资江干流市级饮用水源中重金属健康风险评价

梁 菁，彭小玉，吴文晖，毕军平，肖 金

(湖南省生态环境监测中心，湖南 长沙 410019)

1 引言

重金属污染是危害最大的水污染问题之一。重金属通过矿山开采、金属冶炼、金属加工及化工生产废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源，以及地质侵蚀、风化等天然源形式进入水体，加之重金属具有毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物富集并有生物放大效应等特点，水体中的重金属污染不仅对水体产生极大的危害,还对人类健康以及生态平衡有着重大威胁[1，2]。在重金属的多途径暴露方式(呼吸、皮肤、饮食等)中，尤以饮水途径的暴露量最大[3]。本文以邵阳市饮用水水源地水体为研究对象，于2015～2019年对邵阳市3个饮用水水源地中As、Hg、Cd、Pb、六价Cr、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl的浓度和健康风险进行了调查研究和评价，为饮用水水源地环境风险管理提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 区域概况

邵阳市位于湖南省中部偏西南，资水上游，南屏五岭之秀，资水横贯，丘陵起伏。地理坐标为东经109°49′～112°05′、北纬25°58′～27°40′。属亚热带季风湿润气候，四季分明，雨量充沛，雨热同季。全市年平均气温16.6～17.1 ℃，年平均降雨量1150～1350 mm。邵阳市境内水系发达，溪河密布，流经市境内的河流，主要属资江水系[4]。

益阳市位于湖南省中部偏北，跨越资水中下游，承接沅、澧两水尾闾，环临洞庭湖西南，地处东经110°43′02″～112°55′48″、北纬27°58′38″～29°31′42″。属亚热带季风湿润气候，气温总体偏高、冬暖夏凉明显、7月多雨成灾、日照普遍偏少。年平均气温在16.1～16.9 ℃之间，各地平均降水1235～1691 mm。益阳市水系发达，水资源丰富，水路经洞庭湖外通长江，全市境内水系主要包括资水水系、洞庭湖(市内)水系[5]。

2.2 样品采集

在资江干流邵阳市饮用水水源地桂花渡水厂、工业街水厂和城西水厂取水口上游100 m附近设置监测垂线，在资江干流益阳市饮用水水源地龙山港设置左、中、右三条监测垂线，分别采集表层(0.5 m)水样。监测时间为2015年1月至2019年12月，每月1～10日采样监测1次。

2.3 水样中重金属浓度的测定

采用ICP RQ型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)(赛默飞世尔科技有限公司)检测铜、镉、铅和铊的浓度，方法检出限分别为1、0.1、1、0.01 μg/L，回收率为82%～114%，RSD为0.8%～1.2%；采用AFS-933型原子荧光仪(北京吉天仪器有限公司)检测砷、汞和锑的浓度，方法的检出限分别为0.3、0.04、0.2 μg/L，回收率为84%～110%，RSD为0.3%～2.6%；采用7200DUO型电感耦合等离子体发射光谱仪(赛默飞世尔科技有限公司)检测铁和锰的浓度，方法的检出限分别为30、10 μg/L，回收率为80%～118%，RSD为0.6%～1.2%；采用7200可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)检测六价铬的浓度，方法的检出限为4 μg/L，回收率为80%～107%，RSD为0～2.5%。

2.4 健康风险评价模型

2.4.1 致癌物所致健康危害的风险模型

(1)

(2)

2.4.2 非致癌物所致健康危害的风险模型

按照公式(3)～(5)进行计算：

(3)

(4)

饮水途径的单位体重日均暴露剂量Dig可按下式进行计算：

Dig=2.2·Ci/BW

(5)

式(5)中，2.2为成人每日平均饮水量，L；Ci为化学致癌物平均浓度，mg/L；BW为人均体重，kg，取70。

在跨中集中力作用下，顶板剪力滞系数出现峰值，大约为1.4，之后远离集中力逐渐减小，但是靠近支座附近又呈现逐渐增大的趋势，而加预应力后，跨中剪力滞系数峰值约为1.3，说明预应力对跨中剪力滞系数和靠近支座附近的剪力滞系数都有“削峰”的作用。

2.4.3 水环境健康风险评价总体模型

当资江干流饮用水水体中有多种有毒有害物质共同作用于人体，假如各有毒物质间不存在拮抗和协同关系，且各重金属类污染物浓度很低，此种情况下水环境人体健康危害的总风险等于各单项污染物所诱发人体健康风险的总和。即：

R总=Rc+Rn

(6)

2.4.4 评价模型中参数的选择

本文只涉及重金属污染物通过饮水途径对人体健康的危害，其中化学致癌物有镉(Cd)、砷(As)和六价铬(Cr6+)；非致癌物有汞(Hg)、铅(Pb)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锑(Sb)和铊(Tl)。根据US EPA的规定，化学致癌物Cd、As和Cr6+的强度系数分别为6.1、15和41 mg/(kg·d)；非致癌物Hg、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的参考剂量分别为0.0003、0.0014、0.005、0.3、0.02、0.0004和0.0001 mg/(kg·d)。

表1列出了部分机构推荐的对社会公众成员最大可接受风险水平和可忽略风险水平，最大可接受风险水平在1×10-6～1×10-4a-1内，可忽略风险水平在1×10-8～1×10-7a-1内[6～9]。

表1 部分机构推荐的最大可接受风险水平和可忽略风险水平

3 结果与讨论

3.1 水体重金属含量分布特征

资江干流邵阳市桂花渡水厂、工业街水厂和城西水厂3个水源地水体中，Cd、六价Cr和Hg均未检出，As、Pb和Cu的平均浓度均达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类标准；Fe、Mn、Sb和Tl的平均浓度均达标；2015～2019年As、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的监测浓度均达标。见表4。

资江干流益阳市龙山港水源地水体中，Hg、Mn和Tl均未检出，六价Cr、As、Cd、Pb和Cu的平均浓度均达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类标准；Fe和Tl的平均浓度均达标；Sb的平均值超标准值0.14倍，最大值超标准1.41倍。2015年～2019年六价Cr、As、Cd、Pb、Cu、Fe和Tl的监测浓度均达标，2019年Sb的监测浓度均达标。见表5。

表4 2015～2019年邵阳市饮用水水源地水体中7种重金属的监测结果 (n=60, μg/L)

表5 2015～2019年益阳市饮用水水源地水体中7种重金属的监测结果 (n=60, μg/L)

3.2 致癌物风险评价结果

资江干流邵阳市桂花渡水厂、工业街水厂和城西水厂3个水源地水体中致癌物质中的化学致癌物As通过饮水途径引起的平均个人年风险值分别为9.09×10-6a-1、12.20×10-6a-1和8.75×10-6a-1，均高于荷兰建设和环境部推荐的1×10-6a-1的水平，但低于ICRP的推荐值(5×10-5a-1)。工业街水厂水体中致癌总风险最高，桂花渡水厂次之，城西水厂最低。见表6。

资江干流益阳市龙山港水源地水体中的化学致癌物风险等级从高到低依次为六价Cr、As、Cd；其中，六价Cr的健康风险值高于ICRP的推荐值。见表7。

3.3 重金属类非致癌物风险评价结果

资江干流邵阳市饮用水水源地水体中非致癌有毒化学物质(Pb、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl)引起的个人健康风险以Sb最大，Tl最低；资江干流益阳市龙山港水源地水体中非致癌有毒化学物质(Pb、Cu、Fe、Sb)引起的个人健康风险以Sb最大，Cu最低。各重金属类非致癌物通过饮用水途径对不同人群产生的个人健康风险在4.49×10-11～6.42×10-9a-1之间，均低于表3所列机构推荐的标准限值，即每千万人口中通过饮用水途径摄入非致癌污染物而受到健康危害(死亡)的人数不到1人，这表明非致癌物化学物质所引起的健康风险甚微，不会对暴露人群构成危害。桂花渡水厂水体中非致癌有毒化学物质通过饮用水途径产生的健康风险顺序为：Sb>Mn>Pb>Fe>Cu>Tl，邵阳市工业街水厂水体中为：Sb>Pb>Mn>Fe>Cu>Tl，城西水厂水体中为：Sb>Cu>Mn>Pb>Fe>Tl，益阳市龙山港水体中为：Sb>Fe>Cu>Pb。见表6～7。

表6 邵阳市重金属类致癌物(As)和非致癌物(Pb、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl)通过饮水途径的个人年风险/a-1

表7 益阳市重金属类致癌物(Cr6+、As、Cd)和非致癌物(Pb、Cu、Fe、Sb)通过饮水途径的个人年风险/a-1

3.4 重金属总风险评价结果

资江干流饮用水水源地水体中重金属类致癌物质的个人健康风险值远大于非致癌物质，其风险水平要差3～4个数量级，说明致癌物质对人体的危害远大于非致癌物质，这与其他人[11～13]的研究结果一致。

表8 重金属类致癌物和非致癌物通过饮水

4 结论

资江干流邵阳市饮用水水源地水体中，Cd、六价Cr和Hg均未检出，As、Pb和Cu的平均浓度均达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类标准；Fe、Mn、Sb和Tl的平均浓度均达标；2015～2019年As、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的监测浓度均达标。益阳市龙山港水源地水体中，Hg、Mn和Tl均未检出，六价Cr、As、Cd、Pb和Cu的平均浓度均达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类标准；Fe和Tl的平均浓度均达标；Sb的平均值超标；2015～2019年六价Cr、As、Cd、Pb、Cu、Fe和Tl的监测浓度以及2019年Sb的监测浓度均达标。龙山港水源地水体中Sb浓度较高，其原因可能是由于资江流域中下游地区涉锑工业企业污染排放所致，此外，也与区域水环境中锑的背景值高有关。

资江干流邵阳市饮用水水源地水体中重金属类致癌物质的化学致癌物As通过饮水途径引起的平均个人年风险值，均高于表3部分机构推荐的1×10-6a-1的水平，但低于ICRP的推荐值(5×10-5)；益阳市龙山港水源地水体中的化学致癌物六价Cr、As、Cd风险等级从高到低依次为六价Cr、As、Cd；其中，六价Cr的健康风险值高于ICRP的推荐值。由此可见，As和六价Cr分别为邵阳市和益阳市饮用水水源水中主要的健康风险因素，应优先进行管理。

资江干流市级饮用水水源地水体中非致癌有毒化学物质所引起的健康风险值为10-9a-1，均低于ICRP推荐的最大可接受风险水平。邵阳市桂花渡水厂水体中非致癌有毒化学物质通过饮用水途径产生的健康风险顺序为：Sb>Mn>Pb>Fe>Cu>Tl，工业街水厂水体中为：Sb>Pb>Mn>Fe>Cu>Tl，城西水厂水体中为：Sb>Cu>Mn>Pb>Fe>Tl，益阳市龙山港水体中为：Sb>Fe>Cu>Pb。Sb产生的健康风险最大，可能与资江流域水环境中锑的背景值高有关。

资江干流市级饮用水水源地致癌物对人体的危害远大于非致癌物造成的危害，其风险水平要差3～4个数量级，因此加强治理和控制重金属类致癌物是降低该饮用水水源地环境健康风险的途径。

本研究没有考虑放射性物质、出厂水相关因素、输水管腐蚀相关因素等途径对人体健康危害的风险，所以健康风险比实际环境污染危害的风险小；另外，人群的平均寿命采用的是人类平均寿命，而不是邵阳市人群平均寿命，也存在一定的不确定性。因此，对邵阳市饮用水水源地的重金属健康风险危害有待进一步研究。