孝昌縣地表水重金屬健康風險評價

萬 婷， 黃瑞成， 柯坤家， 李劍超， 魏靈巧，宋紅元， 李靈鳳， 趙 海， 趙明哲

(1.湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊,湖北 孝感 432000; 2.湖北楚鵬檢測科技有限責任公司,湖北 孝感 432000)

隨著城市不斷發(fā)展擴張,生活污水與垃圾的產(chǎn)生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥與化肥的使用、工礦企業(yè)未經(jīng)處理污水的排放等[1]導致水環(huán)境污染問題日益嚴重。松花江污染、湖南岳陽飲用水源砷化物污染、廣西龍江鎘污染、浙江臺州蓄電池廠導致的村民血鉛超標等水質(zhì)重金屬污染事故屢見不鮮,引起了國家相關部門的高度重視。

水體重金屬具有長期性、隱蔽性、不易降解性及易在生物體富集等特點[2],即使?jié)舛群艿?也能通過飲水和皮膚接觸對人類健康產(chǎn)生嚴重的危害[3]。長期砷暴露會對神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚、動脈血管等產(chǎn)生不良影響,同時存在致癌性[4-5]。鎘能在人體組織內(nèi)積累,損傷腎臟和骨骼為主的特異性靶器官,對人群慢性疾病和死亡存在潛在的非特異性影響[6]。鉛會危害造血功能,影響免疫功能、內(nèi)分泌系統(tǒng)和消化系統(tǒng)[7]。汞中毒會引起視力模糊、肌肉神經(jīng)功能變化、頭痛以及綜合性神經(jīng)異常,還會引發(fā)致癌性、呼吸系統(tǒng)毒性等不良后果[8]。急性銅中毒會出現(xiàn)惡心、嘔吐、上腹痛、腹瀉等癥狀,病情嚴重者可因腎衰竭而死亡[9]。急性硒中毒時會出現(xiàn)特征為失明、腹痛、流涎的“蹣跚盲”綜合征(瞎撞病),最后因肌肉麻痹而死于呼吸困難；慢性硒中毒會出現(xiàn)眉毛、胡須等脫落、四肢僵硬、跛行、心臟萎縮、肝硬化和貧血等癥狀[10]。鋅過量會引起動物的毒性反應,出現(xiàn)臨床癥狀和病理損害,甚至引起發(fā)病動物死亡[11]。鉻(六價)可以使蛋白質(zhì)變性、核酸和核蛋白沉淀、酶系統(tǒng)受干擾,并具有致突變性和致癌性[12]。

健康風險評價是把水環(huán)境污染與人體健康聯(lián)系起來的一種新的評價方法,能夠為風險管理提供科學依據(jù)。水環(huán)境健康風險評價模型能通過引入有毒物質(zhì)的致癌系數(shù)和參考計量等毒理學參數(shù),將污染物濃度值與人體健康定量聯(lián)系起來,從而對污染物給人體造成危害的可能性及其程度做出科學估算[13]。

以孝昌縣境內(nèi)澴河流域地表水為研究對象,通過測定銅、鋅、硒、砷、汞、鎘、鉛和鉻(六價)的含量,綜合考慮其通過飲水和皮膚接觸對人體健康造成的危害,利用水環(huán)境健康風險評價模型對重金屬污染物健康風險進行評價,以期為孝昌縣地表水環(huán)境風險管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

根據(jù)地表水監(jiān)測斷面的布設原則,于2020年1—12月在孝昌縣境內(nèi)澴河流域選取了6個斷面進行連續(xù)監(jiān)測。采用潔凈的500 mL棕色玻璃瓶作為采樣容器,水樣采集后現(xiàn)場加入數(shù)滴濃硝酸將水樣pH值調(diào)至2以下,密封后帶回實驗室放冰箱冷藏保存、待測。

1.2 樣品測定

監(jiān)測項目包括銅、鋅、硒、砷、汞、鎘、鉛和鉻(六價),檢測依據(jù)、儀器及檢出限詳見表1。檢測過程中采取全程序空白、平行雙樣、有證標準樣品等措施進行質(zhì)量控制,當空白值、平行雙樣的相對偏差及有證標準樣品測定值都達到方法允許范圍時,數(shù)據(jù)方能被認可。

表1 8種重金屬指標的檢測依據(jù)、儀器及檢出限Table 1 The detection basis,instrument and detection limit of eight kinds of heavy metals

2 環(huán)境健康風險評價模型

飲水途徑健康風險評價采用美國環(huán)保局推薦的健康風險評價模型[17-18],皮膚接觸途徑健康風險評價采用Strenge等[19]提出的計算模型。水環(huán)境中對人體有害的物質(zhì)主要包括致癌污染物和非致癌污染物。根據(jù)國際癌癥研究機構的致癌性分類標準,對監(jiān)測項目進行分類：砷、鎘和鉻(六價)屬于化學致癌物,其他5種元素屬于非致癌物。

2.1 飲水途徑健康風險評價模型

(1) 化學致癌物質(zhì)經(jīng)飲水途徑所致健康風險Rc為：

(1)

(2)

飲水途徑的單位體重日均暴露劑量Di為：

Di=θCi/W

(3)

式中：θ為成人每日平均飲水量,L；Ci為化學致癌物質(zhì)或非致癌物質(zhì)的質(zhì)量濃度,mg/L；W為人均體重,kg。

(2) 非致癌物質(zhì)經(jīng)飲水途徑所致健康風險Rn為：

(4)

(5)

2.2 皮膚接觸途徑健康風險評價模型

(1)化學致癌物質(zhì)經(jīng)皮膚接觸途徑所致健康風險Rp為：

(6)

(7)

(2) 非致癌物質(zhì)經(jīng)皮膚接觸途徑所致健康風險Rf為：

(8)

(9)

CDIi=Ii×Asd×FE×EF×ED/(W×AT×f)

(10)

(11)

2.3 水環(huán)境健康風險評價總體模型

假定每種化學物質(zhì)的作用是獨立的,即各有毒物質(zhì)危害人體健康的累積效應呈相加關系,而不是協(xié)同或拮抗關系,則水環(huán)境總體健康危害風險R總[20]可表示為：

R總=Rc+Rn+Rp+Rf

(12)

2.4 參數(shù)選擇

污染物系數(shù)采用US EPA[21]的非致癌參考劑量和致癌強度系數(shù),砷、鎘和鉻(六價)屬于致癌物,致癌強度系數(shù)分別為15 [Mg/(kg·d)]-1、6.1 [Mg/(kg·d)]-1和41 [Mg/(kg·d)]-1；銅、鋅、硒、汞和鉛屬于非致癌物,非致癌參考劑量分別為0.04 Mg/(kg·d)、0.3 Mg/(kg·d)、0.005 Mg/(kg·d)、0.000 3 Mg/(kg·d)、0.001 4 Mg/(kg·d)。人均壽命L取70 a,成人每日平均飲水量θ取2.2 L。對于評價模型中的其他參數(shù),參考楊仝鎖等[22-23]的相關研究成果。人體表面積Asd取16 600 cm2；洗澡頻率FE取0.3次/d；暴露頻率EF取365 d/a；暴露延時ED對非致癌物取35 a,致癌物取70 a；平均體重W取70 kg；平均暴露時間AT對非致癌物取35 a,即12 775 d,致癌物取70 a,即25 550 d；腸道吸附比率f取1；皮膚吸附參數(shù)k取0.001 cm/h；延滯時間τ取1 h；洗澡時間TE取0.4 h。

3 結果與討論

3.1 水體重金屬含量分析

選取孝昌縣境內(nèi)澴河流域的6個斷面進行重金屬監(jiān)測,以各指標的全年平均值作為該斷面的濃度值進行評價。不同采樣點的重金屬濃度平均值情況如表2所示,參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)[24],各斷面水質(zhì)均滿足Ⅰ類水質(zhì)要求。

表2 孝昌縣地表水水體中重金屬含量(mg/L)Table 2 Heavy metal contents in surface water of Xiaochang County

3.2 風險評價

根據(jù)健康風險評價模型及相關模型參數(shù),可計算出各斷面水體中重金屬通過飲水途徑及皮膚接觸途徑所引起的平均個人年風險,計算結果見表3-表7。

表3 非致癌物經(jīng)飲水途徑所致的個人年風險(a-1)Table 3 Individual annual risk of non-carcinogenicsubstances through drinking water

從表3和表5結果可以看出,各斷面5種非致癌物經(jīng)飲水途徑所致個人風險高于經(jīng)皮膚接觸途徑所致個人風險,個人年風險分別為6.04×10-11～1.74×10-10a-1、2.39×10-13～6.88×10-13a-1之間；非致癌物對人體健康危害的個人年風險為6.06×10-11～1.74×10-10a-1,風險水平<1.0×10-8a-1,即每年每千萬人口中因水中非致癌污染物而受到健康危害(或死亡)的不到1人[23],因此可忽略非致癌物所致的個人年風險。

表4 致癌物經(jīng)飲水途徑所致的個人年風險(a-1)Table 4 Individual annual risk of carcinogens through drinking water

表5 非致癌物經(jīng)皮膚接觸(洗浴)途徑所致的個人年風險(a-1)Table 5 Personal annual risk caused by non-carcinogenic substancesthrough skin contact (bath) pathway

從表4和表6結果可以看出,化學致癌物風險等級由高到低依次是砷、鎘、鉻(六價)；化學致癌物經(jīng)飲水途徑所致的風險遠高于經(jīng)皮膚接觸途徑所致的風險,年風險分別為8.48×10-6～1.44×10-5a-1、

表6 致癌物經(jīng)皮膚接觸(洗浴)途徑所致的個人年風險(a-1)Table 6 Personal annual risk caused by carcinogens through skin contact (bath)

表7 有毒污染物所致健康危害個人年風險(a-1)Table 7 Individual annual risk of health hazards caused by toxic pollutants

3.36×10-8～5.70×10-8a-1；致癌物對人體健康危害的個人年風險在8.52×10-6～1.45×10-5a-1,低于國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風險水平5.0×10-5a-1[25]。

從表7結果可以看出,6個斷面由8種重金屬經(jīng)飲水途徑所致健康危害要大于經(jīng)皮膚接觸途徑所致健康危害；8種重金屬所致的個人健康危害的總風險主要源于致癌物所致風險,整體水平在8.52×10-6～1.45×10-5a-1之間,低于國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風險水平5.0×10-5a-1。因此,孝昌縣地表水環(huán)境總體健康風險水平較低。

4 結論

(1) 在孝昌縣6處地表水中,8種重金屬所致的個人危害的總風險主要源于致癌物砷,總風險水平在8.52×10-6～1.45×10-5a-1之間,低于國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風險水平5.0×10-5a-1。

(2) 5種非致癌物對人體健康危害的個人年風險水平在6.06×10-11～1.74×10-10a-1之間,低于1.0×10-8a-1,因此可以忽略由非致癌物所致的個人年風險。

(3) 化學致癌物風險：砷>鎘>鉻(六價),非化學致癌物風險：鉛>銅>硒>鋅>汞,8種重金屬經(jīng)飲水途徑所致的風險遠高于經(jīng)皮膚接觸途經(jīng)所致的風險。