某化工厂地下水健康风险评价

王浩东, 董志超, 程全国, 李 晔, 张志全, 赵梦竹

(沈阳大学 环境学院, 辽宁 沈阳 110044)

某化工厂地下水健康风险评价

王浩东, 董志超, 程全国, 李 晔, 张志全, 赵梦竹

(沈阳大学 环境学院, 辽宁 沈阳 110044)

采用地下水单一污染物致癌风险评价模型和地下水中单一污染物非致癌危害商评价模型对某化工厂的六价铬(Cr6+)、重金属镉(Cd)和砷(As)进行健康风险评价.当六价铬暴露途径为饮用地下水时,属于Ⅱ级,低-中风险;当暴露途径为皮肤接触地下水时,属于Ⅰ级,低风险;六价铬的非致癌风险,当暴露途径为饮用地下水时,非致癌风险小于1,因此影响较小.当镉暴露途径为饮用地下水时,属于Ⅰ级,低风险,处于最大可接受水平;当暴露途径为皮肤接触地下水时,属于Ⅰ级,低风险;镉的非致癌风险,当暴露途径为饮用地下水时,非致癌风险小于1,因此影响较小.当砷暴露途径为饮用地下水时,属于Ⅱ级,中-低风险;当暴露途径为皮肤接触地下水时,属于Ⅰ级,低风险.砷的非致癌风险,当暴露途径为饮用地下水时,非致癌风险小于1,因此影响较小.

地下水; 健康风险评价; 暴露评估; 风险表征

重金属在浅层地下水中不易降解,且可以通过吸附、络合、螯合等作用存在于地下水中,并可随食物链逐级累积,浓度能成千成万甚至百万倍地提高,最后进入人体造成危害.重金属污染对人体健康的危害不仅仅表现为中毒和死亡,皮肤病、癌症发病率的提高、新生儿畸形、儿童免疫功能不全等也都与重金属污染有关.

健康风险评价,是一种把污染物和人体健康联系起来,定量描述污染物对人体健康产生风险的一种方法[1].与传统的水质等级评价体系相比,它能更直观地表征水体中各污染物对人体健康的潜在危害[2].进行健康风险评价要按照一定的流程来进行,评估工作程序包括:危害识别、暴露评估、毒性评估和风险表征四个部分[3].

从研究现状看,对水体重金属风险评价的研究主要集中在城市饮用水源地,如高继军等[4]和韩芹芹等[5]分别对北京市和乌鲁木齐市饮用水源(地表水和地下水)开展了重金属健康风险评价研究;李祥平等[6],杜维等[7],曾彩明等[8]和程柳等[9]分别对广州市主要饮用水源地、长江武汉段、南方某河流型水源地和小浪底水库开展了地表水体的重金属健康风险评价研究;而李兰芳等[10]和杨阳等[11]则直接对广州市和保定市城区生活饮用水开展了重金属污染物的检测及健康风险评价.

本文采用应用较广泛的美国环保署(US.EPA)推荐的健康风险评价模型[12]对辽宁某地化工厂地下水开展了重金属健康风险评价研究,为长期研究区地下水污染与防治工作提供参考.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于辽东半岛中部, 地处低山丘陵与辽河冲积平原的过渡地带, 地貌类型齐全, 分异规律清楚, 层状地貌典型,地貌分区规整. 属于北温带大陆性气候, 冬季寒冷, 夏季炎热, 四季分明. 化工厂区自1993年10月开始建设并生产至今.

1.2 样品采集与指标测试

共采集24个地下水样品,采集于厂区及周边检测井、试验井.每次采样时先用水样涮洗聚乙烯瓶(已用去离子水清洗),采样前用各采样点水清洗采样瓶3次,采集满瓶后密封,采样量为2.5 L,用硝酸固定,并于24 h内带回实验室进行预处理.

水温、pH值、电导率在现场测试.水样带回实验室后,经0.45 μm微孔滤膜过滤,加入优级纯 HNO3调pH≤2后用原子吸收分光光度计石墨炉法分析Cd、Cr、As[13].

1.3 健康风险评价方法

采用US.EPA推荐的健康风险评价模型[12], 计算经饮水暴露途径下和皮肤接触途径下地下水中重金属污染物的健康风险, 因为饮水和皮肤接触地下水是受体摄取水中污染物的最直接、最重要的方式. 通过计算可以评价当前或预测未来的暴露是否会引起目标人群的健康危害, 并提出降低风险发生的方法与对策.

(1) 地下水单一污染物致癌风险计算[14-17]

① 经口摄入地下水中单一污染物的致癌风险,计算采用公式

CRcgw=CGWERc a·Cgw·SF0.

式中:CRcgw为经口摄入地下水暴露于单一污染物的致癌风险,无量纲;Cgw为地下水中污染物质量浓度,mg·L-1;CGWERc a为饮用受影响地下水对应的地下水的暴露量(致癌效应),L·kg-1·d-1;SF0为经口摄入致癌斜率因子,(mg·kg-1·d-1)-1;各项推荐值见“暴露评估推荐模型”的数值.

② 皮肤接触地下水中单一污染物的致癌风险,计算采用公式

CRdgw=DGWERc a·SFd.

式中:CRdgw为皮肤接触地下水暴露单一污染地下水的致癌风险,无量纲;SFd为皮肤接触致癌斜率因子,(mg·kg-1·d-1)-1;各项推荐值见“暴露评估推荐模型”的数值.

(2) 地下水中单一污染物非致癌危害商计算[18-21]

经口摄入污染地下水中单一污染物的非致癌危害商,计算采用公式

HQcgw=CGWERnc·Cgw/RFD0·WAF.

式中:HQcgw为经口摄入地下水暴露于单一污染物的非致癌危害商,无量纲;WAF为暴露于地下水的参考剂量分配系数,无量纲;CGWERnc为饮用受影响地下水对应的地下水的暴露量(非致癌效应),L·kg-1·d-1;Cgw为地下水中污染物质量浓度,mg·L-1;RFD0为经口摄入参考剂量,mg·kg-1·d-1.各项推荐值见“暴露评估推荐模型”的数值.

2 评价结果与讨论

2.1 风险表征

风险表征是综合暴露评价结果和剂量-反应关系评价结果,用来确定暴露人群在不同条件下产生不良健康反应的概率,并分析评价结果的不确定性[22].风险表征中参考的评价标准包含不良健康反应发生的概率,对人体健康危害的强度.根据各种风险水平对应的可接受程度和风险管理目标,确定风险评价标准,即最大可接受水平.计算基于致癌效应的地下水风险控制值时,采用单一污染物的可接受致癌风险为10-6;计算基于非致癌效应的地下水风险控制值时,采用单一污染物的可接受危害商为1的阈值标准分析.同时,参考一些国家和国际机构推荐的风险水平参考值(表1)进行表征.

表1 风险水平参考值Table 1 Risk level reference values

为更好地判定健康风险的大小,在参考美国环保署和国际辐射防护委员会(ICRP)风险评价标准的基础上,综合几种评价分级标准,国内学者丁昊天等人[23]对健康危害进行模糊化分级,把健康风险危害分为6级,评价标准的等级划分及分值见表2.

表2 健康危害的模糊化分级Table 2 Fuzzy classification of health hazards

2.2 评价结果与分析

依据本调查研究中的某化工厂地下水重金属污染物的种类和污染程度等特征,考虑重金属通常是以六价铬(Cr6+)、镉(Cd)、砷(As)的污染物对人体健康影响显著,健康风险评价主要是对这3种重金属的致癌风险和非致癌风险进行.根据实地踏勘调研、采样处理、数据分析,得到评价结果见表3.

表3某化工厂区地下水重金属六价铬(Cr)、镉(Cd)、砷(As)的致癌风险与非致癌风险计算结果

Table 3 Calculation result of carcinogenic risk and non-carcinogenic risk of groundwater-heavy metal hexavalent chromium (Cr), cadmium (Cd) and arsenic (As) in a chemical plant area

污染物名称暴 露 途 径Cgw地下水中污染物质量浓度mg·L-1风险控制值致癌风险风险控制值非致癌风险(1)致癌风险非致癌风险Cr饮用地下水 2.95×10-32.19×10-41.42×10-21.49×10-50.498皮肤接触地下水 2.95×10-31.22×1035.08×1058.42×10-110吸入室外空气中气态污染物2.95×10-30000吸入室内空气中气态污染物2.95×10-30000所有暴露途径 ———1.49×10-50Cd饮用地下水 1.7×10-32.19×10-41.42×10-26.54×10-70.861皮肤接触地下水 1.7×10-31.22×1035.08×1054.85×10-120吸入室外空气中气态污染物1.7×10-30000吸入室内空气中气态污染物1.7×10-30000所有暴露途径 ———6.54×10-60As饮用地下水 2.11×10-32.19×10-41.42×10-23.21×10-50.356皮肤接触地下水 2.11×10-31.22×1035.08×1056.03×10-110吸入室外空气中气态污染物2.11×10-30000吸入室内空气中气态污染物2.11×10-30000所有暴露途径 ———3.21×10-50

由表3的分析结果,可以得出某化工厂地下水重金属污染的致癌风险和非致癌风险情况.

(1) 当暴露途径为饮用地下水时,六价铬(Cr)的致癌风险是1.49×10-5,介于1.0×10-5～5.0×10-5之间,属于Ⅱ级,低-中风险.但远低于美国环保署标准,处于最大可接受水平.影响较小,群体年风险仅为1.49×10-5.

当暴露途径为皮肤接触地下水时,Cr的致癌风险是8.42×10-11,属于Ⅰ级,低风险,且低于国际上各机构相对应的最大可接受水平,处于可以忽略的1.0×10-8水平以下.影响极小,群体年风险为8.42×10-11.

当暴露途径为饮用地下水时,重金属六价铬(Cr)的非致癌风险是0.498,非致癌风险小于1.因此影响较小.

(2) 当暴露途径为饮用地下水时,镉(Cd)的致癌风险是6.54×10-7,属于Ⅰ级,低风险,处于最大可接受水平.影响较小,群体年风险仅为6.57×10-7.

当暴露途径为皮肤接触地下水时,Cd的致癌风险是4.85×10-12,属于Ⅰ级,低风险,且低于国际上各机构相对应的最大可接受水平,处于可以忽略的1.0×10-8水平以下.影响极小,群体年风险仅为4.85×10-12.

当暴露途径为饮用地下水时,重金属镉(Cd)的非致癌风险是0.861,非致癌风险小于1.因此影响较小.

(3) 当暴露途径为饮用地下水时,砷(As)的致癌风险是3.21×10-5,介于1.0×10-5～5.0×10-5之间,属于Ⅱ级,中-低风险.但远低于美国环保署风险评价标准.影响较小,群体年风险仅为3.21×10-5.

当暴露途径为皮肤接触地下水时,As的致癌风险是6.03×10-11,属于Ⅰ级,低风险,且低于国际上各机构相对应的最大可接受水平,处于可以忽略的1.0×10-8水平以下.影响极小,群体年风险为6.03×10-11.

当暴露途径为饮用地下水时,重金属砷(As)的非致癌风险是0.356,非致癌风险小于1.因此影响较小.

3 结论与建议

(1) 某化工厂地下水中重金属六价铬、镉、砷的污染,对人体健康的致癌风险、非致癌风险影响程度表现为,饮用暴露途径的致癌风险由大至小排序为:砷(As)、六价铬(Cr)、镉(Cd),砷为首要污染物;非致癌风险由大至小排序为:六价铬(Cr)、镉(Cd)、(As),六价铬成为首要污染物.这种情况应当在区域地下水的污染防控中加以关注,作为风险决策管理的重点对象.

(2) 辽宁省作为我国老工业基地,目前正面临工业调整的关键时期,政府要对地下水污染持续关注,逐步完善相关的政策法规体系和保障机制,完善风险共担和利益共享机制[24].

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【责任编辑:肖景魁】

HealthRiskAssessmentofGroundwaterinaChemicalPlant

WangHaodong,DongZhichao,ChengQuanguo,LiYe,ZhangZhiquan,ZhaoMengzhu

(College of Environment, Shenyang University, Shenyang 110044, China)

A single pollutant carcinogen risk assessment model and a single pollutant non-carcinogenic risk assessment model for groundwater, (Cr6+), heavy metal cadmium (Cd) and arsenic (As) in a chemical plant were evaluated for health risk. The results show that hexavalent chromium is at stag Ⅱ and low-medium risk when the exposure route is drinking groundwater, while it is at stage Ⅰ and low risk, when the exposure route for the skin contact with groundwater; the risk of non-carcinogenic hexavalent chromium, the acceptable hazard is less than 1 when exposed to drinking groundwater, so the impact is small. Cadmium when the exposure to drinking groundwater, are Ⅰ, low risk, at the maximum acceptable level; when the exposure route for the skin contact with groundwater, are Ⅰ, low risk; cadmium non-carcinogenic risk, when the exposure route for drinking groundwater, the acceptable risk of less than 1, so the impact is small. Arsenic when the exposure to drinking groundwater, are Ⅱ, medium-low risk; when the exposure route for skin contact with groundwater, belong to grade Ⅰ, low risk. Arsenic non-carcinogenic risk, when the exposure route for drinking groundwater, the acceptable risk of less than 1, so the impact is small.

groundwater; health risk assessment; exposure assessment; risk characterization

X 820.3

A

2017-07-13

王浩东(1992-),男,辽宁抚顺人,沈阳大学硕士研究生; 程全国(1966-),男,辽宁鞍山人,沈阳大学教授,博士生导师; 张志全(1957-),男,辽宁沈阳人,沈阳大学教授.

2095-5456(2017)06-0461-05