家庭冲厕用水毒理学的选择性计算

匡华成

(辽宁省鞍山生态环境监测中心，辽宁 鞍山 114003)

居民用水按照国家标准GB/T50331-2002统计，冲厕占29.1%、淋浴占28.8%、洗衣占6.8%、厨用占21.5%、饮用占2.2%、浇花占5.8%、卫生占5.8%。按照上述比例计算家庭生活中各部分用水量，如果每人的额定用水量为110 L/d，每日的冲厕用水量为30 L/(d·人)，以三人之家计算，每年的冲厕用水消耗量为3.6吨。

如果冲厕用水以其它类型的用水替代则自来水节约量十分可观，节约用水的前提是替代用水的质量应当满足人体健康要求。

1 冲厕用水的扩散及扩散参数

1.1 冲厕用水

冲水用具在使用中会引起气溶胶雾化而使水雾在环境中扩散，用水中的化学成分和致病微生物会与人体发生接触，接触的途径是呼吸道、食道、皮肤。依据GB25502-2017坐便器水校限值及水校等级规定，家庭冲厕用具三级水校等级规定值为≤5 L、≤6 L、≤8 L，平均用水量分别是≤4 L、≤5 L、≤6.4 L。

从管理毒理学的角度出发，分别计算不同用水在三级水校3 L/S、6 L/S和8 L/S时，冲厕用水的重金属对人体的危害，以此来为节约用水和选择冲厕用具提供参考意见。

1.2 冲厕用水扩散指标设定

冲厕用水在使用中会以部分转变成气溶胶的形式存在于空气中。尽管在气溶胶的扩散中会存在去气溶胶的衰减和有效距离的限制，但是限于室内空间的有限使得自然净化的能力不会发生很大的作用。

冲厕用水的雾化和气溶胶的扩散涉及到扩散系数、雾化效率等呼吸指标。本论文上述指标参考论文[1]中的有关结论。

排放源强度计算依据下式：

Q=cwaterqA

其中Q是排放源强度，cwater是冲厕用水中的污染成分的含量(mg/L)，q是喷撒强度(m3/s)，A是雾化效率因子。

A的取值一般在0.003～0.01之间，不同温度时的雾化效率因子不同，30℃时0.007，27℃～29℃时0.006，25℃～26℃时0.005，21℃～24℃时0.004，18℃～20℃时0.003。喷撒强度一般可以根据我国的坐便水校等级标准设定为3 L/S、6 L/S、8 L/S三个级别计算。

环境空气中的污染物质在气溶胶中的浓度依下式计算：

Cair=QD

其中Cair是环境空气中的污染物质在气溶胶中的浓度，mg/L；Q是排放源强度，mg/L；D是扩散系数，s/m3。

由于在雾化的气溶胶扩散过程中扩散系数不断变化，1.5～2m距离处时，扩散系数取0.7。这时环境空气中的污染物浓度以用水的污染物溶度和空气中的水雾浓度表示，见下式：

Cair=cwaterF

F=qAD

各参数的意义同上。

2 冲厕用水中的化学物对人体健康影响评价

2.1 评价参数选择

不同类型的用水其污染特征不同。本文以其它来源的冲厕用水来代替自来水，其它来源的冲厕用水可能包括家庭厨余废水、洗浴用水和再生水等，水中的污染物包括重金属污染、有机物污染和致病微生物污染。而由于采用不同水校的冲便器使得同一用水在不同的装置上使用时对人体健康的危害不同。回用水评价参数见表1。

表1 家庭冲厕用水评价参数

重金属按照经口毒性数据计算，致癌强度数据q如下：砷1.5 (mg/kg·d)-1，镉0.38 (mg/kg·d)-1，铬41 (mg/kg·d)-1，铅0.0085 (mg/kg·d)-1。呼吸途径时镉、六价铬、铅、镍、砷致癌强度系数分别是15、510、0.042、0.91、1.5 (mg/kg·d)-1。

环境空气中气溶胶粒径在2～5 μm时会以经口的模式造成危害。以下分别计算呼吸和经口模式时砷对人体致癌概率。呼吸时的呼吸途径终生日均暴露剂量估算公式[2]：

LADD1：呼吸途径的终生日均暴露剂量 mg/kg·d；CAIR:该用途再生水在空气中有害物浓度 mg/m3；IR：呼吸速率m3/h；ET:日均暴露时间h/d；F:单位空气中所含再生水形成水雾量L/m3；AF:呼吸系数0.63；ED：终生暴露天数d；BW：平均体重70 kg；LT：预期寿命，70*365d。

年均致癌危险度p=LADD1*csf

csf：致癌强度系数，(mg/kg·d)-1

经口模式时的年均致癌危险度计算依照以下公式[3]：

pi=(1-e(-di×q))/70

Pi：化学致癌物经口途径产生的个人终生致癌风险。

di：第i类化学品经口途径单位体重的日均暴露剂量mg/kg·d,其中d=n×v×c×10-3/365*70，年暴露次数*每次暴露环境介质体积*污染物浓度/365*70；

qi：第i类化学品经口或吸入途径致癌强度系数(mg/kg·d)-1。

2.2 三类不同水校的冲便器使用时的致癌危险度计算

家庭冲厕用水水源在选择上有多种类型可供选择，包括餐余废水、洗漱用水、再生水、自来水。不同用水的污染特征不同。参考GB3838-2002地表水环境质量标准中关于对重金属的浓度规定，主要指标见表2。

表2 地表水中重金属的限值

上述标准是各类水体中的重金属的含量限值，以此为重金属的浓度可以计算出含不同重金属浓度级别的用水在使用中存在的致癌危险性。

下节的计算中分别考虑以下几种情况：无重金属检出水，以及不同程度重金属污染的再用水。无重金属检出用水，如自来水、深度处理后的再生水，无重金属离子检出意味着其中的重金属含量小于分析方法的检出限，在计算中以重金属检测方法的检出限的一半为计算浓度。其它类型再用水假设其受到不同程度的重金属污染，而用水的选择首先是在符合国家标准的前提下进行，在重金属浓度评价时选择满足国家标准的各个浓度水平计算。每种浓度水平下不同水校的冲便器形成的水雾会对环境中的人群健康有不同的影响，以致癌危险度表达结果。

2.2.1 化学品呼吸途径致癌危险度计算

几类监控的重金属检出限分别如下：汞的检出限是0.04 μg/L，砷的检出限是0.3 μg/L，镉检出限0.002 mg/L，六价铬检出限0.004 mg/L，铅检出限0.01 mg/L，硒检出限0.0004 mg/L，镍检出限0.05 mg/L。计算中浓度取值为检出限的一半。其他类型的再用水的重金属浓度值选择依据国家地表水质量标准中规定的不同级别浓度限值来确定，计算结果如表3～6。

表3 砷的危险度计算结果

表4 镉的危险度计算结果

表5 六价铬的危险度计算结果

表6 铅的危险度计算结果

上述几种典型重金属砷、镉、六价铬、铅等的呼吸途径时致癌危险度的计算结果，依据USEPA对各类风险的可接受概率的规定，小型人群可接受风险为10-5～10-4/a，社会层面可接受风险为10-8～10-7/a，最大可接受风险概率10-4/a。所取各浓度值计算结果为：元素砷对冲厕回用水的含量限值为0.05 mg/L，在此浓度水平下计算的致癌风险概率小于最大可接受风险概率10-4/a。当冲厕用水中砷浓度达到1 mg/L时，只有水校为3L/S的冲便器安全，其余两种的使用风险概率都超过了10-4/a。镉的计算结果与砷类似，只有经过深度处理的用水铬含量未检出和符合一类、二类地表水浓度限值的冲厕用水在使用时是安全的。六价铬计算结果表明以0.002 mg/L计算其危险度时，风险概率也在10-5～10-4/a范围内，其它六价铬有检出的冲厕用水的使用风险概率都不可接受。铅元素的风险概率在可接受范围内，即使是地表水五类水标准0.1 mg/L，冲厕致癌危险度也在10-7，三种水校的冲便器都能满足对危险度的要求。

危险度分析表明砷、镉、六价铬在以未检出用水为冲厕用水时，8 L/S水校的坐便器要比3 L/s坐便器致癌危险度要高10倍，但是危险度都在可接受范围内。其它不同重金属浓度含量的用水计算的结果是8 L/S水校的坐便器要比3 L/S坐便器致癌危险度要高2～3倍，其中以六价铬为计算因子时，不同水校坐便器危险度相差3倍。

2.2.2 指定化学品冲厕用水经口途径致癌危险度计算

一般认为气溶胶微粒粒径在2～5 μm时，气溶胶中的物质与人体相接触是通过口腔吞咽行为，但是难以统计三种水校的坐便器经口模式的人体暴露剂量。根据前文计算呼吸途径的暴露剂量公式，假设在完全进口吞咽情况下，雾化量完全被人体接受，雾化效率因子取在25℃～26℃时的0.005，三种水校的坐便器在使用中人体的暴露量分别是15 mL、30 mL、40 mL。实际上可能达到的人体暴露剂量一般为0.1～1 ml，放大10倍计算极限暴露剂量10 ml。

表7中模拟计算了在经口模式下的危险度，暴露量取0.1 ml、10 ml，是模拟生成的水雾完全经口时所暴露的体积。暴露量为10 ml时，出现了不同重金属浓度的用水的终生危险度超出最大风险概率10-4的情况。当受污染的冲厕用水重金属浓度在0.1 mg/L时，危险度计算结果都小于10-4。

3 结论与讨论

对As、Cd、Cr、Pb致癌危险度计算，计算选取3 L/S、6 L/S、8 L/S三种水校的坐便器为计算对象，分别计算了经口、呼吸两种接触途径在不同化学品含量的冲厕用水使用时的致癌危险度。呼吸途径时，冲厕用水中砷含量为1 mg/L时，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器时的致癌危险度大于10-4；冲厕用水中镉含量为0.1 mg/L时，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器时的致癌危险度大于10-4；冲厕用水中六价铬含量为0.01 mg/L和0.1 mg/L时，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器时的致癌危险度大于10-4。经口途径时各浓度水平的危险度计算都小于10-4。

经过深度处理的再生水重金属含量显示为零，以这种水作为冲厕用水时，三种水校的坐便器的危险度都小于10-4。

出于节约用水的考虑，再生水、厨余废水或其他轻微污染的废水都可以重新选择再度使用。文章计算了废水中不同含量下的重金属在不同水校的冲便器使用时的致癌危险度，并与国际上可接受的可接受危险限值相比较，得出的结论可以用于冲厕用水的选择参考。