五大連池重碳酸礦泉水中Mn、Ni離子的健康風險評價

王菁華，謝振華，楊 臣，李 博

(黑龍江省科學院火山與礦泉研究所，黑龍江五大連池164155)

1 引言

五大連池礦泉水是火山噴發后形成的富含多種微量元素的、高品位的珍貴礦泉水資源。在五大連池自然風景保護區內分布有規模不等、類型多樣的百余眼露頭泉眼［1］。其中，南北飲泉的重碳酸鐵硅質復合礦泉水，是世界3大冷礦泉之首，其品質高于法國維希礦泉和俄羅斯高加索礦泉，享有“神泉”、“圣水”的美譽。該類型礦泉水水溫常年保持在4℃，富含多種礦物質元素，二價鐵含量較高，在泉水涌出地面后極易氧化高價態的鐵的氧化物，同時礦泉水中錳和鎳離子的含量也較高［2～4］。五大連池礦泉水具有較高的醫學療養作用，在民間已有上千年的應用歷史。每年有大量游客及患者來此飲用五大連池礦泉水，用以治療胃腸疾病、皮膚病及泌尿系統疾病等［5～8］。

微量元素在人體中具有重要作用。鎳是人體必需的微量元素，是胰島素的重要輔酶，具有重要的生理功能。錳是構成機體內數十種酶的活性基團或輔助因子，又是某些酶的激活劑。錳可增強蛋白質代謝，影響糖代謝中若干酶的作用。其他的離子也在生命活動中起著重要的作用［9，10］。但是，科學研究已經證實微量元素過量時對生物體的毒性作用，例如人體鎳含量過多，對內分泌有不良影響，并且鎳的最大毒性表現在它是一種致癌金屬，可導致DNA損傷和細胞毒害作用，是腫瘤促進劑。人體錳含量過高對內分泌系統有很大影響［11，12］。

五大連池礦泉水富含多種微量元素，是優質、無污染的健康水源。重碳酸礦泉水中Mn、Ni含量較高，長期飲用是否對人體具有危害還待進一步研究。本文利用健康風險評價方法對五大連池重碳酸礦泉水中Mn、Ni離子引起的健康風險進行了評價。該方法是是由美國國家工程學院和國家科學院于1972年首先提出，并于1983年的《紅皮書》中正式提出，包括危害識別、劑量—效應分析、暴露評價及風險表征4個主要部分［13～16］。目前，國內外對重金屬離子引起的健康風險評價的研究較多，但是開展礦泉水中金屬離子引起的健康風險評價的工作較少。因此，開展五大連池重碳酸礦泉水中Mn、Ni離子的健康風險評價，對正確認識和飲用礦泉水具有參考作用。

2 資料與方法

2.1 健康風險評價模型

根據重金屬離子Mn、Fe通過飲水途徑進入人體后所引起的健康風險，采用美國環保局推薦的軀體毒物質的風險評價模型，軀體毒物質風險評價模型(經飲水途徑):

五大連池火山區位于黑龍江省北部，黑河地區南部，地處小興安嶺與松嫩平原的過渡地帶。風景區總面積為 1060 km2，其地理坐標為東經 125°42'～ 127°37'，北緯48°16'～49°12'。五大連池區礦泉水，北起五池東南岸邊，南至藥泉山，長約15 km，呈南北向帶狀分布，為受同一南北向脆性斷裂構造系統控制。藥泉山鐵質重碳酸鹽碳酸礦泉水區，分布在藥泉山的東側，由于地幔熱柱活動產生的CO2，沿導氣構造上升溶解于水，形成弱的碳酸礦水。這種酸性水，對圍巖有較強的溶蝕力，在徑流遲緩而又較為封閉的環境中便形成了含各種化學組分，有較高礦化度的原生礦泉水。根據黑龍江省科學院火山與礦泉研究所提供的礦泉水水質監測數據，監測時間為2010年1月～2011年12月，各月監測值數據見表1。

式中Ri為軀體毒物質重金屬j經飲水途徑的平均健康危害個人年風險，a－1;1×10－6為軀體毒物質 i的可接受風險水平;Di為軀體毒物質經飲水途徑的單位體重日均暴露劑量，mg/kg·d。Rfd為軀體毒物質i經飲水途徑參考劑量，mg/kg·d;

式中CW為水中化學污染物的濃度，mg/L;IR為水的日攝入量，L/d;BW為人均體重，Kg;AT為平均壽命，a。根據相關統計數據和文獻，成年人的日均飲水量IR取值為2.2 L，我國居民的人均體重BW取值為60 Kg，平均壽命AT取值為70年。

假設各重金屬物質對人體健康危害的毒性作用呈相加關系，而不是協同和拮抗關系，則飲水途徑重金屬總的健康風險R總為:

2.2 研究區域概況與數據來源

表1 重碳酸礦泉水Mn、Ni含量監測數據 CW/(mg/L)

根據國際癌癥研究機構(IARC)和世界衛生組織(WHO)通過全面評價化學物質致癌性可靠程度而編制的分類系統，可知Mn和Ni為軀體毒物質，其 Rfd取值見表2。由表1數據可知，南飲泉重碳酸礦泉水中Mn離子的含量超過《飲用天然礦泉水》(GB 8537－2008)標準限值0.4 mg/L10倍以上。正常成人需鐵量約12～18 mg/d。礦泉水中總鐵含量較高。直接飲用南飲泉中碳酸礦泉水對人體存在健康風險的軀體毒物質為Mn離子和Ni離子。2010年其含量平均值 Mn為 5.42 mg/L，Ni為 0.08 mg/L;2011 年 Mn為4.89 mg/L，Ni為 0.075 mg/L。分別計算軀體毒物質中金屬離子Mn和Ni通過飲水途徑對人體造成的健康危害。

表2 軀體毒物質通過飲水途徑的參考劑量

健康風險評價是通過建立人體健康與有毒物質的關系，定量描述各種基因毒物質和軀體毒物質等對人體造成的危害及其發生概率。我國有關健康風險評價的研究起步較晚，鑒于目前的研究結果，本文參考國際輻射防護委員會及部分機構推薦的有毒物質個人年風險最大可接受水平(表3)進行評價。

表3 部分機構推薦的最大可接受風險水平和可忽略的風險水平

3 結果與分析

根據健康風險評價模型和評價參數，可以計算出2010年和2011年通過飲用南飲泉重碳酸礦泉水水源，軀體毒物質金屬離子Mn和Fe造成的平均個人年風險及個人年總風險，計算結果見表4。

表4 軀體毒物質Mn、Ni通過飲水途徑的個人年風險 a－1

由表4數據可以看出，南飲泉的軀體毒物質Mn和Ni的平均個人年風險分別為 2.03 ×10－8(1.88 ×10－8)和2.09×10－9(1.96 ×10－9)，遠遠低于 ICRP 推薦的標準年風險度5×10－5。這表明飲用南飲泉礦泉水，金屬離子Mn和Ni引起的健康風險甚微，不會對常年飲用礦泉水的人群構成明顯危害。并且由表中數據可知，礦泉水中軀體毒物質的個人年總風險均低于ICRP標準，說明飲用該類型礦泉水Mn和Ni引起的健康風險非常低。但是，礦泉水中Mn和Ni的含量超過《天然飲用礦泉水》中的標準限值，應該預先經過處理后飲用。

本文僅應用健康風險評價模型定量描述五大連池重碳酸礦泉水中Mn和Ni兩種金屬離子對人體健康危害的影響，暴露途徑主要是攝入，并沒有考慮其他金屬離子對人體健康造成的影響，也沒有考慮通過其他暴露途徑如通過浸浴、呼吸等途徑造成的影響。因此，評價所得的風險應小于實際的風險值。

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