宝鸡市饮用水源地重金属健康风险评价

耿雅妮， 杨宁宁， 董 洁， 梁青芳， 张 军, 2

(1.宝鸡文理学院 陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室， 陕西 宝鸡 721013；2.长安大学 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室， 陕西 西安 710064)

1 研究背景

饮用水源安全关系到广大人民群众身体健康和社会稳定。目前，重金属污染是水源地水环境面临的重要问题之一[1]，一些重金属是人体必需的微量营养元素，但当它们的含量超过饮用水中允许的极限时，可能会对人体健康产生极其不利的影响[2]。因此，检测重金属在水源地饮用水的含量，并进行健康风险评价，是掌握水源地水质安全与否的重要手段，同时也可为建立完善的饮用水源重金属污染控制系统和预警机制提供科学依据。

基于风险度为衡量指标的健康风险评价方法，可定量描述环境污染物经人体暴露等途径以及危害人体健康的风险程度[3]。目前，在水源地饮用水重金属污染健康风险评价的研究中，美国环境保护署(US EPA)推荐的健康风险评价模型被国内外众多学者所采用[4-6]，但模型中固定的参数使用于不同的研究区域，难以真实反映当地饮用水源地的健康风险程度；同时随着城市化的发展，城市(特别是工业城市)饮用水源地类型的多样化，用单一水源地饮用水的健康风险值去衡量整个城市饮用水源地的健康风险值，存在一定片面性[7-8]。宝鸡市经济的发展主要以工业为支撑，市区饮用水源地主要以清姜河、冯家山水库及部分井水为主，在城市工业化进程中，频繁的工业活动有可能对城市水源地饮用水的水质安全造成影响，因此，对宝鸡市水源地饮用水重金属含量监测及健康风险评估，对饮水安全与水质风险管理的开展尤为重要。

本文以宝鸡市水源地饮用水为研究对象，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对宝鸡市水源地饮用水中8种主要重金属含量进行监测；并基于宝鸡市人均寿命及陕西省成人和儿童的平均体重，运用US EPA所推荐的健康风险评价模型，分别对不同水源地饮用水中的重金属含量进行人体健康风险评价，为宝鸡市饮用水源地环境风险管理提供科学依据。

2 区域与方法

2.1 研究区概况

宝鸡市坐落于渭河谷地之上，是陕西省西部重要的工业城市。市区面积约106 km2，人口近150万。属于暖温带半湿润气候，四季分明，气候温和，雨量充足，市区饮用水水源地主要以清姜河、冯家山水库及部分地下井水为主。

2.2 样品采集与处理

2017年4月期间于清姜河、冯家山水库及部分地下井水共采集样品24个(图1)，样品使用聚乙烯瓶采集，样品采集后运回实验室，过0.45 μm滤膜后，加入硝酸溶液使pH小于2，以防止样水中离子沉淀，然后放入冰箱冷藏保存。

图1 实验水样品采样点分布

2.3 样品测定

重金属水样采用ICP-MS(NexION 350X，PE，USA)进行测定。实验所用试剂均为优质纯，标准溶液在实验过程中逐级配制，实验容器均采用同等浓度硝酸溶液浸泡，使用优纯水冲洗、晾干，并且在测试样中加标样进行校核。

2.4 评价模型

采用US EPA的评价模型[9-10]，评价水源地饮用水中重金属对人体造成的健康风险，模型如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

RT=Rc+Rn

(6)

式中:RT为总个人健康风险值。

2.5 评价模型中参数因子取值的确定

国际癌症研究机构(IARC)将Cr、As、Ni和Cd划分为致癌物质，将Pb、Cu、Mn和Zn划分为非致癌物质，模型中各重金属经饮水途径的剂量取值如表1所示。

3 结果与分析

3.1 重金属浓度

宝鸡市水源地饮用水重金属浓度如表2所示，除井水中未检测出Cd元素外，其余各元素均在各水源地中检出。

将检测结果与文献[13-14]对比，在各类型水源地水体中，各水源地饮用水中Pb浓度的均值接近国家标准的限值，且Pb浓度的最大值均超标，其余各元素浓度的最大值与均值均低于国家标准的限值。因此，说明宝鸡市水源地饮用水中，重金属Pb受到人为活动影响较严重。

表1 模型中各重金属经饮水途径的剂量取值 mg/(kg·d)

表2 宝鸡市主要水源地饮用水重金属含量 μg/L

3.2 健康风险评价

依据公式(1)～(5)，得到宝鸡市主要饮用水水源地非致癌健康风险和致癌健康风险，评价结果见表3和4。由表3得，宝鸡市水源地饮用水中，儿童和成人总非致癌风险分别在1.09×10-7～3.25×10-7和1.05×10-7～3.12×10-7a-1之间，均低于1.0×10-6a-1，处于可接受风险水平，儿童总非致癌健康风险值大于成人总非致癌健康风险值。非致癌重金属的健康风险排序为Zn>Pb>Cu>Mn。

由表4可知，宝鸡市各水源地饮用水中，清姜河与冯家山水库饮用水中致癌物质的风险值排序为：Cr>As>Cd>Ni，井水中致癌物质的风险值排序为：Cr>As>Ni>Cd，人均年致癌风险均超过了国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平(5.0×10-5a-1)。儿童和成人总致癌风险分别在4.95×10-4～6.84×10-4a-1和4.75×10-4～6.57×10-4a-1之间，各水源地年均总致癌风险值排序均呈现出儿童略大于成人的特征。其中，Cr的健康风险值与总致癌风险值处于同一数量级，说明Cr是主要风险因子。

表3 宝鸡市主要饮用水水源地非致癌重金属健康风险评价值 a-1

表4 宝鸡市主要饮用水水源地致癌物健康风险评价值 a-1

3.3 健康风险比较

由公式(6)得，健康风险为致癌风险和非致癌风险之和。宝鸡市各饮用水源地水中，各致癌重金属健康风险集中在7.17×10-11～6.71×10-4a-1之间，各非致癌重金属健康风险集中在4.19×10-12～3.05×10-7a-1之间，因此，研究区健康风险主要来自致癌风险。从图2可知，研究区健康风险排序为：井水>清姜河>冯家山水库，在不同年龄段中的年均健康风险排序为：儿童>成人，说明儿童较成人相比，是更脆弱群体，即对儿童饮用水安全的防控和管理需要格外加强。

图2 各饮用水水源地水环境健康风险

4 讨 论

宝鸡市水源地水中非致癌总风险值：井水(1.18×10-6)>清姜河(5.92×10-7)>冯家山水库(3.97×10-7)，总非致癌风险值低于马海涛等[4]、韩芹芹等[5]、黄睿智等[6]对我国其他城市水源地饮用水的研究结果，也低于ICRP和US EPA的推荐值(5.0×10-5a-1和1.0×10-4a-1)。将本研究重金属的实测浓度值与地表水环境质量标准(GB3838-2002)[13]进行对比，宝鸡市各水源地水中Pb浓度的最大值均超过国家标准，究其原因，主要是受到工农业活动导致Pb超标，冯家山水库主要水源补给以流经农田区的渭河支流为主，上游入口处为千湖湿地公园，水库两侧有宝汉高速、104省道及陇千铁路延伸段；清姜河沿岸有212省道等重要交通干线，长年有大量的交通运输。研究表明[16-18]，交通排放对地表灰尘中Pb含量有直接影响，含有Pb的灰尘通过干湿沉降的方式进入路旁水体，从而使水源地水体中Pb浓度均值接近国家标准。同时，冯家山水库和清姜河周边分布有旅游接待、娱乐等设施，旅游活动产生的各类垃圾对水体中重金属污染也不容忽视。建议依法取缔饮用水水源保护区内的违法旅游等项目，消除该区域生产生活污水对饮用水源的污染，确保水源安全，避免其通过饮水途径对人体(尤其是儿童)健康的伤害。

此外，由于本次研究中采集宝鸡市饮用水源地水样，但因居民在饮用过程中会对其进行二次净化处理，致使重金属在末梢饮用水中实际浓度值与本次检测值会有所出入，也未对供水季节变化、暴露参数、人群饮水习惯差异等不确定性因素进行分析。针对上述不足，还有待深入探讨。

5 结 论

(1)宝鸡市水源地饮用水中各重金属浓度均值均低于国家标准限值，水质达标，各水源地Pb浓度最大值均超过了国家标准限值，平均值接近国家标准限值，应引起注意。

(2)宝鸡市水源地饮用水健康风险以致癌风险为主，Cr是首要风险因子。宝鸡市各主要水源地饮用水对儿童的健康风险略大于成人健康风险。

(3)宝鸡市水源地饮用水健康风险排序依次为：井水>清姜河河水>冯家山水库水。