神東礦區(qū)地表水、地下水和礦井水水質(zhì)特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

盧 振,郭洋楠,李國慶,王 雷,李富忠,張 政2,

(1.國家能源集團(tuán)神東煤炭技術(shù)研究院,陜西 榆林 719315;2.國家能源集團(tuán)煤炭開采水資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102211;3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院,湖北 武漢 430074)

前人在神東礦區(qū)不同水體水質(zhì)基本特征與氟超標(biāo)成因方面進(jìn)行了有意義的探索,但有關(guān)礦區(qū)水體水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)、健康風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征方面的研究少見報(bào)道。本次研究在神東礦區(qū)采集了地表水、第四系地下水和礦井水水樣,測(cè)試了水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)和毒理學(xué)指標(biāo),采用CCME-WQI法評(píng)價(jià)了礦區(qū)不同水體水質(zhì)特征,并通過建立健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型分析了礦區(qū)范圍內(nèi)不同類型人群的水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)及其空間分布特征。研究結(jié)果可為礦區(qū)水資源的可持續(xù)開發(fā)與利用提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

神東礦區(qū)位于鄂爾多斯高原的東南部、陜北高原的北緣和毛烏素沙漠的東南邊緣,東西寬約15～55 km,南北長約80 km。該礦區(qū)地貌總體呈西北高、東南低,海拔一般為1 000～1 300 m,平均海拔在1 200 m左右,主要有風(fēng)沙和黃土兩種地貌類型。礦區(qū)氣候干燥,屬于大陸季風(fēng)氣候區(qū),四季多風(fēng),風(fēng)向以西北風(fēng)為主,年平均氣溫為6.1 ℃;年降雨量的變化范圍為194.7～531.6 mm,年蒸發(fā)量的變化范圍為2 297.4～2 838.7 mm。礦區(qū)內(nèi)主要河流為黃河水系的烏蘭木倫河,河流流向?yàn)樽晕鞅绷飨驏|南。區(qū)內(nèi)出露的主要地層由老到新包括侏羅系、白堊系和第四系,主要含水層有第四系薩拉烏蘇組孔隙潛水含水層、白堊系基巖裂隙含水層、侏羅系直羅組基巖裂隙含水層和侏羅系延安組含煤巖系燒變巖含水層。神東礦區(qū)范圍內(nèi)主要井田的平面展布及典型的地質(zhì)剖面,如圖1所示。

圖1 神東礦區(qū)主要井田平面展布及典型地質(zhì)剖面示意圖Fig.1 Plane distribution and typical geological section diagram of main mine fields in Shendong mining area

2 水樣采集與研究方法

2.1 水樣采集與測(cè)試方法

圖2 神東礦區(qū)不同水體水樣采樣點(diǎn)分布圖Fig.2 Distribution map of sampling points of different water bodies in Shendong mining area

2.2 CCME-WQI法

CCME-WQI法是由加拿大環(huán)保署提出的一種水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法,該方法從檢測(cè)指標(biāo)的超標(biāo)范圍F1、超標(biāo)頻率F2和超標(biāo)幅度F3三個(gè)方面分析研究區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量,具體如下[10,12]。

1) 計(jì)算檢測(cè)指標(biāo)的超標(biāo)范圍F1。設(shè)選取的水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)總個(gè)數(shù)為M(個(gè)),指標(biāo)i的測(cè)試總次數(shù)為Ki(次),指標(biāo)i的限值為Ci,指標(biāo)i的第j次實(shí)測(cè)值為Xij。當(dāng)指標(biāo)i所有的實(shí)測(cè)值都符合限值Ci時(shí)(即對(duì)于實(shí)測(cè)值越小、水質(zhì)越好的指標(biāo)滿足任意Xij≤Ci時(shí)成立,對(duì)于實(shí)測(cè)值越大、水質(zhì)越好的指標(biāo)滿足任意Xij≥Ci時(shí)成立),i為合格的指標(biāo)。F1的計(jì)算公式如下:

(1)

式中:B表示不合格指標(biāo)的個(gè)數(shù)(個(gè))。

2) 計(jì)算檢測(cè)指標(biāo)的超標(biāo)頻率F2。當(dāng)指標(biāo)i的實(shí)測(cè)值Xij滿足限值Ci時(shí),稱為一次合格檢測(cè),統(tǒng)計(jì)超標(biāo)檢測(cè)的次數(shù)為R(次),單個(gè)樣品總檢測(cè)次數(shù)為N(次)。F2的計(jì)算公式如下:

(2)

3) 計(jì)算檢測(cè)指標(biāo)的超標(biāo)幅度F3。定義指標(biāo)i的某次實(shí)測(cè)值Xij的超標(biāo)幅度為Eij,則對(duì)于實(shí)測(cè)值越小、水質(zhì)越好的指標(biāo),其計(jì)算公式如下:

(3)

對(duì)于實(shí)測(cè)值越大、水質(zhì)越好的指標(biāo),如溶解氧(DO),其計(jì)算公式如下:

(4)

根據(jù)式(3)和(4),可得F3。F3的計(jì)算公式如下:

(5)

結(jié)合F1、F2和F3,由下式可計(jì)算水質(zhì)綜合指數(shù)Q:

(6)

水質(zhì)綜合指數(shù)Q指示水體水質(zhì)好壞,其值范圍在0～100之間,無量綱。Q值越大,則表明水體水質(zhì)越好,依據(jù)Q值大小可將水體水質(zhì)劃分為5個(gè)等級(jí),見表1。

表1 CCME-WQI法的水體水質(zhì)等級(jí)分類

2.3 水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

神東礦區(qū)地表水、第四系地下水是當(dāng)?shù)卮迕裆詈蜕a(chǎn)用水的重要來源。為了緩解當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活用水供需矛盾,大量的礦井水被用于當(dāng)?shù)毓I(yè)生產(chǎn)、居民生活和礦區(qū)生態(tài)灌溉。飲水?dāng)z入或皮膚入滲攝入劣質(zhì)水,可能會(huì)對(duì)人體健康造成負(fù)面的影響。根據(jù)污染組分對(duì)人體的危害結(jié)果,水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)可分為非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)和致癌健康風(fēng)險(xiǎn)兩種, 兩者具有不同的水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[23-24]。其中,非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型如下:

(7)

式中:HQ為經(jīng)飲水?dāng)z入或皮膚滲入攝入的危險(xiǎn)商(無量綱);Ei為某污染組分通過飲水?dāng)z入的平均每日暴露量[mg/(kg·d)];Ed為某污染組分通過皮膚入滲攝入的平均每日暴露量[mg/(kg·d)];RfD為某污染組分推薦的每日平均攝入量[mg/(kg·d)]。

上式中Ei、Ed的計(jì)算公式如下:

(8)

(9)

SA=239×H0.417·BW0.517

(10)

式中:c為水樣中某組分的質(zhì)量濃度(mg/L);IR為平均每日飲水?dāng)z入量(L),成年男性取2.2 L,成年女性取1.9 L,青年取1.5 L,兒童取1 L;EF為暴露頻率(d/a),通常取365 d/a;ED為持續(xù)暴露時(shí)間(a),成年人取30 a,青年取12 a,兒童取6 a;BW為居民平均體重(kg),成年男性取70 kg,成年女性取65 kg,青少年取50 kg,兒童取20 kg;AT為平均暴露時(shí)間(d),成人取10 950 d,青年取4 380 d,兒童取2 190 d[25-27];SA為皮膚的暴露面積(cm2);H為居民平均身高(cm),成年男性取172.20 cm,成年女性取162.60 cm,青少年取150 cm,兒童取99.4 cm;Kp為皮膚滲透系數(shù)(cm/h);ET為每日皮膚暴露時(shí)間(h/d),成人、青年和兒童分別取 0.63、0.5 h/d和0.42 h/d;CF為單位轉(zhuǎn)換系數(shù),取0.001。

根據(jù)檢測(cè)的超標(biāo)指標(biāo)確定評(píng)價(jià)模型所采用的參數(shù)[28-30]。另外,利用HI表示各元素累計(jì)HQ的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(無量綱),具體計(jì)算公式為

(11)

式中:HQk為第k種污染組分的危險(xiǎn)商(無量綱);D為污染組分總數(shù)(個(gè))。

當(dāng)HI>1時(shí),表明水體水質(zhì)具有潛在的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。

致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型如下:

(12)

式中:CR表示致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(無量綱);SF表示飲用攝入的斜率因子[(kg·d)/mg]。

根據(jù)前人的研究經(jīng)驗(yàn),可根據(jù)CR值大小將致癌健康風(fēng)險(xiǎn)分為6個(gè)等級(jí),見表2[24]。根據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)的規(guī)定,當(dāng)CR值大于5.0×10-5時(shí),表明水體中該污染組分具有較高的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。

表2 IARC和WHO的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類

3 研究結(jié)果與討論

3.1 礦區(qū)不同水體的水化學(xué)特征

3.1.1 不同水體水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

神東礦區(qū)地表水、第四系地下水和礦井水的水質(zhì)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì),見表3。

表3 神東礦區(qū)地表水、第四系地下水和礦井水的水質(zhì)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表3可知:

1) 礦區(qū)地表水、第四系地下水和礦井水整體上呈弱堿性,其中地表水的pH值范圍在7.1～8.7之間,平均值為7.71;第四系地下水pH值范圍在7.2～8.7之間,平均值為7.94;礦井水的pH值范圍在7.3～8.3之間,平均值為7.76。

2) 礦區(qū)礦井水中TDS高于地表水和第四系地下水,其中地表水中TDS范圍在165～2 025 mg/L之間,平均值為678.64 mg/L;第四系地下水中TDS范圍在106～2 229 mg/L之間,平均值為485.94 mg/L;礦井水中TDS范圍在154～2 522 mg/L之間,平均值為1 038.88 mg/L。

3.1.2 不同水體水化學(xué)類型

基于神東礦區(qū)不同水體水質(zhì)測(cè)試結(jié)果,分別繪制了礦區(qū)地表水、第四系地下水和礦井水的Piper三線圖和Chadha水化學(xué)類型圖,見圖3。

圖3 神東礦區(qū)地表水、第四系地下水和礦井水的Piper三線圖和水化學(xué)類型圖Fig.3 Piper trilinear diagram and hydrochemical type diagram of surface water,Quaternary groundwater and mine water in Shendong mining area

根據(jù)舒卡列夫水化學(xué)類型劃分方法,利用Piper三線圖[圖3(a)],得到該礦區(qū)地表水的主要水化學(xué)類型為SO4·HCO3-Mg·Na、HCO3-SO4-Na·Mg、SO4·HCO3-Mg·Ca·Na型水;第四系地下水的主要水化學(xué)類型為HCO3-Ca、HCO3-Na、SO4·HCO3-Ca·Na型水;礦井水的主要水化學(xué)類型為HCO3-Na,HCO3-SO4-Na,SO4·HCO3-Ca·Na,SO4-Na型水。Chadha水化學(xué)類型圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ區(qū)分別表示4種水化學(xué)類型,其水質(zhì)主要影響因素依次為風(fēng)化和補(bǔ)給作用、反向陽離子交換作用、蒸發(fā)作用、陽離子交換作用[31-32]。由Chadha水化學(xué)類型圖可知[圖3(b)]:該礦區(qū)地表水、第四系地下水水樣點(diǎn)在圖中較分散,表明其水化學(xué)類型多樣,水質(zhì)受多種因素的影響;礦井水水樣點(diǎn)主要分布在Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū),表明礦井水水質(zhì)主要受蒸發(fā)作用、陽離子交換作用的影響。

3.2 礦區(qū)不同水體的水質(zhì)評(píng)價(jià)

圖4 神東礦區(qū)不同水體的水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)Q值箱式圖Fig.4 Box diagram of Q value of comprehensive evaluation of water quality of different water bodies in Shendong mining area

由圖4可知:

1) 礦區(qū)冬季地表水的水質(zhì)等級(jí)為良—優(yōu),第四系地下水的水質(zhì)等級(jí)為中等—優(yōu);礦區(qū)夏季地表水的水質(zhì)等級(jí)為良—優(yōu),第四系地下水的水質(zhì)等級(jí)為良—優(yōu)[圖4(a)]。礦區(qū)夏季地表水和第四系地下水的Q值略高于冬季,其原因可能在于夏季為雨季,大量雨水補(bǔ)給起到了稀釋地下水污染物的作用。總體上,礦區(qū)范圍內(nèi)地表水水質(zhì)普遍優(yōu)良,僅個(gè)別井田(HJT井)地表水水質(zhì)較差,這與附近礦井廢水地面排放有關(guān)。

2) 礦區(qū)礦井水的Q平均值由大到小依次為:WLML礦(82.77)>HLG礦(78.85)>SGT礦(77.09)>DLT井(74.82)>SW礦(56.86)>BET礦(52.33)>HJT井(46.64)>BLT礦(41.47)。其中,礦區(qū)冬季礦井水的Q平均值由大到小依次為WLML礦(90.45)>SGT礦(82.49)>DLT井(75.63)>HLG礦(71.22)>SW礦(42.42)>BLT礦(37.65);夏季礦井水的Q平均值由大到小依次為HLG礦(81.39)>WLML礦(75.10)>SGT礦(73.50)>DLT井(73.20)>SW礦(64.08)>BET礦(52.33)>HJT井(46.64)>BLT礦(44.02)[圖4(b)]。礦區(qū)冬季和夏季的礦井水共同采樣點(diǎn)共8個(gè),均表現(xiàn)為夏季礦井水的Q值大于冬季。礦區(qū)礦井水質(zhì)總體上呈現(xiàn)以烏蘭木倫河為界,東部的WLML礦、HLG礦、SGT礦、DLT井的礦井水水質(zhì)較好,水質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)主要為中等—優(yōu);西部的HJT井、SW礦、BLT礦、BET礦的礦井水水質(zhì)相對(duì)較差,水質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)主要為較差—極差。

神東礦區(qū)中、下侏羅系含煤地層的沉積環(huán)境主要為湖泊三角洲和河流沉積環(huán)境,巖性為碎屑巖。下白堊系志丹群是鄂爾多斯盆地重要的含水層,但其空間分布不均衡,在礦區(qū)范圍內(nèi),大致以烏蘭木倫河為分界線,礦區(qū)東部下白堊系志丹群缺失,煤層埋深相對(duì)較小,而礦區(qū)西部下白堊系志丹群發(fā)育,煤層埋深相對(duì)較大[33]。礦區(qū)西部下白堊系志丹群紅色地層相比侏羅系含煤地層更富Fe、Mn等元素,西部煤層上部含水層中的含氟礦物含量相對(duì)較高[33]。礦區(qū)西部中侏羅系直羅組以砂質(zhì)泥巖為主,平均厚度為70.71 m,侏羅系上部2-2煤頂板導(dǎo)水裂隙帶通常未突破中侏羅系直羅組底部;而東部井田的下白堊系志丹群缺失,中侏羅系直羅組平均厚度僅為10～30 m,第四系甚至直接覆蓋于侏羅系煤層之上,屬于典型的淺埋深、薄基巖井田[33](圖1)。礦區(qū)西部礦井水的水源主要為侏羅系基巖裂隙水,與第四系地下水及地表水的水力聯(lián)系相對(duì)較弱;而礦區(qū)東部礦井水的水源主要為地表水、第四系地下水、侏羅系基巖裂隙水,不同水體之間的水力聯(lián)系較強(qiáng)[1,6-7]。因此,神東礦區(qū)東部和西部地層結(jié)構(gòu)的差異,導(dǎo)致礦井水源和水、巖作用不同,從而造成礦井水質(zhì)特征也存在差異。

3.3 礦區(qū)不同水體水質(zhì)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.3.1 水質(zhì)非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)

表4 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中各污染物的相關(guān)參數(shù)取值

神東礦區(qū)不同水體中污染組分的人群非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表5,其中礦區(qū)不同水體中污染組分通過飲水?dāng)z入途徑的人群非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(HI)見圖5,通過皮膚入滲攝入途徑的人群非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(HI)見圖6。

表5 神東礦區(qū)不同水體中污染組分的人群非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖5 神東礦區(qū)不同水體中污染組分通過飲水?dāng)z入途徑的人群非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)Fig.5 Non-carcinogenic health risks of pollution components in different water bodies in Shendong mining area through drinking water intake pathway

圖6 神東礦區(qū)不同水體中污染組分通過皮膚入滲攝入途徑的人群非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)Fig.6 Non-carcinogenic health risks of pollution components in different water bodies in Shendong mining area through skin infiltration intake pathway

由表5、圖5和圖6可知:

1) 相比皮膚入滲攝入途徑,飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)更大,在礦區(qū)不同水體中,通過飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)HI平均值比通過皮膚入滲攝入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)HI平均值大1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。不同人群通過飲水?dāng)z入礦區(qū)各類水體的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)HI最大值均達(dá)到了風(fēng)險(xiǎn)水平(HI>1),而通過皮膚入滲攝入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)HI最大值均小于1,未達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)水平。

2) 按水體類型,礦區(qū)不同水體非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)由高到低依次為:礦井水>地表水>第四系地下水,其中礦井水的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于地表水和第四系地下水(表5)。礦區(qū)地表水對(duì)不同群體的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)HI總和的平均值分別為兒童(1.44)、青少年(0.89)、成年女性(0.86)、成年男性(0.90);第四系地下水對(duì)不同群體的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(HI)總和的平均值依次為兒童(0.91)、青少年(0.56)、成年女性(0.54)、成年男性(0.57);礦井水非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)HI總和的平均值依次為兒童(4.40)、青少年(2.72)、成年女性(2.62)、成年男性(2.75)。根據(jù)群體不同,非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)由高到低依次為兒童>成年男性>青少年>成年女性(表5、圖5)。

神東礦區(qū)不同水體中污染組分對(duì)非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率(HQ/HI)箱式圖,見圖7。

圖7 神東礦區(qū)不同水體中污染組分對(duì)非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率(HQ/HI)箱式圖Fig.7 Box plot of the contribution rate of pollution components in different water bodies to non-carcinogenic health risks (HQ/HI) in Shendong mining area

由圖7可知:礦區(qū)不同水體中污染組分造成的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)程度存在明顯差異,其中不同水體中污染組分F-、As和Mn占主導(dǎo),其中地表水中3種主導(dǎo)污染組分對(duì)HI值的平均貢獻(xiàn)率(HQ/HI)分別為59.95%(F-)、35.79%(As)、2.20%(Mn),第四系地下水中3種主導(dǎo)污染組分對(duì)HI值的平均貢獻(xiàn)率分別為63.25%(F-)、10.96%(As)、22.54%(Mn),礦井水中3種主導(dǎo)污染組分對(duì)HI的平均貢獻(xiàn)率分別為56.28%(F-)、22.69%(As)、14.58%(Mn)。

本文以兒童飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)為例,考察了神東礦區(qū)不同水體兒童通過飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(HI值)空間分布特征,見圖8。

圖8 神東礦區(qū)不同水體兒童通過飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(HI值)空間分布特征Fig.8 Spatial distribution characteristics of non-carcinogenic health risks (HI values) of children in different water bodies in Shendong mining area through drinking water intake pathway

由圖8可知:整體上,礦區(qū)西部地區(qū)地表水和第四系地下水中污染組分對(duì)兒童通過飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)較高,礦區(qū)東部地區(qū)地表水和第四系地下水對(duì)兒童飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)較低;在平面上,烏蘭木倫河西部的HJT井、SW礦、BLT礦和BET礦礦井水中污染組分對(duì)兒童通過飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均大于1,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要分布在東部的DLT井、SGT礦、HLG礦及WLML礦。

3.3.2 水質(zhì)致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

在礦區(qū)超標(biāo)的水質(zhì)指標(biāo)中,As是一種具有致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的元素。根據(jù)礦區(qū)不同水體水質(zhì)的測(cè)試結(jié)果,分析了礦區(qū)不同水體中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR值空間分布特征,見表6、圖9和圖10。

表6 神東礦區(qū)不同水體中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖9 神東礦區(qū)不同水體中As元素通過飲水?dāng)z入途徑的人群致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(CR值)Fig.9 Carcinogenic health risks (CR values) of As element in different water bodies in Shendong mining area through drinking water intake pathway

圖10 神東礦區(qū)不同水體中As元素通過皮膚入滲攝入途徑的人群致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(CR值)Fig.10 Carcinogenic health risks (CR values) of As element in different water bodies in Shendong mining area through skin infiltration intake pathway

由表6、圖9和圖10可知:

1) 礦區(qū)礦井水中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(CR值)最高,地表水中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)次之,第四系地下水中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)最低;通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于通過皮膚入滲攝入途徑,前者的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR值比后者大4～5個(gè)數(shù)量級(jí),前者的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)較高。

2) 礦區(qū)地表水中As元素通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR值范圍在5.01×10-5～4.68×10-4之間,致癌健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ～Ⅳ級(jí);礦區(qū)第四系地下水中As元素通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR值范圍在9.23×10-7～5.72×10-5之間,致癌健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ～Ⅲ級(jí);礦區(qū)礦井水中As元素通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR值范圍在5.10×10-6～3.59×10-3之間,致癌健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ～Ⅵ級(jí)(圖9)。

3) 礦區(qū)地表水、第四系地下水和礦井水中As元素對(duì)不同人群通過皮膚入滲攝入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均小于1×10-6(圖10),表明礦區(qū)水體中As元素通過皮膚入滲攝入途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)可忽略。

4) 礦區(qū)不同水體中As元素對(duì)不同群體的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)由高到低依次為:兒童>成年男性>青少年>成年女性(表6、圖10)。其中,礦區(qū)地表水中As元素對(duì)不同群體通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR平均值由高到低依次為兒童(2.16×10-4)、青少年(1.29×10-4)、成年女性(1.25×10-4)、成年男性(1.34×10-4)。礦區(qū)第四系地下水中As元素通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR平均值由高到低依次為兒童(1.72×10-5)、成年男性(1.07×10-5)、青少年(1.03×10-5)、成年女性(9.99×10-6);礦區(qū)礦井水中As元素通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR平均值由高到低依次為兒童(5.30×10-4)、成年男性(3.30×10-4)、青少年(3.17×10-4)、成年女性(3.08×10-4)。

以兒童通過飲水?dāng)z入各類水體中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)為例,考察了神東礦區(qū)不同水體中As元素對(duì)兒童通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(CR值)空間分布特征,見圖11。

圖11 神東礦區(qū)不同水體中As元素對(duì)兒童飲水?dāng)z入的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)(CR值)空間分布特征Fig.11 Spatial distribution characteristics of carcinogenic health risks (CR values) of As element in different water bodies in Shendong mining area to children through drinking water intake pathway

由圖11可知:整體上,礦區(qū)西部地表水和礦井水中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高,高風(fēng)險(xiǎn)值區(qū)域主要分布在HJT井、SW礦、BLT礦和BET礦;礦區(qū)中部第四系地下水中As元素的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高,主要分布在HLG礦、BLT礦和SGT礦。

4 結(jié) 論

2) 神東礦區(qū)不同水體中污染組分通過飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)和致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均高于通過皮膚入滲攝入途徑;不同人群的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)、致癌健康風(fēng)險(xiǎn)從高到低依次為兒童>成年男性>青少年>成年女性;非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)主要來自污染組分F-、As和Mn的影響;礦區(qū)地表水、第四系地下水和礦井水中As元素對(duì)不同人群飲水?dāng)z入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)都大于1,具有潛在的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn);礦區(qū)地表水、第四系地下水的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分別為Ⅲ～Ⅳ級(jí)和Ⅰ～Ⅲ級(jí),致癌健康風(fēng)險(xiǎn)低;礦區(qū)礦井水中As元素通過飲水?dāng)z入途徑的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ～Ⅵ級(jí),存在致癌健康風(fēng)險(xiǎn),不適宜直接作為飲用水源;礦區(qū)不同水體中As元素通過皮膚入滲攝入途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)HI值和致癌健康風(fēng)險(xiǎn)CR值分別小于1、1×10-6,表明通過皮膚入滲攝入途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)可忽略。

3) 神東礦區(qū)第四系地下水、地表水和礦井水中污染組分的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)、致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的空間分布特征較為一致,主要分布在礦區(qū)西部BET礦、BLT礦、SW礦和HJT井,推測(cè)礦區(qū)礦井水的生態(tài)利用對(duì)地表水和第四系地下水的水質(zhì)造成了一定的影響,建議將礦區(qū)西部礦井水進(jìn)行凈化處理后再利用,以避免對(duì)當(dāng)?shù)厮w環(huán)境和居民健康造成不利的影響。此外,礦區(qū)水文地質(zhì)條件是動(dòng)態(tài)變化的,隨著各礦山開采深度及開采煤層的變化,其礦井水質(zhì)特征及健康風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,今后需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)分析。