梁 菁，彭小玉，吳文暉，畢軍平，肖 金

(湖南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖南 長沙 410019)

1 引言

重金屬污染是危害最大的水污染問題之一。重金屬通過礦山開采、金屬冶煉、金屬加工及化工生產(chǎn)廢水、化石燃料的燃燒、施用農(nóng)藥化肥和生活垃圾等人為污染源，以及地質(zhì)侵蝕、風(fēng)化等天然源形式進(jìn)入水體，加之重金屬具有毒性大、在環(huán)境中不易被代謝、易被生物富集并有生物放大效應(yīng)等特點(diǎn)，水體中的重金屬污染不僅對水體產(chǎn)生極大的危害,還對人類健康以及生態(tài)平衡有著重大威脅[1，2]。在重金屬的多途徑暴露方式(呼吸、皮膚、飲食等)中，尤以飲水途徑的暴露量最大[3]。本文以邵陽市飲用水水源地水體為研究對象，于2015～2019年對邵陽市3個(gè)飲用水水源地中As、Hg、Cd、Pb、六價(jià)Cr、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl的濃度和健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了調(diào)查研究和評價(jià)，為飲用水水源地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 區(qū)域概況

邵陽市位于湖南省中部偏西南，資水上游，南屏五嶺之秀，資水橫貫，丘陵起伏。地理坐標(biāo)為東經(jīng)109°49′～112°05′、北緯25°58′～27°40′。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，雨量充沛，雨熱同季。全市年平均氣溫16.6～17.1 ℃，年平均降雨量1150～1350 mm。邵陽市境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，溪河密布，流經(jīng)市境內(nèi)的河流，主要屬資江水系[4]。

益陽市位于湖南省中部偏北，跨越資水中下游，承接沅、澧兩水尾閭，環(huán)臨洞庭湖西南，地處東經(jīng)110°43′02″～112°55′48″、北緯27°58′38″～29°31′42″。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，氣溫總體偏高、冬暖夏涼明顯、7月多雨成災(zāi)、日照普遍偏少。年平均氣溫在16.1～16.9 ℃之間，各地平均降水1235～1691 mm。益陽市水系發(fā)達(dá)，水資源豐富，水路經(jīng)洞庭湖外通長江，全市境內(nèi)水系主要包括資水水系、洞庭湖(市內(nèi))水系[5]。

2.2 樣品采集

在資江干流邵陽市飲用水水源地桂花渡水廠、工業(yè)街水廠和城西水廠取水口上游100 m附近設(shè)置監(jiān)測垂線，在資江干流益陽市飲用水水源地龍山港設(shè)置左、中、右三條監(jiān)測垂線，分別采集表層(0.5 m)水樣。監(jiān)測時(shí)間為2015年1月至2019年12月，每月1～10日采樣監(jiān)測1次。

2.3 水樣中重金屬濃度的測定

采用ICP RQ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)(賽默飛世爾科技有限公司)檢測銅、鎘、鉛和鉈的濃度，方法檢出限分別為1、0.1、1、0.01 μg/L，回收率為82%～114%，RSD為0.8%～1.2%；采用AFS-933型原子熒光儀(北京吉天儀器有限公司)檢測砷、汞和銻的濃度，方法的檢出限分別為0.3、0.04、0.2 μg/L，回收率為84%～110%，RSD為0.3%～2.6%；采用7200DUO型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(賽默飛世爾科技有限公司)檢測鐵和錳的濃度，方法的檢出限分別為30、10 μg/L，回收率為80%～118%，RSD為0.6%～1.2%；采用7200可見分光光度計(jì)(上海光譜儀器有限公司)檢測六價(jià)鉻的濃度，方法的檢出限為4 μg/L，回收率為80%～107%，RSD為0～2.5%。

2.4 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型

2.4.1 致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型

(1)

(2)

2.4.2 非致癌物所致健康危害的風(fēng)險(xiǎn)模型

按照公式(3)～(5)進(jìn)行計(jì)算：

(3)

(4)

飲水途徑的單位體重日均暴露劑量Dig可按下式進(jìn)行計(jì)算：

Dig=2.2·Ci/BW

(5)

式(5)中，2.2為成人每日平均飲水量，L；Ci為化學(xué)致癌物平均濃度，mg/L；BW為人均體重，kg，取70。

在跨中集中力作用下，頂板剪力滯系數(shù)出現(xiàn)峰值，大約為1.4，之后遠(yuǎn)離集中力逐漸減小，但是靠近支座附近又呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，而加預(yù)應(yīng)力后，跨中剪力滯系數(shù)峰值約為1.3，說明預(yù)應(yīng)力對跨中剪力滯系數(shù)和靠近支座附近的剪力滯系數(shù)都有“削峰”的作用。

2.4.3 水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)總體模型

當(dāng)資江干流飲用水水體中有多種有毒有害物質(zhì)共同作用于人體，假如各有毒物質(zhì)間不存在拮抗和協(xié)同關(guān)系，且各重金屬類污染物濃度很低，此種情況下水環(huán)境人體健康危害的總風(fēng)險(xiǎn)等于各單項(xiàng)污染物所誘發(fā)人體健康風(fēng)險(xiǎn)的總和。即：

R總=Rc+Rn

(6)

2.4.4 評價(jià)模型中參數(shù)的選擇

本文只涉及重金屬污染物通過飲水途徑對人體健康的危害，其中化學(xué)致癌物有鎘(Cd)、砷(As)和六價(jià)鉻(Cr6+)；非致癌物有汞(Hg)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銻(Sb)和鉈(Tl)。根據(jù)US EPA的規(guī)定，化學(xué)致癌物Cd、As和Cr6+的強(qiáng)度系數(shù)分別為6.1、15和41 mg/(kg·d)；非致癌物Hg、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的參考劑量分別為0.0003、0.0014、0.005、0.3、0.02、0.0004和0.0001 mg/(kg·d)。

表1列出了部分機(jī)構(gòu)推薦的對社會(huì)公眾成員最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平和可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平，最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平在1×10-6～1×10-4a-1內(nèi)，可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平在1×10-8～1×10-7a-1內(nèi)[6～9]。

表1 部分機(jī)構(gòu)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平和可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平

3 結(jié)果與討論

3.1 水體重金屬含量分布特征

資江干流邵陽市桂花渡水廠、工業(yè)街水廠和城西水廠3個(gè)水源地水體中，Cd、六價(jià)Cr和Hg均未檢出，As、Pb和Cu的平均濃度均達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)；Fe、Mn、Sb和Tl的平均濃度均達(dá)標(biāo)；2015～2019年As、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的監(jiān)測濃度均達(dá)標(biāo)。見表4。

資江干流益陽市龍山港水源地水體中，Hg、Mn和Tl均未檢出，六價(jià)Cr、As、Cd、Pb和Cu的平均濃度均達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)；Fe和Tl的平均濃度均達(dá)標(biāo)；Sb的平均值超標(biāo)準(zhǔn)值0.14倍，最大值超標(biāo)準(zhǔn)1.41倍。2015年～2019年六價(jià)Cr、As、Cd、Pb、Cu、Fe和Tl的監(jiān)測濃度均達(dá)標(biāo)，2019年Sb的監(jiān)測濃度均達(dá)標(biāo)。見表5。

表4 2015～2019年邵陽市飲用水水源地水體中7種重金屬的監(jiān)測結(jié)果 (n=60, μg/L)

表5 2015～2019年益陽市飲用水水源地水體中7種重金屬的監(jiān)測結(jié)果 (n=60, μg/L)

3.2 致癌物風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果

資江干流邵陽市桂花渡水廠、工業(yè)街水廠和城西水廠3個(gè)水源地水體中致癌物質(zhì)中的化學(xué)致癌物As通過飲水途徑引起的平均個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)值分別為9.09×10-6a-1、12.20×10-6a-1和8.75×10-6a-1，均高于荷蘭建設(shè)和環(huán)境部推薦的1×10-6a-1的水平，但低于ICRP的推薦值(5×10-5a-1)。工業(yè)街水廠水體中致癌總風(fēng)險(xiǎn)最高，桂花渡水廠次之，城西水廠最低。見表6。

資江干流益陽市龍山港水源地水體中的化學(xué)致癌物風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從高到低依次為六價(jià)Cr、As、Cd；其中，六價(jià)Cr的健康風(fēng)險(xiǎn)值高于ICRP的推薦值。見表7。

3.3 重金屬類非致癌物風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果

資江干流邵陽市飲用水水源地水體中非致癌有毒化學(xué)物質(zhì)(Pb、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl)引起的個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)以Sb最大，Tl最低；資江干流益陽市龍山港水源地水體中非致癌有毒化學(xué)物質(zhì)(Pb、Cu、Fe、Sb)引起的個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)以Sb最大，Cu最低。各重金屬類非致癌物通過飲用水途徑對不同人群產(chǎn)生的個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)在4.49×10-11～6.42×10-9a-1之間，均低于表3所列機(jī)構(gòu)推薦的標(biāo)準(zhǔn)限值，即每千萬人口中通過飲用水途徑攝入非致癌污染物而受到健康危害(死亡)的人數(shù)不到1人，這表明非致癌物化學(xué)物質(zhì)所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)甚微，不會(huì)對暴露人群構(gòu)成危害。桂花渡水廠水體中非致癌有毒化學(xué)物質(zhì)通過飲用水途徑產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)椋篠b>Mn>Pb>Fe>Cu>Tl，邵陽市工業(yè)街水廠水體中為：Sb>Pb>Mn>Fe>Cu>Tl，城西水廠水體中為：Sb>Cu>Mn>Pb>Fe>Tl，益陽市龍山港水體中為：Sb>Fe>Cu>Pb。見表6～7。

表6 邵陽市重金屬類致癌物(As)和非致癌物(Pb、Cu、Fe、Mn、Sb、Tl)通過飲水途徑的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)/a-1

表7 益陽市重金屬類致癌物(Cr6+、As、Cd)和非致癌物(Pb、Cu、Fe、Sb)通過飲水途徑的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)/a-1

3.4 重金屬總風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果

資江干流飲用水水源地水體中重金屬類致癌物質(zhì)的個(gè)人健康風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)大于非致癌物質(zhì)，其風(fēng)險(xiǎn)水平要差3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，說明致癌物質(zhì)對人體的危害遠(yuǎn)大于非致癌物質(zhì)，這與其他人[11～13]的研究結(jié)果一致。

表8 重金屬類致癌物和非致癌物通過飲水

4 結(jié)論

資江干流邵陽市飲用水水源地水體中，Cd、六價(jià)Cr和Hg均未檢出，As、Pb和Cu的平均濃度均達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)；Fe、Mn、Sb和Tl的平均濃度均達(dá)標(biāo)；2015～2019年As、Pb、Cu、Fe、Mn、Sb和Tl的監(jiān)測濃度均達(dá)標(biāo)。益陽市龍山港水源地水體中，Hg、Mn和Tl均未檢出，六價(jià)Cr、As、Cd、Pb和Cu的平均濃度均達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)；Fe和Tl的平均濃度均達(dá)標(biāo)；Sb的平均值超標(biāo)；2015～2019年六價(jià)Cr、As、Cd、Pb、Cu、Fe和Tl的監(jiān)測濃度以及2019年Sb的監(jiān)測濃度均達(dá)標(biāo)。龍山港水源地水體中Sb濃度較高，其原因可能是由于資江流域中下游地區(qū)涉銻工業(yè)企業(yè)污染排放所致，此外，也與區(qū)域水環(huán)境中銻的背景值高有關(guān)。

資江干流邵陽市飲用水水源地水體中重金屬類致癌物質(zhì)的化學(xué)致癌物As通過飲水途徑引起的平均個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)值，均高于表3部分機(jī)構(gòu)推薦的1×10-6a-1的水平，但低于ICRP的推薦值(5×10-5)；益陽市龍山港水源地水體中的化學(xué)致癌物六價(jià)Cr、As、Cd風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從高到低依次為六價(jià)Cr、As、Cd；其中，六價(jià)Cr的健康風(fēng)險(xiǎn)值高于ICRP的推薦值。由此可見，As和六價(jià)Cr分別為邵陽市和益陽市飲用水水源水中主要的健康風(fēng)險(xiǎn)因素，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行管理。

資江干流市級(jí)飲用水水源地水體中非致癌有毒化學(xué)物質(zhì)所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)值為10-9a-1，均低于ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。邵陽市桂花渡水廠水體中非致癌有毒化學(xué)物質(zhì)通過飲用水途徑產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)椋篠b>Mn>Pb>Fe>Cu>Tl，工業(yè)街水廠水體中為：Sb>Pb>Mn>Fe>Cu>Tl，城西水廠水體中為：Sb>Cu>Mn>Pb>Fe>Tl，益陽市龍山港水體中為：Sb>Fe>Cu>Pb。Sb產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)最大，可能與資江流域水環(huán)境中銻的背景值高有關(guān)。

資江干流市級(jí)飲用水水源地致癌物對人體的危害遠(yuǎn)大于非致癌物造成的危害，其風(fēng)險(xiǎn)水平要差3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，因此加強(qiáng)治理和控制重金屬類致癌物是降低該飲用水水源地環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)的途徑。

本研究沒有考慮放射性物質(zhì)、出廠水相關(guān)因素、輸水管腐蝕相關(guān)因素等途徑對人體健康危害的風(fēng)險(xiǎn)，所以健康風(fēng)險(xiǎn)比實(shí)際環(huán)境污染危害的風(fēng)險(xiǎn)??；另外，人群的平均壽命采用的是人類平均壽命，而不是邵陽市人群平均壽命，也存在一定的不確定性。因此，對邵陽市飲用水水源地的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)危害有待進(jìn)一步研究。