山東某沿海城市集中式飲用水水源水質(zhì)及健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

趙璐, 亓靚, 薛蓮，譚培功，劉文欣，劉岳峰

(1. 山東省青島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 青島 260003;2. 青島市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，山東 青島 260003)

現(xiàn)階段，我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測部門針對集中式飲用水水源地開展監(jiān)測的指標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[1]和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)[2]中相關(guān)指標(biāo)，涉及理化、毒性、衛(wèi)生、微生物等指標(biāo)，并采用單因子評價(jià)法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)，其中對水源地水質(zhì)類別產(chǎn)生影響的主要為理化指標(biāo)，有毒有害物質(zhì)大多痕量檢出或未檢出，水質(zhì)評價(jià)較少關(guān)注且變化趨勢也無從體現(xiàn)，不利于全面、客觀反映水體功能是否滿足人類使用及健康要求[3]。目前，國內(nèi)外針對飲用水水源地的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的研究較多，大多采用美國環(huán)保局(USEPA)推薦的水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，將有毒有害物質(zhì)經(jīng)飲水暴露途徑對人體健康產(chǎn)生的危害定量描述[4-17]，在飲用水水質(zhì)漸趨達(dá)標(biāo)及穩(wěn)定的大環(huán)境下，將健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)引入日常水質(zhì)評價(jià)中，可以更全面地利用監(jiān)測數(shù)據(jù)，更深入地評價(jià)水質(zhì)狀況以及對人體健康影響情況提供一定的參考?，F(xiàn)以2017—2020年山東某沿海城市集中式飲用水水源地為例，采用單因子評價(jià)法以及USEPA推薦的水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，提出針對飲用水源健康風(fēng)險(xiǎn)管理的重點(diǎn)指標(biāo)及防控方向，為當(dāng)?shù)丨h(huán)境管理提供技術(shù)參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域

山東某沿海城市2017—2020年主要集中式飲用水水源地有18處，其中6處為地級水源地，12處為縣級水源地，且多數(shù)為地表水型水源地，僅2處為地下水型水源地?？退∷空既械谋壤秊?2.5%～82.5%，多數(shù)水源地取水量較小，占比不足5%。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

2017—2020年主要地表水飲用水水源地監(jiān)測數(shù)據(jù)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)來自當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測部門統(tǒng)計(jì)資料，用Excel 2016建立監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，通過SPSSAU進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 監(jiān)測項(xiàng)目和監(jiān)測頻次

根據(jù)國家有關(guān)集中式水源地監(jiān)測要求，地表水監(jiān)測項(xiàng)目為《GB 3838—2002》中表1的基本項(xiàng)目(除化學(xué)需氧量、河流總氮外的23項(xiàng))、表2的補(bǔ)充項(xiàng)目(5項(xiàng))和表3的優(yōu)選特定項(xiàng)目(33項(xiàng))，共61項(xiàng)指標(biāo)。地下水監(jiān)測項(xiàng)目為《GB/T 14848—2017》表1中39項(xiàng)指標(biāo)。地級地表水水源地每月監(jiān)測1次，縣級地表水水源地每季度監(jiān)測1次，地下水水源地上、下半年各監(jiān)測1次；同時(shí)，每年開展一次全項(xiàng)目分析(《GB 3838—2002》中表1、表2、表3中109項(xiàng)，地下水表1、表2共93項(xiàng))。根據(jù)模型要求，僅選擇基本項(xiàng)目和補(bǔ)充項(xiàng)目中相關(guān)指標(biāo)參與評價(jià)模型統(tǒng)計(jì)。

1.4 飲用水水質(zhì)評價(jià)方法

地表水依據(jù)《GB 3838—2002》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)，基本項(xiàng)目按照《地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法(試行)》(環(huán)辦〔2011〕22號)評價(jià)[18-19]，補(bǔ)充項(xiàng)目采用單因子評價(jià)法評價(jià)；地下水依據(jù)《GB/T 14848—2017》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，采用單因子評價(jià)法評價(jià)。

1.5 飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型

通過飲水途徑危害人體健康的污染物可以分為基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)，基因毒物質(zhì)主要為化學(xué)致癌物和放射性污染物，軀體毒物質(zhì)主要為非致癌物[20]，參考US EPA的經(jīng)飲水途徑暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，結(jié)合山東某沿海城市實(shí)際，建立飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型。由于放射性污染物在水源地中檢出較少[21]，且根據(jù)趙小健等[22]研究結(jié)果，放射性污染物健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于致癌物，僅分別計(jì)算致癌物和非致癌物的年健康風(fēng)險(xiǎn)。

目前，國內(nèi)大部分研究主要選擇六價(jià)鉻、砷、鎘3項(xiàng)致癌物，符剛[23]、徐愛蘭[24]、韓芹芹[25]、耿雅妮[11]等人研究中增加了三氯甲烷、四氯化碳、苯并芘、鎳等項(xiàng)目，根據(jù)以上研究結(jié)論，這幾項(xiàng)致癌物的健康風(fēng)險(xiǎn)多在10-9～10-8的水平，且風(fēng)險(xiǎn)從大到小排序均排在六價(jià)鉻、砷、鎘之后；另外，根據(jù)研究區(qū)域2017—2020年監(jiān)測情況，六價(jià)鉻均為未檢出、33項(xiàng)特定項(xiàng)目及其他全分析指標(biāo)大多為未檢出，故未將上述相關(guān)項(xiàng)目列入健康風(fēng)險(xiǎn)模型中。最終致癌物選擇砷、鎘2項(xiàng)，非致癌物選擇氨氮、銅、鋅、氟化物、硒、汞、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、硝酸鹽、鐵、錳12項(xiàng)。

根據(jù)US EPA的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型并結(jié)合相關(guān)研究[21-22]，本研究飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型計(jì)算公式如下：

Di=(Ci×IR)/BW

(1)

式中：Di——單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d)；Ci——污染物i的濃度，mg/L； IR——暴露人群日均飲水量，L/d，取《中國人群暴露參數(shù)手冊(成人卷)：概要》山東省飲水?dāng)z入量參考值2.275 L/d[26]；BW——暴露人群平均體重，取國務(wù)院新聞辦公室發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告(2020年)》中18歲以上居民男性平均體重69.6 kg[27]。

(2)

(3)

(4)

(5)

R總=Rc+Rn

(6)

其中，qi和 RfDi取值參考USEPA推薦的致癌斜率因子和參考劑量，致癌物中砷為15，鎘為6.1；非致癌物中氨氮為0.97，銅為0.005，鋅為0.3，氟化物為0.06，硒為0.005，汞為0.000 3，鉛為0.001 4，氰化物為0.037，揮發(fā)酚為0.3，硝酸鹽為1.6，鐵為0.3，錳為0.14，以上參數(shù)單位均為mg/(kg·d)。

國際各機(jī)構(gòu)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)水平限值詳見表1。USEPA將砷列為A類致癌物，建議該項(xiàng)指標(biāo)健康風(fēng)險(xiǎn)參照最嚴(yán)格的1×10-6的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值評價(jià)[28-29]，本研究中鎘也參照該限值評價(jià)。

表1 各機(jī)構(gòu)推薦健康風(fēng)險(xiǎn)水平限值

參考?；勰鹊萚30-31]通過模糊理論和專家咨詢法得出的健康風(fēng)險(xiǎn)分級，結(jié)合US EPA和ICRP推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)水平，按照等級、程度和范圍劃分為6個(gè)級別，見表2。

表2 健康風(fēng)險(xiǎn)等級、程度及范圍評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)評價(jià)結(jié)果

2017—2020年該山東沿海城市18處集中式飲用水水源地中，有1處4年均未供水，根據(jù)其他在用17處飲用水水源地共392個(gè)樣本數(shù)據(jù)評價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，Ⅲ類以上比例為98.7%，Ⅳ～Ⅴ類比例為1.3%，地表水主要污染指標(biāo)為總磷，地下水主要污染指標(biāo)為總硬度和硫酸鹽。各水源地Ⅲ類以上比例在75.0%～100%。水質(zhì)達(dá)Ⅲ類以上比例按水源類型來看，地表水>地下水，河流型>湖庫型；按水源級別來看，地級>縣級；客水>本地水；從年際變化來看，水質(zhì)為Ⅲ類以上比例總體呈升高趨勢，2020年達(dá)到100%。

2.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

2.2.1 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果

2017—2020年該山東沿海城市飲用水水源地392個(gè)樣本中2項(xiàng)致癌物和12項(xiàng)非致癌物的質(zhì)量濃度監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 飲用水水源健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果 mg/L

2.2.2 致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)模型計(jì)算得出致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)(表4)。由表4可見，2017—2020年該市致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)均值為4.11×10-6，超過英國皇家協(xié)會、瑞典環(huán)保局和荷蘭環(huán)境部的推薦的的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值(1×10-6)，但未達(dá)到USEPA(1×10-4)和ICRP(5×10-5)推薦的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值。按分級標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅰ級，處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。致癌物質(zhì)中，A類致癌物砷的健康風(fēng)險(xiǎn)均值超過1×10-6的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值，鎘未達(dá)到該限值，致癌物質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)為：砷>鎘。砷對致癌物質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)(單項(xiàng)指標(biāo)健康風(fēng)險(xiǎn)值占致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)值的比例)較高，均值為76.5%，鎘為23.5%，故目前該市應(yīng)主要關(guān)注砷對水源地健康風(fēng)險(xiǎn)的影響。

表4 飲用水水源致癌健康風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

飲用水水源致癌健康風(fēng)險(xiǎn)分類統(tǒng)計(jì)均值見表5。由表5可見，致癌健康風(fēng)險(xiǎn)從水源類型來看，地表水>地下水，湖庫型>河流型；從水源級別來看，地級>縣級；從供水來源看，客水>本地水。以上飲用水水源致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均超過可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值(1×10-6)，但未達(dá)到US EPA(1×10-4)和ICRP(5×10-5)的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值。

表5 飲用水水源致癌健康風(fēng)險(xiǎn)分類統(tǒng)計(jì)

在用17處飲用水水源地致癌健康風(fēng)險(xiǎn)在9.64×10-7～1.12×10-5之間，其中16處均超過1×10-6的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值，但均未達(dá)到USEPA(1×10-4)和ICRP(5×10-5)的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值。各水源地砷的健康風(fēng)險(xiǎn)在9.03×10-7～1.12×10-5之間，64.7%的水源風(fēng)險(xiǎn)值高于1×10-6的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值，各水源地致癌健康風(fēng)險(xiǎn)中砷占比在48.8%～99.3%，應(yīng)為該市有檢出的主要致癌物，值得注意的是，客水中砷的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值較高(1.12×10-5)，占客水致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的99.5%；其次為鎘，風(fēng)險(xiǎn)值在6.12×10-8～1.22×10-5之間，僅1處地下水源超過1×10-6的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值，但該處地下水鎘4年均為未檢出。

2.2.3 非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)模型計(jì)算得出非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表6)。由表6可見，2017—2020年該市非致癌物質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)均值為5.19×10-9，低于英國皇家學(xué)會(1×10-7)和荷蘭環(huán)境部的可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平(1×10-8)，所以，該市集中式飲用水水源的非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)較小，幾乎不會對該市通過飲水途徑暴露人群造成危害。非致癌物質(zhì)中，各指標(biāo)健康風(fēng)險(xiǎn)均值范圍在4.07×10-13～3.84×10-9，從高到底依次為：氟化物>鉛>硝酸鹽>銅>氨氮>鐵>錳>汞>氰化物>鋅>硒>揮發(fā)酚。其中，氟化物對非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率為6.7%～97.3%，且貢獻(xiàn)率P50百分位數(shù)已達(dá)到79.9%，故氟化物為該市非致癌物質(zhì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。

表6 飲用水水源非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

2.2.4 總健康風(fēng)險(xiǎn)

由表6可見，2017—2020年該市在用集中式飲用水水源地總健康年風(fēng)險(xiǎn)均值為4.11×10-6，已超過可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值(1×10-6)，392個(gè)樣本超標(biāo)率為78.8%，ICRP(5×10-5)限值超標(biāo)率為0.3%，均未達(dá)到US EPA(1×10-4)的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值，按分級標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅰ級，處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)值為4.11×10-6，占總健康風(fēng)險(xiǎn)的99.9%。因此，該市集中式飲用水水源地健康風(fēng)險(xiǎn)主要來自致癌物，該結(jié)論與韓芹芹[27]、陳漢等[4]大部分研究一致。

2.2.5 時(shí)間變化趨勢

飲用水水源健康風(fēng)險(xiǎn)年際變化情況見表7。由表7可見，2017—2020年該市在用集中式飲用水水源地總健康風(fēng)險(xiǎn)在3.63×10-6～5.54×10-6，2017年最高，2020年最低，呈逐年降低趨勢，風(fēng)險(xiǎn)等級均為Ⅰ級，穩(wěn)定處于低風(fēng)險(xiǎn)水平；致癌物質(zhì)和非致癌物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)值變化趨勢與總健康風(fēng)險(xiǎn)一致。致癌物中，鎘風(fēng)險(xiǎn)值總體降低并穩(wěn)定在10-7水平；砷的健康風(fēng)險(xiǎn)在3.00×10-6～4.57×10-6，2017年最高，2018年最低，均超過1×10-6的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值，應(yīng)持續(xù)關(guān)注其健康風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢。非致癌物中各指標(biāo)各年度均低于英國皇家學(xué)會(1×10-7)和荷蘭環(huán)境部的可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平(1×10-8)，氟化物基本維持在10-9的水平并呈逐年降低趨勢，其他指標(biāo)均維持在10-13～10-10的較低水平。

表7 飲用水水源健康風(fēng)險(xiǎn)年際變化

2.2.6 與國內(nèi)各地飲用水水源健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究結(jié)果比較

根據(jù)近年來全國各地飲用水水源健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)部分研究結(jié)果，將各地致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)和致癌物中砷、鎘的健康風(fēng)險(xiǎn)水平與本研究結(jié)果列表比較(表8)。由于大部分研究選擇了六價(jià)鉻、砷和鎘作為主要致癌物參與健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，僅韓芹芹[26]、耿雅妮等[11]增加了鎳、苯并芘等其他致癌物，但這些新增致癌物風(fēng)險(xiǎn)基本都遠(yuǎn)低于各研究主要關(guān)注致癌物，故暫未將其列入致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)參與比較。

由表8可見，本研究區(qū)域集中式飲用水水源地致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)低于其他各地區(qū)。致癌物中，各地砷的健康風(fēng)險(xiǎn)范圍在10-6～10-5數(shù)量級，本研究區(qū)域砷的健康風(fēng)險(xiǎn)低于北京、上海、天津、長沙、寶雞、東南某市、廣州、青島，高于烏魯木齊和南方某市，與無錫、莆田年健康風(fēng)險(xiǎn)水平較為一致；各地鎘的健康風(fēng)險(xiǎn)范圍在10-8～10-6數(shù)量級，較之砷風(fēng)險(xiǎn)值較低。本研究區(qū)域集中式飲用水水源地致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)為Ⅰ級(低風(fēng)險(xiǎn))，屬于較安全的水平。其他各地市多處于Ⅱ級(低-中風(fēng)險(xiǎn))～Ⅲ級(中風(fēng)險(xiǎn))，個(gè)別地市達(dá)到了Ⅳ級(中-高風(fēng)險(xiǎn))。

表8 國內(nèi)各地飲用水水源致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)研究比較

由于各地監(jiān)測項(xiàng)目的分析方法和儀器有差異，以及模型在項(xiàng)目的選擇上不盡相同，在致癌物以及各項(xiàng)目健康風(fēng)險(xiǎn)對比結(jié)論上有不確定性，只能盡可能在一定意義上做參考。

2.2.8 不確定性分析

本研究中健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的不確定性來源于USEPA健康風(fēng)險(xiǎn)模型本身以及當(dāng)?shù)乇O(jiān)測數(shù)據(jù)，模型中賦予各研究指標(biāo)的強(qiáng)度系數(shù)及參數(shù)不同，參考暴露人群的體重和暴露時(shí)間不同，各指標(biāo)的分析方法、儀器精度差異等均會對健康風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果產(chǎn)生直接影響，其帶來的不確定性不可忽略。

3 結(jié)論

(1)2017—2020年山東某沿海城市18處集中式飲用水水源地中，17處在用飲用水水源地水質(zhì)Ⅲ類以上比例為98.7%，Ⅳ～Ⅴ類比例為1.3%，影響地表水的主要污染指標(biāo)為總磷，影響地下水的為總硬度和硫酸鹽。各水源地水質(zhì)Ⅲ類以上比例在75.0%～100%之間。從不同類型水源地水質(zhì)Ⅲ類以上比例看，地表水>地下水，河流型>湖庫型，地級>縣級，客水>本地水；從年際變化來看，Ⅲ類以上比例總體呈升高趨勢，2020年達(dá)到100%。

(2)2017—2020年該市在用集中式飲用水水源地總健康風(fēng)險(xiǎn)年均值4.11×10-6，即每百萬人口中因飲用水水源水質(zhì)的致癌物質(zhì)危害(或死亡)的為4.11人/a，未達(dá)到US EPA的10人/年和ICRP的5人/a，超過英國皇家協(xié)會、瑞典環(huán)保局和荷蘭環(huán)境部的1人/a；風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅰ級，處于低風(fēng)險(xiǎn)水平。

(3)該市健康風(fēng)險(xiǎn)值主要來源于致癌物。致癌物質(zhì)中，A類致癌物砷的健康風(fēng)險(xiǎn)均值超過1×10-6的可接受風(fēng)險(xiǎn)水平限值，鎘未達(dá)到該限值。地表水集中式飲用水水源致癌健康風(fēng)險(xiǎn)較地下水高，湖庫型高于河流型，地級高于縣級，客水高于本地水。致癌物質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)為：砷>鎘。建議將砷作為該市水源地致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)控制指標(biāo)。與其他相關(guān)研究相比，該市集中式飲用水水源地砷、鎘的年健康風(fēng)險(xiǎn)處于中等偏低水平，屬于較安全的范疇。該市非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)較低，暫不會對居民健康造成較大危害。

(4) 2017—2020年該市在用集中式飲用水水源地總健康風(fēng)險(xiǎn)在10-6數(shù)量級范圍內(nèi)，健康風(fēng)險(xiǎn)分級穩(wěn)定在Ⅰ級(低風(fēng)險(xiǎn))，并呈逐年降低趨勢。

(5)近年來全國各地飲用水水源關(guān)于致癌物的健康風(fēng)險(xiǎn)研究結(jié)果顯示，風(fēng)險(xiǎn)等級多處于Ⅱ級(低-中風(fēng)險(xiǎn))～Ⅲ級(中風(fēng)險(xiǎn))，個(gè)別地市達(dá)到了Ⅳ級(中-高風(fēng)險(xiǎn))，相較而言，本研究致癌物年健康風(fēng)險(xiǎn)較低，屬于較安全的范疇。