四川德阳地区地下水环境健康风险评价

吕 利，吴 勇，孙先锋，唐艳妮，王大川，艾晓艳

(1.成都理工大学 环境与土木工程学院，四川 成都 610059;2.四川地质环境监测总站，四川 成都 610081;3.成都自来水有限责任公司水二厂，四川 成都 610081)

四川德阳地区地下水环境健康风险评价

吕 利1，吴 勇1，孙先锋2，唐艳妮3，王大川1，艾晓艳1

(1.成都理工大学 环境与土木工程学院，四川 成都 610059;2.四川地质环境监测总站，四川 成都 610081;3.成都自来水有限责任公司水二厂，四川 成都 610081)

通过采样分析四川德阳地区地下水中 Hg、As、Cr6+、挥发酚、氰化物、Fe、Mn的污染状况，采用美国环保署(USEPA)推荐的健康风险评价模型，评价德阳地区地下水对成人健康的风险。通过经口暴露和皮肤暴露两种途径计算，结果表明，成人对Hg、挥发酚、氰化物3种非致癌物质的经口暴露和皮肤暴露终身健康危险度均低于可接受风险水平10－6;As、Cr6+、Fe、Mn 4类物质经口暴露健康危险度比较高，其中 As为可接受风险水平的171.9倍，Cr6+为可接受风险水平的446.9倍;皮肤暴露健康危险度贡献率总体比较小，绝大部分是由Cr6+提供;As、Cr6+对居民潜在的致癌风险非常明显。经口暴露是地下水影响该地区居民终身健康并构成潜在风险最主要的途径。

地下水;成人健康风险;经口暴露;皮肤暴露;危险度评估

地下水是农民饮用和灌溉的主要水源。随着我国经济持续高速发展，水环境问题日益严重。当前国内水质研究的重点仍侧重于对水体污染程度的定性描述［1、2］、对水质等级的半定量评估［3］以及对河流水质参数的定量预测［4、5］，关于水体中物质对人体健康效应的研究十分匮乏。

环境健康风险评价是20世纪80年代以后发展起来的，它把环境污染与人体健康联系起来，定量地描述环境污染对人群健康的危害，估算有害因子对人体危害发生的概率［6］。截止目前，国外学者已对水环境健康风险评价的理论、方法与应用开展了大量的研究［7－11］，而国内学者的研究则相对较晚［12－16］。

以四川德阳地区地下水环境为研究对象，采用美国环保署(USEPA)推荐的健康风险评价模型［17］，调查成年人对地下水中金属、重金属、氰化物和挥发酚的暴露剂量和健康风险分布特征，评估地下水对成人健康的风险水平。

1 理论及方法

1.1 暴露剂量的确定

居民对该地区地下水的暴露途径为"经口暴露"和"皮肤暴露"两种。其中，经口暴露主要包括日常饮食摄水和洗浴过程中随机摄水，计算公式如下:

式中:ADDoral为经口暴露剂量，mg/kg· d;CW为水中污染物浓度;mg/L;IR为摄入率，L/d;EF为暴露频率，d/a;ED为暴露持续时间，a;BW 为人体质量，kg;AT为平均时间，d。

皮肤暴露吸收的剂量计算公式如下:

式中:ADDabsorption为皮肤吸收剂量，mg/kg·d;CW、IR、EF、ED、BW、AT 同上。

SA为皮肤接触表面积，cm2;PC为化学物质皮肤渗透常数，cm/h;ET为暴露时间，h/d;CF为体积转换因子，10－3L/cm。

1.2 健康风险计算方法

将地下水中检测到的污染物分为非致癌性物质(有阈)和致癌性物质(无阈)两类，具体计算公式如下:

式中:R为发生某种特定有害健康效应而造成等效死亡的终身危险度;ADD为非致癌性物质的日均暴露剂量，mg/kg· d;RfD为化学污染物的某种暴露途径下的参考剂量，mg/kg·d;10－6为与 RfD相对应的假设可接受的危险度水平。

式中:R为人群患癌终身超额危险度，指0岁人群的期望寿命70 a;ADD为日均暴露剂量，mg/kg·d;q(人)为有动物推算出来人的致癌强度系数，(mg/kg·d)－1。

在计算人群对污染物的暴露剂量的基础上，根据暴露剂量和污染物的参考剂量或致癌强度系数计算健康危险度。

2 评价计算

2.1 水质分析

该研究数据是通过作者团队实地取样分析和环境监测站提供得到。水样均来自天然暴露地下水和居民水井，取样地点为Z1－Z10共10个点。具体数据见下表(表1)。

表1 取样水质实验数据 mg/L

2.2 健康风险评价参数的选择

根据美国EPA综合风险数据库(IRIS)数据库资料，以及国际癌症研究机构(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，对于非致癌物质所致健康风险评价，参考剂量(RfD)是一个重要参数;而对于致癌物质，健康评价需要通过化学致癌物强度系数(q)确定。上述与评价有关的指标所对应的参考剂量和化学致癌强度系数分别列于下表(表2、表3)

表2 非致癌物质参考剂量

表3 化学致癌物强度系数

2.3 暴露剂量计算

本研究只针对该地区成人进行，根据USEPA手册［15］确定成人的相关参数，经口暴露的摄入率为2.2 L/d;饮用水暴露频率为365 d/a;皮肤表面积1.82 m2;体重64 kg;每天淋浴时间15 min;对化学物质的暴露，经口暴露持续时间70 a，游泳时间50 a;几种化学物质的皮肤渗透系数PC如下(表4)。

表4 几种化学物质的皮肤渗透系数 cm/h

根据上述公式和参数计算得到该地区取样点成人经口暴露剂量和皮肤暴露剂量结果见下表(表5、表6)。

表5 经口暴露剂量 mg/kg.d

由表5和表6可以看出，

(1)调查地区无论是通过经口暴露还是皮肤暴露，人们对Fe和Mn的暴露剂量都相对较高。经口暴露途径Fe的暴露剂量在 1.719E－03到 4.228E－02区间范围内，是 Hg、As、Cr6+、挥发酚、氰化物暴露剂量的 50～1230倍;经口暴露途径 Mn的暴露剂量在3.438E－04到4.428E－02范围内，是 Hg、As、Cr6+、挥发酚、氰化物暴露剂量的10～1288倍。皮肤暴露途径 Fe和 Mn的暴露剂量分别是 Hg、As、Cr6+、挥发酚、氰化物暴露剂量的33.3～820倍和8.3～1073倍。

(2)不管是针对哪种指标，其经口暴露剂量都比皮肤暴露剂量大的多，可见经口暴露途径是人体接触地下水化学物质的主要暴露途径。

2.4 健康风险计算结果

通过各指标经口暴露剂量和皮肤暴露剂量分别算出相应指标对人体健康的危害度，结果见下表(表7、表8)。

表6 皮肤暴露剂量mg/kg·d

表7 经口暴露终身健康危险度和患癌超额危险度

表8 皮肤暴露终身健康危险度和患癌超额危险度

由表7、表8可以看出:

(1)非致癌物质经口暴露的终身健康总危险度，Hg、挥发酚、氰化物均低于可以接受的风险水平10－6，但是 Fe除了 Z2、Z10区，Mn除了Z1、Z5、Z6、Z9区外都超出了可以接受的风险水平10－6;而非致癌物质皮肤暴露的终身健康总危险度均低于可以接受的风险水平10－6，呈现Fe、Mn相对较高的态势。

(2)对于具有致癌作用的As和Cr6+造成的患癌终身超额危险度，经口暴露途径远远超过了可以接受的风险水平10－6;皮肤暴露途径As在可接受风险水平之内，Cr6+略高于可接受风险水平。

(3)经口暴露健康危险度贡献率主要由 As、Cr6+、Fe、Mn提供，尤其是As、Cr6+，分别达到了70%和27%左右。也就是说致癌物质所造成的健康危险度贡献率占97%，是经口途径影响人类健康的主要污染物，相关部门有必要进行相应的治理。皮肤暴露健康危险度贡献率总体比较小，绝大部分是由Cr6+提供，其余指标影响微弱。

(4)该地成人各种指标成人经口暴露健康危险度明显大于皮肤暴露健康危险度。经口暴露是该地区地下水影响成人健康并构成潜在风险的最主要途径。

2.5置信度分析

USEPA健康风险评价模型，把饮用水中的有害物质与人体健康联系起来，定量描述有害物质对人体健康产生危害的风险，该模型在健康风险评价中具有重大的意义。然而在水环境中，健康风险评价系统包含了大量的不确定性因素:

(1)地下水环境本身就是一个比较复杂的水 －岩作用系统，包括大量的有机、无机化合物，并且受地理环境和地表水渗透的影响，成分更加复杂多变。

(2)研究涉及的指标低于检出限时，采用的1/2检出限代替，具有一定的主观性，由此产生的计算结果不准确，可能偏大。

(3)研究采用 USEPA公布的计算模型，并且国内相关计算参数还不确定，只能套用美国参数。这就导致所计算的结果与实际结果存在差异。

(4)该研究只针对地区的成人进行，对于小孩、青少年，甚至是男、女差别，计算时所涉及的参数也会不一样，比如水的摄入率、体重、皮肤表面积等等。由此得到的最终评价结果也会不一样。

3 结论和建议

(1)该地区地下水对居民健康终身危险度贡献率主要是以经口暴露途径为主，Cr6+＞As＞Fe＞Mn＞Hg＞氰化物 ＞挥发酚，As、Cr6+分别达到了70%和27%左右。

(2)四川德阳地区以地下水为主要饮用水源，但是 As、Cr6+、Fe、Mn导致的健康风险度很大，尤其是 As、Cr6+，As为可接受风险水平的171.9倍，Cr6+为可接受风险水平的446.9倍，使当地地下水整体致癌风险较高，相关部门应该采取相应措施。

(3)该地区地下水已经被化学物质污染，并且在相当长一段时间内很难恢复，居民也应该注意自身的饮水安全。有关部门应该加强化工厂排污管理，减少新增易排污企业，减小地下水二次污染的危险系数。

由于我国目前还没有关于健康风险评价技术标准以及相关的参数，建议有关部门应该加强健康风险评价的工作研究，促进人体健康与地下水环境的数据相关性的发展。另外有机物的污染在评价工作中还不够深入，建议在有机污染物联合作用机理上进行更深入的研究，为我国地下水卫生标准的完善提供可靠的依据，为针对人类健康采取的措施提供理论保障。

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1004－1184(2012)01－0098－04

2011－07－13

吕利(1986－)，男，四川内江人，在读硕士研究生，主攻方向:地下水评价与保护。