濟(jì)南市典型地段地下水氨氮污染分析評(píng)價(jià)

仲衍偉，陳鴻漢，付麗，胡濤

(1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083;3.山東煤礦技術(shù)服務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

地下水一直以來都是濟(jì)南市重要的飲用供水水源。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和都市化進(jìn)程的加快，“三廢”排放造成的環(huán)境問題日益加劇，該市的地下水已出現(xiàn)污染的苗頭[1－3]由于地下水污染不易覺察而且難以治理和恢復(fù)，因此早期發(fā)現(xiàn)是避免地下水污染的最好方法。

地下水中氨氮濃度的變化是反映地下水早期污染的良好指標(biāo)。一是由于氨氮易溶于水，往往會(huì)在地下水受到污染的時(shí)候，先于其它污染物在水質(zhì)指標(biāo)上反映出來;二是氨氮污染物在地下水中存在廣泛(美國(guó)曾對(duì)10多萬(wàn)口水井進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有20%的水井氨氮含量超標(biāo)，中國(guó)進(jìn)行調(diào)查的57座城市中，地下水氮超標(biāo)的有46座)。因此本文對(duì)濟(jì)南市多個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的氨氮濃度變化進(jìn)行了分析研究，希望能夠?yàn)樵撌械叵滤廴镜姆乐翁峁┮环N簡(jiǎn)便有效的預(yù)警方法。

氨氮污染物在發(fā)達(dá)國(guó)家作為非致癌污染物被納入人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之中，我國(guó)對(duì)飲用水中的氨氮污染物也很重視，飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749—2006)對(duì)氨氮做了嚴(yán)格規(guī)定，氨氮(以NH3計(jì))的限值為0.5mg/L。本文借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的模型，針對(duì)該市地下水中的氨氮污染物通過飲用途徑對(duì)人體健康的影響進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況

濟(jì)南市南依泰山，北鄰黃河，區(qū)內(nèi)地勢(shì)南高北低，由丘陵山區(qū)逐漸過渡到為山前平原。該市南部山區(qū)屬于泰山褶皺的北翼，地層平緩，有小規(guī)模的斷裂發(fā)育，由南往北依次出露太古界泰山群變質(zhì)巖、寒武系薄層石灰?guī)r、奧陶系巨厚石灰?guī)r，至山前逐漸為新生界第四系松散堆積物覆蓋，市區(qū)北部還發(fā)育有大量的侵入巖體、奧陶系巨厚石灰?guī)r廣泛分布在南部山區(qū)，巖溶裂隙發(fā)育好，連通性強(qiáng)，是主要的含水層，寒武系地層在奧陶系石灰?guī)r之下作為隔水底板，市區(qū)北部的侵入巖體可以作為北部隔水邊界，從而形成一個(gè)完整的儲(chǔ)水構(gòu)造。該區(qū)域內(nèi)的地下水主要來自大氣降水，經(jīng)南部山區(qū)裂隙巖溶通道運(yùn)移，到市區(qū)附近遇到巖漿巖體阻隔，水位上升，形成泉水排泄。

該市地下水的儲(chǔ)存條件較好，由于含水層奧陶系石灰?guī)r本身厚度較大，且主要補(bǔ)給區(qū)南部山區(qū)植被覆蓋率高，市區(qū)附近含水層又有第四紀(jì)覆蓋，使得地下水得到較好的保護(hù)，不易受到污染。

2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)氨氮濃度對(duì)比分析

濟(jì)南市的地下水水質(zhì)一向良好，但是近幾年地下水出現(xiàn)了一些污染的跡象，主要特征是地下水中氨氮濃度的大幅增長(zhǎng)。表1是2005—2007年該市4個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)氨氮污染物的年均值。

表1 2005—2007年4個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)氨氮污染物的年均值表 mg/L

由上表可以看出(1)2005年至2007年，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水中都有氨氮出現(xiàn)。(2)2005年除古城監(jiān)測(cè)點(diǎn)沒有檢測(cè)外，其它三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨氮濃度都小于或等于地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類的限值(≤0.02mg/L);2006年四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨氮濃度都超過地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類的限值，使得地下水質(zhì)量降為Ⅲ類，氨氮污染嚴(yán)重影響了地下水的水質(zhì)。(3)2007年白泉監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨氮濃度比2005年增長(zhǎng)接近9倍;大楊莊監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨氮濃度2007年比2005年增長(zhǎng)1倍;峨嵋山監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨氮濃度2007年與2005年相比增長(zhǎng)3倍多;古城監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨氮濃度2007年比2006年增長(zhǎng)了3倍。2005年至2007年間，該市地下水中的氨氮濃度如此大幅度增加可以說明兩點(diǎn):一是地下水中的氨氮是來自人為污染，而非天然背景(來自天然背景的污染物，濃度一般比較穩(wěn)定);二是污染源還沒有得到有效控制，污染有可能繼續(xù)擴(kuò)大。(5)截止2007年，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水中的氨氮濃度都還沒有超出GB5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的限值。

3 地下水中氨氮污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

從上述分析來看，到2007年為止，該市地下水雖然受到氨氮的污染，但水質(zhì)仍然符合GB5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，作為飲用水仍然是合格的。那么，居民喝了這樣的水對(duì)健康是否有害?風(fēng)險(xiǎn)有多大?本文采用美國(guó)環(huán)保署推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)地下水中氨氮對(duì)人體健康的危害指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。

3.1 評(píng)價(jià)模型

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)飲用水源進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已建立起較為完整的體系，我國(guó)近年來也開始有了一些這方面的研究。綜合國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究成果，通過飲用途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可由下面公式計(jì)算[4－20]:

3.1.1 暴露劑量

式中:CDI為污染物經(jīng)飲用途徑的單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d);C為飲用水中化學(xué)污染物的濃度，mg/L;DI為成人每日平均飲水量，L/d;BW為成人平均人體體重，kg。

3.1.2 化學(xué)污染物非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

式中:HQ為化學(xué)物質(zhì)的非致癌危害指數(shù);RfD為參考劑量mg/(kg·d)。

3.1.3 參數(shù)的確定

評(píng)價(jià)模型中的氨氮參考劑量取0.97mg/(kg·d)，成人每日平均飲水量取2.2L/d，人均體重采用成人人均體重 64kg[21]。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果討論

圖1 2005—2007年4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水中氨氮通過飲水途徑的健康危害指數(shù)柱狀圖

由圖1可見:(1)白泉監(jiān)測(cè)點(diǎn)氨氮通過飲水途徑的健康危害指數(shù) 2005年 0.00035438、2006年0.001382088、2007 年 0.0034375;古城監(jiān)測(cè)點(diǎn) 2005年未檢出、2006 年0.00081508、2007 年0.00336662;峨眉山監(jiān)測(cè)點(diǎn) 2005年 0.000354381、2006年0.00184278、2007 年 0.00163015;大楊莊監(jiān)測(cè)點(diǎn)氨氮通過飲水途徑的健康危害指數(shù)為2005年0.0007088、2006 年 0.0013466、2007 年0.00141753;(2)2007年4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水中的氨氮通過飲水途徑的健康危害指數(shù)，白泉＞古城＞峨嵋山＞大楊莊。(3)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水中的氨氮健康危害指數(shù)都遠(yuǎn)小于1，說明截止到2007年，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水中的氨氮含量都沒有超過參考劑量，還不會(huì)對(duì)人體健康造成危害，但地下水中出現(xiàn)氨氮是地下水污染的危險(xiǎn)信號(hào)，此時(shí)及時(shí)采取措施，可以防止污染的進(jìn)一步惡化。

3.3 不確定分析

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中的每一步都可能存在著一定的誤差，充分分析健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)各個(gè)階段可能存在的不確定性，可以幫助我們科學(xué)認(rèn)識(shí)和對(duì)待健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果。以下5點(diǎn)是影響本次健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要不確定性因素:

(1)本次研究飲用途徑造成的健康風(fēng)險(xiǎn)，沒有考慮呼吸方式和皮膚接觸方式引起的健康風(fēng)險(xiǎn)，因此健康危害指數(shù)相應(yīng)比實(shí)際數(shù)值要小一些。

(2)沒有考慮氨氮與硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的相互轉(zhuǎn)化，沒有疊加硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的健康危害指數(shù)，健康危害指數(shù)也會(huì)相應(yīng)減小。

(3)只計(jì)算了氨氮的健康危害指數(shù)，沒有疊加其他污染物的健康危害指數(shù)，健康危害指數(shù)也要相應(yīng)減小。

(4)由于無法確定該區(qū)域有多少人飲用地下水，無法統(tǒng)計(jì)該區(qū)域受到影響的人群平均壽命和人均體重等數(shù)據(jù)，因此，評(píng)價(jià)模型中的平均壽命和人均體重采用該地所在省份的人均壽命75歲和該地所在省份的成人人均體重64kg，會(huì)與實(shí)際情況存在一定誤差。

4 結(jié)論

綜合以上對(duì)濟(jì)南市典型地段地下水中氨氮污染的分析、評(píng)價(jià)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:

(1)該市地下水中氨氮污染已經(jīng)出現(xiàn)，對(duì)地下水的水質(zhì)影響較大。

(2)3年間該市地下水中的氨氮濃度成倍增長(zhǎng)，說明地下水中的氨氮是來自人為污染，而非天然背景，而且污染源還沒有得到有效控制，污染有可能繼續(xù)擴(kuò)大。

(3)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水中的氨氮健康危害指數(shù)都遠(yuǎn)小于1，說明截止到2007年，該市地下水中的氨氮還不會(huì)對(duì)人體健康造成危害。

(4)3年間該市地下水中氨氮濃度大幅上升，是地下水受到人為污染的信號(hào)，應(yīng)及時(shí)采取措施，防止地下水水質(zhì)的進(jìn)一步惡化。

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