成都市饮用水源硝酸盐、亚硝酸盐健康风险评估

2022-11-25张玉娇王雅潞赖承钺昝晓辉

环保科技 2022年5期

陈磊张玉娇王雅潞赖承钺昝晓辉

(成都市环境保护科学研究院，成都 610072)

饮用水水质与居民的身体健康密切相关，但是传统的水质评价方法和标准虽然在一定程度上反映了水体的污染状况，但无法直接反映水体污染对人体健康的危害程度。健康风险评估则是定量评估环境污染物对人体健康危害概率的方法[1]。硝酸盐和亚硝酸盐不是人体所必需的营养物质，摄入量过多，会对人体健康产生危害，进入体内的硝酸盐一部分通过肾脏排出体外，一部分在体内转化成亚硝酸盐[2-3]。而亚硝酸盐对人体的危害主要有两个方面，一是亚硝酸盐本身的毒性，它能够把血液中携带氧气的低价铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，使血液失去携带氧气的功能，导致高铁血红蛋白症[4]，从而使人出现缺氧中毒症状，严重时还会因呼吸衰竭而危及生命[5-6]；二是它的致癌作用[7]，亚硝酸盐在进入人体胃内后，会和胃内的蛋白分解物合成，形成致癌物亚硝胺。因此，开展饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐健康风险评估研究具有重要的意义[1]。

水环境中硝酸盐、亚硝酸盐的健康风险评估主要是根据通过饮水途径和皮肤接触造成的人体健康风险进行评估。目前，该评估工作国内已有相关报道，例如，李国银等[8]以呼和浩特市生活饮用水为研究对象，从危害识别、危害描述、暴露评估、风险描述4个方面对水中亚硝酸盐的危害进行风险评价；曲静等[9]对农村生活饮用水中硝酸盐的含量及健康危害指数进行了健康风险评估；王松松等[10]运用HHRA模型对烟台农村地区地下水硝酸盐通过饮水途径和皮肤接触造成未成年人、成年人的健康危害进行了评估。由此，鲜有关于成都市饮用水水源地硝酸盐、亚硝酸盐的健康风险评估，特别是分不同水期对硝酸盐、亚硝酸盐一起分析研究。本文采用HHRA模型，仅考虑饮水途径，对成都市11个河流型饮用水源地水源中硝酸盐、亚硝酸盐的健康风险进行了评估。这些饮用水源地供水量大、服务人口多、水源保护区所在地基本覆盖城市建成区、乡镇及山区等多种地理区域，其供水服务范围基本覆盖全成都。本文结论有助于了解成都市水源地水环境健康状况，为成都市水源地管理、风险评估提供依据[11]。

1 研究区域

本文选区供水量大、服务人口多、所在地基本覆盖城市建成区、乡镇及山区等多种地理区域的11个河流型饮用水源地作为研究对象，其供水服务范围基本覆盖全成都。采样点位如图1所示。

图1 研究区域及采样点位示意图

2 材料与方法

2.1 仪器与试剂

DX-ICS-90型离子色谱仪(DIONEX，美国)，Merck millipore型超纯水机(默克密理博，德国)。无水碳酸钠(Na2CO3),无水碳酸氢钠(NaHCO3)，购自成都市科隆公司(AR,500g)；硝酸盐标准溶液(1 000 mg/L)，亚硝酸盐标准溶液(1 000 mg/L)，均购自国家标准物质中心。

2.2 色谱条件

阴离子保护柱为Ion Pac AG14(50 mm×4 mm)，分析柱为AS14(250 mm×4 mm)。柱温：30℃；进样体积：10 μL；淋洗液：3.5 mmol/L Na2CO3，1.0 mmol/L NaHCO3；泵流速：1.0 mL/min。

2.3 水样采集与分析

分别采集成都市11个河流型饮用水水源地丰水期(2021年9月)和枯水期(2022年1月)水样，采集0.2 ～0.5 m表层水500 mL，每个点位同时采集一个平行样。水样的采集、保存、运输和检验按照GB/T 5750—2006《生活饮用水标准检验方法》[12]执行。

2.4 健康风险评价方法

利用参考剂量(RfDi)(见表1)及国际机构推荐的最大可接受风险水平评估了通过饮水途径的硝酸盐、亚硝酸盐对成都市成人与儿童的健康风险。

表1 硝酸盐、亚硝酸盐参考剂量

饮水途径日均暴露剂量(Di)按照成人和儿童分别计算，其计算公式如下[15]：

成人:Di=(Q1×ρi)/B1

(1)

儿童:Di=(Q2×ρi)/B2

(2)

其中，

ρi为非致癌物质i的质量浓度，mg/L；

Q1为成人日均饮水量，1.74 L/d[16]；

B1取61.58 kg，B2取18.87 kg，B1、B2为成都市成人、儿童平均体重，体重数据来源于2020年成都市国民体质监测公报[17]；Q2为儿童日均饮水量，0.87 L/d[18]。

硝酸盐、亚硝酸盐的危险商数表示为：

HQ = Di/ RfDi

(3)

其中，HQ是指通过摄入水导致的非致癌危害商数。HQ大于1表示人体所能承受的非致癌风险度较高，在不可接受范围之内；HQ小于1，表示所能承受的非致癌风险度较低，在可接受范围之内。

硝酸盐、亚硝酸盐都属于非致癌物，故本文只探讨非致癌物造成的非致癌风险,非致癌风险以风险指数(Risk Index, Ri)表示，其评价模型表达式[11]如下：

Ri=(Di×10-6/RfDi)/ Y

(4)

其中，Ri为非致癌物质通过饮水途径所产生的平均个人致癌年风险，a-1；

RfDi为非致癌物质 i通过饮水途径估算得到的参考剂量, mg/(kg·d)；

Y为个人寿命，81.52为成都人均期望寿命，a[19]。

部分国际机构推荐的最大可接受风险水平为：1×10-6(瑞典环境保护局)，1×10-6(荷兰)，1×10-6(英国)，1×10-4(美国)[20]。

3 结果讨论

3.1 标准曲线

分别配制浓度为1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg/L的硝酸盐标准溶液和亚硝酸盐标准溶液，采用2.2中的色谱条件进行检测，得到工作曲线，其线性方程、检出限及方法相对标准偏差见表2。

表2 线性试验结果

3.2 含量分布情况

硝酸盐及亚硝酸盐含量见表3。由表3可知，丰水期时，硝酸盐含量范围为0.789～29.217 mg/L，均值为7.081 mg/L,略高于刘芳盈等[21]在淄博市生活饮用水中硝酸盐的测试结果(6.27 mg/L)。其中，S6、 S9硝酸盐含量均超过《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中饮用地表水限量值(10 mg/L)，S9污染程度较严重，含量为29.217 mg/L。亚硝酸盐含量范围为1.216～35.836 mg/L，均值为8.285 mg/L，高于汪洪涛[22]在南京市秦淮河饮用水中亚硝酸盐含量的测定结果(6.519 mg/L)。S1-S11亚硝酸盐含量均超过标准限值(GB 5749-2006，1 mg/L)，其中S6污染程度较严重，含量为35.836 mg/L。

表3 丰水期、枯水期硝酸盐和亚硝酸盐的含量分布情况表

枯水期时，硝酸盐含量范围为2.767～21.332 mg/L，均值为7.158 mg/L，高于刘芳盈等[21]的研究结果(6.27 mg/L)。其中，S3、S6和 S9硝酸盐含量均超过《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中饮用地表水限量值(10 mg/L)，其中S9污染程度较严重，含量为21.332 mg/L。亚硝酸盐含量范围为2.772～48.891 mg/L，均值为13.198 mg/L，高于汪洪涛[22]的研究结果(6.519 mg/L)。S1-S11的亚硝酸盐含量均超过标准限值(1 mg/L)，其中S6污染程度较严重，含量为48.891 mg/L。

3.4 健康风险评价

丰水期硝酸盐经饮水途径引起的成人健康风险指数(HQ)的变化范围为0.0139～0.5160，儿童为0.0227～0.8419；亚硝酸盐经饮水途径引起的成人HQ的变化范围为0.3437～10.1257，儿童为0.5608～16.5220，见表4。共有8个点位(S4-S11)的亚硝酸盐的HQ大于1，说明在这些点位，亚硝酸盐对成人及儿童有一定的健康风险，且儿童风险高于成人； 11个点位中硝酸盐的HQ小于1，说明硝酸盐对成人及儿童健康风险度较低，在可接受范围之内。

表4 丰水期、枯水期时成人、儿童硝酸盐和亚硝酸盐经饮水途径的个人年风险值和健康风险指数

续表4

利用式4计算出丰水期S1-S11中亚硝酸盐的个人年风险值：成人4.22×10-9～1.24×10-7a-1，儿童6.88×10-9～2.03×10-7a-1；硝酸盐的个人年风险值：成人1.71×10-10～6.33×10-9a-1，儿童2.79×10-10～1.03×10-8a-1；以上结果均低于国际机构推荐的最大可接受风险值水平，表明本次研究样品中丰水期的硝酸盐、亚硝酸盐对成人及儿童健康风险度较低，在可接受范围之内。但不排除人群长期暴露于这样的环境中对人体健康还是会产生不良影响。

枯水期硝酸盐经饮水途径引起的成人健康风险指数HQ的变化范围为0.0489～0.3736，儿童为0.0797～0.6147；亚硝酸盐经饮水途径引起的成人HQ的变化范围为0.7832～13.8147，儿童为1.2780～22.541。S1-S11中有9个点位成人及儿童中亚硝酸盐的HQ值大于1，表明该点位亚硝酸盐对成人及儿童存在一定风险，且儿童风险高于成人；11个点位硝酸盐的HQ小于1，说明S1-S11中硝酸盐对成人及儿童健康风险度较低，在可接受范围之内。

利用式4计算出枯水期S1-S11中亚硝酸盐的个人年风险值范围：成人9.61×10-9～1.69×10-7a-1，儿童1.57×10-8～2.77×10-7a-1；硝酸盐的个人年风险值范围：成人5.99×10-10～4.62×10-9a-1，儿童9.78×10-10～7.54×10-9a-1，以上结果均低于国际机构推荐的最大可接受风险值水平。表明硝酸盐、亚硝酸盐对成人及儿童健康风险度较低，在可接受范围之内。