貴陽(yáng)某農(nóng)村飲用水源地水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

陳生科，萬(wàn) 玉，楊明姣，甘秀海①

(1.貴州師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018；2.貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)環(huán)境保護(hù)局，貴州 貴陽(yáng) 550018)

貴陽(yáng)某農(nóng)村飲用水源地水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

陳生科1，萬(wàn) 玉2，楊明姣1，甘秀海1①

(1.貴州師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018；2.貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)環(huán)境保護(hù)局，貴州 貴陽(yáng) 550018)

在對(duì)貴陽(yáng)市某農(nóng)村飲用水源地水體中鎘、砷和六價(jià)鉻等13種有毒有害物質(zhì)濃度調(diào)查的基礎(chǔ)上，應(yīng)用美國(guó)環(huán)保局(USEPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)飲用水源地水體中有毒有害物質(zhì)的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該區(qū)農(nóng)村飲用水源地水體通過(guò)飲水途徑的化學(xué)致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級(jí)為10-7～10-4，其中六價(jià)鉻的致癌風(fēng)險(xiǎn)最大，為7.2×10-5～3.7×10-4a-1，均高于國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP) 推薦的飲水途徑最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平5.0×10-5a-1和USEPA推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平1.0×10-6a-1。另外，通過(guò)飲水途徑的非致癌污染物健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量級(jí)為10-11～10-8，遠(yuǎn)低于ICRP及USEPA推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。化學(xué)致癌物的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)高于非化學(xué)致癌物，前者約是后者的1 000倍，占個(gè)人年總健康風(fēng)險(xiǎn)值的99.9%。因此，該農(nóng)村飲用水源地水體中六價(jià)鉻污染應(yīng)引起相關(guān)部門(mén)的重視，進(jìn)行優(yōu)先治理。

農(nóng)村飲用水源；水質(zhì)調(diào)查；健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;貴陽(yáng)

環(huán)境污染已成為影響人類(lèi)死亡的4個(gè)主要因素之一,據(jù)統(tǒng)計(jì)人類(lèi)大約90%的癌癥由化學(xué)致癌物引起[1],而部分化學(xué)致癌物來(lái)源于生活飲用水,水質(zhì)與人體健康密切相關(guān)[2]。在廣大的中國(guó)農(nóng)村,飲用水主要來(lái)源于天然未經(jīng)任何處理的地表水和地下水,且多為分散式取水,這帶來(lái)了眾多安全問(wèn)題。改善供水條件和保證農(nóng)村飲用水安全已經(jīng)成為迫切需要解決的民生問(wèn)題,也是保障農(nóng)村居民健康的重要手段[3]。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是針對(duì)環(huán)境中污染物開(kāi)展的基于人體健康的一種綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),目前已廣泛應(yīng)用于水環(huán)境的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)[4-5]。

研究區(qū)域位于貴陽(yáng)市北部,境內(nèi)水系為南明河下游,其農(nóng)村人口占全區(qū)總?cè)丝诘?2.9%。近年來(lái)人口不斷增加、工業(yè)迅速發(fā)展、生活垃圾無(wú)序管理及生活污水亂排亂放等因素,加速了該區(qū)農(nóng)村飲用水源水體的污染[6],這直接影響了飲用水的水質(zhì)。目前,鮮見(jiàn)對(duì)該地區(qū)農(nóng)村飲用水源地水質(zhì)分析與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)報(bào)道。為此,加強(qiáng)該地區(qū)農(nóng)村飲用水中污染物含量的監(jiān)測(cè)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要的實(shí)際意義。在對(duì)該地區(qū)飲用水源地水質(zhì)分析的基礎(chǔ)上,利用美國(guó)環(huán)保局(USEPA)推薦的模型[7]以及國(guó)際癌癥研究中心(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各污染物指標(biāo)和總體水質(zhì)進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),以期為該區(qū)農(nóng)村飲水環(huán)境衛(wèi)生管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)貴陽(yáng)市《建制鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水源保護(hù)區(qū)劃分監(jiān)測(cè)方案》要求,在該區(qū)設(shè)置了10個(gè)飲用水源地監(jiān)測(cè)點(diǎn),詳見(jiàn)圖1。其中，1、2、3、5和9號(hào)水源地為裂隙水;4和10號(hào)為孔隙水;6號(hào)為河流水;7號(hào)為湖庫(kù)水;8號(hào)為巖溶水。

圖1 采樣點(diǎn)位分布示意

1.2 樣品采集與分析

采樣方法參照文獻(xiàn)[8]執(zhí)行,于每月15日采樣。各檢測(cè)指標(biāo)分別按GB 5750.1—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法總則》執(zhí)行。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括鎘、六價(jià)鉻、砷、鉛、銅、汞、鋅、鐵、錳、氨氮、氟化物、揮發(fā)酚和氰化物。

1.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)采用USEPA推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型評(píng)估。IARC和WHO通過(guò)全面評(píng)價(jià)化學(xué)有毒物質(zhì),將其分為化學(xué)致癌物和非致癌化學(xué)有毒物質(zhì),由于兩者進(jìn)入人體后引起的健康風(fēng)險(xiǎn)存在差異,因此采用不同的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)估[9]。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的實(shí)質(zhì)是采用統(tǒng)一的危害指標(biāo)定量描述各種污染物對(duì)人體的危害。

1.3.1 化學(xué)致癌物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

化學(xué)致癌物通過(guò)飲用途徑所致的平均個(gè)人健康危害風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型[9-12]為

Rc=∑Rc，i,

(1)

Rc，i=[1-exp(-DiQi)]/u,

(2)

Di=MCi/W。

(3)

式(1)～(3)中,Rc，i為化學(xué)致癌物i經(jīng)飲用途徑所致平均健康危害的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn),a-1;Rc為各化學(xué)致癌物質(zhì)健康危害的總風(fēng)險(xiǎn)，a-1；Di為化學(xué)致癌物i經(jīng)飲用途徑所致的單位體重日均暴露劑量,mg·kg-1·d-1;Qi為化學(xué)致癌物i經(jīng)飲用途徑的致癌強(qiáng)度系數(shù),kg·d·mg-1;u為居民平均壽命,取值76 a[13];M為成人平均每日飲水量,取值2 L·d-1[12];Ci為化學(xué)致癌物i的質(zhì)量濃度,mg·L-1;W為人均體重,取值60 kg[12]。

1.3.2 非致癌物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

非致癌污染物通過(guò)飲用途徑所致平均個(gè)人健康危害風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型[10-12]為

Rn=∑Rn，i,

(4)

Rn，i=Di/DRf，i×10-6/u。

(5)

式(4)～(5)中,Rn為各非致癌物健康危害的總風(fēng)險(xiǎn)，a-1;Rn，i為非致癌物i經(jīng)飲用途徑所致平均健康危害的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn),a-1;DRf，i為非致癌物i經(jīng)飲用途徑的參考劑量,mg·kg-1·d-1。

假設(shè)各有毒物質(zhì)對(duì)人體健康危害的總毒性為各物質(zhì)毒性的總和,各有毒物質(zhì)不存在協(xié)同或拮抗關(guān)系,則水環(huán)境總健康危害風(fēng)險(xiǎn)R[14]為

R=Rc+Rn。

(6)

1.3.3 評(píng)估參數(shù)選擇

根據(jù)IARC和WHO編制的分類(lèi)系統(tǒng),化學(xué)致癌物主要包括鎘、砷和六價(jià)鉻?；瘜W(xué)致癌物的強(qiáng)度系數(shù)以及非致癌物的參考劑量可參照USEPA的數(shù)據(jù)[15]。非致癌物汞、鉛、銅、鋅、鐵、錳、氨氮、氟化物、揮發(fā)酚和氰化物的DRf，i分別為0.000 3、0.001 4、0.005、0.3、0.3、0.14、0.97、0.06、0.3和0.037，化學(xué)致癌物鎘、砷和六價(jià)鉻的Qi分別為6.1、15和41。

1.3.4 統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、整理和模型計(jì)算,采用SPSS 16.0軟件對(duì)2013—2015年農(nóng)村飲用水監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 評(píng)估因子監(jiān)測(cè)結(jié)果

2013—2015年烏當(dāng)區(qū)農(nóng)村飲用水源水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的年平均值見(jiàn)表1。

由表1可知,該區(qū)農(nóng)村飲用水源總體水質(zhì)良好,參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,除部分樣點(diǎn)氨氮和銅濃度為Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)外,其余指標(biāo)監(jiān)測(cè)均值都能滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

依據(jù)表1中數(shù)據(jù)和USEPA推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,計(jì)算非致癌物風(fēng)險(xiǎn)、化學(xué)致癌物風(fēng)險(xiǎn)及總風(fēng)險(xiǎn),結(jié)果見(jiàn)表2～3。由表2～3可知,10個(gè)飲用水源地水體中3種化學(xué)致癌物個(gè)人年總健康風(fēng)險(xiǎn)值為9.2×10-5～4.0×10-4a-1,3種化學(xué)致癌物的年風(fēng)險(xiǎn)值以六價(jià)鉻最大,砷次之,鎘最小。鎘的健康風(fēng)險(xiǎn)值均為2.7×10-7a-1,低于國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)建議的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平5.0×10-5a-1和USEPA的建議限值1.0×10-6a-1[5];砷健康風(fēng)險(xiǎn)值為1.4×10-5～2.8×10-5a-1,低于ICRP的建議限值,但高于USEPA的建議限值,六價(jià)鉻的個(gè)人年平均健康風(fēng)險(xiǎn)值為7.2×10-5～3.7×10-4a-1,均超過(guò)ICRP和USEPA的建議限值。各年份比較而言,除2、3號(hào)樣點(diǎn)六價(jià)鉻的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)值外,其余水源地2013年各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)值均較2014和2015年高。六價(jià)鉻是人體必需的微量元素,但攝入過(guò)量又會(huì)引起腎臟和肝臟受損;砷是當(dāng)前環(huán)境中最普遍也最具危害性的致癌物之一,與皮膚癌存在緊密的因果關(guān)系。根據(jù)USEPA 綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)(IRIS)的分類(lèi)信息,六價(jià)鉻與砷屬于A(yíng)類(lèi)致癌污染物。因此,六價(jià)鉻和砷應(yīng)為相關(guān)部門(mén)及居民重點(diǎn)關(guān)注的化學(xué)致癌物質(zhì),也是目前該地區(qū)必須重點(diǎn)控制的污染指標(biāo)。

表2 2013—2015年烏當(dāng)區(qū)農(nóng)村飲用水源非致癌污染物風(fēng)險(xiǎn)

Table 2 Health risks of non-carcinogenic pollutants in the drinking water in the countryside of Wudang District in 2013-2015 10-11 a-1

10個(gè)飲用水源地水體中各非致癌污染物經(jīng)飲水途徑所致個(gè)人年平均健康風(fēng)險(xiǎn)由大到小依次為銅、鉛、氨氮、鋅、鐵、氰化物、錳、汞、氟化物和揮發(fā)酚,但其風(fēng)險(xiǎn)值及總風(fēng)險(xiǎn)值均遠(yuǎn)低于ICRP和USEPA的建議限值,表明水中該類(lèi)污染物濃度對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生非致癌慢性毒害效應(yīng),處于比較安全的范圍。

以上水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表明,不同水源地水體的化學(xué)致癌物和非致癌物個(gè)人年總健康風(fēng)險(xiǎn)值為9.2×10-5～1.4×10-4a-1之間,其中化學(xué)致癌物的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于非致癌物,前者約是后者的1 000倍,即化學(xué)致癌物的風(fēng)險(xiǎn)值占個(gè)人年總健康風(fēng)險(xiǎn)值的99.9%。按GB 3838—2002標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量,研究區(qū)飲用水源水質(zhì)良好,主要污染物為氨氮和銅;但根據(jù)USEPA推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型計(jì)算,研究區(qū)農(nóng)村飲用水源水質(zhì)存在一定的健康風(fēng)險(xiǎn),主要風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)為六價(jià)鉻和砷。

3 飲用水源地的污染途徑分析

由健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),該區(qū)農(nóng)村飲用水源中六價(jià)鉻的健康風(fēng)險(xiǎn)最大,六價(jià)鉻具有較好的水溶性,可以經(jīng)呼吸道、消化道及表皮接觸等途徑進(jìn)入人體,可導(dǎo)致胃癌和肺癌等多種癌癥,對(duì)人體的潛在危害性較大。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),研究區(qū)農(nóng)村飲用水源以地下水為主,其中80%為分散式水源,供水方式主要是直接從山泉和淺層地下水取水,這導(dǎo)致巖層中的六價(jià)鉻直接進(jìn)入水體。另外飲用水源地毗鄰居民區(qū)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),導(dǎo)致大量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活污水、垃圾、糞便及畜禽養(yǎng)殖中的六價(jià)鉻源污染物進(jìn)入飲用水體。同時(shí),隨著該區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn),人口數(shù)量劇增,工業(yè)企業(yè)數(shù)量明顯增加,尤其是一些高污染企業(yè)投產(chǎn),如煉鋁廠(chǎng)、機(jī)械廠(chǎng)、鉻加工廠(chǎng)和磚廠(chǎng)等,導(dǎo)致大量化石燃料燃燒和廢物焚燒進(jìn)入空氣,最終進(jìn)入水體。此外,貴陽(yáng)市最大的垃圾填埋場(chǎng)坐落于該地區(qū),導(dǎo)致大量含六價(jià)鉻的污染物被掩埋,這也會(huì)導(dǎo)致農(nóng)村飲用水環(huán)境的六價(jià)鉻污染。與此同時(shí),農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施落后,缺乏雨水與污水處理設(shè)施,大量污水直接排入溝渠或沉積于地面,最后進(jìn)入河流、池塘、水庫(kù)或滲入地下水。以上眾多外界因素綜合影響，加上廣大農(nóng)村居民對(duì)飲水安全和水資源環(huán)境的保護(hù)意識(shí)淡薄,導(dǎo)致研究區(qū)飲用水源中六價(jià)鉻存在較大的健康危害風(fēng)險(xiǎn)。

表3 2013—2015年烏當(dāng)區(qū)農(nóng)村飲用水源化學(xué)致癌物風(fēng)險(xiǎn)

Table 3 Health risks of chemical carcinogenic substances in the drinking water in the countryside of Wudang District in 2013-2015 10-5 a-1

Rc為化學(xué)致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)；Rn為非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)；R為有毒物質(zhì)總健康風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論與建議

在所有健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)中,化學(xué)致癌物的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)高于非化學(xué)致癌物,3種化學(xué)致癌物的風(fēng)險(xiǎn)值由高到低依次為六價(jià)鉻、砷和鎘,六價(jià)鉻為研究區(qū)需首要控制的污染物。非化學(xué)致癌物的風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)低于建議限值,不是主要風(fēng)險(xiǎn)物?？傦L(fēng)險(xiǎn)值整體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì),但人口密集的居住區(qū)和工農(nóng)業(yè)集中區(qū)仍處于高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境,存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。

為了改善該區(qū)農(nóng)村飲用水源地環(huán)境,提高水質(zhì),建議采取下述措施以防止飲用水源地水質(zhì)進(jìn)一步惡化:加大投入,完善基礎(chǔ)設(shè)施,將分散式用水改為集中式飲水,降低水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);注重生態(tài)環(huán)境建設(shè),依法取締高污染企業(yè),合理使用化肥和農(nóng)藥,大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè),集中處理生活垃圾,減少污染源;加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù),設(shè)立飲用水源保護(hù)區(qū),合理布局和建設(shè)居住區(qū);加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)宣傳教育,提高農(nóng)村居民飲水安全意識(shí)。

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[10]鄭德鳳,史延光,崔帥.飲用水源地水污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].水電能源科學(xué),2008,26(6):48-50,57.[ZHENG De-feng,SHI Yan-guang,CUI Shuai.Health Risk Assessment of Contaminants in Source of Drinking Water[J].Water Resources and Power,2008,26(6):48-50,57.]

[11]趙曉風(fēng),李振山,張漢松.河北省農(nóng)村飲用水源水質(zhì)健康危害的風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(26):14614-14617.[ZHAO Xiao-feng,LI Zhen-shan,ZHANG Han-song.Water Quality Health-Hazard Risk Assessment on Drinking Water Supply Sources in Hebei Province[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2010,38(26):14614-14617.]

[12]范清華,黎剛,王備新,等.太湖飲用水源地水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2012,28(1):6-9.[FAN Qing-hua,LI Gang,WANG Bei-xin,etal.Environmental Health Risk Assessment of Drinking Water Source of Taihu Lake[J].Environmental Monitoring in China,2012,28(1):6-9.]

[13]國(guó)務(wù)院新聞辦公室.《國(guó)家人權(quán)行動(dòng)計(jì)劃(2012—2015年)》實(shí)施評(píng)估報(bào)告[EB/OL].[2016-07-01].http:∥news.xinhuanet.com/politics/2016-06/14/c-1119038762.htm.[State Council Information Office of China.National Human Right Plans of Action (2012-2015)Evaluation Report of Implement[EB/OL].[2016-07-01].http:∥news.xinhuanet.com/politics/2016-06/14/c-1119038762.htm.]

[14]EPA-540/1-86/060,Superfund Public Health Evaluation Manual[S].

[15]胡二邦.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)和方法[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1999：167-169.[HU Er-bang.Practical Technology and Method of Environmental Risk Assessment[M].Beijing:China Environmental Science Press,1999：167-169.]

(責(zé)任編輯： 許 素)

Environmental Health Risk Assessment of Drinking Water Resource of a Village in Guiyang.

CHENSheng-ke1,WANYu2,YANGMing-jiao1,GANXiu-hai1

(1.School of Chemistry and Life Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550018, China;2.Environmental Protection Bureau of Wudang District, Guiyang 550018, China)

Based on the water quality monitoring data of of a village in Guiyang, covering 13 hazardous pollutants, including Cr6+, As and Cd, tentative environmental health risk assessment was carried out of the water body at the water head site of the region, using the USEPA health risk assessment model. Results show that the health risk of the villagers exposed to the carcinogenic substance in the water body through drinking water was rated in the range from 10-7to 10-4. Cr6+was the major contributor to the risk, varying in the range of 7.2×10-5～3.7×10-4a-1, all significantly higher than the maximum acceptable levels specified by ICRP and USEPA as 5.0×10-5a-1and 1.0×10-6a-1, respectively. The non-carcinogenic risks of the water body through drinking water ranged from 10-11to 10-8, much lower than the maximum levels specified by ICRP and USEPA. The risk caused by the carcinogens in the drinking water was about 1 000 times as high as that of the non-carcinogens, contributing 99.9 % of the total risk. So that, the issue of Cr6+in the drinking water should arouse the attention of relevant departments, and deserves the first priority for management.

rural drinking water resource; water quality investigation; health risk assessment; Guiyang

2016-09-12

貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)科技局項(xiàng)目[2012]烏當(dāng)科技合同字第49號(hào);貴州省千層次創(chuàng)新型人才項(xiàng)目(黔人領(lǐng)發(fā)[2015]3號(hào));貴州師范學(xué)院2011年校級(jí)學(xué)生課題(201119)

X820

A

1673-4831(2017)05-0403-06

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.05.003

陳生科(1982—),男,貴州遵義人,助理實(shí)驗(yàn)師,主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理研究。E-mail: zhihai6668@126.com

① 通信作者E-mail: gxh200719@163.com