遂宁城乡集中式饮用水水源地钡分布特征及健康风险评价

刘 兵，张 凯，唐红军，杨永安，吴 瑶

1.遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000 2.遂宁市环境保护信息中心，四川 遂宁 629000

遂宁城乡集中式饮用水水源地钡分布特征及健康风险评价

刘 兵1，张 凯1，唐红军1，杨永安1，吴 瑶2

1.遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000 2.遂宁市环境保护信息中心，四川 遂宁 629000

为考察遂宁市辖区内集中式饮用水水源地污染物钡的分布特征和健康风险水平，通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对研究区域内市级、县级和乡镇级所有在用的56个集中式饮用水水源地钡的浓度进行分析检测，借助空间分析与统计分析的结果，探讨了其空间分布和浓度差异，并利用环境健康风险评价模型，对不同类型水源地钡的健康风险进行了评价。结果表明，38个地表水水源地钡的浓度范围为0.065～0.180 mg/L，均值为0.110 mg/L；18个地下水水源地钡的浓度范围为0.027～0.370 mg/L，均值为0.130 mg/L。地表水与地下水水源地间钡的浓度差异具有统计学意义(P<0.05)，钡的空间分布也存在不同程度的差异性。各水源地中的钡经饮用和皮肤暴露两种途径对成人和儿童所引起的非致癌风险值为1.34×10-8～1.62×10-8，远低于推荐的最大可接受风险水平(1.0×10-6)，各水源地因污染物钡导致的非致癌风险极低。

重金属；钡；饮用水源；健康风险评价

《2014年中国环境状况公报》显示，全国329个地市级及以上城市饮用水水源地水质达标率为96.2%，但在一些地区饮用水水源源地中有毒有害污染物的检出率呈现出上升态势[1]。在水质达标的目标基本实现以后，开展痕量有毒有害污染物的调查与研究已经成为当前饮用水水源地环境管理的工作重心之一。

2012年，国家根据历年市级饮用水水源地水质全分析监测结果，将《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表3特定项目中检出频次较高、毒性较强、对人体健康和环境危害较大、应用广泛、有潜在风险的污染物列为实施例行监测的特定项目，共33项，即“优选33项”。在这33项中检出频次最高的是钡。

在水环境中，非人体营养的必须元素钡以Ba2+形式存在[2]，可溶性钡盐具有一定的毒性，如氯化钡的致死量为0.8～1.0 g[3]。长期接触钡盐可导致许多疾病，包括肾中毒、高血压、心脏异常、听力损失，甚至脑损伤[2,4-5]。目前，国内仅对县级以上城市的饮用水水源地钡的浓度开展了例行监测工作，乡镇尚未开展。有关饮用水水源地钡的浓度和健康风险的研究不多，并大多是针对地级及以上城市[6-9]，很少涉及乡镇，也未见有关遂宁辖区内饮用水水源地钡的相关报道。为了全面反映遂宁饮用水水源地钡的分布特征和潜在的健康风险，本文对遂宁市级、县级和乡镇级所有在用的56个集中式饮用水水源地(以下简称饮用水水源地)钡的浓度进行了调查研究，采用美国环境保护署(USEPA)推荐的健康风险评价模型[1,6-12]对其潜在的健康风险进行了评价，为遂宁地区饮用水水源地的环境管理和卫生监督提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

研究对象为遂宁辖区内所有在用的饮用水水源地，包括2个市级饮用水水源地、4个区县级饮用水水源地和50个乡镇饮用水水源地。这56个饮用水水源地中含地表水水源地38个、地下水水源地18个。

遂宁地区地表水饮用水水源地(图1)中有20个为河流型水源地，主要分布在嘉陵江流域的一级干流涪江上和涪江的支流梓江、沈水河、郪江、白安河、琼江等上，其余18个为湖库型饮用水水源地。涪江桂花为遂宁市的饮用水水源地，年取水量3 000多万吨，服务人口37.4万人。黑龙凼水库为遂宁市的备用水源地。

注：底图来自四川省测绘地理信息局，下载路径为http://www.scgis.net/scgcmap/map.html，下载日期为2015年10月，审图号为川S(2015)3号[GS(2011)6003号]。下同。

地下水饮用水水源地(图2)主要分布在射洪县、船山区和大英县，共18个。

图2 地下水饮用水水源地采样点分布

1.2 样品采集

2013—2014年，市级饮用水水源地每月采样监测1次，县级饮用水水源地每季度监测采样1次。于2014—2015年对乡镇级饮用水水源地每半年采样监测1次。用聚乙烯瓶采集样品，采样过程中现场向水样中加硝酸(优级纯)酸化使其pH≤2，4 ℃冷藏保存，带回实验室分析。

1.3 检测方法

1.3.1 仪器与试剂

Optima 7000DV型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国)，超纯水制备机(优普)，1 g/L钡标准溶液(美国)，HNO3(优级纯)，去离子水(电导率<0.5 ms/m)，高纯氩气(≥99.99%)。

1.3.2 ICP-AES分析条件

等离子体发射功率1300 W，等离子体气流量15 L/min，辅助气流量0.2 L/min，雾化气流量0.8 L/min，进样量1.5 mL/min，观测距离15 mm，轴向观测方式，钡元素测量波长455.403 nm。

1.3.3 工作曲线绘制

在仪器最佳工作状态下，依次测定0.000、0.010、0.050、0.100、0.500、1.000 mg/L钡的标准系列。

1.3.4 样品的测定

取适量经酸化后的样品用0.45 μm的滤头过滤后，直接进样进行测定。

1.4 质量控制

现场采样及样品检测严格按照《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T 91—2002)、《地下水环境监测技术规范》(HJ/T 164—2004)和计量认证关于质量控制的要求执行。

1.5 数据来源及处理

研究所用钡的浓度数据为各水源地在前文所述监测时间段历次测定值的平均值。其中，市县级饮用水水源地的数据来自遂宁市环境监测中心站的例行监测数据，乡镇级饮用水水源地的数据为本文作者自行监测分析的结果。采用ArcGIS 10.2 制作水源地(采样点)分布图和对数据进行空间插值分析，采用SPSS 16.0对数据做描述性统计分析。

1.6 水质达标评价标准

地表水水源地水质评价按《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中表3钡的标准限值0.7 mg/L执行，地下水水源地水质评价按《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)钡的Ⅲ类标准≤1.0 mg/L执行。

1.7 健康风险评价

1.7.1 暴露剂量的确定

参考US EPA评价模型[13]和遂宁人群暴露参数，暴露人群分别考虑儿童和成年人，人均期望寿命采用四川省人均期望寿命74.75 a[14]计算，水中污染物的暴露考虑经饮用、皮肤接触两种主要途径[15]，其暴露剂量分别按照式(1)、式(2)进行计算[13]。

(1)

式中：ADDdietary指经饮用暴露剂量，mg/(kg·d)；CW为饮用水中目标污染物的浓度，mg/L；IR指饮水摄入率，儿童取0.739 L/d[6]，成年人为1.478 L/d[16]；EF表示暴露频率，均为365 d/a[17]；ED表示暴露持续时间，儿童和成年人分别取9 a和30 a[17]；BW表示体重，儿童和成年人分别取30.4 kg[18]和59.2 kg[16]；AT表示平均接触时间，儿童和成年人的AT相同，致癌物为74.75×365 d，非致癌为ED×365 d[17]。

(2)

式中：ADDdermal指皮肤吸收剂量mg/(kg·d)；SA指皮肤接触表面积，儿童和成年人分别取10 000 cm2[18]和16 000 cm2[16]；PC为化学物质皮肤渗透常数，对于钡取0.000 004 cm/h[19]；ET表示暴露时间，均为0.22 h/d[16]；CF指体积转换因子，10-3L/cm3[17]；CW、EF、ED、BW、AT同公式(1)。

1.7.2 健康风险评估

依据国际癌症研究署的致癌性分类标准和USEPA的综合风险信息系统(IRIS)数据库，判定所研究的钡元素为非致癌物[6]。其非致癌风险及非致癌总风险评价模型计算公式分别见式(3)、式(4)[13]:

(3)

(4)

2 结果与分析

2.1 检测方法性能

钡在0.000～1.000 mg/L浓度范围内线性关系良好，线性回归方程为y=2.96×107x-972 6，相关系数为0.999 9。按照《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168—2010)，重复测定在试剂空白(2% HNO3)中添加接近方法检出浓度的标液7次，得出方法检测限为0.001 mg/L。对3个不同浓度样品进行重复测定和加标回收实验，其相对标准偏差和加标回收率分别为0.5%～2.7%、96.7%～102.4%，方法的精密性、准确性良好，满足测试要求。

2.2 饮用水水源地钡的浓度

2.2.1 地表水饮用水水源地钡的浓度

遂宁(含船山区)市级饮用水水源地涪江桂花水源地和黑龙凼水库水源地(备用水源地)、蓬溪县赤城湖清幽岛水源地、大英县寸塘口水库水源地、射洪县涪江龙滩村水源地、安居区白安河红岩子水源地、32个乡镇地表水饮用水水源地基本信息和钡的浓度，如表1所示。38个地表水水源地钡的浓度为0.065～0.180 mg/L，均值为0.110 mg/L。对比《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的0.7 mg/L标准限值，各地表水源地钡的浓度均未超标。将地表水水源地按河流型和湖库型分类统计，河流型水源地钡的浓度为0.085～0.161 mg/L，均值为0.112 mg/L，湖库型水源地钡的浓度为0.065～0.180 mg/L，均值为0.108 mg/L，湖库型水源地钡的浓度略低于河流型水源地。

2.2.2 地下水饮用水水源地钡的浓度

遂宁所有在用18个乡镇地下水饮用水水源地的基本信息和钡的浓度，如表2所示。各地下水水源地的浓度为0.027～0.370 mg/L，均值为0.130 mg/L。对比《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)Ⅲ类标准，各水源地钡的浓度均达标。

城乡集中式饮用水水源钡的浓度监测结果统计见表3。

表1 地表水饮用水水源地基本信息及钡的浓度

表2 乡镇饮用水地下水水源地基本信息和钡的浓度

表3 城乡集中式饮用水水源钡的浓度监测结果统计

2.3 钡的统计分析

按水源地类型，将水源地分为河流、湖库、地下水和地表水4类，采用t检验(检验前对数据组进行F检验)发现，河流型水源地和湖库型水源地钡的浓度无显著性差异(P<0.05)，河流与地下水、湖库与地下水、地表水与地下水水源地间钡的浓度均具有显著性差异(P<0.05),差异具有统计学意义。

从相对标准偏差看，地表水水源地(22.69%)和地下水水源地(78.18%)中钡的浓度相对标准偏差均大于20%，而钡测定方法本身的相对标准偏差在5%以内，说明各水源地钡的浓度存在差异，地下水水源地钡的浓度的差异程度大于地表水水源地。

2.4 钡的空间分布特征

从图3、图4饮用水水源地钡的空间分布，结合表1、表2水源地基本信息可以看出，在地表水源地中，射洪县北部的大龙山水库、西部的富同河罗家堰、东部的沈水河、南面的龙洞河，大英县北部的郪江象山大桥、西南部的星花水库，安居区北部巴头堰和南部的半边街水库钡的浓度相对较高，其值在0.125 mg/L以上；在地下水水源地中，射洪县北部的伏河乡铧头村、东部的陈古镇熊家祠，船山区中部永兴镇姜家巷村钡的浓度相对较高，其值在0.334 mg/L以上。

图3 地表水水源地钡的空间分布

图4 地下水水源地钡的空间分布

2.5 潜在的健康风险评价结果

根据地表水、地下水水源地钡的平均浓度，按照健康风险评价模型和优化的模型参数，计算得出地表水饮用水源地和地下水饮用水源地中钡经饮用和皮肤暴露两种途径对成人和儿童所引起的人均年非致癌风险，评价结果如表4所示。从表4可以看出，地下水饮用水水源地的健康风险不论通过哪种暴露途径均高于地表水。无论儿童还是成人，经饮用暴露的平均风险值均远大于经皮肤接触暴露，高出5个数量级，因此计算总健康风险值时可忽略经皮肤接触暴露的健康风险值。经计算得出遂宁市饮用水水源地中钡对儿童和成人所致个人的非致癌总体健康风险值为1.34×10-8～1.62×10-8，远低于瑞典环保局、荷兰建设环境部、英国皇家协会推荐的最大可接受风险水平1.0×10-6。因此，遂宁饮用水水源地因钡所致的健康风险极低。

表4 饮用水中钡对儿童及成年人健康风险

2.6 不确定性分析

钡在水环境中天然存在，它来自于岩石和矿物侵蚀、风化和人类活动排放[4]。不同水体其浓度存在一定差别,如南京境内长江中含钡0.037 mg/L[15]，德州灌区地表水中含钡0.13 mg/L[20]，黄河下游引黄灌区地下水中含钡0.001～0.738 mg/L[19]，淮河中上游农业区地下水平均含钡0.19 mg/L[21]。荆州市浅层地下水含钡均值0.724 mg/L[22]。水环境中钡浓度与周边降水情况、水期、水的硬度、酸碱度有关[4,23]。因此，本研究饮用水水源地钡的浓度及其空间分布特征存在一定程度的不确定性。另外，在健康风险评价过程中，暴露途径只考虑了饮用和皮肤接触两种主要途径，没有考虑食物摄入等其他暴露途径。同时，虽然结合遂宁本地人群特点对暴露参数进行了优化，但一些参数仍参照USEPA 的给定值，健康风险评价结果也存在一定程度的不确定性。

3 结论与建议

1)遂宁境内市级、区县级、乡镇级的38个地表水水源地钡的浓度为0.065～0.180 mg/L，均值为0.110 mg/L；18个乡镇地下水水源地钡的浓度为0.027～0.370 mg/L，均值为0.130 mg/L，各水源地钡的浓度均达标。

2)地表水与地下水水源地间钡的浓度存在显著性差异，差异具有统计学意义。在空间分布上，钡的浓度也存在不同程度的差异性。

3)地表水和地下水饮用水源地中的钡经饮用和皮肤暴露两种途径对成人和儿童所引起的非致癌健康风险值为1.34×10-8～1.62×10-8，远低于推荐的最大可接受风险水平1.0×10-6，说明目前遂宁辖区内各水源地因钡导致的非致癌风险极低，污染物钡未对人体健康造成威胁。

4)个别乡镇地下水水源地钡的浓度相对较高，如射洪县伏河乡的铧头村、陈古镇的熊家祠、船山区永兴镇姜家巷村3个水源地钡的浓度均在0.334 mg/L以上。在环境管理上，应将钡这一监测项目纳入上述水源地的例行监测工作中，对其进行监视，确保饮用水安全。对水源地周边开展钡的背景浓度调查，排查涉钡污染源。

5)将水源地健康风险评价与常规水质评价相结合，可更加全面、科学、客观地掌握饮用水源地的水环境质量，从而为水源地的健康风险管理和环境保护措施的制定提供重要参考依据。

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Distribution Characteristics and Health Risk Assessment of Barium in Centralized Drinking Water Sources of Rural and Urban Areas in Suining

LIU Bing1，ZHANG Kai1，TANG Hongjun1，YANG Yongan1，WU Yao2

1.Suining Environment Monitoring Center, Suining 629000, China 2.Suining Environment Protection Information Center, Suining 629000, China

In order to investigate the distribution characteristics and health risk level of barium in centralized drinking water sources in Suining, by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES) method, the concentrations of barium were analyzed in all the 56 centralized drinking water sources in use of city class, county class, and township class. The spatial distribution and concentration differences of barium were discussed by the results of spatial analysis and statistical analysis, and the health risk assessment of different drinking water sources was conducted by means of using the environmental health risk assessment model. The results showed that the concentration of barium in 38 surface water sources ranged from 0.065 to 0.180 mg/L, the mean value was 0.110 mg/L, and that in 18 groundwater sources ranged from 0.027 to 0.370 mg/L, the mean value was 0.130 mg/L. The difference of the concentration between surface water sources and groundwater sources was considered statistically significant (P<0.05).The spatial distribution of barium also had a different degree of variability. The non-carcinogenic risk level of barium in all drinking water sources for adults and minors via dietary intake and dermal intake ranged from 1.34×10-8to 1.62×10-8, which was far lower than the maximum allowance levels recommended by some organizations and researchers (1.0×10-6), the non-carcinogenic risk caused by barium in all drinking water source is very low.

heavy metal；barium；drinking water source；health risk assessment

2015-11-11;

2015-12-29

刘 兵(1982-)，男，四川巴中人，硕士，工程师。

唐红军

X820.4

A

1002-6002(2016)06- 0013- 07

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.03