成都市南河流域重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

何 鑫 張玉嬌 賴承鉞 王照麗 陶紅群

(成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，成都 610072)

環(huán)境中的重金屬極難降解，通過大氣沉降、雨水沖刷等作用會(huì)在環(huán)境介質(zhì)中富集轉(zhuǎn)移，并最終通過食物鏈放大，進(jìn)入人體對人體產(chǎn)生負(fù)面影響[1-4]。例如，重金屬與氨基酸及其他人體基本物質(zhì)反應(yīng)等作用，導(dǎo)致人體腎功能下降、機(jī)體代謝紊亂、產(chǎn)生癌變、影響胚胎正常發(fā)育等[5-7]。2005年，我國七大流域所接納的重金屬總量已達(dá)877.397噸[8]，有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國受重金屬污染的水體達(dá)80%以上[9]。因此，開展水環(huán)境重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作十分必要，能有效監(jiān)控流域重金屬污染現(xiàn)狀避免危及人類正常的生活。

水環(huán)境中重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要是對通過直接接觸、飲用攝入和呼吸攝入等暴露途徑進(jìn)入人體的重金屬危害等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，其中飲水是目前考慮的主要攝入途徑[10-11]。利用美國EPA推薦模型，盧俊平等[12]對內(nèi)蒙古大河口水庫不同蓄水期水質(zhì)展開健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，黃毅等[13]對藏東南的尼洋河流域進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，黃宏偉等[14]對漓江流域水體中重金屬污染進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，劉昭等[10]對清江流域地表水豐枯兩季地表水中重金屬對成人與兒童產(chǎn)生的健康危害進(jìn)行對比評(píng)估。本文也采用該模型，對成都市南河流域中重金屬(Cr、Cu、Zn、Pb、Cd)的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。

居民的日常生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、自然釋放等多種因素會(huì)對水環(huán)境造成重金屬污染(見表1)。

表1 部分生產(chǎn)生活活動(dòng)排放重金屬種類[15]

相比成都市的其他流域，南河流域分布有人口聚居區(qū)、工業(yè)集中區(qū)及大量耕地，因此，選取新津南河作為重金屬分布特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的對象，有較好的代表性，并為國內(nèi)水中重金屬污染分布特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)研究提供參考。

1 研究區(qū)域概況

南河發(fā)源于邛崍市西山和天臺(tái)山東麓，自西向東匯聚了斜江河、蒲江河諸水后分流，分別匯入岷江和通濟(jì)堰。全長135 km，是成都平原西側(cè)的重要河流，也是岷江的重要支流[16]，南河流域水系圖及采樣點(diǎn)位見圖1。

圖1 南河水系及采樣點(diǎn)位圖

2 材料與方法

2.1 樣品采集分析

2020年11月(枯水期)和2021年6月(豐水期)對南河流域共計(jì)20個(gè)采樣點(diǎn)的水樣進(jìn)行了采集，現(xiàn)場測試了水樣的pH及溶解氧。水樣加酸調(diào)節(jié)pH≤2后密封，-4℃保存送回實(shí)驗(yàn)室。按照《水質(zhì)金屬總量的消解-微波消解法》(HJ 678-2013)對水樣進(jìn)行前處理后，依照表2中方法分別完成了五種重金屬的分析。

表2 樣品監(jiān)測方法及檢出限

2.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

本文只評(píng)估地表水中重金屬通過飲用途徑對當(dāng)?shù)爻扇伺c兒童人群造成的健康風(fēng)險(xiǎn)，主要分為致癌物(Cr和Cd)和非致癌物(Pb、Cu、Zn)。

2.2.1 致癌風(fēng)險(xiǎn)模型

致癌風(fēng)險(xiǎn)以風(fēng)險(xiǎn)值(Ri)表示，其評(píng)價(jià)模型表達(dá)式[12]如下：

Ri=(Di×SFi)/81.52

(1)

若結(jié)果>0.01，則按高劑量暴露計(jì)算

Ri=[1-exp(-Di×SFi)]/81.52

(2)

式中Ri為化學(xué)致癌物i通過飲用途徑產(chǎn)生的人均致癌風(fēng)險(xiǎn)，a-1；Di為有毒物質(zhì)i通過飲用途徑的單位個(gè)體日均暴露劑量，mg/(kg·d)；SFi為化學(xué)致癌物i通過飲用途徑攝入的致癌系數(shù)，mg/(kg·d)；81.52為成都人均期望壽命，a[17]。

2.2.2 非致癌風(fēng)險(xiǎn)模型

非致癌風(fēng)險(xiǎn)以風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Hi)表示，其評(píng)價(jià)模型表達(dá)式[12]如下：

Hi=Di/(RfDi×81.52)×10-6

(3)

式中Hi為非致癌物i通過飲用途徑產(chǎn)生的人均年健康風(fēng)險(xiǎn),a-1；Di為有毒物質(zhì)i通過飲用途徑的單位個(gè)體日均暴露劑量，mg/(kg·d)；RfDi為非致癌物i通過飲用途徑攝入的致癌系數(shù)，mg/(kg·d)。

飲用途徑日均暴露劑量Di按照成人和兒童分別計(jì)算，公式如下[12]：

成人:Di=(1.74ρi)/61.58

(4)

兒童:Di=(0.87ρi)/18.87

(5)

式中ρi為化學(xué)致癌物i的質(zhì)量濃度，mg/L；1.74為成人日均飲水量，L/d[18]；61.58為成都市成年男子平均體重,kg；0.87為兒童日均飲水量，L/d[19]；18.87為成都市3～6歲兒童平均體重,kg[20]。

結(jié)合美國EPA推薦值，本次評(píng)估的五種重金屬毒理學(xué)參數(shù)見表3。

表3 重金屬毒理學(xué)參數(shù)[10]

3 結(jié)果與討論

3.1 南河重金屬污染現(xiàn)狀及特征

南河流域20個(gè)點(diǎn)位pH范圍為7.08～8.22，溶解氧濃度范圍為5.1～9.31 mg/L，5種重金屬指標(biāo)除Pb外其余均未檢出，所有點(diǎn)位的重金屬濃度均遠(yuǎn)低于GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限制。對Pb檢出濃度進(jìn)行分析，由圖2可知，南河流域Pb最大濃度為4.4×10-6mg/L，且上下游波動(dòng)較大。所檢測點(diǎn)位Pb濃度大致可分為高中低三個(gè)等級(jí)，點(diǎn)位1#、2#、7#、9#、10#、14#、17#、18#、19#濃度較高，點(diǎn)位3#、4#、5#、8#、15#、16#、20#濃度處在中等水平，點(diǎn)位6#、11#、12#、13#濃度較低，其中1#、5#、7#、8#、11#、13#、15#、17#、20#屬于南河干流，其余點(diǎn)位屬于支流或堰渠匯入。

圖2 南河流域重金屬Pb濃度變化

結(jié)合點(diǎn)位周邊環(huán)境與來水情況可知，1#、2#位于研究區(qū)域上游，水量較小且處于交通要道，車流量較大；3#上游主要為耕地，但灌溉面積相對較??；4#、5#處在邛崍市區(qū)上游，且水量較大，對Pb濃度有一定稀釋作用；6#上游主要為林地及少量耕地，水環(huán)境生態(tài)較好；7#處在市區(qū)下游且屬于市區(qū)出入交通干道，所接納污染物有一定的增加；8#周邊多為耕地，但灌溉用水及退水均由兩岸堰渠提供，Pb濃度由7#-8#得到一定的稀釋降解；9#、10#屬于南河左岸灌溉堰渠，流經(jīng)大面積耕地，且9#-10#間有農(nóng)灌渠匯入，因此10#Pb濃度明顯升高；11#、12#、13#周邊多為耕地、林地，但不是主要農(nóng)業(yè)用水水源，且水量較大，對污染物有稀釋降解作用；14#位于工業(yè)園區(qū)旁且為運(yùn)輸干道，工業(yè)及汽車尾氣等污染貢獻(xiàn)較大；15#、16#屬工業(yè)園區(qū)下游，但水量較大，污染物被稀釋降解；17#、18#、19#位于新津市區(qū)，其中17#位于交通要道，18#上游涉及耕地和工業(yè)園區(qū)，19#流經(jīng)人口聚居區(qū)；20#位于研究區(qū)域末端，南河匯入岷江前，較大的水量及河寬，放緩的流速，使污染物得到一定的降解。

根據(jù)上文的分析，成都市南河流域的Pb濃度主要受農(nóng)業(yè)、工業(yè)、人類生活、道路交通方面的影響較大，是流域中最需要關(guān)注的重金屬。在實(shí)際生產(chǎn)生活過程中，應(yīng)減少涉Pb生產(chǎn)材料的使用，加強(qiáng)對含Pb廢水排放的監(jiān)督和考核。

由表4可知，作為長江一級(jí)支流岷江中上游的支流，由于南河流域面積相對較小，涉及土地利用類型簡單，人口密度低且上游來水水質(zhì)較好等條件，南河流域?qū)﹂L江干流中Cr、Cu、Cd、Pb、Zn五種重金屬污染的貢獻(xiàn)值遠(yuǎn)低于湘江、漢江、嘉陵江、贛江、岷江等長江一級(jí)支流，自身的重金屬尚處于較低的污染水平，能滿足流域內(nèi)人們的生產(chǎn)生活用水要求。

表4 長江流域部分河流各重金屬參考值[10]

3.2 新津南河流域重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

利用美國EAP模型對南河流域重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果見表5。南河流域重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)最大致癌金屬Cr對兒童風(fēng)險(xiǎn)值為4.64×10-5a-1，最小非致癌金屬Pb對成人風(fēng)險(xiǎn)值為1.11×10-11a-1。與清江流域、尼洋河流域、漓江流域已有健康數(shù)據(jù)比較，目前南河流域重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)值處于較低水平。與國外健康風(fēng)險(xiǎn)值標(biāo)準(zhǔn)相比，南河流域重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)值均低于國際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)所推薦的最大可接受水平5.0×10-5a-1[12]，低于美國環(huán)境保護(hù)署推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平1.0×10-4a-1[21]，除Cr外，其余4種重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)值均低于英國皇家協(xié)會(huì)所制定的1×10-6a-1[22]警戒限。針對不同人群的健康風(fēng)險(xiǎn)，五種重金屬對兒童的危害比成人高1.5～1.7倍，與兒童對環(huán)境耐受能力較弱、身體免疫系統(tǒng)等未發(fā)育完全、較容易受到外界傷害有關(guān)。

表5 南河流域及國內(nèi)部分流域各重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)值/a-1

4 結(jié)論

(1)成都市南河流域Cr、Cu、Zn、Pb、Cd重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)值均低于國際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)所推薦的最大可接受水平5.0×10-5a-1，低于美國環(huán)境保護(hù)署推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平1.0×10-4a-1，所采集點(diǎn)位的重金屬除Cr外，其余4種重金屬健康環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值均低于英國皇家協(xié)會(huì)所制定的1×10-6a-1。與國內(nèi)其他流域比較，目前南河流域重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)值處于較低水平，但也應(yīng)加強(qiáng)對重金屬排放的管控，防止重金屬長期富集危害人體健康。

(2)成都市南河流域致癌金屬(Cr、Cd)健康風(fēng)險(xiǎn)值高于非致癌金屬(Cu、Zn、Pb)，重金屬對兒童健康風(fēng)險(xiǎn)值高于成人。

(3)成都市南河流域農(nóng)業(yè)、工業(yè)、人類生活、道路交通等因素對Pb濃度變化影響較大，應(yīng)減少涉Pb生產(chǎn)材料的使用，加強(qiáng)對生產(chǎn)、生活中含Pb廢水排放的監(jiān)督和考核。