重庆市荣昌区濑溪河重金属污染及儿童健康风险评价

2023-01-07郑荣周王秋娟李启蓝李治蓓

三峡生态环境监测 2022年4期

郑荣周，王秋娟，雷宇，唐韬，李启蓝，谢益，李治蓓

（重庆市荣昌区生态环境监测站，重庆 402460）

重金属在水体中具有隐蔽性、稳定性、含量较低等特点，其污染的累积性和严重性会对环境造成较大的有害影响[1]。重金属污染物可以通过工农业及生活废水的排放、降水径流、受污染底泥的释放及大气沉降等途径进入水体，并可通过饮水、食物链等途径直接或间接地影响到人类的健康[2-3]。研究表明，饮水是人体暴露于有毒物质最直接的途径。饮用水中污染物即使含量很低，但长期低剂量暴露依然会对人体健康造成危害[4-5]。儿童的成长过程受各种因素的作用，导致儿童暴露在环境污染物中的机会更多，受环境污染物的影响更大，相同剂量的环境污染物对儿童产生的损害更持久[6]。因此，定量评价水环境中重金属的污染特征及通过饮水途径对儿童健康的危害风险程度具有重要意义。

濑溪河发源于大足区天山乡白云村，从荣昌区境内万灵镇由东北向西南横贯区境南部，在清江镇入四川泸县境内的胡市汇入沱江。干流全长238 km（重庆境内122.9 km），全流域面积3 257 km2，平均坡降0.05%。在荣昌区内干流长51.5 km，流域面积708.0 km2，占全区面积的66.0%。境内共有各级大小支流100余条，较大的支流有珠溪河、窟窿河和新峰河。濑溪河承担了荣昌区万灵镇、昌元街道、昌州街道等共7个镇街的工农业用水，及荣昌区80余万居民的饮水任务，是重庆市荣昌区的“母亲河”。近年来，随着荣昌区经济的快速发展，污染物侵入濑溪河，对沿岸居民饮水安全造成较大的影响。

1 数据与方法

1.1 监测点位布设

本文共设置具有代表性监测断面3个，即选取濑溪河入境界牌断面作为上游大足入境对照断面、沙堡断面作为河流敏感区断面、高洞电站作为濑溪河经过荣昌纳污后的控制断面。于2020年1月至2020年12月每月对濑溪河入境界牌断面、出境高洞电站断面、饮用水源地沙堡断面进行定点采集，采样点位置见图1。

图1 采样布点示意图Fig.1 Distribution of the sampling sites

1.2 样品采集与处理

砷、硒、汞、六价铬样品采集后沉降30 min，取上层非沉降部分，收集500 mL水样，立即加入5 mL浓盐酸酸化，置于4℃的冰箱中密封保存。采用直立采样器在水面下0.5 m处采集水样，水样经0.45 μm滤膜过滤，收集500 mL水样，立即加入5 mL浓硝酸酸化，置于4℃的冰箱中密封保存[7]。依据《水质65种元素的测定电感耦合等离子体质谱法》（HJ 700—2014）对镍、铜、锌、镉用电感耦合等离子体质谱法进行测定；依据《水质铁、锰的测定火焰原子吸收分光光度法》（GB 11911—1989）对铁、锰进行测定；依据《水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法》（HJ 694—2014），对砷、硒、汞进行测定；依据《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》（GB 7467—1987）对六价铬进行测定。采用现场平行、实验室平行、自控样、加标回收法进行质量控制，平行样标准偏差均控制在5%以内；各元素自控样均在偏差范围内，各元素加标回收率均满足分析方法要求。采用Excel、SPSS对数据进行分析。

1.3 河流水质污染评价方法

1.3.1 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法是评价水体中各污染物对水体产生复合污染的常用方法。本文采用内梅罗综合污染指数法对水体重金属污染状况进行评价。由于濑溪河水域功能为Ⅲ类，故标准限值采用《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中Ⅲ类标准限值。重金属综合污染指数分级标准如下：综合污染指数≤0.7为安全，0.7＜综合污染指数≤1.0为潜在污染，1.0＜综合污染指数≤2.0为轻度污染，2.0＜综合污染指数≤3.0为中度污染，综合污染指数＞3.0为重度污染[8]。计算公式如下[9]：

式中：Pi为第i种重金属的单因子污染指数；Ci为水体中第i种重金属质量浓度，mg/L；Bi是第i种重金属的水质标准，mg/L；P为重金属综合污染指数；Pmax为重金属单因子污染指数的最大值；Pave为重金属单因子污染指数的平均值。

1.3.2 健康风险危害评价

国际癌症研究机构和世界卫生组织根据水体中化学有毒污染物的可靠性程度，将污染物分为两类：基因毒物质和躯体毒物质[10]，其中基因毒物质包括放射性污染物和化学致癌物，化学致癌物质主要有镉（Cd）、砷（As）和铬离子（Cr6+）。由于放射性物质、Cd和Cr6+在濑溪河水体中均未检出，故本文基因毒物质主要分析化学致癌物中As所产生的致癌风险。躯体毒物质[11]即化学非致癌有毒物质，主要分析濑溪河中检出的铁（Fe）、锰（Mn）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）所产生的健康风险。化学致癌物风险模型[12]及非致癌物风险模型[13]公式如下：

式中：Rc为化学致癌物经饮水暴露产生的人均年致癌风险，a-1；Q为个人饮水量，L/d；c为化学致癌物的质量浓度，mg/L；w为个人平均体重，kg；Y为研究区域人均寿命；q为化学致癌物经饮水暴露摄入的致癌系数，mg/（kg·d）。Rn为化学非致癌物经饮水暴露产生的人均年致癌风险，a-1；Ci为化学非致癌物的质量浓度，mg/L；RfDi为化学非致癌物所致健康风险参考剂量，mg/（kg·d）。

假定各种有毒污染物对人体健康产生危害的作用是独立的，且不存在协同或者拮抗作用，则致癌物及非致癌物产生的致癌风险叠加之和即为水环境健康评价风险水平[12，14]。

1.1.3 模型的参数

化学致癌物及非致癌物健康风险涉及的参数见表1。根据2019年《重庆市2019年度居民健康状况报告》男性期望寿命为75.27岁，女性期望寿命为80.78岁，7岁男孩平均体重为25.52 kg，7岁女孩平均体重为24.21 kg[15]，儿童平均饮水量为1.0 L/d[14]。

表1 模型参数Table 1 Model parameters

2 结果与讨论

2.1 水质评价

根据濑溪河3个断面重金属检测结果，10种重金属中镉、硒、汞、六价铬均未检出，铁、锰、镍、铜、锌、砷、铅虽有检出，但均能达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类标准要求。内梅罗污染指数评价结果表明，濑溪河各监测断面综合污染指数均远小于0.7，为安全状态。这均得益于2017年濑溪河挂牌督办后，荣昌区集中精力对濑溪河沿岸污水管网、畜禽养殖及沿岸工业企业排污进行多方位的管控。相对沙堡和高洞电站断面，入境界牌断面综合污染指数最高，主要因为1月开始濑溪河进入枯水期，上游来水明显减少，水体自净能力逐渐减弱，导致污染指数逐渐升高。

界牌断面在冬季综合污染指数最大，为0.140，夏季秋季从0.045逐渐降低至0.039。主要因为冬季为荣昌区枯水期，上游玉滩水库水源补给不足，再加之界牌处于荣昌区“4A”级景区万灵古镇内，冬春季为旅游高峰期，人为对水质的干扰及径流补给不及时导致界牌在冬季污染较严重；夏秋季是重庆市多雨季节，上游玉滩水库在满足蓄水后，大量的水流补给是界牌断面在夏秋季综合污染指数逐渐降低的主要原因。沙堡断面呈现为春季综合污染指数最高，为0.095，夏、秋、冬季综合污染指数变化不大。高洞电站断面呈现春季最大（0.104），秋季最小（0.032）的趋势。界牌断面与沙堡断面之间几乎无排污口、畜禽养殖等污染的威胁存在，故水体在经过自身的净化后综合污染指数明显降低。不同的是从沙堡到高洞电站断面存在32个较大的入河排污口，虽入河排污口企业均能达标排放，但企业的污水排放标准均远大于濑溪河地表水Ⅲ类排放标准，加之镇街生活污水处理厂污水的入河排放，导致沙堡断面水体在流向高洞电站断面时接纳了大量的污染源，除秋季外，高洞电站断面各季节综合污染指数总体高于沙堡断面。

从10种金属对三个断面综合污染指数贡献来看，三个断面在春季铁的单项污染指数最大，对综合污染指数贡献最大，其中界牌断面铁的单项污染指数为0.129，高洞电站为0.098，沙堡断面为0.113。三个断面在夏季锰的单项污染指数最大，对综合污染指数贡献最大，其中界牌断面锰的单项污染指数为0.058，高洞电站为0.109，沙堡断面为0.045。与夏季相同，三个断面在冬季锰的单项综合污染指数最大，对综合污染指数贡献最大，其中界牌断面铁的单项污染指数为0.248，高洞电站断面为0.112，沙堡断面为0.076。秋季界牌断面和高洞电站断面铁的单项污染指数最大，对综合污染指数贡献最大，其中界牌断面铁的单项污染指数为0.049，高洞电站为0.039；沙堡断面在秋季锰的单项污染指数最大，对综合污染指数的贡献最大，为0.060。

2.2 致癌物健康风险评价

本文以As为化学致癌物的代表因子对濑溪河致癌物质经饮水途径暴露产生的儿童致癌风险进行评价。具体结果见图2、图3及表3。从年均值来看，化学致癌物儿童（男）人均年致癌风险水平Rc高洞电站最高，为1.33×10-5/a，界牌最低，为1.27×10-5/a；化学致癌物儿童（女）人均年致癌风险水平Rc高洞电站最高，为1.30×10-5/a，界牌最低，为1.29×10-5/a，致癌物风险水平与水质综合污染指数评价结果趋势相同。年均和月均致癌风险水平均低于USEPA规定，小型人群可接受的风险水平为10-5/a～10-4/a[16]，但均超过瑞典环境部、英国皇家学会、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受风险水平1×10-6/a，说明虽然化学致癌物对人体健康危害性较小，但砷污染物需要作为该有限区域进行风险管控的对象。这与王程程[14]等对花溪-松柏山水库的研究结果一致。

图2 化学致癌物男童人均致癌风险水平Fig.3 Chemical carcinogens per capita risk of cancer in children(males)

图3 化学致癌物女童人均致癌风险水平Fig.4 Chemical carcinogens per capita risk of cancer in children(females)

2.3 非致癌物风险评价

研究区域内人均年非致癌风险评价结果见表3。单一非致癌物人均健康年风险水平和各种非致癌物人均健康年风险综合Rn在1.13×10-9/a～1.54×10-9/a范围内，远低于各机构提出的人体健康风险评价标准。各类非致癌物人均健康年风险水平比较而言，均以铜最大，锌最小。非致癌物人均健康年风险水平男童和女童均表现为沙堡断面＞高洞电站断面＞界牌断面的趋势。