晋城地区农村饮水水质安全评价体系研究

郭 宁 王晓静 王卫华

(晋城市供水保障中心，山西 晋城 048000)

农业在我国具有重要地位，2020年我国农村常住人口超过5亿，保障农村饮水安全，是维护社会稳定发展和全面实现乡村振兴战略的重要条件。农村饮水水质健康风险评价与农村特定的自然地理条件和经济社会条件关系密切，与城市饮水存在明显区别，其水质安全评价不宜完全参照城市体系。本文以晋城地区为例，对25处具有代表性的农村供水工程进行研究，采集50个水样进行检测，通过对检测结果进行指标评价、地域分布分析和健康风险评估，为探索适宜农村实际情况的农村饮水安全评价体系提供了新思路。

1 材料和方法

1.1 样品来源

晋城市位于山西省东南部，是典型的北方城市。本次研究对象为当地25处农村集中供水工程的水质，采集2021年10—11月的水样进行检测，包括出厂水和管网末梢水，共采集50个水样，涉及供水人口35.77万，各供水工程均以地下水为水源。

1.2 方法

1.2.1 检测方法

水样的采集、保存、运输、检测、质量控制均依据《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750—2006)。

1.2.2 检测项目

结合当地实际情况，确定检测指标为生活饮用水常规指标23项，其中感官性状和一般化学指标14项：色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、pH值、铜、铁、锰、锌、氯化物、硫酸盐、溶解性总固体、总硬度、耗氧量；毒理指标8项：砷、汞、硒、镉、铬(六价)、铅、氟化物、硝酸盐(N)；微生物指标1项：总大肠菌群。

1.2.3 指标评价标准

指标评价标准为《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，其中色度、浑浊度、pH值、耗氧量、铁、锰、砷、氟化物、硝酸盐、总硬度、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐根据表4进行评价，其余指标根据表1进行评价。

1.2.4 地域分布分析

筛选水样中硫酸盐超过250mg/L、氟化物超过1mg/L、硝酸盐(N)超过10mg/L的监测数据，利用地理信息系统QGIS(3.16)进行聚类分析，分析晋城市农村饮水超标地区分布特点。

1.2.5 健康风险评估方法

健康风险评估过程主要分为毒性评估、剂量-反应关系、暴露评估、风险表征等阶段[1]。非致癌性物质通过饮水途径所致的健康风险计算模型[2]为

(1)

非致癌性物质i通过饮水途径的单位体重日均暴露剂量计算模型为

(2)

式中：IR为每人每日平均饮水量，L/d；Ci为物质i的质量浓度，mg/L；BW为平均体重,kg。

2 结果与讨论

2.1 总体水质

本次研究的25处农村集中供水工程中采集的50个水样，共有14个不达标，总体达标率为72%。其中，25个出厂水中有5个水样不达标，达标率为80%；25个管网末梢水中有9个水样不达标，达标率为64%。末梢水达标率低于出厂水达标率，说明导致农村饮用水超标的主要原因可能是农村供水设施和管网老化以及储水池和输水管网老化、渗漏，导致供水管线残损腐蚀，管内壁生锈、脱落，造成微生物超标等现象，从而影响饮用水水质。

不达标指标情况以及不符合指标类型分析情况见表1、表2。

表1 不达标指标情况

表2 不符合指标类型分析情况

由表1和表2可知，该地区农村饮水存在的不符合指标类型主要是感官性状和一般化学指标，其中硫酸盐超标是影响饮水水质不达标的主要原因；其次为微生物指标，总大肠菌群不达标率为12%；此外少部分样品毒理指标不达标，主要是氟化物和硝酸盐(N)。

浑浊度、总硬度、溶解性总固体及硝酸盐(N)超标水样较少，无特定分布规律。总大肠菌群为随机散布，是该地区农村饮水水质的重要影响因素，不达标率为12%，涉及总大肠菌群超标的供水工程共5处，其中80%都是管网末梢水总大肠菌群超标。造成微生物指标超标的原因主要有历史原因以及农村地区客观条件的限制，如管网分布比城市分散，难以集中维护保养等，但最主要的原因是农村饮水消毒设施的配备情况和运行条件与城市相比相差较多。有条件的农村地区一般是通过建设集中联片供水工程的方式解决饮水问题，规模较大的集中联片供水工程一般具有完善的饮用水消毒设施和工艺，但由于管网限制，距离较远、较分散的供水末端地区不得不采用二次供水的方式解决饮水问题，这些地区存在管网末梢管理不合理、放水频次过低、水体流动性差，有的储水池和输水管网未做到定期清洗，消毒设施的配备和运行工艺存在潜在风险等问题。

2.2 地域分布分析

2.2.1 硫酸盐

农村饮水中硫酸盐地域分布情况见图1。由图1可知，硫酸盐含量偏高的地区主要是市域西部(下村、大东沟、李寨、南村、大箕、犁川)和阳城县东部(东冶)，总体位于沁水煤田南部边缘地带[3]，为城区盆地和阳城盆地接壤地区，是由南北走向的山脉挤压形成的褶皱地带，有利于煤炭聚集，是晋城市主要的产煤区，成庄煤矿、寺河煤矿等均位于此。该区域煤层多伴生硫铁矿等矿产资源，导致地下水中硫酸盐含量偏高，这可能是该地区饮水中硫酸盐偏高的主要原因。

图1 农村饮水中硫酸盐地域分布情况

2.2.2 氟化物

农村饮水中氟化物地域分布情况见图2。由图2可知，农村饮水中氟化物含量偏高的地区主要是泽州县西北部下村、陈沟一带，这里同样是主要的产煤区，加之正处于长河等河流上游地区，地下水层较浅，蒸发作用较强，煤炭的开采导致太行山含氟较高的岩石和土壤中的氟极易进入地下水进行浓缩富集[4]，这可能是该地区饮水中氟化物偏高的主要原因。

2.3 健康风险评估

2.3.1 评估指标

本次研究的化学指标中，所有水样检测数据全部低于检出限的有铜、锰、砷、汞、硒、铬(六价)，讨论其导致的健康风险无统计学意义，故不对其进行健康风险评估；硫酸盐、氯化物、铁在IRIS系统中查询不到饮食途径的毒理学数据，故也不对其进行健康风险评估。综合各方面信息，确定硝酸盐(N)、氟化物、镉、铅、锌为本次研究的健康风险评估指标。

2.3.2 毒性评估

硝酸盐(N)可转化为亚硝酸盐或亚硝胺类物质，具有一定的致癌、致畸、致突变风险；氟是人体需要的微量元素，可以降低龋齿患病率，但是摄入过高剂量的氟，则会对牙齿、骨骼发育造成影响，出现氟斑牙、氟骨病；镉对肠胃黏膜具有刺激作用，还会导致肝、肾症状；铅会对消化、神经、免疫和呼吸等系统产生急性或慢性毒性影响，特别是对儿童智力发育造成危害；锌是人体必需的微量元素，一般来说毒性较低，但摄入过高会刺激肠胃和产生恶心呕吐。

2.3.3 暴露评估

本次研究的暴露人群为农村供水工程所覆盖的农村常住人口，考虑到暴露途径为饮水，因此只取末梢水检测数据进行健康风险评估。每人每日平均饮水量参考满足正常生理需要的平均值3L，平均体重则参考一般成人平均体重60kg，人均平均寿命取2019年我国居民人均预期寿命77.3年，参考剂量则参考美国EPA发布的资料以及IRIS系统查询信息，见表3。

表3 参考剂量

2.3.4 风险表征

根据式(1)、式(2)计算非致癌物的平均健康风险度，结果见表4。

由表4可以看出，所有指标的健康风险均低于最大可接受健康风险水平(1×10-6a-1)，说明该地区农村饮水虽部分存在氟化物、硝酸盐(N)等指标超标情况，但总体上不存在明显的健康风险，水质安全水平较高。其中，陈沟村的氟化物(1.54×10-8a-1)、下村的氟化物(1.33×10-8a-1)和南村的硝酸盐(N)(1.26×10-8a-1)的健康风险超过了可忽略健康风险水平(1×10-8a-1)[5]，说明这3处的农村饮水水质存在引起健康风险的可能性，即使风险较低，也不能忽略，应注意饮用水中有毒物质长期积累的总体风险，积极采取相关的治理措施，降低健康风险。其余指标健康风险均低于1×10-8a-1，这个数量级可能引起的健康风险可以忽略，一般不需要采取特定的应对措施。

表4 非致癌物饮水途径的年健康风险 单位：a-1

3 结 语

由于特殊的自然地理条件和经济社会条件，农村地区饮水与城市饮水往往存在较大的差异性，如何科学合理有效地管理农村饮水水质，一直是农村供水安全的重要课题。本次研究以晋城地区农村饮水水质监测为例，针对农村饮水进行指标评价、地域分布分析和健康风险评估，构建符合农村实际的评价体系，可为农村供水管理政策的制定提供可量化的参考标准。目前国内农村饮水安全评价体系研究还不够完善，未来有必要结合实际情况开展体系研究，以此提高我国农村饮水水质安全保障的能力和管理水平，实现农村供水可持续发展。