資江干流市級飲用水源中重金屬健康風險評價

梁 菁，彭小玉，吳文暉，畢軍平，肖 金

(湖南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖南 長沙 410019)

1 引言

重金屬污染是危害最大的水污染問題之一。重金屬通過礦山開采、金屬冶煉、金屬加工及化工生產(chǎn)廢水、化石燃料的燃燒、施用農(nóng)藥化肥和生活垃圾等人為污染源，以及地質(zhì)侵蝕、風化等天然源形式進入水體，加之重金屬具有毒性大、在環(huán)境中不易被代謝、易被生物富集并有生物放大效應等特點，水體中的重金屬污染不僅對水體產(chǎn)生極大的危害,還對人類健康以及生態(tài)平衡有著重大威脅[1，2]。在重金屬的多途徑暴露方式(呼吸、皮膚、飲食等)中，尤以飲水途徑的暴露量最大[3]。本文以邵陽市飲用水水源地水體為研究對象，于2015～2019年對邵陽市3個飲用水水源地中As、Hg、Cd、Pb、六價Cr、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl的濃度和健康風險進行了調(diào)查研究和評價，為飲用水水源地環(huán)境風險管理提供科學依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 區(qū)域概況

邵陽市位于湖南省中部偏西南，資水上游，南屏五嶺之秀，資水橫貫，丘陵起伏。地理坐標為東經(jīng)109°49′～112°05′、北緯25°58′～27°40′。屬亞熱帶季風濕潤氣候，四季分明，雨量充沛，雨熱同季。全市年平均氣溫16.6～17.1 ℃，年平均降雨量1150～1350 mm。邵陽市境內(nèi)水系發(fā)達，溪河密布，流經(jīng)市境內(nèi)的河流，主要屬資江水系[4]。

益陽市位于湖南省中部偏北，跨越資水中下游，承接沅、澧兩水尾閭，環(huán)臨洞庭湖西南，地處東經(jīng)110°43′02″～112°55′48″、北緯27°58′38″～29°31′42″。屬亞熱帶季風濕潤氣候，氣溫總體偏高、冬暖夏涼明顯、7月多雨成災、日照普遍偏少。年平均氣溫在16.1～16.9 ℃之間，各地平均降水1235～1691 mm。益陽市水系發(fā)達，水資源豐富，水路經(jīng)洞庭湖外通長江，全市境內(nèi)水系主要包括資水水系、洞庭湖(市內(nèi))水系[5]。

2.2 樣品采集

在資江干流邵陽市飲用水水源地桂花渡水廠、工業(yè)街水廠和城西水廠取水口上游100 m附近設置監(jiān)測垂線，在資江干流益陽市飲用水水源地龍山港設置左、中、右三條監(jiān)測垂線，分別采集表層(0.5 m)水樣。監(jiān)測時間為2015年1月至2019年12月，每月1～10日采樣監(jiān)測1次。

2.3 水樣中重金屬濃度的測定

采用ICP RQ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)(賽默飛世爾科技有限公司)檢測銅、鎘、鉛和鉈的濃度，方法檢出限分別為1、0.1、1、0.01 μg/L，回收率為82%～114%，RSD為0.8%～1.2%；采用AFS-933型原子熒光儀(北京吉天儀器有限公司)檢測砷、汞和銻的濃度，方法的檢出限分別為0.3、0.04、0.2 μg/L，回收率為84%～110%，RSD為0.3%～2.6%；采用7200DUO型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(賽默飛世爾科技有限公司)檢測鐵和錳的濃度，方法的檢出限分別為30、10 μg/L，回收率為80%～118%，RSD為0.6%～1.2%；采用7200可見分光光度計(上海光譜儀器有限公司)檢測六價鉻的濃度，方法的檢出限為4 μg/L，回收率為80%～107%，RSD為0～2.5%。

2.4 健康風險評價模型

2.4.1 致癌物所致健康危害的風險模型

(1)

(2)

2.4.2 非致癌物所致健康危害的風險模型

按照公式(3)～(5)進行計算：

(3)

(4)

飲水途徑的單位體重日均暴露劑量Dig可按下式進行計算：

Dig=2.2·Ci/BW

(5)

式(5)中，2.2為成人每日平均飲水量，L；Ci為化學致癌物平均濃度，mg/L；BW為人均體重，kg，取70。

在跨中集中力作用下，頂板剪力滯系數(shù)出現(xiàn)峰值，大約為1.4，之后遠離集中力逐漸減小，但是靠近支座附近又呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，而加預應力后，跨中剪力滯系數(shù)峰值約為1.3，說明預應力對跨中剪力滯系數(shù)和靠近支座附近的剪力滯系數(shù)都有“削峰”的作用。

2.4.3 水環(huán)境健康風險評價總體模型

當資江干流飲用水水體中有多種有毒有害物質(zhì)共同作用于人體，假如各有毒物質(zhì)間不存在拮抗和協(xié)同關系，且各重金屬類污染物濃度很低，此種情況下水環(huán)境人體健康危害的總風險等于各單項污染物所誘發(fā)人體健康風險的總和。即：

R總=Rc+Rn

(6)

2.4.4 評價模型中參數(shù)的選擇

本文只涉及重金屬污染物通過飲水途徑對人體健康的危害，其中化學致癌物有鎘(Cd)、砷(As)和六價鉻(Cr6+)；非致癌物有汞(Hg)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銻(Sb)和鉈(Tl)。根據(jù)US EPA的規(guī)定，化學致癌物Cd、As和Cr6+的強度系數(shù)分別為6.1、15和41 mg/(kg·d)；非致癌物Hg、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的參考劑量分別為0.0003、0.0014、0.005、0.3、0.02、0.0004和0.0001 mg/(kg·d)。

表1列出了部分機構推薦的對社會公眾成員最大可接受風險水平和可忽略風險水平，最大可接受風險水平在1×10-6～1×10-4a-1內(nèi)，可忽略風險水平在1×10-8～1×10-7a-1內(nèi)[6～9]。

表1 部分機構推薦的最大可接受風險水平和可忽略風險水平

3 結果與討論

3.1 水體重金屬含量分布特征

資江干流邵陽市桂花渡水廠、工業(yè)街水廠和城西水廠3個水源地水體中，Cd、六價Cr和Hg均未檢出，As、Pb和Cu的平均濃度均達到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ類標準；Fe、Mn、Sb和Tl的平均濃度均達標；2015～2019年As、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的監(jiān)測濃度均達標。見表4。

資江干流益陽市龍山港水源地水體中，Hg、Mn和Tl均未檢出，六價Cr、As、Cd、Pb和Cu的平均濃度均達到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ類標準；Fe和Tl的平均濃度均達標；Sb的平均值超標準值0.14倍，最大值超標準1.41倍。2015年～2019年六價Cr、As、Cd、Pb、Cu、Fe和Tl的監(jiān)測濃度均達標，2019年Sb的監(jiān)測濃度均達標。見表5。

表4 2015～2019年邵陽市飲用水水源地水體中7種重金屬的監(jiān)測結果 (n=60, μg/L)

表5 2015～2019年益陽市飲用水水源地水體中7種重金屬的監(jiān)測結果 (n=60, μg/L)

3.2 致癌物風險評價結果

資江干流邵陽市桂花渡水廠、工業(yè)街水廠和城西水廠3個水源地水體中致癌物質(zhì)中的化學致癌物As通過飲水途徑引起的平均個人年風險值分別為9.09×10-6a-1、12.20×10-6a-1和8.75×10-6a-1，均高于荷蘭建設和環(huán)境部推薦的1×10-6a-1的水平，但低于ICRP的推薦值(5×10-5a-1)。工業(yè)街水廠水體中致癌總風險最高，桂花渡水廠次之，城西水廠最低。見表6。

資江干流益陽市龍山港水源地水體中的化學致癌物風險等級從高到低依次為六價Cr、As、Cd；其中，六價Cr的健康風險值高于ICRP的推薦值。見表7。

3.3 重金屬類非致癌物風險評價結果

資江干流邵陽市飲用水水源地水體中非致癌有毒化學物質(zhì)(Pb、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl)引起的個人健康風險以Sb最大，Tl最低；資江干流益陽市龍山港水源地水體中非致癌有毒化學物質(zhì)(Pb、Cu、Fe、Sb)引起的個人健康風險以Sb最大，Cu最低。各重金屬類非致癌物通過飲用水途徑對不同人群產(chǎn)生的個人健康風險在4.49×10-11～6.42×10-9a-1之間，均低于表3所列機構推薦的標準限值，即每千萬人口中通過飲用水途徑攝入非致癌污染物而受到健康危害(死亡)的人數(shù)不到1人，這表明非致癌物化學物質(zhì)所引起的健康風險甚微，不會對暴露人群構成危害。桂花渡水廠水體中非致癌有毒化學物質(zhì)通過飲用水途徑產(chǎn)生的健康風險順序為：Sb>Mn>Pb>Fe>Cu>Tl，邵陽市工業(yè)街水廠水體中為：Sb>Pb>Mn>Fe>Cu>Tl，城西水廠水體中為：Sb>Cu>Mn>Pb>Fe>Tl，益陽市龍山港水體中為：Sb>Fe>Cu>Pb。見表6～7。

表6 邵陽市重金屬類致癌物(As)和非致癌物(Pb、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl)通過飲水途徑的個人年風險/a-1

表7 益陽市重金屬類致癌物(Cr6+、As、Cd)和非致癌物(Pb、Cu、Fe、Sb)通過飲水途徑的個人年風險/a-1

3.4 重金屬總風險評價結果

資江干流飲用水水源地水體中重金屬類致癌物質(zhì)的個人健康風險值遠大于非致癌物質(zhì)，其風險水平要差3～4個數(shù)量級，說明致癌物質(zhì)對人體的危害遠大于非致癌物質(zhì)，這與其他人[11～13]的研究結果一致。

表8 重金屬類致癌物和非致癌物通過飲水

4 結論

資江干流邵陽市飲用水水源地水體中，Cd、六價Cr和Hg均未檢出，As、Pb和Cu的平均濃度均達到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ類標準；Fe、Mn、Sb和Tl的平均濃度均達標；2015～2019年As、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的監(jiān)測濃度均達標。益陽市龍山港水源地水體中，Hg、Mn和Tl均未檢出，六價Cr、As、Cd、Pb和Cu的平均濃度均達到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ類標準；Fe和Tl的平均濃度均達標；Sb的平均值超標；2015～2019年六價Cr、As、Cd、Pb、Cu、Fe和Tl的監(jiān)測濃度以及2019年Sb的監(jiān)測濃度均達標。龍山港水源地水體中Sb濃度較高，其原因可能是由于資江流域中下游地區(qū)涉銻工業(yè)企業(yè)污染排放所致，此外，也與區(qū)域水環(huán)境中銻的背景值高有關。

資江干流邵陽市飲用水水源地水體中重金屬類致癌物質(zhì)的化學致癌物As通過飲水途徑引起的平均個人年風險值，均高于表3部分機構推薦的1×10-6a-1的水平，但低于ICRP的推薦值(5×10-5)；益陽市龍山港水源地水體中的化學致癌物六價Cr、As、Cd風險等級從高到低依次為六價Cr、As、Cd；其中，六價Cr的健康風險值高于ICRP的推薦值。由此可見，As和六價Cr分別為邵陽市和益陽市飲用水水源水中主要的健康風險因素，應優(yōu)先進行管理。

資江干流市級飲用水水源地水體中非致癌有毒化學物質(zhì)所引起的健康風險值為10-9a-1，均低于ICRP推薦的最大可接受風險水平。邵陽市桂花渡水廠水體中非致癌有毒化學物質(zhì)通過飲用水途徑產(chǎn)生的健康風險順序為：Sb>Mn>Pb>Fe>Cu>Tl，工業(yè)街水廠水體中為：Sb>Pb>Mn>Fe>Cu>Tl，城西水廠水體中為：Sb>Cu>Mn>Pb>Fe>Tl，益陽市龍山港水體中為：Sb>Fe>Cu>Pb。Sb產(chǎn)生的健康風險最大，可能與資江流域水環(huán)境中銻的背景值高有關。

資江干流市級飲用水水源地致癌物對人體的危害遠大于非致癌物造成的危害，其風險水平要差3～4個數(shù)量級，因此加強治理和控制重金屬類致癌物是降低該飲用水水源地環(huán)境健康風險的途徑。

本研究沒有考慮放射性物質(zhì)、出廠水相關因素、輸水管腐蝕相關因素等途徑對人體健康危害的風險，所以健康風險比實際環(huán)境污染危害的風險??；另外，人群的平均壽命采用的是人類平均壽命，而不是邵陽市人群平均壽命，也存在一定的不確定性。因此，對邵陽市飲用水水源地的重金屬健康風險危害有待進一步研究。