宿州市護(hù)城河水環(huán)境重金屬健康風(fēng)險初步評價

左 敏，林曼利，閔 寧，李云鵬，汪 挺，芮成奇

（宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市人口的增多，重金屬所造成的水環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重.作為非降解污染物，重金屬一旦通過某些直接或間接途徑進(jìn)入人體，會對人體的免疫系統(tǒng)造成損害.如鉛會危害人體造血功能和神經(jīng)系統(tǒng)；鎳會造成人體呼吸道的衰竭；鎘會增大致癌的可能性等.

近年來國內(nèi)外大量學(xué)者從暴露途徑、影響人群、評價模型等方面對河流重金屬特征及其所造成的健康風(fēng)險開展了研究，并取得了一系列的研究成果.如張可等[1-8]采用U.S.EPA（美國環(huán)保局）所推薦的健康風(fēng)險評價模型，分別對重慶市、深圳市、北京市和鐵嶺市水源以及東平湖、三峽水庫、黃河三門峽段和湘江干流等河流水段中重金屬經(jīng)飲水途徑所致的健康危害展開了研究；張映映等[9-10]應(yīng)用改進(jìn)的美國EPA推薦模型分別對長江口和某市西南郊區(qū)水體中重金屬污染物從多種暴露途徑所致的健康危害進(jìn)行了風(fēng)險評價；蘇偉等[11]應(yīng)用U.S.EPA推薦的模型對第二松花江干流中有害物質(zhì)經(jīng)飲水途徑所產(chǎn)生的健康危害進(jìn)行了評價研究.

為了更加全面地對宿州市護(hù)城河水環(huán)境中重金屬所造成的健康風(fēng)險做出評價，本文綜合考慮了水體中重金屬通過飲水和皮膚接觸兩種暴露途徑對人體健康所造成的危害.其中，飲水途徑健康風(fēng)險評價采用美國環(huán)保局推薦的健康風(fēng)險評價模型，皮膚接觸途徑健康風(fēng)險評價采用Strenge等提出的計算模型，并對此公式進(jìn)行修正.研究結(jié)果可為煤炭型城市內(nèi)河的重金屬污染與防治提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

宿州市坐落于安徽省北部，地處淮北平原東北部，是安徽省的北大門，所轄一區(qū)四縣，護(hù)城河流經(jīng)宿州市老城區(qū)并繞城一周后匯入沱河，其河水深度大約為1.5m，河寬約為20m.20世紀(jì)60年代以前，護(hù)城河曾作為宿州居民的飲用水源，與宿州市居民的日常生活休戚相關(guān)，后來隨著城市化建設(shè)、煤炭開采和工業(yè)發(fā)展等造成水環(huán)境質(zhì)量下降，污染物濃度不斷提高，水體逐漸失去飲用水功能，目前僅作為景觀用水[13].

1.2 樣品采集與測試

表1 護(hù)城河河水重金屬含量（ug/L）

本次調(diào)查共采集5個水樣，各采樣點(diǎn)采樣量約為1L，采樣深度約0.5m.樣品采集后，經(jīng)過孔徑為0.22μm微孔水系濾膜抽濾，再加入優(yōu)級純硝酸調(diào)至pH＜2.最后采用原子吸收分光光度計（型號TAS-990FG）火焰法對Fe、Mn、Pb和Ni的濃度進(jìn)行測定，用石墨爐法測定Cd和Cr濃度，6種重金屬含量列于表1.

2 健康風(fēng)險評價模型

2.1 飲水途徑健康風(fēng)險評價模型

飲水途徑健康風(fēng)險評價采用美國環(huán)保局推薦的健康風(fēng)險評價模型，并結(jié)合宿州市的人體狀況和生活習(xí)慣，對該公式中的人均壽命、人均體重以及成人每日飲水量等參數(shù)進(jìn)行了修改.其中化學(xué)致癌物質(zhì)和非化學(xué)致癌物質(zhì)通過飲水途徑產(chǎn)生的個人健康風(fēng)險分別按公式（1）、（2）計算：

式中，為非化學(xué)致癌物質(zhì)j通過該途徑所致的人均致癌年風(fēng)險，a-1；Dj分別為非化學(xué)致癌物質(zhì)j的單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d)；RfDj是非化學(xué)致癌物質(zhì)j通過該途徑進(jìn)入人體的日參考劑量，mg/(kg·d)；L為人均壽命，選取75 a.

式（1）中的 Di和式（2）中的 Dj分別依據(jù)公式（3）、（4）計算[12、14]：

式中，w是成人每日平均飲水量，選用2 L/d；Ci為化學(xué)致癌物質(zhì)i的實(shí)測濃度，mg/L；Cj為非化學(xué)致癌物質(zhì)j的實(shí)測濃度，mg/L；G為成人人均體重，選用65kg.

2.2 皮膚接觸途徑健康風(fēng)險評價模型

皮膚接觸途徑健康風(fēng)險評價采用Strenge等提出的計算模型，并結(jié)合宿州市居民的人體狀況和生活習(xí)慣對此公式中的Asd、FE、EF、ED、AT以及TE進(jìn)行了修正.其中化學(xué)致癌物質(zhì)與非化學(xué)致癌物質(zhì)由皮膚接觸導(dǎo)致的個人健康風(fēng)險分別按公式（5）、（6）：

式中，Rip為化學(xué)致癌物質(zhì)i通過該途徑所產(chǎn)生的人均致癌年風(fēng)險，a-1；Rjf為非化學(xué)致癌物質(zhì)j通過該途徑所產(chǎn)生的人均致癌年風(fēng)險，a-1；CDI為單位體重的日攝入劑量，mg/(kg·d)；式（5）、（6）中 CDI、Ii和 Ij分別按公式（7）、（8）和（9）計算：

式（7）～（9）中，Ii為每次洗澡是人體單位表面積所吸附的化學(xué)致癌物質(zhì)含量，mg/(cm2·次)；Ij為每次洗澡時人體單位表面積所吸附的非化學(xué)致癌物質(zhì)含量，mg/(cm2·次)；Asd為人體表面積，cm2；FE為洗澡的頻率，次/d；EF為暴露頻率，d/a；ED 為暴露延時，a；AT 為平均暴露時間，d；f為腸道吸附比率；k為皮膚吸附參數(shù)，cm/h；τ為延滯時間，h；TE為洗澡時間，h.

2.3 健康風(fēng)險評價總體模型

對于水環(huán)境重金屬健康風(fēng)險初步評價，一般認(rèn)為各種污染物所產(chǎn)生的健康風(fēng)險呈加和關(guān)系，而不是呈現(xiàn)協(xié)同或拮抗關(guān)系[15].假定各類重金屬對人體作用獨(dú)立[16]，則水體中重金屬所造成的總體健康風(fēng)險R總為Rc、Rn、Rp和Rf四種風(fēng)險之和，其表述如公式（10）所示：

式中，Rc為化學(xué)致癌物由飲水途徑所造成的總致癌風(fēng)險，a-1；Rn為非化學(xué)致癌物由飲水途徑所造成的總風(fēng)險，a-1；Rp為化學(xué)致癌物質(zhì)由皮膚接觸途徑所造成的總致癌風(fēng)險，a-1；Rf為非化學(xué)致癌物經(jīng)皮膚接觸途徑造成的總風(fēng)險，a-1.

3 健康風(fēng)險評價實(shí)例

3.1 參數(shù)選擇與評價標(biāo)準(zhǔn)

由國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）和世界衛(wèi)生組織（WHO）兩個機(jī)構(gòu)所編制的分類系統(tǒng)可知，Mn、Fe、Pb、Ni這四種重金屬為非化學(xué)致癌物，而Cd和Cr為化學(xué)致癌物[15,17,18].根據(jù)文獻(xiàn)[19]，查得飲水暴露途徑下模型參數(shù)qi和RfDj的取值，見表2.

表2 飲水暴露途徑下模型參數(shù)qi和RfDj值

根據(jù)宿州市居民的人體狀況和生活習(xí)慣，本文選用的參數(shù)部分參考了文獻(xiàn)[9,10]，見表3.因研究者們所采用的評價標(biāo)準(zhǔn)各不相同，本文僅列出了國際上部分有關(guān)機(jī)構(gòu)所推薦的最大可接受風(fēng)險水平和可忽略的風(fēng)險水平，見表4.本

表3 該評價過程參數(shù)的取值

式中，指的是化學(xué)致癌物質(zhì)i通過該途徑所導(dǎo)致的人均致癌年風(fēng)險，a-1；Di為化學(xué)致癌物質(zhì)i的單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d)；exp是指以e為底的指數(shù)函數(shù)；qi為化學(xué)致癌物質(zhì)i的致癌強(qiáng)度系數(shù)，mg/(kg·d)；L為人均壽命，取75a.文主要以美國環(huán)保局（U.S.EPA）和國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）這兩個機(jī)構(gòu)所推薦的最大可接受風(fēng)險為評價標(biāo)準(zhǔn).

表4 部分機(jī)構(gòu)推薦的最大可接受風(fēng)險水平和可忽略的風(fēng)險水平

3.2 評價結(jié)果與分析

根據(jù)所選用的評價模型和參數(shù)，可以計算出宿州市護(hù)城河中重金屬污染物通過兩種暴露途徑（飲水途徑和皮膚接觸途徑）所造成的個人年健康風(fēng)險以及總風(fēng)險.計算結(jié)果見表 5～7.

從表5可知，兩種化學(xué)致癌物質(zhì)經(jīng)飲水途徑所造成的健康風(fēng)險遠(yuǎn)高于通過皮膚接觸途徑所造成的健康風(fēng)險.且化學(xué)致癌物質(zhì)Cr所造成的健康危害較高，占總風(fēng)險的98.4%.這兩種化學(xué)致癌物質(zhì)(Cr、Cd)經(jīng)過飲水途徑產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險最大值均出現(xiàn)在HC-04處，且其所致風(fēng)險不僅都高于ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險水平(5×10-5a-1)，也都高于瑞典環(huán)保局、荷蘭建設(shè)環(huán)保局和英國皇家協(xié)會推薦的最大可接受水平(1×10-6a-1).其中，Cr由飲水途徑所造成的個人年風(fēng)險最大值為1.08E-04 a-1，Cd通過飲水途徑所致的個人年風(fēng)險的最大值為1.94E-06 a-1.此外，兩種化學(xué)致癌物質(zhì)通過皮膚接觸途徑所導(dǎo)致的最大個人年風(fēng)險也都出現(xiàn)在HC-04處，且都低于國際輻射防護(hù)委員會、瑞典環(huán)保局和荷蘭建設(shè)環(huán)保局等機(jī)構(gòu)所推薦的最大可接受水平.其中，Cr所致的個人年風(fēng)險達(dá)6.41E-06 a-1，Cd所致的個人年風(fēng)險達(dá)3.67E-04 a-1.

表5 護(hù)城河中化學(xué)致癌物所致的個人年健康風(fēng)險值（a-1）

表6 護(hù)城河中非化學(xué)致癌物所致的個人年健康風(fēng)險值（a-1）

表7 護(hù)城河中重金屬所致的個人年健康風(fēng)險值（a-1）

從表6可以看出，四種非化學(xué)致癌物質(zhì)通過飲水途徑所造成的個人年健康風(fēng)險遠(yuǎn)高于通過皮膚途徑所造成的個人年健康風(fēng)險.且這四種非化學(xué)致癌物質(zhì)所致健康危害的個人年風(fēng)險按從小到大排列為：Fe、Mn、Ni、Pb.其中 Pb 所致的風(fēng)險占重金屬污染物所致的總風(fēng)險的77.5%，而Mn和Ni所致的健康風(fēng)險分別占總風(fēng)險的15.4%和6.9%.因此Pb應(yīng)為優(yōu)先控制的非化學(xué)致癌物質(zhì).此外，它通過飲水與皮膚接觸兩種途徑產(chǎn)生的最大健康危害風(fēng)險均出現(xiàn)在HC-04處，其健康風(fēng)險分別為5.55E-09 a-1、2.42E-11 a-1.但它們所產(chǎn)生的個人年健康風(fēng)險均小于10-8a-1，即每年每千萬人口中由于水體中非化學(xué)致癌污染物而造成健康危害 (或死亡)的人數(shù)不到1人.

從表7可知，重金屬通過飲水途徑對人體健康所造成的危害是通過皮膚接觸途徑所造成的危害的229倍，其所造成的健康風(fēng)險占總風(fēng)險的99.57%，其中化學(xué)致癌物質(zhì)經(jīng)飲水途徑造成的健康風(fēng)險占總風(fēng)險的99.99%.且護(hù)城河中由重金屬污染物造成的健康危害按從大到小排列：HC-04、HC-02、HC-03、HC-05 和 HC-01 處.其中，采樣點(diǎn) HC-04 位于護(hù)城河排污口處，受人為影響較大，故該處由重金屬所引起的健康危害最大.該處所產(chǎn)生的健康危害的總風(fēng)險為1.10E-04 a-1，大約是國際輻射防護(hù)委員會推薦的最大可接受風(fēng)險水平的2.2倍，達(dá)到瑞典環(huán)保局、荷蘭建設(shè)環(huán)保局和英國皇家協(xié)會推薦的最大可接受水平的110倍.宿州市護(hù)城河中由化學(xué)致癌物質(zhì)所致總風(fēng)險是非化學(xué)致癌物質(zhì)所致總風(fēng)險的13369倍，即非化學(xué)致癌物質(zhì)造成的健康危害要遠(yuǎn)小于化學(xué)致癌物質(zhì).

4 結(jié)論與建議

本文以宿州市護(hù)城河為研究案例，對該水體中重金屬含量進(jìn)行測定.在此基礎(chǔ)上，綜合考慮污染物通過飲水與皮膚接觸兩種暴露途徑所造成的健康危害，進(jìn)行了重金屬健康風(fēng)險評價，得出以下結(jié)論：

（1）宿州市護(hù)城河中重金屬污染物通過兩種暴露途徑所致健康危害高于ICRP、瑞典環(huán)保局和英國皇家協(xié)會等機(jī)構(gòu)所推薦的最大可接受風(fēng)險水平.

（2）5處水源點(diǎn)化學(xué)致癌物質(zhì)造成的年總風(fēng)險是非化學(xué)致癌物造成的年總風(fēng)險的13369倍，即化學(xué)致癌物質(zhì)所造成的健康危害要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非化學(xué)致癌物質(zhì).因此，化學(xué)致癌物質(zhì)（Cr和Cd）為優(yōu)先控制的重金屬污染物.

（3）護(hù)城河河水中重金屬通過飲水途徑所導(dǎo)致的健康風(fēng)險是通過皮膚接觸途徑所致的健康風(fēng)險的229倍.故重金屬通過飲水途徑所造成的危害是需要關(guān)注的重點(diǎn).

本文由于測試指標(biāo)的限制只考慮了部分重金屬通過這兩種途徑所致的健康危害.因此，評價所得的風(fēng)險應(yīng)比實(shí)際

環(huán)境污染造成的風(fēng)險小.此外，由于健康風(fēng)險評價是一種新的評價方法，其本身存在了許多的缺陷，如污染物的單位體重日暴露劑量、qi、RDfj以及單位體重的攝入劑量等因素的不確定性.故而在水環(huán)境重金屬評價方面，還有許多方面尚待深入研究和完善.

〔1〕 張可,胡志鋒,張勇,等.重慶市城區(qū)飲用水源健康風(fēng)險評價[J].四川環(huán)境,2007,26(2):71-73.

〔2〕 黃奕龍,王仰麟,譚啟宇,等.城市飲用水源地水環(huán)境健康風(fēng)險評價及風(fēng)險管理[J].地學(xué)前緣,2006,13(3):162-167.

〔3〕 高繼軍,張力平,黃圣彪,等.北京市飲用水源水重金屬污染物健康風(fēng)險的初步評價[J].環(huán)境科學(xué),2004,25(2):47-50.

〔4〕 李繼芳,崔仲明,紀(jì)忠義,等.鐵嶺市農(nóng)村飲用水重金屬及其健康風(fēng)險初步評價 [J].環(huán)境與健康雜志,2017,34(5):444-446.

〔5〕 魯長娟,郭娜,張菊,等.東平湖湖水汞砷形態(tài)賦存特征及健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境與健康雜志,2017,34(5):423-426.

〔6〕 張晟,黎莉莉,張勇,等.三峽水庫135m蓄水前后水體重金屬環(huán)境健康風(fēng)險評價 [J].環(huán)境污染與防治,2006,28(11):865-867.

〔7〕 王勇澤,李誠,孫樹青,等.黃河三門峽段水環(huán)境健康風(fēng)險評價[J].水資源保護(hù),2007,23(1):28-30.

〔8〕 孫樹青,胡國華,王勇澤,等.湘江干流水環(huán)境健康風(fēng)險評價[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2006,6(2):12-15.

〔9〕 張映映,馮流,劉征濤.長江口區(qū)域水體半揮發(fā)性有機(jī)污染物健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)研究,2007,20(1):18-23.

〔10〕 韓冰,何江濤,陳鴻漢,等.地下水有機(jī)污染人體健康風(fēng)險評價初探[J].地學(xué)前緣,2006,13(1):224-229.

〔11〕 蘇偉,劉景雙,王洋.第二松花江干流水環(huán)境健康風(fēng)險評價[J].自然資源學(xué)報,2007,22(1):79-85.

〔12〕 楊仝鎖,鄭西來,許延營,等.青島市黃島區(qū)飲用水源健康風(fēng)險評價[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2008,8(2):83-86.

〔13〕 李致春,桂和榮,陳松.宿州市護(hù)城河沉積物重金屬污染程度及來源分析 [J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2015,31(4):559-565.

〔14〕 余彬.徑惠渠灌區(qū)淺層地下水中重金屬的健康風(fēng)險評價[D].西安:長安大學(xué),2010.

〔15〕 王鐵軍.貴陽市淺層地下水污染健康風(fēng)險初步評價[D].貴陽:貴州大學(xué),2008.

〔16〕 李本云,吳攀,張翅鵬,等.黔中水利樞紐工程平寨水庫集水流域溶解態(tài)重金屬特征及健康風(fēng)險評價[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2013,13(3):122-127.

〔17〕 車飛.遼寧省沈撫污灌區(qū)多介質(zhì)重金屬污染的人體健康風(fēng)險評價[D].北京:中國環(huán)境科學(xué)研究院,2009.

〔18〕 張越男,李忠武,陳志良,等.大寶山尾礦庫區(qū)及其周邊地區(qū)地下水重金屬健康風(fēng)險評價研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,32(3):587-594.

〔19〕 林曼利,桂和榮,彭位華,等.典型礦區(qū)深層地下水重金屬含量特征及健康風(fēng)險評價-以皖北礦區(qū)為例[J].地球?qū)W報,2014,35(5):589-598.