安徽省饮用水中氟化物含量及健康风险分析

郜红建,张显晨,张正竹,宛晓春 (安徽农业大学园艺学博士后流动站,安徽 合肥 230036)

我国是地方性氟病受害较重的国家之一[1],其中饮水型氟疾病约占总患病人数的 90%以上[2].安徽是我国地氟病发病率较高的省份,主要集中在亳州、阜阳、宿州、淮南等12个地区,浅层地下水氟化物含量高(1.0～3.0mg/L)是该地区氟病发病的主要原因[3].安徽省部分农村地区以未净化处理的浅层地下水为主要饮用水源,水中氟化物含量高低直接影响到人体健康.有关安徽省饮用水中氟化物含量与龋齿和氟斑牙等疾病之间的关系已有研究[4-5],但从全省范围分析饮用水中氟化物含量及其健康风险评估未见报道.

本研究系统分析了安徽省 231个代表性采样点饮用水中氟化物含量、频率分布特征及其与安全摄氟量之间的关系,以期为饮用水氟化物安全管理和地氟病防治提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 采样方法

根据地质地貌特征,安徽省可分为淮北平原、江淮丘陵、皖西大别山、沿江平原和皖南山区5个区域. 在每个区域的不同市(县)辖区内随机选取若干采样点,共计231个(表1).分布在农村地区的样点采集当地主要饮用水源水样(以地下井水为主)、市(县)区的样点采集公共供水系统的自来水为代表性饮用水样.每个采样点饮用水样分4次采集(2008年8月和11月,2009年2月和5月),以4次所采水样中氟化物含量平均值作为一个采样点饮用水中氟化物含量.采集的饮用水样在 1.0 L干净的聚四氟乙烯瓶中保存.瓶装饮用水18瓶购于合肥某超市.所有水样经0.45µm微孔滤膜过滤后,低温保存(-4℃).

1.2 实验材料

总离子强度调节缓冲液(TISAB)为 58gNaCl, 68g二水合柠檬酸钠和57mL冰乙酸溶于700mL纯水中,用 5mol/L NaOH调节 pH=5,用纯水定容至1000mL.氟离子标准贮备液(1000µg/mL):称取105℃干燥2h的氟化钠0.2210g,溶解于纯水并定容至100mL,储于聚乙烯瓶中.所有试剂均为分析纯.

1.3 分析方法

饮用水中氟化物含量按照改进的EPA方法[6]进行分析.准确取20mL水样和20mL TISAB放在50mL聚四氟乙烯杯中,充分搅拌后在奥立龙氟离子测量仪(包括9609BNWP氟电极,美国热电公司)上测定氟化物浓度.水样中氟化物含量为3次重复分析的平均值.Excel2003进行数据统计分析.

2 结果与讨论

2.1 安徽省饮用水中氟化物含量分析

安徽省不同地区饮用水中氟化物含量为0.12～1.94mg/L,平均0.57mg/L(表1).饮用水中氟化物平均含量顺序为:淮北平原区(0.85mg/L)＞大别山地区(0.42mg/L)≈江淮丘陵区(0.41mg/L)＞沿江平原区(0.34mg/L)＞皖南山区(0.24mg/L).淮北平原区的亳州,阜阳和宿州地区饮用水中氟化物含量高于其他采样点,平均含量分别为 1.05, 0.71,0.76mg/L,最高值分别达1.94,1.37,1.19mg/L.这是因为地下水中氟离子含量与地质和水文地质条件有关,主要受控于含水层中含氟矿物的含量及地下水径流条件[3].淮北平原区冲积物来源和岩层组成成分较复杂,分布有大量的高含氟矿物质,地下水基本为弱碱性或碱性,这就给氟的迁移和在水中的富集创造了必要条件[3].淮北平原区的远河泛滥带及湖相沉积层区,地下水径流相滞缓、氟离子含量较高[3],是安徽省淮北平原区地下水中氟离子含量较高的主要原因.

合肥市部分瓶装饮用水中氟化物含量为0.12～0.53mg/L,平均 0.39mg/L,低于全省饮用水氟化物含量的平均值,而高于皖南山区和沿江平原区饮用水中氟化物的平均含量.

图1 饮用水中氟化物含量频率分布Fig.1 Frequency distributions of fluoride concentration in drinking water

从饮用水中氟化物含量的频率分布特征看(图1),江淮丘陵区,皖西大别山区,沿江平原区和皖南山区饮用水中氟化物含量均在 1.0mg/L以下,其中皖南山区饮用水氟化物含量低于 0.50mg/L.淮北平原区有 34.35%的饮用水中氟化物含量超过1.0mg/L.这与安徽省土壤中水溶性氟含量总体上呈北高南低的地带性分布有关, 即表现为淮北平原＞江淮丘陵＞沿江平原＞皖南山区＞大别山区[11].淮北地区土壤水溶性氟含量高,通过淋溶作用进入地下水的氟数量多,地下饮用水中氟化物含量高[11].合肥市部分瓶装饮用水中氟化物含量均在1.0mg/L以下,其中88.89%水样中的氟化物含量低于0.50mg/L.

表1 安徽省不同地区饮用水中氟化物含量分析Table 1 Fluoride levels in drinking water collected from different regions of Anhui Province, China

世界各国对饮用水中氟化物含量均有一定的限量标准.世界卫生组织(WHO)制订的用以指导制订饮用水水质标准的氟含量最大限量为1.5mg/L[7];欧盟制订的用以指导欧盟各国制订饮用水水质标准的氟含量允许值为0.7～1.5mg/L[8].俄罗斯规定饮用水中氟化物的最高限量为1.50mg/L;美国规定饮水中的最大氟含量为4.0mg/L[9].我国生活饮用水卫生标准规定氟化物的含量不超过1.0mg/L[10].安徽省有13.26%的饮用水中氟化物含量超过我国的生活饮用水卫生标准,有1.21%超过WHO、俄罗斯和欧盟的饮用水水质标准,全部低于美国饮水中氟化物限量标准(表1).超标水样主要集中在淮北平原的亳州、阜阳和宿州样点,超标率为 34.35%;其余采样点氟化物含量均低于我国生活饮用水卫生标准.这是因为亳州、阜阳和宿州位于黄泛冲积平原区,岩性以亚砂土、亚粘土、裂隙状亚粘土为主,成土母质氟化物含量较高[3].黄泛冲积平原区土壤多呈碱性,土壤水溶性氟含量较高[11],氟离子容易向地下水迁移,提升地下水中氟离子含量.

2.2 水中氟化物含量对人体健康的影响

饮用水中适量氟可以有效降低龋齿的发病率,促进骨骼的发育,长期饮用含氟量低于0.50mg/L饮用水,患龋齿的几率大大增加[12].饮水中氟含量在 0.5mg/L以下的地区,居民龋齿患病率高达 50%～60%[13].孟冬青[14]研究证实,饮用水中氟的含量小于0.50 mg/L时,6～14岁儿童龋齿患病率高达 82.3%.安徽省淮北平原、江淮丘陵、皖西大别山、沿江平原和皖南山区饮用水中氟化物含量低于 0.50mg/L的样点比例分别为28.1%、81.8%、71.4%、81.0%和 100%,其中滁州市、安庆市、池州市、芜湖市、黄山市、宣城市所有饮用水样中氟化物含量全部低于0.50mg/L,长期饮用患龋齿的风险较大.采取饮水加氟、饮食补氟等措施可以有效增加人体摄氟量.此外,茶树是氟高富集植物,氟含量比其他植物高2个数量级,叶部氟富集占体内总量的 90%以上[15],尤以老叶最高,可超过 1000mg/kg[16].茶叶中的氟 40%～90%可溶解在茶汤中[17],饮茶摄氟是补充体内氟不足的重要途径.

人体摄氟过量将破坏正常钙磷代谢,引起骨膜增生、骨节硬化、骨质疏松、骨骼变形发脆,危及骨骼正常的生理机能,从而造成氟斑牙(＞1.50mg/L)、氟骨病(4.0mg/L)和氟癌症(10mg/L)等症状[12,18].水中氟化物浓度超过1.0mg/L时,人群氟斑牙的患病率超过50%[14].安徽省饮用水中氟化物含量高于 1.0mg/L的样点集中分布在淮北平原区的亳州市、宿州市和阜阳市辖区内,分别占其饮用水样总量的50.0%、42.8%和25.0%.亳州市辖区内有部分(1.21%)饮用水氟化物含量超过了 1.5mg/L,长期饮用患氟斑牙疾病的风险较高.降低饮用水中氟含量是减少人体摄氟的重要途径,可采取絮凝沉淀、离子交换、电渗析等方法[19]除去饮用水中过量氟.

世界卫生组织(WHO)提出人均每天适宜摄氟量为 2.5～4.0mg[8];美国推荐标准为少儿每日总摄氟量不超过 2.5mg,成人在 1.5～4.0mg之间[10].我国卫生部规定,成人每天摄氟最高限量为4.0mg,儿童为 2.0～2.4mg[11].按照《中国居民膳食指南2007》建议的成人每人每天1.2L饮水量和约1.0L饮食摄水量计算,安徽省不同地区居民每日摄氟总量在0.26～4.3mg之间.其中淮北平原区居民每日摄氟总量在2.0～4.3mg之间,摄氟量超过4.0mg的样点分布在亳州市(1.21%).江淮丘陵、皖西大别山、沿江平原和皖南山区摄氟总量均在2.0mg以下,应通过饮茶或饮水加氟等措施补充氟摄入量,以减少摄氟不足对人体的潜在危害.

3 结论

3.1 安徽省不同地区饮用水中氟化物含量为0.12～1.94mg/L,平均 0.57mg/L.含量顺序为:淮北平原区＞大别山地区≈江淮丘陵区＞沿江平原区＞皖南山区.

3.2 安徽省不同地区饮用水中氟化物含量小于0.50mg/L的占61.85%的,在0.50～1.00mg/L之间的占24.89%,大于1.00mg/L的占13.26%.

3.3 安徽省不同地区居民每人每天饮水摄氟总量为 0.26～4.3mg,江淮丘陵、皖西大别山、沿江平原和皖南山区摄氟总量低于我国生活饮用水卫生标准推荐的最低限量,人群存在患龋齿风险.

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