宿州市护城河水环境重金属健康风险初步评价

左 敏，林曼利，闵 宁，李云鹏，汪 挺，芮成奇

（宿州学院 资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000）

随着工业化进程的加快，城市人口的增多，重金属所造成的水环境污染问题日益严重.作为非降解污染物，重金属一旦通过某些直接或间接途径进入人体，会对人体的免疫系统造成损害.如铅会危害人体造血功能和神经系统；镍会造成人体呼吸道的衰竭；镉会增大致癌的可能性等.

近年来国内外大量学者从暴露途径、影响人群、评价模型等方面对河流重金属特征及其所造成的健康风险开展了研究，并取得了一系列的研究成果.如张可等[1-8]采用U.S.EPA（美国环保局）所推荐的健康风险评价模型，分别对重庆市、深圳市、北京市和铁岭市水源以及东平湖、三峡水库、黄河三门峡段和湘江干流等河流水段中重金属经饮水途径所致的健康危害展开了研究；张映映等[9-10]应用改进的美国EPA推荐模型分别对长江口和某市西南郊区水体中重金属污染物从多种暴露途径所致的健康危害进行了风险评价；苏伟等[11]应用U.S.EPA推荐的模型对第二松花江干流中有害物质经饮水途径所产生的健康危害进行了评价研究.

为了更加全面地对宿州市护城河水环境中重金属所造成的健康风险做出评价，本文综合考虑了水体中重金属通过饮水和皮肤接触两种暴露途径对人体健康所造成的危害.其中，饮水途径健康风险评价采用美国环保局推荐的健康风险评价模型，皮肤接触途径健康风险评价采用Strenge等提出的计算模型，并对此公式进行修正.研究结果可为煤炭型城市内河的重金属污染与防治提供参考.

1 材料与方法

1.1 研究区域

宿州市坐落于安徽省北部，地处淮北平原东北部，是安徽省的北大门，所辖一区四县，护城河流经宿州市老城区并绕城一周后汇入沱河，其河水深度大约为1.5m，河宽约为20m.20世纪60年代以前，护城河曾作为宿州居民的饮用水源，与宿州市居民的日常生活休戚相关，后来随着城市化建设、煤炭开采和工业发展等造成水环境质量下降，污染物浓度不断提高，水体逐渐失去饮用水功能，目前仅作为景观用水[13].

1.2 样品采集与测试

表1 护城河河水重金属含量（ug/L）

本次调查共采集5个水样，各采样点采样量约为1L，采样深度约0.5m.样品采集后，经过孔径为0.22μm微孔水系滤膜抽滤，再加入优级纯硝酸调至pH＜2.最后采用原子吸收分光光度计（型号TAS-990FG）火焰法对Fe、Mn、Pb和Ni的浓度进行测定，用石墨炉法测定Cd和Cr浓度，6种重金属含量列于表1.

2 健康风险评价模型

2.1 饮水途径健康风险评价模型

饮水途径健康风险评价采用美国环保局推荐的健康风险评价模型，并结合宿州市的人体状况和生活习惯，对该公式中的人均寿命、人均体重以及成人每日饮水量等参数进行了修改.其中化学致癌物质和非化学致癌物质通过饮水途径产生的个人健康风险分别按公式（1）、（2）计算：

式中，为非化学致癌物质j通过该途径所致的人均致癌年风险，a-1；Dj分别为非化学致癌物质j的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；RfDj是非化学致癌物质j通过该途径进入人体的日参考剂量，mg/(kg·d)；L为人均寿命，选取75 a.

式（1）中的 Di和式（2）中的 Dj分别依据公式（3）、（4）计算[12、14]：

式中，w是成人每日平均饮水量，选用2 L/d；Ci为化学致癌物质i的实测浓度，mg/L；Cj为非化学致癌物质j的实测浓度，mg/L；G为成人人均体重，选用65kg.

2.2 皮肤接触途径健康风险评价模型

皮肤接触途径健康风险评价采用Strenge等提出的计算模型，并结合宿州市居民的人体状况和生活习惯对此公式中的Asd、FE、EF、ED、AT以及TE进行了修正.其中化学致癌物质与非化学致癌物质由皮肤接触导致的个人健康风险分别按公式（5）、（6）：

式中，Rip为化学致癌物质i通过该途径所产生的人均致癌年风险，a-1；Rjf为非化学致癌物质j通过该途径所产生的人均致癌年风险，a-1；CDI为单位体重的日摄入剂量，mg/(kg·d)；式（5）、（6）中 CDI、Ii和 Ij分别按公式（7）、（8）和（9）计算：

式（7）～（9）中，Ii为每次洗澡是人体单位表面积所吸附的化学致癌物质含量，mg/(cm2·次)；Ij为每次洗澡时人体单位表面积所吸附的非化学致癌物质含量，mg/(cm2·次)；Asd为人体表面积，cm2；FE为洗澡的频率，次/d；EF为暴露频率，d/a；ED 为暴露延时，a；AT 为平均暴露时间，d；f为肠道吸附比率；k为皮肤吸附参数，cm/h；τ为延滞时间，h；TE为洗澡时间，h.

2.3 健康风险评价总体模型

对于水环境重金属健康风险初步评价，一般认为各种污染物所产生的健康风险呈加和关系，而不是呈现协同或拮抗关系[15].假定各类重金属对人体作用独立[16]，则水体中重金属所造成的总体健康风险R总为Rc、Rn、Rp和Rf四种风险之和，其表述如公式（10）所示：

式中，Rc为化学致癌物由饮水途径所造成的总致癌风险，a-1；Rn为非化学致癌物由饮水途径所造成的总风险，a-1；Rp为化学致癌物质由皮肤接触途径所造成的总致癌风险，a-1；Rf为非化学致癌物经皮肤接触途径造成的总风险，a-1.

3 健康风险评价实例

3.1 参数选择与评价标准

由国际癌症研究机构（IARC）和世界卫生组织（WHO）两个机构所编制的分类系统可知，Mn、Fe、Pb、Ni这四种重金属为非化学致癌物，而Cd和Cr为化学致癌物[15,17,18].根据文献[19]，查得饮水暴露途径下模型参数qi和RfDj的取值，见表2.

表2 饮水暴露途径下模型参数qi和RfDj值

根据宿州市居民的人体状况和生活习惯，本文选用的参数部分参考了文献[9,10]，见表3.因研究者们所采用的评价标准各不相同，本文仅列出了国际上部分有关机构所推荐的最大可接受风险水平和可忽略的风险水平，见表4.本

表3 该评价过程参数的取值

式中，指的是化学致癌物质i通过该途径所导致的人均致癌年风险，a-1；Di为化学致癌物质i的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；exp是指以e为底的指数函数；qi为化学致癌物质i的致癌强度系数，mg/(kg·d)；L为人均寿命，取75a.文主要以美国环保局（U.S.EPA）和国际辐射防护委员会（ICRP）这两个机构所推荐的最大可接受风险为评价标准.

表4 部分机构推荐的最大可接受风险水平和可忽略的风险水平

3.2 评价结果与分析

根据所选用的评价模型和参数，可以计算出宿州市护城河中重金属污染物通过两种暴露途径（饮水途径和皮肤接触途径）所造成的个人年健康风险以及总风险.计算结果见表 5～7.

从表5可知，两种化学致癌物质经饮水途径所造成的健康风险远高于通过皮肤接触途径所造成的健康风险.且化学致癌物质Cr所造成的健康危害较高，占总风险的98.4%.这两种化学致癌物质(Cr、Cd)经过饮水途径产生的个人年健康风险最大值均出现在HC-04处，且其所致风险不仅都高于ICRP推荐的最大可接受风险水平(5×10-5a-1)，也都高于瑞典环保局、荷兰建设环保局和英国皇家协会推荐的最大可接受水平(1×10-6a-1).其中，Cr由饮水途径所造成的个人年风险最大值为1.08E-04 a-1，Cd通过饮水途径所致的个人年风险的最大值为1.94E-06 a-1.此外，两种化学致癌物质通过皮肤接触途径所导致的最大个人年风险也都出现在HC-04处，且都低于国际辐射防护委员会、瑞典环保局和荷兰建设环保局等机构所推荐的最大可接受水平.其中，Cr所致的个人年风险达6.41E-06 a-1，Cd所致的个人年风险达3.67E-04 a-1.

表5 护城河中化学致癌物所致的个人年健康风险值（a-1）

表6 护城河中非化学致癌物所致的个人年健康风险值（a-1）

表7 护城河中重金属所致的个人年健康风险值（a-1）

从表6可以看出，四种非化学致癌物质通过饮水途径所造成的个人年健康风险远高于通过皮肤途径所造成的个人年健康风险.且这四种非化学致癌物质所致健康危害的个人年风险按从小到大排列为：Fe、Mn、Ni、Pb.其中 Pb 所致的风险占重金属污染物所致的总风险的77.5%，而Mn和Ni所致的健康风险分别占总风险的15.4%和6.9%.因此Pb应为优先控制的非化学致癌物质.此外，它通过饮水与皮肤接触两种途径产生的最大健康危害风险均出现在HC-04处，其健康风险分别为5.55E-09 a-1、2.42E-11 a-1.但它们所产生的个人年健康风险均小于10-8a-1，即每年每千万人口中由于水体中非化学致癌污染物而造成健康危害 (或死亡)的人数不到1人.

从表7可知，重金属通过饮水途径对人体健康所造成的危害是通过皮肤接触途径所造成的危害的229倍，其所造成的健康风险占总风险的99.57%，其中化学致癌物质经饮水途径造成的健康风险占总风险的99.99%.且护城河中由重金属污染物造成的健康危害按从大到小排列：HC-04、HC-02、HC-03、HC-05 和 HC-01 处.其中，采样点 HC-04 位于护城河排污口处，受人为影响较大，故该处由重金属所引起的健康危害最大.该处所产生的健康危害的总风险为1.10E-04 a-1，大约是国际辐射防护委员会推荐的最大可接受风险水平的2.2倍，达到瑞典环保局、荷兰建设环保局和英国皇家协会推荐的最大可接受水平的110倍.宿州市护城河中由化学致癌物质所致总风险是非化学致癌物质所致总风险的13369倍，即非化学致癌物质造成的健康危害要远小于化学致癌物质.

4 结论与建议

本文以宿州市护城河为研究案例，对该水体中重金属含量进行测定.在此基础上，综合考虑污染物通过饮水与皮肤接触两种暴露途径所造成的健康危害，进行了重金属健康风险评价，得出以下结论：

（1）宿州市护城河中重金属污染物通过两种暴露途径所致健康危害高于ICRP、瑞典环保局和英国皇家协会等机构所推荐的最大可接受风险水平.

（2）5处水源点化学致癌物质造成的年总风险是非化学致癌物造成的年总风险的13369倍，即化学致癌物质所造成的健康危害要远远高于非化学致癌物质.因此，化学致癌物质（Cr和Cd）为优先控制的重金属污染物.

（3）护城河河水中重金属通过饮水途径所导致的健康风险是通过皮肤接触途径所致的健康风险的229倍.故重金属通过饮水途径所造成的危害是需要关注的重点.

本文由于测试指标的限制只考虑了部分重金属通过这两种途径所致的健康危害.因此，评价所得的风险应比实际

环境污染造成的风险小.此外，由于健康风险评价是一种新的评价方法，其本身存在了许多的缺陷，如污染物的单位体重日暴露剂量、qi、RDfj以及单位体重的摄入剂量等因素的不确定性.故而在水环境重金属评价方面，还有许多方面尚待深入研究和完善.

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