張海林，林廣奇，馬河寬，劉文

(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

地下水是水資源的重要組成部分，是工農(nóng)業(yè)及生活用水的一個(gè)重要來源，是保障居民生活、支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源。地下水水質(zhì)的優(yōu)劣與人體的健康密切相關(guān)[1]，因而進(jìn)行地下水污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)極為重要。濟(jì)南巖溶水在市區(qū)噴涌而出，形成眾多的名泉，具有社會(huì)供水和景觀用水的雙重效用。近年來隨著濟(jì)南市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類活動(dòng)的加劇，特別是石油化工、冶煉等高污染企業(yè)的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)農(nóng)藥的超量使用，使得濟(jì)南市巖溶水水質(zhì)受到嚴(yán)重威脅，多年水質(zhì)監(jiān)測資料顯示，濟(jì)南巖溶水有機(jī)污染已經(jīng)呈現(xiàn)由點(diǎn)向面演化、由局部向區(qū)域擴(kuò)散的趨勢(圖1)。巖溶水有機(jī)污染問題越來越突出，嚴(yán)重威脅著供水安全及居民健康，水生態(tài)文明城市建設(shè)也會(huì)受到影響[2]。

1—>15μg/L;2—10～15μg/L;3—5～10μg/L圖1 濟(jì)南東部地區(qū)有機(jī)物總量分布圖

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指有毒有害物質(zhì)對(duì)危害人體健康的影響程度進(jìn)行概率估計(jì)[3]，目前健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外已有不少組織在地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面取得了成就[4]。Rebecka Tomquist等[5]運(yùn)用美國環(huán)保署推薦使用的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)地下水污染進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；Ali Reza Pardakhti等[6]運(yùn)用USEPA推薦的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)了德黑蘭地區(qū)地下水三氯甲烷污染健康風(fēng)險(xiǎn)。我國針對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究起步較晚，主要借鑒國外的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了一系列的研究。費(fèi)宇紅[7]、張新鈺等[8]都以USEPA推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)的實(shí)地情況進(jìn)行相關(guān)的地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。

該文以濟(jì)南東部巖溶水為研究對(duì)象，根據(jù)巖溶水中有機(jī)物的污染程度，以USEPA推薦的評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)巖溶水有機(jī)污染對(duì)區(qū)內(nèi)暴露人群造成的健康風(fēng)險(xiǎn)，為濟(jì)南市開展污染場地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究以及污染防治等提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于濟(jì)南市東部(圖1)，趵突泉泉域的東北部，泉域內(nèi)巖溶發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜[9]。地勢南高北低，南部為低山丘陵，北部為山前傾斜平原。該段巖溶水的主要含水巖組為奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r，補(bǔ)給來源主要是大氣降水入滲補(bǔ)給，補(bǔ)給區(qū)為南部山區(qū)，其他補(bǔ)給源是地表水滲漏補(bǔ)給及第四系孔隙水下滲補(bǔ)給。巖溶水的運(yùn)動(dòng)方向與地層傾向基本一致，基本由南向北運(yùn)動(dòng)，巖溶水徑流到北部山前遇到隱伏的火成巖巖體受阻，形成泉水。據(jù)調(diào)查，該區(qū)域南部山區(qū)工業(yè)企業(yè)污染源較少，主要潛在污染源為農(nóng)業(yè)活動(dòng)和面源生活污染；山前平原地帶主要潛在的工業(yè)污染源包括石化、冶金、發(fā)電、熱源、制藥以及化工廠等，主要潛在的生活污染源----簡易垃圾堆放點(diǎn)主要集中在山前地帶。上述潛在污染源位于直接補(bǔ)給區(qū)與匯集排泄區(qū)分界線的兩側(cè)，這一帶第四系厚度一般較薄，局部地段有灰?guī)r裸露，這極易造成污染物進(jìn)入巖溶水含水層，引起巖溶水污染。

1—孔隙水富水性500～1000m3/d；2—孔隙水富水性<500m3/d;3—裂隙巖溶水富水性1000～5000m3/d;4—裂隙巖溶水富水性<1000m3/d;5—基巖裂隙水富水性<100m3/d;6—采樣點(diǎn)及編號(hào)；7—地下水流向；8—泉；9—水源地圖2 濟(jì)南東部水文地質(zhì)略圖及采樣井點(diǎn)分布圖

2 樣品采集與測試

根據(jù)以往水質(zhì)監(jiān)測資料，2016年5月在研究區(qū)內(nèi)選擇3處典型的巖溶水水井，進(jìn)行了調(diào)查取樣，樣品測試由國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心)實(shí)驗(yàn)室完成。樣品測試結(jié)果表明，檢出的有機(jī)物主要有：三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯(表1)。這4種有機(jī)污染物均為我國“水中優(yōu)先控制污染物”，均具有毒性，與人體健康密切相關(guān)，美國環(huán)保署在《超級(jí)基金場地中化學(xué)污染物的區(qū)域篩選水平》[10]公告中，將這4種有機(jī)污染物在飲用水范圍內(nèi)歸為致癌物質(zhì)。

表1 各取樣點(diǎn)檢出結(jié)果

3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是針對(duì)有機(jī)污染物通過多種暴露途徑進(jìn)入人體后，對(duì)人體產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)。該文以美國環(huán)保署(USEPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，借鑒國內(nèi)外的相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)上述采樣點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.1 非致癌風(fēng)險(xiǎn)

非致癌風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法根據(jù)諶宏偉[11]研究的某工廠污染場地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算，公式為：

HI=CDI/RFD

(1)

式中：CDI為長期日攝入劑量(單位體重被評(píng)估人群平均攝入劑量)，mg/(kg·d)；RFD為污染物的參考劑量，mg/(kg·d)。

3.1.2 致癌風(fēng)險(xiǎn)

致癌風(fēng)險(xiǎn)通常用終生致癌風(fēng)險(xiǎn)值表示，為長期的每日攝入量與致癌斜率因子的乘積。

致癌物的劑量反應(yīng)關(guān)系通常以一生中癌癥的發(fā)病率(概率)對(duì)劑量的關(guān)系——斜率因子(SF)來表示。根據(jù)諶宏偉[11]研究的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式為：

Risk=CDI×SF

(2)

式中：Risk為致癌風(fēng)險(xiǎn)，即癌癥發(fā)生的可能性；CDI為長期日攝入劑量(單位體重被評(píng)估人群平均攝入劑量)，mg/(kg·d)；SF為污染物的致癌斜率因子，(kg·d)/mg。

若污染物的攝入量大于0.01，則用公式3計(jì)算：

Risk=1-exp(-CDI×SF)

(3)

計(jì)算多物質(zhì)、多途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，計(jì)算累積效應(yīng)，不考慮它們之間的協(xié)同作用和拮取作用，根據(jù)美國USEPA模型，一般將各污染物、各途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn)分別加和計(jì)算。

3.1.3 各暴露途徑進(jìn)入體內(nèi)的計(jì)算模型

污染物進(jìn)入人體內(nèi)的主要有3種途徑：飲水途徑、皮膚接觸途徑以及呼吸吸入途徑。

根據(jù)韓冰等[12]對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究以及美國USEPA模型，改進(jìn)的模型見以下公式：

飲水途徑計(jì)算公式：

(4)

皮膚接觸途徑計(jì)算公式：

(5)

(6)

呼吸吸入途徑計(jì)算公式：

(7)

Ciai=ρi×Kc

(8)

式中：CDI為長期日攝入劑量，mg/(kg·d)；ρi為水中化學(xué)物質(zhì)i的濃度，mg/L；TFi為煮沸后污染物i的殘留比率，無量綱；U為日飲水量，l/d；EF為暴露頻率，d/a；ED為暴露延時(shí)，a；BW為被評(píng)估人群的平均體重，kg；AT為平均暴露時(shí)間，d；I為每次洗澡單位體面積對(duì)污染物i的吸附量，mg/cm2；SA為人體表面積，cm2；FE為洗澡次數(shù)，次/d；Fsd為暴露頻率，次/d；fi為污染物i的腸道吸附比率，無量綱；CF為單位轉(zhuǎn)換因子，l/cm3；Ki為污染物i的皮膚吸附參數(shù)，cm/h；τ為延滯時(shí)間，h；TE為洗澡時(shí)間，h/次。Ciai為生活用水揮發(fā)出的污染物i的濃度，mg/m3；Diai為日單位體重被評(píng)估人群對(duì)污染物i的吸入劑量，mg/(kg·d)；Kc為污染物的揮發(fā)因子，l/m3；Uia為室內(nèi)呼吸率，m3/d。

3.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)

根據(jù)張兆吉[13]等對(duì)地下水有機(jī)污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的研究成果以及我國環(huán)保部的《污染場地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》，4種有機(jī)污染物毒性評(píng)估參數(shù)及吸入?yún)?shù)見表2、表3。

表2 4種典型有機(jī)污染物的化學(xué)及毒理學(xué)特性

表3 4種典型有機(jī)污染物吸入?yún)?shù)

在計(jì)算各途徑的攝入量時(shí)，共用的參數(shù)ED取70a，BW取70kg，AT取25550d；飲水途徑參數(shù)ρi為實(shí)測濃度(mg/L)，U取2 L/d，EF取365d/a；皮膚接觸途徑參數(shù)SA取16600cm2，F(xiàn)E取0.3次/d，F(xiàn)sd取1次/d；TE取0.4 h/次，CF取2×10-3L/cm3；吸入途徑參數(shù)Kc取0.5 L/m3，Uia取20m3/d。

3.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.3.1 非致癌風(fēng)險(xiǎn)分析

評(píng)價(jià)非致癌風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，當(dāng)非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)超過1.0時(shí)[14-15]，認(rèn)為會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。根據(jù)各采樣點(diǎn)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果(表4)，3個(gè)采樣點(diǎn)的4種有機(jī)污染物造成的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均未超過限值1，其中點(diǎn)JS04的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)值最大，為0.423；點(diǎn)JS10的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)值最小，為0.0181，在可接受的范圍內(nèi)，對(duì)人體健康危害程度較小。各采樣點(diǎn)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成不同(圖2)，從污染物分析來看，4種有機(jī)物非致癌風(fēng)險(xiǎn)值大小為：四氯化碳>三氯甲烷>三氯乙烯>四氯乙烯，四氯化碳在非致癌總風(fēng)險(xiǎn)中所占比例最大，為89.85%；從暴露途徑分析來看，各采樣點(diǎn)非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)途徑是呼吸吸入途徑，其次是飲水途徑，皮膚接觸途徑較小。

表4 采樣點(diǎn)非致癌風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果

圖3 采樣點(diǎn)非致癌風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成圖

3.3.2 致癌風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn)，參照美國USEPA的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在10-4～10-6就認(rèn)為可以接受；國際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平為5.0×10-5[16]；歐洲一些國家推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平為10-6；我國還沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)章霖之等[17]和劉姝媛等[18]的研究成果均參照USEPA的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南中的致癌風(fēng)險(xiǎn)限值。該文認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在10-4～10-6在可以接受的范圍內(nèi)，危害程度較小。若風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大于10-4，應(yīng)該對(duì)研究區(qū)進(jìn)行更高層次的評(píng)估；若風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在5.0×10-5～10-4之間，應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施，減小風(fēng)險(xiǎn)值；若風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在10-6～5.0×10-5之間，則應(yīng)引起關(guān)注，必要時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行防治。

采樣點(diǎn)的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果(表5)，3個(gè)采樣點(diǎn)的4種有機(jī)污染物造成的致癌風(fēng)險(xiǎn)均超出了致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受水平的最小限制10-6，但均未超出可接受的致癌風(fēng)險(xiǎn)的最大限制10-4，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均在10-6～5.0×10-5之間，應(yīng)該引起關(guān)注。各采樣點(diǎn)的致癌風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成(圖4)，從污染物分析來看，4種有機(jī)物致癌風(fēng)險(xiǎn)危害程度大小為：三氯乙烯>四氯化碳>三氯甲烷>四氯乙烯，其中三氯乙烯的致癌風(fēng)險(xiǎn)占總風(fēng)險(xiǎn)的48.53%，四氯化碳占20.52%，三氯甲烷占20.35%，四氯乙烯占10.6%。從暴露途徑分析來看，各采樣點(diǎn)致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)途徑仍是呼吸吸入途徑，皮膚接觸途徑最小。

表5 采樣點(diǎn)致癌風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果

圖4 采樣點(diǎn)致癌風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成圖

4 結(jié)論

(1)該次健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的巖溶水水樣分布在濟(jì)南市趵突泉泉域的東北部區(qū)域，根據(jù)水樣檢測結(jié)果表明，該地段巖溶水已經(jīng)受到一定程度的有機(jī)污染，典型的有機(jī)污染物為三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯。

(2)3個(gè)采樣點(diǎn)有機(jī)污染非致癌風(fēng)險(xiǎn)均未超過限值1，在可接受的范圍內(nèi)；致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在10-6～5.0×10-5之間，也在可接受的范圍內(nèi)。盡管有機(jī)污染未產(chǎn)生對(duì)人體健康的危害事件，但有機(jī)污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康與安全的危害性極為嚴(yán)重，有機(jī)物檢出雖含量微小，仍不容忽視。

(3)根據(jù)該次評(píng)價(jià)結(jié)果，產(chǎn)生非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要污染物是四氯化碳，產(chǎn)生致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要污染物是三氯乙烯；非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要暴露途徑貢獻(xiàn)率為呼吸吸入途徑，其次是飲水途徑，皮膚接觸途徑最小。

該次健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果也存在一定的不確定性。由于研究區(qū)有機(jī)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)研究并不多，因而評(píng)價(jià)過程中使用的一些參數(shù)多參照文獻(xiàn)中的取值，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也沒有考慮各污染物之間的相互作用[19]，這些因素都會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有一定的影響，還需要在以后的研究中繼續(xù)探討。