五大连池重碳酸矿泉水中Mn、Ni离子的健康风险评价

2012-05-09王菁华谢振华

绿色科技 2012年8期

王菁华，谢振华，杨臣，李博

(黑龙江省科学院火山与矿泉研究所，黑龙江五大连池164155)

1 引言

五大连池矿泉水是火山喷发后形成的富含多种微量元素的、高品位的珍贵矿泉水资源。在五大连池自然风景保护区内分布有规模不等、类型多样的百余眼露头泉眼［1］。其中，南北饮泉的重碳酸铁硅质复合矿泉水，是世界3大冷矿泉之首，其品质高于法国维希矿泉和俄罗斯高加索矿泉，享有“神泉”、“圣水”的美誉。该类型矿泉水水温常年保持在4℃，富含多种矿物质元素，二价铁含量较高，在泉水涌出地面后极易氧化高价态的铁的氧化物，同时矿泉水中锰和镍离子的含量也较高［2～4］。五大连池矿泉水具有较高的医学疗养作用，在民间已有上千年的应用历史。每年有大量游客及患者来此饮用五大连池矿泉水，用以治疗胃肠疾病、皮肤病及泌尿系统疾病等［5～8］。

微量元素在人体中具有重要作用。镍是人体必需的微量元素，是胰岛素的重要辅酶，具有重要的生理功能。锰是构成机体内数十种酶的活性基团或辅助因子，又是某些酶的激活剂。锰可增强蛋白质代谢，影响糖代谢中若干酶的作用。其他的离子也在生命活动中起着重要的作用［9，10］。但是，科学研究已经证实微量元素过量时对生物体的毒性作用，例如人体镍含量过多，对内分泌有不良影响，并且镍的最大毒性表现在它是一种致癌金属，可导致DNA损伤和细胞毒害作用，是肿瘤促进剂。人体锰含量过高对内分泌系统有很大影响［11，12］。

五大连池矿泉水富含多种微量元素，是优质、无污染的健康水源。重碳酸矿泉水中Mn、Ni含量较高，长期饮用是否对人体具有危害还待进一步研究。本文利用健康风险评价方法对五大连池重碳酸矿泉水中Mn、Ni离子引起的健康风险进行了评价。该方法是是由美国国家工程学院和国家科学院于1972年首先提出，并于1983年的《红皮书》中正式提出，包括危害识别、剂量—效应分析、暴露评价及风险表征4个主要部分［13～16］。目前，国内外对重金属离子引起的健康风险评价的研究较多，但是开展矿泉水中金属离子引起的健康风险评价的工作较少。因此，开展五大连池重碳酸矿泉水中Mn、Ni离子的健康风险评价，对正确认识和饮用矿泉水具有参考作用。

2 资料与方法

2.1 健康风险评价模型

根据重金属离子Mn、Fe通过饮水途径进入人体后所引起的健康风险，采用美国环保局推荐的躯体毒物质的风险评价模型，躯体毒物质风险评价模型(经饮水途径):

五大连池火山区位于黑龙江省北部，黑河地区南部，地处小兴安岭与松嫩平原的过渡地带。风景区总面积为 1060 km2，其地理坐标为东经 125°42'～ 127°37'，北纬48°16'～49°12'。五大连池区矿泉水，北起五池东南岸边，南至药泉山，长约15 km，呈南北向带状分布，为受同一南北向脆性断裂构造系统控制。药泉山铁质重碳酸盐碳酸矿泉水区，分布在药泉山的东侧，由于地幔热柱活动产生的CO2，沿导气构造上升溶解于水，形成弱的碳酸矿水。这种酸性水，对围岩有较强的溶蚀力，在径流迟缓而又较为封闭的环境中便形成了含各种化学组分，有较高矿化度的原生矿泉水。根据黑龙江省科学院火山与矿泉研究所提供的矿泉水水质监测数据，监测时间为2010年1月～2011年12月，各月监测值数据见表1。

式中Ri为躯体毒物质重金属j经饮水途径的平均健康危害个人年风险，a－1;1×10－6为躯体毒物质 i的可接受风险水平;Di为躯体毒物质经饮水途径的单位体重日均暴露剂量，mg/kg·d。Rfd为躯体毒物质i经饮水途径参考剂量，mg/kg·d;

式中CW为水中化学污染物的浓度，mg/L;IR为水的日摄入量，L/d;BW为人均体重，Kg;AT为平均寿命，a。根据相关统计数据和文献，成年人的日均饮水量IR取值为2.2 L，我国居民的人均体重BW取值为60 Kg，平均寿命AT取值为70年。

假设各重金属物质对人体健康危害的毒性作用呈相加关系，而不是协同和拮抗关系，则饮水途径重金属总的健康风险R总为:

2.2 研究区域概况与数据来源

表1 重碳酸矿泉水Mn、Ni含量监测数据 CW/(mg/L)

根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)通过全面评价化学物质致癌性可靠程度而编制的分类系统，可知Mn和Ni为躯体毒物质，其 Rfd取值见表2。由表1数据可知，南饮泉重碳酸矿泉水中Mn离子的含量超过《饮用天然矿泉水》(GB 8537－2008)标准限值0.4 mg/L10倍以上。正常成人需铁量约12～18 mg/d。矿泉水中总铁含量较高。直接饮用南饮泉中碳酸矿泉水对人体存在健康风险的躯体毒物质为Mn离子和Ni离子。2010年其含量平均值 Mn为 5.42 mg/L，Ni为 0.08 mg/L;2011 年 Mn为4.89 mg/L，Ni为 0.075 mg/L。分别计算躯体毒物质中金属离子Mn和Ni通过饮水途径对人体造成的健康危害。

表2 躯体毒物质通过饮水途径的参考剂量

健康风险评价是通过建立人体健康与有毒物质的关系，定量描述各种基因毒物质和躯体毒物质等对人体造成的危害及其发生概率。我国有关健康风险评价的研究起步较晚，鉴于目前的研究结果，本文参考国际辐射防护委员会及部分机构推荐的有毒物质个人年风险最大可接受水平(表3)进行评价。

表3 部分机构推荐的最大可接受风险水平和可忽略的风险水平

3 结果与分析

根据健康风险评价模型和评价参数，可以计算出2010年和2011年通过饮用南饮泉重碳酸矿泉水水源，躯体毒物质金属离子Mn和Fe造成的平均个人年风险及个人年总风险，计算结果见表4。

表4 躯体毒物质Mn、Ni通过饮水途径的个人年风险 a－1

由表4数据可以看出，南饮泉的躯体毒物质Mn和Ni的平均个人年风险分别为 2.03 ×10－8(1.88 ×10－8)和2.09×10－9(1.96 ×10－9)，远远低于 ICRP 推荐的标准年风险度5×10－5。这表明饮用南饮泉矿泉水，金属离子Mn和Ni引起的健康风险甚微，不会对常年饮用矿泉水的人群构成明显危害。并且由表中数据可知，矿泉水中躯体毒物质的个人年总风险均低于ICRP标准，说明饮用该类型矿泉水Mn和Ni引起的健康风险非常低。但是，矿泉水中Mn和Ni的含量超过《天然饮用矿泉水》中的标准限值，应该预先经过处理后饮用。

本文仅应用健康风险评价模型定量描述五大连池重碳酸矿泉水中Mn和Ni两种金属离子对人体健康危害的影响，暴露途径主要是摄入，并没有考虑其他金属离子对人体健康造成的影响，也没有考虑通过其他暴露途径如通过浸浴、呼吸等途径造成的影响。因此，评价所得的风险应小于实际的风险值。

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