張盛楠， 丁 凡， 寇曉曉， 李國瑞， 高 潔， 饒先俐

(1.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300072；2.天津大學(xué)仁愛學(xué)院，天津301636)

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，飲用水受到不同程度的污染，導(dǎo)致水中污染物質(zhì)種類及數(shù)量增多[1-2]，同時(shí)用戶對于飲用水水質(zhì)和衛(wèi)生安全提出了更高的要求，因此對飲用水中的污染物進(jìn)行暴露風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)成為研究熱點(diǎn)。

重金屬鉻(Cd)、鎘(Cr)、砷(As)具有高致癌性，會(huì)對肝、腎、胃、腸道、免疫系統(tǒng)以及血液產(chǎn)生嚴(yán)重影響。鐵(Fe)、錳(Mn)、鉛(Pb)、釩(V)等重金屬污染物以及硝酸鹽、氟等非金屬污染物雖不致癌，但是過量攝入也會(huì)對人體健康產(chǎn)生不利影響。當(dāng)人體內(nèi)鐵過量時(shí)，會(huì)因不能及時(shí)排出體外而沉積于肝臟、胰腺、心臟和皮膚，從而引起血色病(血色素沉積)、肝功能異常、心肌損傷和糖尿病。錳的生理毒性較強(qiáng)，飲用水中錳超標(biāo)會(huì)使大腦中的神經(jīng)遞質(zhì)合成減少，長期低劑量吸入過量錳會(huì)引起慢性中毒，最后導(dǎo)致永久性殘廢。鉛是己知毒性最大、累積性極強(qiáng)的重金屬之一，其性質(zhì)穩(wěn)定，不可降解，會(huì)阻礙血細(xì)胞形成，對嬰幼兒智力和身體發(fā)育影響尤為嚴(yán)重。釩在人體內(nèi)過量累積會(huì)引起血液、呼吸、神經(jīng)等中毒現(xiàn)象，同時(shí)影響人的生育功能[3]。長期攝入高劑量的氟可引起氟骨癥。雖然硝酸鹽對人體的直接毒害性不大，但它很容易被還原成為亞硝酸鹽，導(dǎo)致人畜患高鐵血紅蛋白癥，更為嚴(yán)重的是，亞硝酸鹽還可在人和動(dòng)物體內(nèi)與攝入的次級(jí)胺等含氮物結(jié)合，轉(zhuǎn)化形成強(qiáng)致癌物——亞硝胺，從而誘發(fā)消化系統(tǒng)癌變[4]。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

1.2 評價(jià)方法

1.2.1健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型

致癌物評價(jià)模型公式為：

(1)

非致癌物評價(jià)模型公式為：

(2)

調(diào)整劑量(PADig)可按式(3)計(jì)算:

(3)

式中RfDig為非致癌污染物i的食入途徑參考劑量，mg/(kg·d)；非致癌污染物的RfDig取值見表1。本研究中安全因子取10。

Dig的計(jì)算方法為：

(4)

式中Ci為重金屬的實(shí)測濃度，mg/L；2.2為成年人每日平均飲水量，L。

假設(shè)污染物質(zhì)在人體中呈現(xiàn)的不是拮抗作用而是相加作用，則飲用水中污染物質(zhì)在人體中的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型R總為:

(5)

世界衛(wèi)生組織(WHO)和國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)給出的非致癌金屬物質(zhì)和致癌金屬物質(zhì)的參考系數(shù)[13-14]如表1所示。

表1 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型的參數(shù)取值Tab.1 Parameter value of the health risk assessment model

1.2.2健康風(fēng)險(xiǎn)水平標(biāo)準(zhǔn)

對于環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)水平的限值，很多機(jī)構(gòu)都給出了推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平和可忽略風(fēng)險(xiǎn)[13]，其中最大可忽略風(fēng)險(xiǎn)水平在1×10-8～1×10-7a-1，可接受風(fēng)險(xiǎn)水平在1×10-6～1×10-4a-1，如表2所示。研究中采用國際上廣泛采用的ICRP推薦的標(biāo)準(zhǔn)值5×10-5a-1，對研究區(qū)域飲用水中的污染物進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

表2 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Tab.2 Maximum acceptable risk level and negligible risk level recommended by some agencies

2 結(jié)果與分析

2.1 污染物含量分布

表3 某大型居住區(qū)取樣點(diǎn)致癌物和非致癌物濃度Tab.3 Concentrations of carcinogens and uncarcinogens at sampling sites of a large residential area

續(xù)表3 (Continue)

2.2 飲用水中致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

研究區(qū)域飲用水中Cr、Cd、As通過飲水途徑所致健康危害的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)值范圍分別為0～1.99×10-5，0～2.22×10-6和0～5.70×10-6a-1。Cr、Cd、As濃度的季節(jié)性差異不大，因此計(jì)算其年平均濃度并比較不同取樣點(diǎn)3種致癌污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果見圖1。

圖1 各個(gè)取樣點(diǎn)致癌物的平均個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)Fig.1 Average personal annual risk of carcinogens of each sample site

由圖1可見，3種致癌重金屬污染物的平均個(gè)人致癌年風(fēng)險(xiǎn)值Cr>As>Cd，Cr的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)水平主要集中于10-6a-1，比Cd和As高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。8個(gè)取樣點(diǎn)的As和Cd的致癌年風(fēng)險(xiǎn)值差異不大。但是取樣點(diǎn)1#的Cr致癌年風(fēng)險(xiǎn)值要略高于其他取樣點(diǎn)，可能與Cr在管網(wǎng)水流動(dòng)過程中沉積在管垢中，進(jìn)而使飲用水中Cr濃度及致癌風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)。但是沉積在管垢中的Cr可能在特定的水力和水質(zhì)條件下釋放，導(dǎo)致飲用水的致癌風(fēng)險(xiǎn)增大。

2.3 飲用水中非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

圖2 各個(gè)取樣點(diǎn)非致癌物的平均個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)Fig.2 Average personal annual risk of uncarcinogens of each sample site

2.4 飲用水中污染物質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)的季節(jié)性變化

表4 不同季節(jié)飲用水中污染物的個(gè)人平均年風(fēng)險(xiǎn)Tab.4 Individual average annual risk of contaminants in drinking water in different seasons a-1

2.5 飲用水中污染物的人體健康總風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

通過計(jì)算研究區(qū)域各取樣點(diǎn)飲用水中污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)總水平(圖3)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域8個(gè)取樣點(diǎn)中9種所考察的污染物的人體健康總風(fēng)險(xiǎn)值介于5.61×10-6～9.98×10-6a-1，取樣點(diǎn)1#的人體健康總風(fēng)險(xiǎn)值最高，為9.98×10-6a-1，這可能是由于該取樣點(diǎn)飲用水中Cr含量相對較高導(dǎo)致。但是所有取樣點(diǎn)的人體健康風(fēng)險(xiǎn)值均符合國際輻射防護(hù)委員會(huì)最大可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究區(qū)域飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)水平極低，長期飲用不會(huì)對人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖3 致癌物和非致癌物的個(gè)人年總風(fēng)險(xiǎn)值Fig.3 Total personal annual risk values of carcinogens and uncarcinogens

3 結(jié)論

需要指出的是，研究中只對污染物質(zhì)通過飲水?dāng)z入這一途徑對暴露風(fēng)險(xiǎn)作出判斷，并未考慮其他有毒物質(zhì)及鼻孔吸入、皮膚接觸、飲食等暴露途徑對人體健康風(fēng)險(xiǎn)的影響，因此實(shí)際環(huán)境中有毒物質(zhì)的暴露風(fēng)險(xiǎn)要遠(yuǎn)大于本研究得到的風(fēng)險(xiǎn)值。此外，出廠水在管網(wǎng)中的停留時(shí)間以及消費(fèi)者的職業(yè)類型生活習(xí)慣等也會(huì)影響飲用水的暴露風(fēng)險(xiǎn)，只有考慮這些綜合因素，并采用復(fù)雜的評價(jià)方法，才能更準(zhǔn)確地評價(jià)環(huán)境污染物對人體健康產(chǎn)生的危害。