寶雞市飲用水源地重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

耿雅妮， 楊寧寧， 董 潔， 梁青芳， 張 軍, 2

(1.寶雞文理學(xué)院 陜西省災(zāi)害監(jiān)測(cè)與機(jī)理模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 寶雞 721013；2.長安大學(xué) 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710064)

1 研究背景

飲用水源安全關(guān)系到廣大人民群眾身體健康和社會(huì)穩(wěn)定。目前，重金屬污染是水源地水環(huán)境面臨的重要問題之一[1]，一些重金屬是人體必需的微量營養(yǎng)元素，但當(dāng)它們的含量超過飲用水中允許的極限時(shí)，可能會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生極其不利的影響[2]。因此，檢測(cè)重金屬在水源地飲用水的含量，并進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，是掌握水源地水質(zhì)安全與否的重要手段，同時(shí)也可為建立完善的飲用水源重金屬污染控制系統(tǒng)和預(yù)警機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

基于風(fēng)險(xiǎn)度為衡量指標(biāo)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，可定量描述環(huán)境污染物經(jīng)人體暴露等途徑以及危害人體健康的風(fēng)險(xiǎn)程度[3]。目前，在水源地飲用水重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究中，美國環(huán)境保護(hù)署(US EPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型被國內(nèi)外眾多學(xué)者所采用[4-6]，但模型中固定的參數(shù)使用于不同的研究區(qū)域，難以真實(shí)反映當(dāng)?shù)仫嬘盟吹氐慕】碉L(fēng)險(xiǎn)程度；同時(shí)隨著城市化的發(fā)展，城市(特別是工業(yè)城市)飲用水源地類型的多樣化，用單一水源地飲用水的健康風(fēng)險(xiǎn)值去衡量整個(gè)城市飲用水源地的健康風(fēng)險(xiǎn)值，存在一定片面性[7-8]。寶雞市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展主要以工業(yè)為支撐，市區(qū)飲用水源地主要以清姜河、馮家山水庫及部分井水為主，在城市工業(yè)化進(jìn)程中，頻繁的工業(yè)活動(dòng)有可能對(duì)城市水源地飲用水的水質(zhì)安全造成影響，因此，對(duì)寶雞市水源地飲用水重金屬含量監(jiān)測(cè)及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)飲水安全與水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)管理的開展尤為重要。

本文以寶雞市水源地飲用水為研究對(duì)象，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)對(duì)寶雞市水源地飲用水中8種主要重金屬含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；并基于寶雞市人均壽命及陜西省成人和兒童的平均體重，運(yùn)用US EPA所推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，分別對(duì)不同水源地飲用水中的重金屬含量進(jìn)行人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為寶雞市飲用水源地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)。

2 區(qū)域與方法

2.1 研究區(qū)概況

寶雞市坐落于渭河谷地之上，是陜西省西部重要的工業(yè)城市。市區(qū)面積約106 km2，人口近150萬。屬于暖溫帶半濕潤氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充足，市區(qū)飲用水水源地主要以清姜河、馮家山水庫及部分地下井水為主。

2.2 樣品采集與處理

2017年4月期間于清姜河、馮家山水庫及部分地下井水共采集樣品24個(gè)(圖1)，樣品使用聚乙烯瓶采集，樣品采集后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，過0.45 μm濾膜后，加入硝酸溶液使pH小于2，以防止樣水中離子沉淀，然后放入冰箱冷藏保存。

圖1 實(shí)驗(yàn)水樣品采樣點(diǎn)分布

2.3 樣品測(cè)定

重金屬水樣采用ICP-MS(NexION 350X，PE，USA)進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為優(yōu)質(zhì)純，標(biāo)準(zhǔn)溶液在實(shí)驗(yàn)過程中逐級(jí)配制，實(shí)驗(yàn)容器均采用同等濃度硝酸溶液浸泡，使用優(yōu)純水沖洗、晾干，并且在測(cè)試樣中加標(biāo)樣進(jìn)行校核。

2.4 評(píng)價(jià)模型

采用US EPA的評(píng)價(jià)模型[9-10]，評(píng)價(jià)水源地飲用水中重金屬對(duì)人體造成的健康風(fēng)險(xiǎn)，模型如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

RT=Rc+Rn

(6)

式中:RT為總個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)值。

2.5 評(píng)價(jià)模型中參數(shù)因子取值的確定

國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)將Cr、As、Ni和Cd劃分為致癌物質(zhì)，將Pb、Cu、Mn和Zn劃分為非致癌物質(zhì)，模型中各重金屬經(jīng)飲水途徑的劑量取值如表1所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 重金屬濃度

寶雞市水源地飲用水重金屬濃度如表2所示，除井水中未檢測(cè)出Cd元素外，其余各元素均在各水源地中檢出。

將檢測(cè)結(jié)果與文獻(xiàn)[13-14]對(duì)比，在各類型水源地水體中，各水源地飲用水中Pb濃度的均值接近國家標(biāo)準(zhǔn)的限值，且Pb濃度的最大值均超標(biāo)，其余各元素濃度的最大值與均值均低于國家標(biāo)準(zhǔn)的限值。因此，說明寶雞市水源地飲用水中，重金屬Pb受到人為活動(dòng)影響較嚴(yán)重。

表1 模型中各重金屬經(jīng)飲水途徑的劑量取值 mg/(kg·d)

表2 寶雞市主要水源地飲用水重金屬含量 μg/L

3.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

依據(jù)公式(1)～(5)，得到寶雞市主要飲用水水源地非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)和致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表3和4。由表3得，寶雞市水源地飲用水中，兒童和成人總非致癌風(fēng)險(xiǎn)分別在1.09×10-7～3.25×10-7和1.05×10-7～3.12×10-7a-1之間，均低于1.0×10-6a-1，處于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，兒童總非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值大于成人總非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值。非致癌重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)閆n>Pb>Cu>Mn。

由表4可知，寶雞市各水源地飲用水中，清姜河與馮家山水庫飲用水中致癌物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)值排序?yàn)椋篊r>As>Cd>Ni，井水中致癌物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)值排序?yàn)椋篊r>As>Ni>Cd，人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)均超過了國際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平(5.0×10-5a-1)。兒童和成人總致癌風(fēng)險(xiǎn)分別在4.95×10-4～6.84×10-4a-1和4.75×10-4～6.57×10-4a-1之間，各水源地年均總致癌風(fēng)險(xiǎn)值排序均呈現(xiàn)出兒童略大于成人的特征。其中，Cr的健康風(fēng)險(xiǎn)值與總致癌風(fēng)險(xiǎn)值處于同一數(shù)量級(jí)，說明Cr是主要風(fēng)險(xiǎn)因子。

表3 寶雞市主要飲用水水源地非致癌重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值 a-1

表4 寶雞市主要飲用水水源地致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值 a-1

3.3 健康風(fēng)險(xiǎn)比較

由公式(6)得，健康風(fēng)險(xiǎn)為致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)之和。寶雞市各飲用水源地水中，各致癌重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)集中在7.17×10-11～6.71×10-4a-1之間，各非致癌重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)集中在4.19×10-12～3.05×10-7a-1之間，因此，研究區(qū)健康風(fēng)險(xiǎn)主要來自致癌風(fēng)險(xiǎn)。從圖2可知，研究區(qū)健康風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)椋壕?清姜河>馮家山水庫，在不同年齡段中的年均健康風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)椋簝和?成人，說明兒童較成人相比，是更脆弱群體，即對(duì)兒童飲用水安全的防控和管理需要格外加強(qiáng)。

圖2 各飲用水水源地水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)

4 討 論

寶雞市水源地水中非致癌總風(fēng)險(xiǎn)值：井水(1.18×10-6)>清姜河(5.92×10-7)>馮家山水庫(3.97×10-7)，總非致癌風(fēng)險(xiǎn)值低于馬海濤等[4]、韓芹芹等[5]、黃睿智等[6]對(duì)我國其他城市水源地飲用水的研究結(jié)果，也低于ICRP和US EPA的推薦值(5.0×10-5a-1和1.0×10-4a-1)。將本研究重金屬的實(shí)測(cè)濃度值與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)[13]進(jìn)行對(duì)比，寶雞市各水源地水中Pb濃度的最大值均超過國家標(biāo)準(zhǔn)，究其原因，主要是受到工農(nóng)業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致Pb超標(biāo)，馮家山水庫主要水源補(bǔ)給以流經(jīng)農(nóng)田區(qū)的渭河支流為主，上游入口處為千湖濕地公園，水庫兩側(cè)有寶漢高速、104省道及隴千鐵路延伸段；清姜河沿岸有212省道等重要交通干線，長年有大量的交通運(yùn)輸。研究表明[16-18]，交通排放對(duì)地表灰塵中Pb含量有直接影響，含有Pb的灰塵通過干濕沉降的方式進(jìn)入路旁水體，從而使水源地水體中Pb濃度均值接近國家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，馮家山水庫和清姜河周邊分布有旅游接待、娛樂等設(shè)施，旅游活動(dòng)產(chǎn)生的各類垃圾對(duì)水體中重金屬污染也不容忽視。建議依法取締飲用水水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的違法旅游等項(xiàng)目，消除該區(qū)域生產(chǎn)生活污水對(duì)飲用水源的污染，確保水源安全，避免其通過飲水途徑對(duì)人體(尤其是兒童)健康的傷害。

此外，由于本次研究中采集寶雞市飲用水源地水樣，但因居民在飲用過程中會(huì)對(duì)其進(jìn)行二次凈化處理，致使重金屬在末梢飲用水中實(shí)際濃度值與本次檢測(cè)值會(huì)有所出入，也未對(duì)供水季節(jié)變化、暴露參數(shù)、人群飲水習(xí)慣差異等不確定性因素進(jìn)行分析。針對(duì)上述不足，還有待深入探討。

5 結(jié) 論

(1)寶雞市水源地飲用水中各重金屬濃度均值均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值，水質(zhì)達(dá)標(biāo)，各水源地Pb濃度最大值均超過了國家標(biāo)準(zhǔn)限值，平均值接近國家標(biāo)準(zhǔn)限值，應(yīng)引起注意。

(2)寶雞市水源地飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)以致癌風(fēng)險(xiǎn)為主，Cr是首要風(fēng)險(xiǎn)因子。寶雞市各主要水源地飲用水對(duì)兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)略大于成人健康風(fēng)險(xiǎn)。

(3)寶雞市水源地飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)排序依次為：井水>清姜河河水>馮家山水庫水。