人體造成危害，長(zhǎng)期飲用安全。

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