乌鲁木齐市主要饮用水源地水质健康风险评价

韩芹芹，王 涛，杨永红

乌鲁木齐市环境监测中心站，新疆乌鲁木齐830011

长期以来，水环境质量评价主要是将各项监测指标与水质标准规定的标准限值进行比较，找出超标项目，很少关注达标项目对人体健康的影响及影响的程度。健康风险评价是把环境污染物和人体健康联系起来，定量描述污染对人体产生健康危害风险的一种方法，国外的健康风险评价已经历了3个阶段，国内的健康风险评价始于20世纪90年代，王大坤等［1-2］率先开展了水环境健康风险评价模型及其研究应用，高继军等［3-8］采用美国环保局(USEPA)推荐的健康风险评价模型分别对北京、上海、南通和太湖等地区饮用水源地中的污染物进行了评价，可见，国内对水环境的健康风险评价主要集中于饮用水源或污水回用水质，评价的污染物主要是化学污染物［9］。

近年来，有部分学者［10-11］采用USEPA模型分别对乌鲁木齐市某地下水源地水厂个别水质污染物健康风险和乌拉泊水库水体中重金属健康风险进行评价，总体而言，对乌鲁木齐市饮用水源健康风险的研究仅仅是以重金属为主进行的初步研究，其他无机项目和致癌有机项目均未涉及。该文采用USEPA推荐的健康风险评价模型，以乌鲁木齐市环境监测中心站2011—2013年主要饮用水源地水质常规监测数据为基础，评价中增加无机和致癌有机项目，对水体污染物通过饮水途径致人体健康风险进行初步评价，为全市饮用水的使用和管理提供依据。

1 饮用水源地概况

乌鲁木齐市地处新疆中部天山山脉中段北麓准葛尔盆地南缘，全市辖7区1县，2个国家级开发区和1个出口加工区，行政区总面积1.42万km2，其中城市建成区339 km2。乌鲁木齐市是世界上离海最远的城市，属中温带大陆性气候，年平均气温7.4℃，空气干燥，年降水量少(约300 mm)，水资源包括地下水和地表水，地下水主要由天山融雪水渗流和乌鲁木齐河潜流水系的渗漏补给，其次由农灌水回渗及降水回渗补给，地表水主要有乌鲁木齐河水系、头屯河水系、柴窝堡水系、达坂城水系和东山水系等五大水系，均属于内陆河系，水源补给来自大气降水和冰川融雪。

近年来，乌鲁木齐市社会经济迅猛发展，常驻人口较10年前增长了近70%，饮用水是市民最基本的生存需求，饮用水源地水质和环境安全问题直接关系到广大人民群众的身体健康和生命安全，受到社会各界的广泛关注。乌鲁木齐市主要集中式饮用水源地包括地下和地表水源地2种类型，地下水源地有一水厂、六水厂、七水厂和西山水厂，地表水源地主要是五、八水厂，各饮用水源地基本情况详见表1，监测点位详见图1。

表1 乌鲁木齐市主要饮用水源地监测点位

图1 乌鲁木齐市主要饮用水源地监测点位示意图

乌鲁木齐市城市饮用水由各个水厂从水源地中提取，2011—2013年各饮用水源地取水量概况详见表2。由表2可见，取水量及供水人口逐年递增，地下水厂取水量占总取水量的58.6% ～58.9%，地表水厂占41.1% ～41.4%，全市饮用水以地下水为主，供水人口由2011年233.58万增至2013 年251.82 万［12］。

2 饮用水源地监测概况

根据《城市集中式饮用水源地水质监测、评价与公布方案》，地下饮用水源基本监测项目为《地下水质量标准》(GB/T 14848—1993)表1中的24项，评价执行GB/T 14848—1993中Ⅲ类标准;地表饮用水源基本监测项目为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表1中24项和表2中5项，水质评价执行GB 3838—2002中Ⅲ类标准，特定项目2012年以前为GB 3838—2002表3中前35项，2013年改为GB 3838—2002表3中优选33项。各饮用水源地每月监测1次，全年监测12次，监测结果表明，2011—2013年，乌鲁木齐市各饮用水源地水厂参评项目年均浓度全部达标。

表2 2011—2013年各饮用水源地取水量概况

3 水环境健康风险评价模型

根据水环境中污染物的特性一般分基因毒物质(包括放射性污染物和化学致癌物)和躯体毒物质(即非致癌物)，这也是水环境健康风险评价的对象。该文采用USEPA的暴露计算方法［13］分别计算出致癌物和非致癌物由饮水途径所致个人健康危害风险年均值。

3.1 化学致癌物所致健康危害风险

化学致癌物所致健康危害风险采用公式:

式中:Ric为化学致癌物i通过饮水途径产生的平均个人致癌年风险，a－1;qi为化学致癌物i通过饮水途径致癌系数，mg/(kg·d);72为乌鲁木齐人群平均寿命，a［12］;Di为化学致癌物 i通过饮水途径的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)，计算公式:

式中:2.2为成人平均每日饮水量，L;Ci为致癌物质i的质量浓度，mg/L;70为人均体重，kg。

3.2 非致癌物所致健康危害风险

非致癌物所致健康危害风险采用公式:

式中:Rjn为非致癌物质j通过饮水途径产生的平均个人健康危害年风险，a－1;RfDj为非致癌物质j通过饮水途径参考剂量，mg/(kg·d);Dj为非致癌物质j通过饮水途径的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)，计算公式:

式中:2.2为成人平均每日饮水量，L;Cj为非致癌物质 j的质量浓度，mg/L;70为人均体重，kg。

3.3 总体健康危害风险

饮用水中各有毒物质所引起的总体健康风险，假设对人体健康危害的毒性呈相加关系，非协同或拮抗关系［14］，饮用水总健康危害风险R总=

3.4 评价模型污染因子和参数的确定

根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)编制分类系统以及乌鲁木齐市饮用水源地的水质特性，因未监测到放射性物质，选取的化学致癌物有重金属镉、六价铬和砷，地表水源地还包括强致癌物多环芳烃类苯并(a)芘以及检出率逐年增高的挥发性卤代烃三氯甲烷和四氯化碳;非致癌物有汞、铅、铜、锌、铁、锰、硒、氰化物、氨氮、挥发酚、氟化物和硝酸盐。采用USEPA公布的致癌斜率因子和参考剂量，详见表3。

表3 模型参数qi和RfDi

3.5 风险评价标准

部分机构推荐的对社会公众成员最大可接受风险水平和可忽略风险水平详见表4［12］。

表4 部分机构推荐的最大可接受风险水平和可忽略风险水平

Zhu等［15］参考USEPA和ICRP的风险评价 标准，将风险评价标准分为6个等级，详见表5。

表5 风险等级、风险程度和风险值范围评价标准

4 样品分析与质量控制

水质样品的采集、保存及质量保证措施均参照《环境监测技术规范》和《环境水质监测质量保证手册》的技术要求执行，分析方法依据国家水质标准分析方法和《水和废水监测分析方法(第四版)》(增补版)，样品分析过程加入国家环境保护部标准样品研究所提供的标准样品进行质量控制，为确保数据的准确性，采取10%的平行双样和20%加标回收等措施进行质量控制。结果表明，所有元素的RSD均小于10%，准确程度符合要求。整个分析过程所用试剂均为优级纯，所用水均为亚沸水。

5 结果与讨论

5.1 化学致癌物致个人健康危害年风险

2011—2013年，乌鲁木齐市各饮用水源地的3种重金属致癌物和地表水源地中的有机致癌物浓度均处于未检出或达到I类水质标准。3种重金属致癌物通过饮水途径引起的个人健康危害风险年均值:地下水源地水厂六价铬3.57×10－5a－1，比梁爽等［10］的3.63 ×10－4a－1低1 个数量级;地表水源地水厂六价铬3.57 ×10－5～7.14 ×10－5a－1，低于王钢等［11］的 7.60 × 10－5a－1，略高于孙超等［5，7］的评价结果;各水源地水厂的砷和镉分别为1.64×10－6a－1和 1.33 ×10－7a－1，均低于梁爽等［10-11］的研究结果。地表水源地中的有机物致癌物通过饮水途径引起的个人健康危害风险年均值:苯并(a)芘为1.97 ×10－9a－1，略低于徐爱兰等［7］的5.59 ×10－9a－1;挥发性有机物三氯甲烷检出率由25%升至67%，致癌风险为1.07 ×10－9～6.9 ×10－9a－1，四氯化碳检出率由42%升至100%，致癌风险为1.93×10－8～4.43 ×10－8a－1，三氯甲烷和四氯化碳致癌风险数量级均远低于万译文等［4］的10－6和10－5，详见表6。

表6 各水源地致癌物饮水途径个人健康危害风险年均值 a－1

乌鲁木齐市各水源地致癌物通过饮水途径致个人健康危害风险年均值:以六价铬(致癌风险数量级 10－5)最大，占致癌总风险比例高达95.3%，砷(致癌风险数量级10－6)次之，占致癌总风险比例2.2%～4.4%，镉 (致癌风险数量级10－7)再次，占 0.2% ～0.4% ，与孙超等［5，7，10-11］的研究结果具有一致性;地表水源地中重金属致癌物风险高出有机致癌物10～104倍，有机致癌物中以四氯化碳(致癌风险数量级10－8)最高、三氯甲烷(致癌风险数量级10－9)次之，苯并(a)芘(致癌风险数量级 10－9)最小，与万译文等［4，7］的研究具有一致性。

各致癌物的致癌风险均低于USEPA和ICRP最大可接受风险水平，但与瑞典环境保护署、荷兰建设和环境署以及英国皇家协会最大可接受风险水平1.0×10－6a－1相比，重金属六价铬地下水源地水厂高出了34.7倍，地表水源地水厂高出了34.7～70.4倍，各饮用水源地水厂砷高出了0.6倍，有机致癌物致癌风险总体偏低，均未超标。根据USEPA综合风险信息系统(IRIS)的分类信息，六价铬与砷属于A类致癌物质，USEPA建议以1.0×10－6a－1进行风险控制，提示应重点关注致癌物六价铬和砷对人体所产生的健康风险［7］。因此，六价铬和砷是乌鲁木齐市饮用水源地主要致癌污染因子，应作为政府风险决策管理的重点对象。

5.2 非致癌物致个人健康危害年风险

2011—2013年，乌鲁木齐市各饮用水源地的非致癌物评价项目均处于未检出或达到II类水质标准。由表7可见，非致癌物中分非金属和金属2类，非金属致个人健康危害年风险(数量级为10－12～10－9)略高于金属 (数量级为 10－12～10－10)。

表7 各水源地非致癌物饮水途径个人健康危害风险年均值 a－1

非金属中致个人风险最大是氟化物(风险数量级10－9)，占非致癌总风险比例:地下水厂为40.4% ～65.6%，地表水厂为51.7% ～56.7%。硝酸盐(非致癌风险数量级 10－10～10－9)占15.1% ～34.7%，氰化物(风险数量级10－12～10－11)占 0.1% ～1.0%、氨氮(风险数量级10－12～10－11)占 1.6 ～3.1%，挥发酚(风险数量级10－12)仅占0.1%左右。

金属以重金属铜(风险数量级10－10)所占比例最大，占非致癌总风险的10% ～15.3%。铅(风险数量级10－10)占3.4% ～5.5%，锌(风险数量级10－11～10－10)占0.5% ～3.6%，铁(风险数量级10－11～10－10)占0.4% ～3.2%，锰(风险数量级10－11)占0.4% ～2.8%，硒(风险数量级10－11)占0.5% ～0.8%，汞(风险数量级 10－12)仅占0.2%左右，汞风险数量级远低于高继军等［3］的 10－8a－1和孙超等［5］的 10－10a－1。

由图2可见，各饮用水源地非致癌物致个人健康危害风险年均值在2012年有所下降，2013年又有所回升，地下水源地水厂的非致癌个人健康危害年风险均高于地表水源地水厂，地下水源地水厂中，六水厂各年度非致癌风险值均高于其他各水厂。

图2 2011—2013年各饮用水源地非致癌物致个人年风险

总体而言，各饮用水源地的非致癌物致个人年健康危害风险年均值均比梁爽等［10-11］的前期研究结果低1 ～2 个数量级，也低于孙超等［5，7］的研究结果，对人体健康危害个人年风险水平集中在 10－12～10－9a－1，即一年中每个人的健康可能有10－12～10－9的机会受到水体中非致癌物的影响，几率极小，不会对暴露人群构成明显的危害。

5.3 总体个人健康危害年风险

2011—2013年，乌鲁木齐市各饮用水源地通过饮水途径产生的个人健康危害风险年均值均低于USEPA和ICRP最大可接受风险水平，但与瑞典环境保护署、荷兰建设和环境署以及英国皇家协会最大可接受风险水平1.0×10－6a－1相比，地下饮用水源地个人健康危害年风险高出了36.5倍，总体上处于Ⅱ级，低-中风险状态;地表饮用水源地2011年高出了72.2倍，处于Ⅲ级、中风险状态，2012、2013年均高出了36.5倍，处于Ⅱ级，低-中风险状态。各饮用水源地的总体个人健康危害风险年均值以致癌物健康危害风险为主，占总风险的99.98%以上。

6 结论

通过对乌鲁木齐市主要饮用水源地水质健康风险的评价，可更客观地确定饮用水源中污染物的主次和治理的优先权，从而为环境管理部门提供科学依据和主要决策对象。

1)乌鲁木齐市各饮用水源地化学致癌物和非致癌物通过饮水途径致个人健康危害年风险数量级比较显示:致癌物产生的健康危害年风险数量级10－9～10－5，高出非致癌物 101～107数量级，其中重金属致癌物高出非致癌物104～107数量级，有机致癌物高出非致癌物101～103数量级，因此致癌物是各饮用水源地中优先治理的污染物。地表水源地中有机致癌物致癌风险总体虽然偏低，仅占0.002% ～0.1%，但三氯甲烷和四氯化碳检出率逐年增高，尤其是2013年分别达67%和100%，高检出率反映了这类挥发性有机物在入库河流附近地区可能被大量使用。另外，应用加氯的方法进行饮水消毒的同时，也常会产生挥发性有机物三氯甲烷等卤代烃副产物，对饮用水源的直接污染不容忽视。

2)非致癌物的个人健康危害年风险占总风险的比例偏低，但也不应忽视，尤其要重视氟化物的危害，新疆本属于高氟地区，饮用水中的氟化物更是重要的监控指标。氟化物主要来源于含氟产品的钢铁厂、磷肥厂和冶铝厂等工业生产过程，管理部门应在水源保护区内注意排查相关企业，从源头上游有针对性地进行防控。

3)2011—2013年，乌鲁木齐市各饮用水源地的化学致癌物所致个人健康危害年风险基本保持稳定，均低于前期研究结果，非致癌物所致健康危害年风险虽呈现波动变化，但均比前期的研究结果低1～2个数量级，可见近年来乌鲁木齐市对饮用水源地的水质保护工作已初见成效。

［1］王大坤，李建新．健康危害评价在环境质量评价中的应用［J］．环境污染与防治，1995，17(6):9-12．

［2］曾光明，卓立，钟政林，等．水环境健康风险评价模型及其应用［J］．水电能源科学，1997，15(4):28-33．

［3］高继军，张力平，黄圣彪，等．北京市饮用水源地重金属污染物健康风险的初步评价［J］．环境科学，2004，25(2):47-50．

［4］万译文，康方天，周忠亮，等．北京官厅水库水体中挥发性有机物健康风险评价［J］．环境科学研究，2009，22(2):150:154．

［5］孙超、陈振楼、张翠，等．上海市主要饮用水源地重金属健康风险初步评价［J］．环境科学研究，2009，22(1):60-65．

［6］陆凤娟．以嘉定区为例对上海市郊区饮用水源水重金属进行健康风险评价［J］．中国环境监测，2013，29(2):5-8．

［7］徐爱兰，陈敏，孙克遥．长江口南通地区饮用水源地健康风险评价［J］．中国环境监测，2012，28(6):9-13．

［8］范清华，黎刚，王备新，等．太湖饮用水源地水环境健康风险评价［J］．中国环境监测，2012，28(1):6-9．

［9］王东红，原盛广，马梅，等．饮用水中有毒污染物的筛查和健康风险评价［J］．环境科学学报，2007，27(2):1 937-1 943．

［10］梁爽，李维青．乌鲁木齐市饮用水源地水环境健康风险评价［J］，新疆农业科学，2010，47(8):1 660-1 664．

［11］王钢，王灵，郑春霞，等．乌鲁木齐乌拉泊水库水体中重金属健康风险评价［J］．干旱环境监测，2010，24(1):22-26．

［12］乌鲁木齐市统计局．乌鲁木齐统计年鉴［M］．北京:中国统计出版社，2012．

［13］US EPA．Guidelines for exposure assessment［R］．FRL41295．Washington DC:Office of Healthand Environmental Assessment，US EPA，1992．

［14］郭占景，苏振军，范慰慰，等．石家庄市农村饮用水中氟化物健康风险评估［J］．中国环境监测，2013，29(3):72-73．

［15］ZHU Huina，YUAN Xingzhong，ZENG Guangming，etal．An integrated fuzzy model based on interval numbers for assessment of environmental health risks of water sources［J］．Acta Scientiae Circumstantia，2009，29(7):1 527-1 533