南方某河流型饮用水源地重金属健康风险评估

曾彩明，黄奂彦，谭晓辉，凡金威

1.东莞市环境科学研究所，广东 东莞 523009

2.华中科技大学，湖北 武汉 430074

近年来，随着工农业生产的发展，我国水环境质量堪忧，尤其是饮用水源污染风险日益加大。南方地区水系发达，雨量充沛，水资源较为丰富，但随着周边区域经济开发强度的加大和含重金属污染行业的快速发展，河流水体尤其是饮用水源地可能遭受重金属等微污染的趋势不容忽视［1-4］。重金属属一类污染物，具有高稳定性、难降解性、可累积性和毒性等特点，水体重金属污染会直接影响人体健康，开展与评估饮用水源地水环境安全显得尤为迫切和重要［4-7］。

健康风险评价是20世纪80年代以后发展起来的狭义环境风险评价的内容，其主要特点是，把环境污染与人体健康联系起来，定量描述环境污染对人体健康产生的危害风险［8-9］。该文首先对研究河段进行监测布点，共设置12个监测断面，对其进行了采样分析，摸清了研究河段的水质状况，并采用美国环保局推荐的健康风险评价模型对水体水质进行评价，最后根据评价结果，与国内其他省市研究结果进行了比较分析。

1 实验部分

1.1 采样点位设置

如图1所示，河流型饮用水源地自东向西设12个采样断面，其中上游设置2个采样断面(M、O)，中游断面设 5 个断面(F、G、H、I、J)，下游设置 5个断面(A、B、C、D、E)。A-M 断面分别位于赤滘河西、赤滘河东、高埗桥、水蛇涌、涌江东、万江桥、寒河、寒溪水、石龙河南、石龙河北、沙腰、陈屋村。按照《水质采样方案设计技术规定》(HJ 495—2009)［10］设计各断面取水点。

图1 采样监测断面分布图

1.2 样品的采集与处理

样品的采集与处理参照《水质采样样品的保存和管理技术规定》(HJ 493—2009)［11］、《水质采样技术指导《(HJ 494—2009)［12］等。

1.3 样品的测定

样品的测定采用《水和废水监测分析方法(第四版)》［13］。

2 健康风险评价模型

2.1 水环境健康风险评价模型

采用美国环保局推荐的健康风险评价模型，评价饮用水源水的健康风险。不同类型污染物通过饮用水途径进入人体后所引起的健康风险的评价模型包括致癌物所致健康危害的风险模型和非致癌物所致健康危害的风险模型:

式中:2.2为成人每日平均饮水量，L;Ci为污染物平均年质量浓度增量，mg/L。

此外，对于饮用水中各有毒物质所引起的整体健康风险，假设各有毒物质对人体健康危害的毒性作用呈相加关系，而不是协同或拮抗关系，则饮用水总的健康危害风险R总按式(4)计算。

2.2 评价模型污染因子和参数的确定

以Cd、As、Cr为化学致癌评价因子，其致癌强度系数(饮水途径)qig分别以6.1 mg/(kg·d)、15 mg/(kg·d)、41 mg/(kg·d)为参数值;以 Pb、Hg、Zn、Cu、Ni为非化学致癌评价因子，其非致癌物参考剂量(饮水途径)PADig分别以1.4×10－3mg/(kg·d)、3 × 10－4mg/(kg·d)、0.3 mg/(kg·d) 、5 × 10－3mg/(kg·d) 、0.02 mg/(kg·d) 为参数值［14-17］。

3 结果与讨论

3.1 重金属浓度及其分布

河流型饮用水源地水中重金属含量及其分布状况如表1所示。化学致癌污染物Cr、As、Cd各监测断面质量浓度分别为0.06～1.13、0～0.71、0 ～0.250 μg/L;化学非致癌污染物 Cu、Ni、Zn 各监测断面质量浓度分别为 1.37～4.12、4.57～6.06、0 ～31.74 μg/L;而化学非致癌污染物 Hg、Pb未检出。化学致癌污染物Cr、As、Cd各监测断面平均质量浓度分别为 0.455、0.313、0.058 μg/L;化学非致癌污染物 Cu、Ni、Zn 各监测断面平均质量浓度分别为 2.172、5.290、3.827 μg/L。从单因子评价结果来看，所测的各类重金属污染物指标均低于《地表水环境质量标准》((GB 3838—2002))Ⅰ类水的标准值，污染指数最高的为Ni(0.267)，Cu(0.225)次之，污染因子指数具体大小顺序为Ni＞Cu＞Zn＞Cd＞Cr ＞ As ＞ (Hg、Pb)。从监测断面来看，Cr、As、Zn 3种污染物最高值同时出现在下游的A断面;Cd、Cu、Ni 3种污染物最高值分别出现在位于中、下游的C、E、H断面。由此可见:该河流型饮用水源地水质中重金属污染物含量总体较低，均低于Ⅰ类水的标准值;水体主要污染为Ni和Cu，而且重金属含量具有中下游监测断面高于上游的特征。

表1 水体中重金属的平均质量浓度 μg/L

3.2 化学致癌物健康危害风险

根据美国环保局推荐的健康风险评价模型［式(1)和式(3)］和评价参数计算，评价结果如图2所示。该饮用水源地化学致癌污染物Cr、As和Cd通过饮水途径引起的平均个人健康风险最大值的数量级为 10－7～10－5，分别为 2.08 ×10－5、4.78 × 10－6、6.85 × 10－7a－1;按平均值统计分析，这3种致癌污染物的健康风险平均值为Cr＞ As＞ Cd，分别为 8.19 ×10－6、2.11 ×10－6、1.59×10－7a－1。可见，各监测点位健康风险值均低于国际(ICRP)推荐值(5×10－5a－1)和美国环保局推荐值(1 ×10－4a－1)，Cr、As健康风险值远远高于Cd，是该饮用水源地的主要致癌污染因子，应作为风险管理的优先控制污染物。不同断面污染物风险值如图2所示，其差异情况总体表现为下游断面风险值高于上中游断面。

3.3 化学非致癌物健康危害风险

根据美国环保局推荐的健康风险评价模型［式(2)和式(3)］和评价参数计算，其评价结果如图3所示。该饮用水源地化学非致癌污染物Cu、Ni和Zn通过饮水途径引起的平均个人健康风险最大值的数量级为 10－11～10－10，分别为 3.70×10－10、1.36 ×10－10、4.75 × 10－11a－1;按平均值统计分析，这3种非致癌污染物的健康风险平均值为Cu＞Ni＞Zn，分别为 1.95 ×10－10、1.19 ×10－10、5.73×10－12a－1。可见，各监测点位健康风险值均远远低于国际(ICRP)推荐值(5×10－5a－1)和美国环保局推荐值(1×10－4a－1)，几乎可以忽略不计，且各断面污染物风险值变化也比较平缓。

图2 化学致癌物的饮水途径健康危害的平均个人年风险

3.4 有毒污染物健康危害总风险

根据式(4)，有毒污染物健康危害总风险评价结果见表2。该河流型饮用水源地化学致癌物(Cr、As、Cd)对人体健康危害的年总风险为1.31 ×10－4a－1;化学非致癌物(Cu、Ni、Zn)对人体健康危害的年总风险为3.94×10－9a－1。比较而言，上中游断面差异不大，而下游断面(A、B、C、D、E、F)对人体健康危害的年总风险为明显高于上中游，下游断面(A、B、C、D、E、F)、中游断面(G、H、I、J)、上游断面(M、O)总风险值的平均值分别为1.63 ×10－5、5.44 ×10－6、5.80 ×10－6a－1。可见，下游地区应作为风险防控的重点区域。

图3 化学非致癌物的饮水途径健康危害的平均个人年风险

表2 有毒污染物所致健康危害的总风险(个人年风险)a－1

3.5 有毒污染物健康危害风险值比较

有毒污染物 Cr、As、Cd、Cu、Ni、Zn 健康危害风险值分别为 8.19 ×10－6、2.11 ×10－6、1.59 ×10－7、1.95 ×10－10、1.19 ×10－10、5.73 ×10－12。比较而言，饮用水源地有毒污染物健康危害风险值相对较低［18-19］。对照国际国外风险限值，该研究饮用水源 Cr、As、Cd、Cu、Ni和 Zn 的风险值虽然均低于国际(ICRP)的可接受限值(5×10－5)与美国环保局的可接受限值1×10－4。但Cr和As高于瑞典、荷兰、英国推荐的可接受限值1×10－6。可见，Cr和As为该河流的主要健康风险因子，应作为风险决策管理的重点对象。

4 结论

1)该河流型饮用水源地水质中重金属污染物含量总体较低，均低于Ⅰ类水的标准值;污染因子指数具体大小顺序为Ni＞Cu＞Zn＞Cd＞Cr＞ As＞ (Hg、Pb)，水体主要污染为Ni和Cu，而且重金属含量具有中下游监测断面高于上游的特征。

2)各监测断面化学致癌污染物的健康风险均值大小顺序为 Cr＞As＞Cd，分别为 8.19×10－6、2.11 × 10－6、1.59 × 10－7a－1。Cr、As 是该饮用水源地的主要致癌污染因子，应作为风险管理的优先控制污染物。各监测断面化学非致癌污染物的健康风险均值大小顺序为Cu＞Ni＞Zn，分别为 1.95 ×10－10、1.19 ×10－10、5.73 ×10－12a－1，远远低于国际(ICRP)推荐值(5×10－5a－1)和美国环保局推荐值(1×10－4a－1)，几乎可以忽略不计。

3)该河流型饮用水源地化学致癌物(Cr、As、Cd)对人体健康危害的年总风险为1.31×10－4a－1;而化学非致癌物(Cu、Ni、Zn)对人体健康危害的年总风险仅为 3.94 ×10－9a－1。

4)比较而言，各因子的健康风险值相对较低，也均低于国际(ICRP)与美国环保局的健康风险可接受水平，但 Cr和As高于瑞典、荷兰、英国推荐的可接受限值1×10－6，因此，职能部门应将Cr和As作为风险决策管理的重点对象。

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