济南东部岩溶水有机污染健康风险评价

张海林，林广奇，马河宽，刘文

(山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014)

0 引言

地下水是水资源的重要组成部分，是工农业及生活用水的一个重要来源，是保障居民生活、支撑社会经济发展的重要资源。地下水水质的优劣与人体的健康密切相关[1]，因而进行地下水污染健康风险评价极为重要。济南岩溶水在市区喷涌而出，形成众多的名泉，具有社会供水和景观用水的双重效用。近年来随着济南市社会经济的发展、人类活动的加剧，特别是石油化工、冶炼等高污染企业的发展以及农业农药的超量使用，使得济南市岩溶水水质受到严重威胁，多年水质监测资料显示，济南岩溶水有机污染已经呈现由点向面演化、由局部向区域扩散的趋势(图1)。岩溶水有机污染问题越来越突出，严重威胁着供水安全及居民健康，水生态文明城市建设也会受到影响[2]。

1—>15μg/L;2—10～15μg/L;3—5～10μg/L图1 济南东部地区有机物总量分布图

健康风险评价是指有毒有害物质对危害人体健康的影响程度进行概率估计[3]，目前健康风险评价在世界范围内得到了广泛的应用，国内外已有不少组织在地下水健康风险评价方面取得了成就[4]。Rebecka Tomquist等[5]运用美国环保署推荐使用的健康风险评价模型对地下水污染进行了风险评价；Ali Reza Pardakhti等[6]运用USEPA推荐的评价方法评价了德黑兰地区地下水三氯甲烷污染健康风险。我国针对健康风险评价研究起步较晚，主要借鉴国外的风险评价方法进行了一系列的研究。费宇红[7]、张新钰等[8]都以USEPA推荐的健康风险评价模型为基础，结合研究区的实地情况进行相关的地下水健康风险评价研究。

该文以济南东部岩溶水为研究对象，根据岩溶水中有机物的污染程度，以USEPA推荐的评价方法为基础，评价岩溶水有机污染对区内暴露人群造成的健康风险，为济南市开展污染场地风险评估研究以及污染防治等提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于济南市东部(图1)，趵突泉泉域的东北部，泉域内岩溶发育，地质构造复杂[9]。地势南高北低，南部为低山丘陵，北部为山前倾斜平原。该段岩溶水的主要含水岩组为奥陶纪马家沟群灰岩，补给来源主要是大气降水入渗补给，补给区为南部山区，其他补给源是地表水渗漏补给及第四系孔隙水下渗补给。岩溶水的运动方向与地层倾向基本一致，基本由南向北运动，岩溶水径流到北部山前遇到隐伏的火成岩岩体受阻，形成泉水。据调查，该区域南部山区工业企业污染源较少，主要潜在污染源为农业活动和面源生活污染；山前平原地带主要潜在的工业污染源包括石化、冶金、发电、热源、制药以及化工厂等，主要潜在的生活污染源----简易垃圾堆放点主要集中在山前地带。上述潜在污染源位于直接补给区与汇集排泄区分界线的两侧，这一带第四系厚度一般较薄，局部地段有灰岩裸露，这极易造成污染物进入岩溶水含水层，引起岩溶水污染。

1—孔隙水富水性500～1000m3/d；2—孔隙水富水性<500m3/d;3—裂隙岩溶水富水性1000～5000m3/d;4—裂隙岩溶水富水性<1000m3/d;5—基岩裂隙水富水性<100m3/d;6—采样点及编号；7—地下水流向；8—泉；9—水源地图2 济南东部水文地质略图及采样井点分布图

2 样品采集与测试

根据以往水质监测资料，2016年5月在研究区内选择3处典型的岩溶水水井，进行了调查取样，样品测试由国土资源部华东矿产资源监督检测中心(中国地质调查局南京地质调查中心)实验室完成。样品测试结果表明，检出的有机物主要有：三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯(表1)。这4种有机污染物均为我国“水中优先控制污染物”，均具有毒性，与人体健康密切相关，美国环保署在《超级基金场地中化学污染物的区域筛选水平》[10]公告中，将这4种有机污染物在饮用水范围内归为致癌物质。

表1 各取样点检出结果

3 健康风险评价

3.1 健康风险评价模型

健康风险评价是针对有机污染物通过多种暴露途径进入人体后，对人体产生的健康风险。该文以美国环保署(USEPA)推荐的健康风险评价方法为基础，借鉴国内外的相关研究经验，对研究区内上述采样点进行有机污染健康风险评价，健康风险评价包括非致癌风险和致癌风险。

3.1.1 非致癌风险

非致癌风险计算方法根据谌宏伟[11]研究的某工厂污染场地健康风险评价中的风险指数计算，公式为：

HI=CDI/RFD

(1)

式中：CDI为长期日摄入剂量(单位体重被评估人群平均摄入剂量)，mg/(kg·d)；RFD为污染物的参考剂量，mg/(kg·d)。

3.1.2 致癌风险

致癌风险通常用终生致癌风险值表示，为长期的每日摄入量与致癌斜率因子的乘积。

致癌物的剂量反应关系通常以一生中癌症的发病率(概率)对剂量的关系——斜率因子(SF)来表示。根据谌宏伟[11]研究的风险指数计算公式为：

Risk=CDI×SF

(2)

式中：Risk为致癌风险，即癌症发生的可能性；CDI为长期日摄入剂量(单位体重被评估人群平均摄入剂量)，mg/(kg·d)；SF为污染物的致癌斜率因子，(kg·d)/mg。

若污染物的摄入量大于0.01，则用公式3计算：

Risk=1-exp(-CDI×SF)

(3)

计算多物质、多途径的非致癌风险和致癌风险时，计算累积效应，不考虑它们之间的协同作用和拮取作用，根据美国USEPA模型，一般将各污染物、各途径的非致癌风险和致癌风险分别加和计算。

3.1.3 各暴露途径进入体内的计算模型

污染物进入人体内的主要有3种途径：饮水途径、皮肤接触途径以及呼吸吸入途径。

根据韩冰等[12]对健康风险评价的研究以及美国USEPA模型，改进的模型见以下公式：

饮水途径计算公式：

(4)

皮肤接触途径计算公式：

(5)

(6)

呼吸吸入途径计算公式：

(7)

Ciai=ρi×Kc

(8)

式中：CDI为长期日摄入剂量，mg/(kg·d)；ρi为水中化学物质i的浓度，mg/L；TFi为煮沸后污染物i的残留比率，无量纲；U为日饮水量，l/d；EF为暴露频率，d/a；ED为暴露延时，a；BW为被评估人群的平均体重，kg；AT为平均暴露时间，d；I为每次洗澡单位体面积对污染物i的吸附量，mg/cm2；SA为人体表面积，cm2；FE为洗澡次数，次/d；Fsd为暴露频率，次/d；fi为污染物i的肠道吸附比率，无量纲；CF为单位转换因子，l/cm3；Ki为污染物i的皮肤吸附参数，cm/h；τ为延滞时间，h；TE为洗澡时间，h/次。Ciai为生活用水挥发出的污染物i的浓度，mg/m3；Diai为日单位体重被评估人群对污染物i的吸入剂量，mg/(kg·d)；Kc为污染物的挥发因子，l/m3；Uia为室内呼吸率，m3/d。

3.2 健康风险评价指标参数

根据张兆吉[13]等对地下水有机污染健康风险评价中的研究成果以及我国环保部的《污染场地风险评估技术导则》，4种有机污染物毒性评估参数及吸入参数见表2、表3。

表2 4种典型有机污染物的化学及毒理学特性

表3 4种典型有机污染物吸入参数

在计算各途径的摄入量时，共用的参数ED取70a，BW取70kg，AT取25550d；饮水途径参数ρi为实测浓度(mg/L)，U取2 L/d，EF取365d/a；皮肤接触途径参数SA取16600cm2，FE取0.3次/d，Fsd取1次/d；TE取0.4 h/次，CF取2×10-3L/cm3；吸入途径参数Kc取0.5 L/m3，Uia取20m3/d。

3.3 健康风险评价结果与分析

3.3.1 非致癌风险分析

评价非致癌风险时，当非致癌风险指数超过1.0时[14-15]，认为会对人体健康产生危害。根据各采样点的非致癌风险评价结果(表4)，3个采样点的4种有机污染物造成的非致癌风险指数均未超过限值1，其中点JS04的非致癌总风险值最大，为0.423；点JS10的非致癌总风险值最小，为0.0181，在可接受的范围内，对人体健康危害程度较小。各采样点的非致癌风险构成不同(图2)，从污染物分析来看，4种有机物非致癌风险值大小为：四氯化碳>三氯甲烷>三氯乙烯>四氯乙烯，四氯化碳在非致癌总风险中所占比例最大，为89.85%；从暴露途径分析来看，各采样点非致癌风险的主要贡献途径是呼吸吸入途径，其次是饮水途径，皮肤接触途径较小。

表4 采样点非致癌风险计算结果

图3 采样点非致癌风险构成图

3.3.2 致癌风险分析

对于致癌风险，参照美国USEPA的致癌风险评价指南，风险指数在10-4～10-6就认为可以接受；国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平为5.0×10-5[16]；欧洲一些国家推荐的最大可接受风险水平为10-6；我国还没有相关的标准，国内章霖之等[17]和刘姝媛等[18]的研究成果均参照USEPA的致癌风险评价指南中的致癌风险限值。该文认为风险指数在10-4～10-6在可以接受的范围内，危害程度较小。若风险指数大于10-4，应该对研究区进行更高层次的评估；若风险指数在5.0×10-5～10-4之间，应采取相应的防治措施，减小风险值；若风险指数在10-6～5.0×10-5之间，则应引起关注，必要时采取相应措施进行防治。

采样点的致癌风险评价结果(表5)，3个采样点的4种有机污染物造成的致癌风险均超出了致癌风险可接受水平的最小限制10-6，但均未超出可接受的致癌风险的最大限制10-4，风险指数均在10-6～5.0×10-5之间，应该引起关注。各采样点的致癌风险构成(图4)，从污染物分析来看，4种有机物致癌风险危害程度大小为：三氯乙烯>四氯化碳>三氯甲烷>四氯乙烯，其中三氯乙烯的致癌风险占总风险的48.53%，四氯化碳占20.52%，三氯甲烷占20.35%，四氯乙烯占10.6%。从暴露途径分析来看，各采样点致癌风险的主要贡献途径仍是呼吸吸入途径，皮肤接触途径最小。

表5 采样点致癌风险计算结果

图4 采样点致癌风险构成图

4 结论

(1)该次健康风险评价的岩溶水水样分布在济南市趵突泉泉域的东北部区域，根据水样检测结果表明，该地段岩溶水已经受到一定程度的有机污染，典型的有机污染物为三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯。

(2)3个采样点有机污染非致癌风险均未超过限值1，在可接受的范围内；致癌风险指数在10-6～5.0×10-5之间，也在可接受的范围内。尽管有机污染未产生对人体健康的危害事件，但有机污染物对生态环境和人类健康与安全的危害性极为严重，有机物检出虽含量微小，仍不容忽视。

(3)根据该次评价结果，产生非致癌风险的主要污染物是四氯化碳，产生致癌风险的主要污染物是三氯乙烯；非致癌风险和致癌风险的主要暴露途径贡献率为呼吸吸入途径，其次是饮水途径，皮肤接触途径最小。

该次健康风险评价结果也存在一定的不确定性。由于研究区有机健康风险评价的相关研究并不多，因而评价过程中使用的一些参数多参照文献中的取值，计算风险指数也没有考虑各污染物之间的相互作用[19]，这些因素都会对评价结果有一定的影响，还需要在以后的研究中继续探讨。