城市饮用水源特征污染物筛查及风险评价方法

李治国，罗 毅，洪 纲，周静博，靳 伟

(石家庄市环境监测中心，河北石家庄 050022)



城市饮用水源特征污染物筛查及风险评价方法

李治国，罗 毅，洪 纲，周静博，靳 伟

(石家庄市环境监测中心，河北石家庄 050022)

为了保护饮用水源、保障饮用安全，通过综述城市饮用水源特征污染物的筛查方法，介绍了基于环境风险框架下污染物的筛查体系(建立污染物数据库→根据评价目的确定测试终点和筛查标准→赋值计算→进行优先排序)及健康风险评价管理技术在饮用水源风险评价中的应用，以期对本地区环境决策提供有价值的科学依据。

水体环境学；饮用水源；优先控制污染物；特征污染物筛查；健康风险评价

城市饮用水的水质安全与人体健康密切相关[1-2]。目前，区域面源和点源大范围受到污染，使得城市饮用水源地的水质和生态环境遭到较大程度的破坏，严重影响居民的生活和生命安全。

文献资料显示，在中国多地饮用水源地的水体中检出了微量有毒有害化合物[3-4]。传统净水处理方法对微量有毒、有害污染物和重金属几乎没有很好的去除效果，导致城市以及农村居民饮用水源的水质较难获得良好的保证，水体中少量存在的污染物可能会对饮用者的身体健康造成不可估量的影响。目前，世界各国环保部门都将关注的焦点放在采取何种有效的措施来加强饮用水源地及其上游区域的环境保护上[5-6]。

城市用水中有成千上万种有机污染物，其中绝大多数的有机物具有致畸、致突变、致癌、易生物蓄积、难降解且可以通过食物链进行富集的特点[7]。例如：国际上的癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer，IARC)确认的苯系物是一级致癌物质。有些化合物对人体不一定构成健康方面的危害，但是这些物质产生的恶臭气味会严重影响到水质的感官指标，如土臭素和2-甲基异莰醇[8]。醛类有机污染物对人体皮肤、眼睛以及呼吸道会产生强烈刺激，个别醛类有机化合物(如甲醛和乙醛)被确定为致癌物质或疑似致癌物质[9]。还有更多潜在危害健康的有机或无机化学物质正在源源不断地进入水体环境中。因此，做好城市饮用水源地特征污染物的筛查工作，同时评价污染物对人体健康造成的风险尤为重要[10]。

目前，中国对于城市饮用水源地及其上游河流/水厂等水质的业务化检验要求，是依照国家出台的水质标准中要求检测的化合物种类开展定性和定量分析的。国家要求的一般水质标准中主要针对5种化合物，有毒有害以及有机化学污染物的种类非常有限。然而当前环境水体中存在着一定的潜在有毒有害污染物，其对生态环境和人体健康均构成一定程度上的威胁，需要明确当地饮用水源环境中特征污染物的种类和浓度，将潜在的毒性污染物列入水质标准中加以监测监管。本文通过综述城市饮用水源特征污染物的筛查方法以及健康风险评价方法，以期为城市水源地管理和保护提供理论依据。

1 优先控制污染物筛查方法

最早使用优先控制污染物这个专业词汇的国家是美国。美国在20世纪70年代中期开始对环境中优先控制污染物展开监测，同时相继公布了不同种类污染物优先控制的排序名单。1977年，美国颁布的《清洁水法》中非常清楚地规定了129种环境优先控制污染物。欧洲经济共同体于1975年提出了该区域内环境中优先控制污染物的“灰名单”和“黑名单”[10]。前苏联是世界上制定有毒有害污染物质控制标准最多、规定浓度标准限值最低的国家，早在1976年就规定了500余种有机优先控制污染物在水中的最大允许浓度，修订后又连续公布了561种环境最大允许浓度的优先控制污染物的名单。

中国虽然在环境优先控制污染物筛查方面开展工作的时间比较晚，但是进展却相当快。目前，中国在环境污染物筛查方面主要的关注点是在检验方法和甄别方法的比较研究上，对于区域的环境特点以及目标化合物的毒性作用很少加以综合考虑。陈锡超等[11]采用GC-MS方法对北京官厅水库的特征污染物进行了筛查，针对70余种有机化合物进行了监测筛选以及定量分析，同时采用非目标化合物筛查研究方法对1 600余种有机化合物进行了定性方面的筛查。BU等[12]也总结了近几十年来世界各国政府及科研团队研究开发的30余种优先控制污染物的筛查体系和方法，按照应用方向将污染物的筛查方法分为3类：第1类是根据不同条件和目标筛查体系对化学品进行筛选，以开展下一步工作，如KOOL等研究团队开发的筛查系统(基于环境风险的欧洲兽药排名)、SNYDER等开发的筛选和排名模型，都是为风险评价筛选优先控制化学品而开发的系统；第2类是通过筛查体系，得到优先控制污染物的排序名单，如欧盟风险分级方法，其作为政府管理条例，筛查对环境或人类有潜在风险的化学污染物，得出亟需控制的化学品优先排序名单；第3类筛查体系用于评价化学品释放对环境的影响，也用于指导生命周期评价分析，如美国环保局(USEPA)开发的环境指示物风险筛查软件(risk-screening environmental indicator，RSEI)。

近几十年来，有关环境中有毒有害化合物的分析以及监测结果的表征方法、基于健康风险评价的环境行为监测和分析方法等，均得到了较好的应用和发展。但是从目前来看，国内外还未建立起一套基于健康风险评估分析开展优先控制污染物筛查，且大众认可并广泛应用的筛查方法。这一筛查方法首先要对饮用水源地环境周边的污染源进行调查，排查可能的污染物，然后对环境受体进行采样分析，并将检测出的目标污染物根据浓度进行排序，筛选出需要优先控制的污染物，再根据监测的污染物浓度排序名单，筛选出危害和毒性比较大的污染物作为优先控制污染物。其次，通过评价目标污染物对人体健康的危害风险指数大小，对目标化合物进行优先排序。这种技术思路的污染物筛查方法不仅优先考虑到了化合物的危害和毒性，同时充分考虑到了化合物的最大暴露剂量及其暴露途径，此外还将周围环境要素、经济因素以及社会因素考虑进来。所以近几年来基于环境健康风险评估的污染物优先排序方法普遍受到广大研究者的喜爱和应用。WATERS等[13]描述了17种排序评分系统，其中包括9种风险源排序系统和8种化学品排序方法；FORAN等[14]综合分析了8种“现存化学品评分系统”，对效应标准、终点和评分标准进行了概述。由于评价目的和筛查标准不同，各筛查体系之间区别较大，但筛查体系框架大致相同。污染物筛查体系主要包括：建立污染物数据库→根据评价目的确定测试终点和筛查标准→赋值计算→进行优先排序。

优先控制污染物筛查主要考虑其持久存在性、环境浓度和生态毒性。

1)持久存在性

污染物持久存在性主要包括3个方面的定量指标：污染物的转化特性(如半衰期、自然降解能力)，污染物分配情况(如生物富集系数/生物累积系数、辛醇-水分配系数)，水体受污染情况(如排放量、使用量/使用频率、预测浓度/计算浓度)。

2)环境浓度

提倡优先使用实测数据，当缺乏实测数据时，可使用模型推测方法计算污染物的暴露浓度。模型推测方法有利于对水体中尚未检测到的化学品进行控制，在大规模环境监测项目中，模型推导方法有利于节省人力和物力。王朋华等[15]根据药物产量、排泄率和去除率预测了药物在水环境中的含量。然而，模型推导方法存在不确定性，并缺少可靠的输入数据。随着检测技术的提高，实测数据的获取越来越容易。以多组分检测方法为基础，ZHONG等[16]建立了酚类化合物筛选方法，并成功应用于太湖水环境检测。加拿大环保局研发的GENECC模型考虑了受污染水体的径流量和污染物漂移浓度，对220种杀虫剂主要成分对地表水中水生物种的潜在危害性进行了综合排名。结果表明，该模型可以更现实地表示杀虫剂潜在的毒理效应，是一种更为高级的水环境风险排序方法。

3)生态毒性

污染物毒性表现在致死、致癌、致突变、生殖毒性、发育毒性、内分泌干扰性等方面。常用的毒性指标有半效应浓度(EC50)、半致死浓度(LC50)、最低观察效应水平(lowest observed effect level，LOEL)、无观察效应浓度(no observed effect concentration，NOEC)、预测无观察效应浓度(predicted no-effect concentration，PNEC)。

筛选体系给出某一参数的等级范围后，即可将其与实际数据进行比较，然后对实际数据进行分级或者赋分，根据该参数的重要性确定其权重，最重要的因子要指定最大的权，使之在确定最后分数时能产生最大的影响，根据总分值排序，建立优先控制名单，从而确定“优先控制污染物”。

2 健康风险评价方法

健康风险评价方法起源于20世纪工业比较发达的西方国家，其中以美国在环境风险评价方面的研究成果最为显著。一般认为，健康风险评价经历了3个发展阶段。第1个阶段是20世纪70年代，环境风险评估和生态风险评价的研究理论及概念逐渐被提出并开始研究，然而刚开始的时候健康风险评价的概念并不是非常明确的，主要研究毒性鉴定的方法理论。第2个阶段是到了20世纪80年代，关于健康风险评价技术的研究获得了较大进步，这个发展时期是健康风险评价技术方法建立的基础准备阶段。在这一阶段，生态和生物理论学的发展，尤其是肿瘤模型的提出和离体培养技术的发展对健康风险评价起到了巨大的推动作用。第3个阶段是健康风险评价技术完善阶段，其标志就是美国环保局(EPA)一系列健康风险评价技术文件的颁布。1986年，美国环保局颁布了“健康风险评价指导方针”，涉及致癌物、致突变物、化学混合物、可疑发育毒物以及暴露评价5个方面。1989年，美国环保局对1986年的指导方针进行了修改，以后又对健康风险评价作了多次修改和补充。自20世纪90年代开始，健康风险评价的方法体系基本上建立起来，随之又得到了不断完善和发展。健康风险评价技术应用的最主要问题在于需要相关专业的判断和科学的技术基础，环境健康风险评价研究其实就是一个不断发展的过程。目前，环境健康风险评价方法已经被中国、荷兰、法国、日本等众多国家以及国际上一些组织团体(如经济发展与合作组织、欧洲经济共同体)等采用。

国际上一般按照化合物是否具有致癌毒性，将环境健康风险评价技术划分为致癌风险评价和非致癌风险评价2类[17]。需要特别说明的问题是，确认对于人体致癌的污染物同样对人体具有非致癌的可能性存在。所以一般来说，针对可致癌的化合物要同时进行致癌和非致癌风险评估。通常来说，一套较为科学理想的环境健康风险评价涵盖4个方面的研究内容：危害鉴定、剂量-效应关系、暴露评价和风险评价与管理[18]。

化合物的致癌风险值是指人体暴露在致癌化合物中，导致人体内蓄积的化合物剂量超过人体正常水平的癌症发病率。

低剂量暴露时风险值的计算公式为

风险值=Y(CDI)×Y(SF)；

(1)

高剂量暴露时风险值的计算公式为

风险值= 1-exp(-Y(CDI)×Y(SF))。

(2)

式中：Y(CDI)为人体日均暴露量；Y(SF)为污染物的致癌斜率因子。

通常情况下，非致癌风险值以参考剂量作为计量标准，当健康风险值高于参考剂量时，环境中可能存在着风险；当健康风险值小于或等于参考剂量时，此时的环境健康风险是可以被接受的。可被接受的环境健康风险常用危害指数来表示，公式如下：

危害指数=Y(CDI)/Y(RFD)。

(3)

式中：Y(CDI)为人体日均暴露量；Y(RFD)为污染物的非致癌参考剂量。

通常情况下人体对于水体中有机化合物的暴露主要包括直接饮用和皮肤接触2类。一般认为通过直接接触人体皮肤带来的健康风险值远远小于饮水过程中所带来的健康风险值[7]，所以研究中一般只考虑饮水过程中对于人体带来的健康风险评价。

通过饮水途径计算人体日均暴露量的公式为

Y(CDI)= (ρ ×U ×Y(EF)×Y(ED))/

( Y(BW)×Y(AT))。

(4)

式中：ρ为水中化学物质的质量浓度；U为日饮水量；Y(EF)为暴露频率；Y(ED)为暴露延时；Y(BW)为平均体重；Y(AT)为平均暴露时间。

目前，健康风险评价技术及方法建立的时间并不长，很多方面也并不成熟，科学家正着力进行研究。在中国，健康风险评价刚刚起步，技术还未普及，管理部门也没有建立相应的准则。综合分析来看，目前的主要任务应该是结合中国的国情，同时吸取西方发达国家先进和丰富的环境健康风险评价领域的经验，建立科学完整的环境健康风险评价方法和管理体系。环境健康风险评价技术的研究需要筛选出目标化合物毒理学方面的充足数据，以及由暴露人群所计算出的暴露剂量。许多国家现在已经针对很多的有毒化合物构建了毒理学数据库，并将其应用于区域环境健康风险评价研究，积累了大量可用的有效风险评价数据。对于目标化合物所暴露人群的暴露剂量问题，目前仍是环境健康风险评价研究工作中的重点[19]。

3 健康风险评价技术在饮用水源地风险评价中的应用

王秋莲等[20]对天津市于桥水库进行了风险评价研究。该团队采用健康风险评价模型，针对饮水途径由化学致癌物和非化学致癌物导致的健康危害个人风险进行了评价。数据显示，天津市于桥水库中各类化合物导致的个人总体健康年风险水平为 9.2×10-6。这一数据表明，该区域个人年风险较低，饮用水比较安全。

马海涛等[21]对南宁市2008年—2013年邕江水源地进行了风险评价，采用健康风险评估模型得到了该地区水环境健康的年平均风险水平。研究表明，该地区饮用水源地致癌化合物环境健康风险值较高，提出了水源地饮用水源需优先治理的污染物是化学致癌物As，应加强对水源地的监测和管理，以降低环境健康风险。

李祥平等[22]评价了广州市主要饮用水源地水体中重金属引起的健康风险，通过研究得到了各主要饮用水源水体中的致癌和非致癌污染因子，同时提出将优先控制污染因子作为风险管理的重点对象。

4 展 望

随着工业经济的快速发展，化学产品的制造和销售应用必然给社会带来难以估量的价值，也为地方经济做出了不可磨灭的贡献。然而与此同时，部分有毒有害化学制品的排放不仅对环境造成了严重损害，更重要的是给同样在环境中生存的人类健康带来了威胁[23]。针对这类问题，国家出台了相应的控制标准。然而由于环境中排放的化学物质种类过于繁多，如果要对每类物质都制定一套相应的标准进行实时监控的话，几乎是一个不可能完成的任务。因此，比较有效的方法就是筛查出危害相对较大的物质进行优先控制。

对监测出的目标化合物进行优先排序是目前应用较为广泛的筛查方法，优先排序后将排名靠前的物质作为优先控制的污染物。目前化合物的筛查排序方法较多，但普遍存在两方面的局限性：一是环境中存在的化学污染物范围过大，监测筛查难度较大；二是化学污染物在环境中的实际暴露水平难以准确获得。如果想要在环境健康风险评价的基础上开展筛查从而确定优先控制污染物，首先要做的便是筛查出环境中主要的致癌和非致癌风险因子。目前常用的排序方法大多是依据模型模拟实际污染物的扩散情况，从而预测污染物的环境浓度。此外，还有一些方法是对已有数据进行分析，依赖收集已有的相关实验数据进行模拟和预测分析。在实际工作中开展饮用水源地优先控制污染物筛选时，要在借鉴国外经验的同时，结合中国当前生产状况、技术水平等诸多因素进行综合分析，筛选出适合中国的优先控制污染物种类。对于地方而言，首先应针对饮用水源流域内典型区域和重点行业进行分析和调研，汇总出该范围内潜在污染物的名单，再通过文献检索、资料收集等基础性工作，对汇总出的名单进行初步筛选，剔除不易对水环境产生影响的各形态污染物，然后根据筛选原则， 筛选出优先控制污染物，最终建立起优先控制污染物的名录。

随着地方工业结构和产业布局的调整变化，还需要对优先控制污染物名录进行动态更新，进而对环境管理的目标和措施作出相应调整，这样才能真正做到为本地区环境管理提供有价值的科学依据。

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Methodologies for screening and risk assessment of specific pollutants in urban source of drinking water

LI Zhiguo， LUO Yi， HONG Gang， ZHOU Jingbo， JIN Wei

(Shijiazhuang Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang, Hebei 050022，China)

In order to protect the drinking water sources and ensuring safe drinking water, based on the summarization of the existing methodologies for screening of pollutant of the drinking water features in urban, the pollutant screening system under environmental risk framework is introduced, including establishing pollutant database→ determining the endpoint and the screening criteria according to testing purpose→assignment calculation→priority ordering. The use of health risk assessment management and technology in risk assement of the drinking water source is also introduced, providing valuable scientific basis for the local environmental management.

water environment science; source of drinking water; precedence-controlled pollutant; screening of specific pollutant; health risk assessment

1008-1534(2016)04-0348-05

2015-05-16;

2016-03-29；责任编辑：张士莹

河北省科技计划项目(15273604D)

李治国(1984—)，男，河北井陉人，工程师，主要从事环境监测方面的工作。

靳 伟。 E-mail: jiwei65815@126.com

X824

A

10.7535/hbgykj.2016yx04016

李治国，罗 毅，洪 纲，等.城市饮用水源特征污染物筛查及风险评价方法[J].河北工业科技,2016,33(4):348-352. LI Zhiguo，LUO Yi，HONG Gang，et al.Methodologies for screening and risk assessment of specific pollutants in urban source of drinking water[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(4):348-352.