家庭沖廁用水毒理學(xué)的選擇性計(jì)算

匡華成

(遼寧省鞍山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 鞍山 114003)

居民用水按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50331-2002統(tǒng)計(jì)，沖廁占29.1%、淋浴占28.8%、洗衣占6.8%、廚用占21.5%、飲用占2.2%、澆花占5.8%、衛(wèi)生占5.8%。按照上述比例計(jì)算家庭生活中各部分用水量，如果每人的額定用水量為110 L/d，每日的沖廁用水量為30 L/(d·人)，以三人之家計(jì)算，每年的沖廁用水消耗量為3.6噸。

如果沖廁用水以其它類(lèi)型的用水替代則自來(lái)水節(jié)約量十分可觀(guān)，節(jié)約用水的前提是替代用水的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足人體健康要求。

1 沖廁用水的擴(kuò)散及擴(kuò)散參數(shù)

1.1 沖廁用水

沖水用具在使用中會(huì)引起氣溶膠霧化而使水霧在環(huán)境中擴(kuò)散，用水中的化學(xué)成分和致病微生物會(huì)與人體發(fā)生接觸，接觸的途徑是呼吸道、食道、皮膚。依據(jù)GB25502-2017坐便器水校限值及水校等級(jí)規(guī)定，家庭沖廁用具三級(jí)水校等級(jí)規(guī)定值為≤5 L、≤6 L、≤8 L，平均用水量分別是≤4 L、≤5 L、≤6.4 L。

從管理毒理學(xué)的角度出發(fā)，分別計(jì)算不同用水在三級(jí)水校3 L/S、6 L/S和8 L/S時(shí)，沖廁用水的重金屬對(duì)人體的危害，以此來(lái)為節(jié)約用水和選擇沖廁用具提供參考意見(jiàn)。

1.2 沖廁用水?dāng)U散指標(biāo)設(shè)定

沖廁用水在使用中會(huì)以部分轉(zhuǎn)變成氣溶膠的形式存在于空氣中。盡管在氣溶膠的擴(kuò)散中會(huì)存在去氣溶膠的衰減和有效距離的限制，但是限于室內(nèi)空間的有限使得自然凈化的能力不會(huì)發(fā)生很大的作用。

沖廁用水的霧化和氣溶膠的擴(kuò)散涉及到擴(kuò)散系數(shù)、霧化效率等呼吸指標(biāo)。本論文上述指標(biāo)參考論文[1]中的有關(guān)結(jié)論。

排放源強(qiáng)度計(jì)算依據(jù)下式：

Q=cwaterqA

其中Q是排放源強(qiáng)度，cwater是沖廁用水中的污染成分的含量(mg/L)，q是噴撒強(qiáng)度(m3/s)，A是霧化效率因子。

A的取值一般在0.003～0.01之間，不同溫度時(shí)的霧化效率因子不同，30℃時(shí)0.007，27℃～29℃時(shí)0.006，25℃～26℃時(shí)0.005，21℃～24℃時(shí)0.004，18℃～20℃時(shí)0.003。噴撒強(qiáng)度一般可以根據(jù)我國(guó)的坐便水校等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為3 L/S、6 L/S、8 L/S三個(gè)級(jí)別計(jì)算。

環(huán)境空氣中的污染物質(zhì)在氣溶膠中的濃度依下式計(jì)算：

Cair=QD

其中Cair是環(huán)境空氣中的污染物質(zhì)在氣溶膠中的濃度，mg/L；Q是排放源強(qiáng)度，mg/L；D是擴(kuò)散系數(shù)，s/m3。

由于在霧化的氣溶膠擴(kuò)散過(guò)程中擴(kuò)散系數(shù)不斷變化，1.5～2m距離處時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)取0.7。這時(shí)環(huán)境空氣中的污染物濃度以用水的污染物溶度和空氣中的水霧濃度表示，見(jiàn)下式：

Cair=cwaterF

F=qAD

各參數(shù)的意義同上。

2 沖廁用水中的化學(xué)物對(duì)人體健康影響評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)參數(shù)選擇

不同類(lèi)型的用水其污染特征不同。本文以其它來(lái)源的沖廁用水來(lái)代替自來(lái)水，其它來(lái)源的沖廁用水可能包括家庭廚余廢水、洗浴用水和再生水等，水中的污染物包括重金屬污染、有機(jī)物污染和致病微生物污染。而由于采用不同水校的沖便器使得同一用水在不同的裝置上使用時(shí)對(duì)人體健康的危害不同?；赜盟u(píng)價(jià)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 家庭沖廁用水評(píng)價(jià)參數(shù)

重金屬按照經(jīng)口毒性數(shù)據(jù)計(jì)算，致癌強(qiáng)度數(shù)據(jù)q如下：砷1.5 (mg/kg·d)-1，鎘0.38 (mg/kg·d)-1，鉻41 (mg/kg·d)-1，鉛0.0085 (mg/kg·d)-1。呼吸途徑時(shí)鎘、六價(jià)鉻、鉛、鎳、砷致癌強(qiáng)度系數(shù)分別是15、510、0.042、0.91、1.5 (mg/kg·d)-1。

環(huán)境空氣中氣溶膠粒徑在2～5 μm時(shí)會(huì)以經(jīng)口的模式造成危害。以下分別計(jì)算呼吸和經(jīng)口模式時(shí)砷對(duì)人體致癌概率。呼吸時(shí)的呼吸途徑終生日均暴露劑量估算公式[2]：

LADD1：呼吸途徑的終生日均暴露劑量 mg/kg·d；CAIR:該用途再生水在空氣中有害物濃度 mg/m3；IR：呼吸速率m3/h；ET:日均暴露時(shí)間h/d；F:單位空氣中所含再生水形成水霧量L/m3；AF:呼吸系數(shù)0.63；ED：終生暴露天數(shù)d；BW：平均體重70 kg；LT：預(yù)期壽命，70*365d。

年均致癌危險(xiǎn)度p=LADD1*csf

csf：致癌強(qiáng)度系數(shù)，(mg/kg·d)-1

經(jīng)口模式時(shí)的年均致癌危險(xiǎn)度計(jì)算依照以下公式[3]：

pi=(1-e(-di×q))/70

Pi：化學(xué)致癌物經(jīng)口途徑產(chǎn)生的個(gè)人終生致癌風(fēng)險(xiǎn)。

di：第i類(lèi)化學(xué)品經(jīng)口途徑單位體重的日均暴露劑量mg/kg·d,其中d=n×v×c×10-3/365*70，年暴露次數(shù)*每次暴露環(huán)境介質(zhì)體積*污染物濃度/365*70；

qi：第i類(lèi)化學(xué)品經(jīng)口或吸入途徑致癌強(qiáng)度系數(shù)(mg/kg·d)-1。

2.2 三類(lèi)不同水校的沖便器使用時(shí)的致癌危險(xiǎn)度計(jì)算

家庭沖廁用水水源在選擇上有多種類(lèi)型可供選擇，包括餐余廢水、洗漱用水、再生水、自來(lái)水。不同用水的污染特征不同。參考GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于對(duì)重金屬的濃度規(guī)定，主要指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 地表水中重金屬的限值

上述標(biāo)準(zhǔn)是各類(lèi)水體中的重金屬的含量限值，以此為重金屬的濃度可以計(jì)算出含不同重金屬濃度級(jí)別的用水在使用中存在的致癌危險(xiǎn)性。

下節(jié)的計(jì)算中分別考慮以下幾種情況：無(wú)重金屬檢出水，以及不同程度重金屬污染的再用水。無(wú)重金屬檢出用水，如自來(lái)水、深度處理后的再生水，無(wú)重金屬離子檢出意味著其中的重金屬含量小于分析方法的檢出限，在計(jì)算中以重金屬檢測(cè)方法的檢出限的一半為計(jì)算濃度。其它類(lèi)型再用水假設(shè)其受到不同程度的重金屬污染，而用水的選擇首先是在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下進(jìn)行，在重金屬濃度評(píng)價(jià)時(shí)選擇滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)濃度水平計(jì)算。每種濃度水平下不同水校的沖便器形成的水霧會(huì)對(duì)環(huán)境中的人群健康有不同的影響，以致癌危險(xiǎn)度表達(dá)結(jié)果。

2.2.1 化學(xué)品呼吸途徑致癌危險(xiǎn)度計(jì)算

幾類(lèi)監(jiān)控的重金屬檢出限分別如下：汞的檢出限是0.04 μg/L，砷的檢出限是0.3 μg/L，鎘檢出限0.002 mg/L，六價(jià)鉻檢出限0.004 mg/L，鉛檢出限0.01 mg/L，硒檢出限0.0004 mg/L，鎳檢出限0.05 mg/L。計(jì)算中濃度取值為檢出限的一半。其他類(lèi)型的再用水的重金屬濃度值選擇依據(jù)國(guó)家地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不同級(jí)別濃度限值來(lái)確定，計(jì)算結(jié)果如表3～6。

表3 砷的危險(xiǎn)度計(jì)算結(jié)果

表4 鎘的危險(xiǎn)度計(jì)算結(jié)果

表5 六價(jià)鉻的危險(xiǎn)度計(jì)算結(jié)果

表6 鉛的危險(xiǎn)度計(jì)算結(jié)果

上述幾種典型重金屬砷、鎘、六價(jià)鉻、鉛等的呼吸途徑時(shí)致癌危險(xiǎn)度的計(jì)算結(jié)果，依據(jù)USEPA對(duì)各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的可接受概率的規(guī)定，小型人群可接受風(fēng)險(xiǎn)為10-5～10-4/a，社會(huì)層面可接受風(fēng)險(xiǎn)為10-8～10-7/a，最大可接受風(fēng)險(xiǎn)概率10-4/a。所取各濃度值計(jì)算結(jié)果為：元素砷對(duì)沖廁回用水的含量限值為0.05 mg/L，在此濃度水平下計(jì)算的致癌風(fēng)險(xiǎn)概率小于最大可接受風(fēng)險(xiǎn)概率10-4/a。當(dāng)沖廁用水中砷濃度達(dá)到1 mg/L時(shí)，只有水校為3L/S的沖便器安全，其余兩種的使用風(fēng)險(xiǎn)概率都超過(guò)了10-4/a。鎘的計(jì)算結(jié)果與砷類(lèi)似，只有經(jīng)過(guò)深度處理的用水鉻含量未檢出和符合一類(lèi)、二類(lèi)地表水濃度限值的沖廁用水在使用時(shí)是安全的。六價(jià)鉻計(jì)算結(jié)果表明以0.002 mg/L計(jì)算其危險(xiǎn)度時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)概率也在10-5～10-4/a范圍內(nèi)，其它六價(jià)鉻有檢出的沖廁用水的使用風(fēng)險(xiǎn)概率都不可接受。鉛元素的風(fēng)險(xiǎn)概率在可接受范圍內(nèi)，即使是地表水五類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)0.1 mg/L，沖廁致癌危險(xiǎn)度也在10-7，三種水校的沖便器都能滿(mǎn)足對(duì)危險(xiǎn)度的要求。

危險(xiǎn)度分析表明砷、鎘、六價(jià)鉻在以未檢出用水為沖廁用水時(shí)，8 L/S水校的坐便器要比3 L/s坐便器致癌危險(xiǎn)度要高10倍，但是危險(xiǎn)度都在可接受范圍內(nèi)。其它不同重金屬濃度含量的用水計(jì)算的結(jié)果是8 L/S水校的坐便器要比3 L/S坐便器致癌危險(xiǎn)度要高2～3倍，其中以六價(jià)鉻為計(jì)算因子時(shí)，不同水校坐便器危險(xiǎn)度相差3倍。

2.2.2 指定化學(xué)品沖廁用水經(jīng)口途徑致癌危險(xiǎn)度計(jì)算

一般認(rèn)為氣溶膠微粒粒徑在2～5 μm時(shí)，氣溶膠中的物質(zhì)與人體相接觸是通過(guò)口腔吞咽行為，但是難以統(tǒng)計(jì)三種水校的坐便器經(jīng)口模式的人體暴露劑量。根據(jù)前文計(jì)算呼吸途徑的暴露劑量公式，假設(shè)在完全進(jìn)口吞咽情況下，霧化量完全被人體接受，霧化效率因子取在25℃～26℃時(shí)的0.005，三種水校的坐便器在使用中人體的暴露量分別是15 mL、30 mL、40 mL。實(shí)際上可能達(dá)到的人體暴露劑量一般為0.1～1 ml，放大10倍計(jì)算極限暴露劑量10 ml。

表7中模擬計(jì)算了在經(jīng)口模式下的危險(xiǎn)度，暴露量取0.1 ml、10 ml，是模擬生成的水霧完全經(jīng)口時(shí)所暴露的體積。暴露量為10 ml時(shí)，出現(xiàn)了不同重金屬濃度的用水的終生危險(xiǎn)度超出最大風(fēng)險(xiǎn)概率10-4的情況。當(dāng)受污染的沖廁用水重金屬濃度在0.1 mg/L時(shí)，危險(xiǎn)度計(jì)算結(jié)果都小于10-4。

3 結(jié)論與討論

對(duì)As、Cd、Cr、Pb致癌危險(xiǎn)度計(jì)算，計(jì)算選取3 L/S、6 L/S、8 L/S三種水校的坐便器為計(jì)算對(duì)象，分別計(jì)算了經(jīng)口、呼吸兩種接觸途徑在不同化學(xué)品含量的沖廁用水使用時(shí)的致癌危險(xiǎn)度。呼吸途徑時(shí)，沖廁用水中砷含量為1 mg/L時(shí)，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器時(shí)的致癌危險(xiǎn)度大于10-4；沖廁用水中鎘含量為0.1 mg/L時(shí)，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器時(shí)的致癌危險(xiǎn)度大于10-4；沖廁用水中六價(jià)鉻含量為0.01 mg/L和0.1 mg/L時(shí)，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器時(shí)的致癌危險(xiǎn)度大于10-4。經(jīng)口途徑時(shí)各濃度水平的危險(xiǎn)度計(jì)算都小于10-4。

經(jīng)過(guò)深度處理的再生水重金屬含量顯示為零，以這種水作為沖廁用水時(shí)，三種水校的坐便器的危險(xiǎn)度都小于10-4。

出于節(jié)約用水的考慮，再生水、廚余廢水或其他輕微污染的廢水都可以重新選擇再度使用。文章計(jì)算了廢水中不同含量下的重金屬在不同水校的沖便器使用時(shí)的致癌危險(xiǎn)度，并與國(guó)際上可接受的可接受危險(xiǎn)限值相比較，得出的結(jié)論可以用于沖廁用水的選擇參考。