2. 贵阳市乌当区环境保护局, 贵州 贵阳 550018
2. Environmental Protection Bureau of Wudang District, Guiyang 550018, China
环境污染已成为影响人类死亡的4个主要因素之一, 据统计人类大约90%的癌症由化学致癌物引起[1], 而部分化学致癌物来源于生活饮用水, 水质与人体健康密切相关[2]。在广大的中国农村, 饮用水主要来源于天然未经任何处理的地表水和地下水, 且多为分散式取水, 这带来了众多安全问题。改善供水条件和保证农村饮用水安全已经成为迫切需要解决的民生问题, 也是保障农村居民健康的重要手段[3]。健康风险评价是针对环境中污染物开展的基于人体健康的一种综合环境风险评价, 目前已广泛应用于水环境的综合质量评价[4-5]。
研究区域位于贵阳市北部, 境内水系为南明河下游, 其农村人口占全区总人口的62.9%。近年来人口不断增加、工业迅速发展、生活垃圾无序管理及生活污水乱排乱放等因素, 加速了该区农村饮用水源水体的污染[6], 这直接影响了饮用水的水质。目前, 鲜见对该地区农村饮用水源地水质分析与健康风险评价的文献报道。为此, 加强该地区农村饮用水中污染物含量的监测和健康风险评估具有重要的实际意义。在对该地区饮用水源地水质分析的基础上, 利用美国环保局(USEPA)推荐的模型[7]以及国际癌症研究中心(IARC)和世界卫生组织(WHO)的评价标准对各污染物指标和总体水质进行健康风险评价, 以期为该区农村饮水环境卫生管理提供科学依据。
1 研究方法 1.1 采样点设置根据贵阳市《建制乡镇饮用水源保护区划分监测方案》要求, 在该区设置了10个饮用水源地监测点, 详见图 1。其中，1、2、3、5和9号水源地为裂隙水; 4和10号为孔隙水; 6号为河流水; 7号为湖库水; 8号为岩溶水。
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图 1 采样点位分布示意 Figure 1 Distribution of the sampling sites |
采样方法参照文献[8]执行, 于每月15日采样。各检测指标分别按GB 5750.1—2006《生活饮用水标准检验法总则》执行。监测项目包括镉、六价铬、砷、铅、铜、汞、锌、铁、锰、氨氮、氟化物、挥发酚和氰化物。
1.3 健康风险评价模型水环境健康风险采用USEPA推荐的健康风险评价模型评估。IARC和WHO通过全面评价化学有毒物质, 将其分为化学致癌物和非致癌化学有毒物质, 由于两者进入人体后引起的健康风险存在差异, 因此采用不同的风险评价模型进行评估[9]。健康风险评价的实质是采用统一的危害指标定量描述各种污染物对人体的危害。
1.3.1 化学致癌物风险评估化学致癌物通过饮用途径所致的平均个人健康危害风险计算模型[9-12]为
| $ {{R}_{\text{c}}}=\sum {{R}_{c, i}}, $ | (1) |
| $ {{R}_{c, i}}=[1-\text{exp}(-{{D}_{i}}~{{Q}_{i}})]/u, $ | (2) |
| $ {{D}_{i}}=M{{C}_{i}}/W。$ | (3) |
式(1)~(3) 中, Rc，i为化学致癌物i经饮用途径所致平均健康危害的个人年风险, a-1; Rc为各化学致癌物质健康危害的总风险，a-1；Di为化学致癌物i经饮用途径所致的单位体重日均暴露剂量, mg·kg-1·d-1; Qi为化学致癌物i经饮用途径的致癌强度系数, kg·d·mg-1; u为居民平均寿命, 取值76 a[13];M为成人平均每日饮水量, 取值2 L·d-1[12];Ci为化学致癌物i的质量浓度, mg·L-1; W为人均体重, 取值60 kg[12]。
1.3.2 非致癌物风险评估非致癌污染物通过饮用途径所致平均个人健康危害风险计算模型[10-12]为
| $ {{R}_{\text{n}}}=\sum {{R}_{n, i}}, $ | (4) |
| $ {{R}_{\text{n}, i}}={{D}_{i}}/{{D}_{\text{Rf, }i}}\times {{10}^{-6}}/u。$ | (5) |
式(4)~(5) 中, Rn为各非致癌物健康危害的总风险，a-1; Rn，i为非致癌物i经饮用途径所致平均健康危害的个人年风险, a-1; DRf，i为非致癌物i经饮用途径的参考剂量, mg·kg-1·d-1。
假设各有毒物质对人体健康危害的总毒性为各物质毒性的总和, 各有毒物质不存在协同或拮抗关系, 则水环境总健康危害风险R[14]为
| $ R={{R}_{\text{c}}}+{{R}_{\text{n}}} $ | (6) |
根据IARC和WHO编制的分类系统, 化学致癌物主要包括镉、砷和六价铬。化学致癌物的强度系数以及非致癌物的参考剂量可参照USEPA的数据[15]。非致癌物汞、铅、铜、锌、铁、锰、氨氮、氟化物、挥发酚和氰化物的DRf，i分别为0.000 3、0.001 4、0.005、0.3、0.3、0.14、0.97、0.06、0.3和0.037，化学致癌物镉、砷和六价铬的Qi分别为6.1、15和41。
1.3.4 统计方法采用Excel 2010软件进行数据录入、整理和模型计算, 采用SPSS 16.0软件对2013—2015年农村饮用水监测指标进行统计分析。
2 结果与讨论 2.1 评估因子监测结果2013—2015年乌当区农村饮用水源水体水质监测数据的年平均值见表 1。
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表 1 2013—2015年乌当区农村饮用水源水质监测结果 Table 1 Water quality monitoring data of the drinking water in the countryside of Wudang District |
由表 1可知, 该区农村饮用水源总体水质良好, 参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》, 除部分样点氨氮和铜浓度为Ⅱ类水标准外, 其余指标监测均值都能满足Ⅰ类水标准要求。
2.2 水环境健康风险评估依据表 1中数据和USEPA推荐的健康风险评价模型, 计算非致癌物风险、化学致癌物风险及总风险, 结果见表 2~3。由表 2~3可知, 10个饮用水源地水体中3种化学致癌物个人年总健康风险值为9.2×10-5~4.0×10-4 a-1, 3种化学致癌物的年风险值以六价铬最大, 砷次之, 镉最小。镉的健康风险值均为2.7×10-7 a-1, 低于国际辐射防护委员会(ICRP)建议的最大可接受风险水平5.0×10-5 a-1和USEPA的建议限值1.0×10-6 a-1[5];砷健康风险值为1.4×10-5~2.8×10-5 a-1, 低于ICRP的建议限值, 但高于USEPA的建议限值, 六价铬的个人年平均健康风险值为7.2×10-5~3.7×10-4 a-1, 均超过ICRP和USEPA的建议限值。各年份比较而言, 除2、3号样点六价铬的个人年风险值外, 其余水源地2013年各项风险值均较2014和2015年高。六价铬是人体必需的微量元素, 但摄入过量又会引起肾脏和肝脏受损; 砷是当前环境中最普遍也最具危害性的致癌物之一, 与皮肤癌存在紧密的因果关系。根据USEPA综合风险信息系统(IRIS)的分类信息, 六价铬与砷属于A类致癌污染物。因此, 六价铬和砷应为相关部门及居民重点关注的化学致癌物质, 也是目前该地区必须重点控制的污染指标。
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表 2 2013—2015年乌当区农村饮用水源非致癌污染物风险 Table 2 Health risks of non-carcinogenic pollutants in the drinking water in the countryside of Wudang District in 2013-2015 |
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表 3 2013—2015年乌当区农村饮用水源化学致癌物风险 Table 3 Health risks of chemical carcinogenic substances in the drinking water in the countryside of Wudang District in 2013-2015 |
10个饮用水源地水体中各非致癌污染物经饮水途径所致个人年平均健康风险由大到小依次为铜、铅、氨氮、锌、铁、氰化物、锰、汞、氟化物和挥发酚, 但其风险值及总风险值均远低于ICRP和USEPA的建议限值, 表明水中该类污染物浓度对人体不会产生非致癌慢性毒害效应, 处于比较安全的范围。
以上水环境健康风险评估结果表明, 不同水源地水体的化学致癌物和非致癌物个人年总健康风险值为9.2×10-5~1.4×10-4 a-1之间, 其中化学致癌物的风险远高于非致癌物, 前者约是后者的1 000倍, 即化学致癌物的风险值占个人年总健康风险值的99.9%。按GB 3838—2002标准来衡量, 研究区饮用水源水质良好, 主要污染物为氨氮和铜; 但根据USEPA推荐的健康风险评价模型计算, 研究区农村饮用水源水质存在一定的健康风险, 主要风险物质为六价铬和砷。
3 饮用水源地的污染途径分析由健康风险评价发现, 该区农村饮用水源中六价铬的健康风险最大, 六价铬具有较好的水溶性, 可以经呼吸道、消化道及表皮接触等途径进入人体, 可导致胃癌和肺癌等多种癌症, 对人体的潜在危害性较大。通过调查发现, 研究区农村饮用水源以地下水为主, 其中80%为分散式水源, 供水方式主要是直接从山泉和浅层地下水取水, 这导致岩层中的六价铬直接进入水体。另外饮用水源地毗邻居民区及农业生产区, 导致大量农业生产生活污水、垃圾、粪便及畜禽养殖中的六价铬源污染物进入饮用水体。同时, 随着该区城镇化进程的推进, 人口数量剧增, 工业企业数量明显增加, 尤其是一些高污染企业投产, 如炼铝厂、机械厂、铬加工厂和砖厂等, 导致大量化石燃料燃烧和废物焚烧进入空气, 最终进入水体。此外, 贵阳市最大的垃圾填埋场坐落于该地区, 导致大量含六价铬的污染物被掩埋, 这也会导致农村饮用水环境的六价铬污染。与此同时, 农村基础设施落后, 缺乏雨水与污水处理设施, 大量污水直接排入沟渠或沉积于地面, 最后进入河流、池塘、水库或渗入地下水。以上众多外界因素综合影响，加上广大农村居民对饮水安全和水资源环境的保护意识淡薄, 导致研究区饮用水源中六价铬存在较大的健康危害风险。
4 结论与建议在所有健康风险评价指标中, 化学致癌物的风险值远高于非化学致癌物, 3种化学致癌物的风险值由高到低依次为六价铬、砷和镉, 六价铬为研究区需首要控制的污染物。非化学致癌物的风险值远低于建议限值, 不是主要风险物。总风险值整体上呈现下降趋势, 但人口密集的居住区和工农业集中区仍处于高风险环境, 存在潜在的健康风险。
为了改善该区农村饮用水源地环境, 提高水质, 建议采取下述措施以防止饮用水源地水质进一步恶化:加大投入, 完善基础设施, 将分散式用水改为集中式饮水, 降低水环境风险; 注重生态环境建设, 依法取缔高污染企业, 合理使用化肥和农药, 大力发展绿色农业, 集中处理生活垃圾, 减少污染源; 加强水环境保护, 设立饮用水源保护区, 合理布局和建设居住区; 加强环境保护宣传教育, 提高农村居民饮水安全意识。
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