四川德陽地區地下水環境健康風險評價

呂 利，吳 勇，孫先鋒，唐艷妮，王大川，艾曉艷

(1.成都理工大學 環境與土木工程學院，四川 成都 610059;2.四川地質環境監測總站，四川 成都 610081;3.成都自來水有限責任公司水二廠，四川 成都 610081)

四川德陽地區地下水環境健康風險評價

呂 利1，吳 勇1，孫先鋒2，唐艷妮3，王大川1，艾曉艷1

(1.成都理工大學 環境與土木工程學院，四川 成都 610059;2.四川地質環境監測總站，四川 成都 610081;3.成都自來水有限責任公司水二廠，四川 成都 610081)

通過采樣分析四川德陽地區地下水中 Hg、As、Cr6+、揮發酚、氰化物、Fe、Mn的污染狀況，采用美國環保署(USEPA)推薦的健康風險評價模型，評價德陽地區地下水對成人健康的風險。通過經口暴露和皮膚暴露兩種途徑計算，結果表明，成人對Hg、揮發酚、氰化物3種非致癌物質的經口暴露和皮膚暴露終身健康危險度均低于可接受風險水平10－6;As、Cr6+、Fe、Mn 4類物質經口暴露健康危險度比較高，其中 As為可接受風險水平的171.9倍，Cr6+為可接受風險水平的446.9倍;皮膚暴露健康危險度貢獻率總體比較小，絕大部分是由Cr6+提供;As、Cr6+對居民潛在的致癌風險非常明顯。經口暴露是地下水影響該地區居民終身健康并構成潛在風險最主要的途徑。

地下水;成人健康風險;經口暴露;皮膚暴露;危險度評估

地下水是農民飲用和灌溉的主要水源。隨著我國經濟持續高速發展，水環境問題日益嚴重。當前國內水質研究的重點仍側重于對水體污染程度的定性描述［1、2］、對水質等級的半定量評估［3］以及對河流水質參數的定量預測［4、5］，關于水體中物質對人體健康效應的研究十分匱乏。

環境健康風險評價是20世紀80年代以后發展起來的，它把環境污染與人體健康聯系起來，定量地描述環境污染對人群健康的危害，估算有害因子對人體危害發生的概率［6］。截止目前，國外學者已對水環境健康風險評價的理論、方法與應用開展了大量的研究［7－11］，而國內學者的研究則相對較晚［12－16］。

以四川德陽地區地下水環境為研究對象，采用美國環保署(USEPA)推薦的健康風險評價模型［17］，調查成年人對地下水中金屬、重金屬、氰化物和揮發酚的暴露劑量和健康風險分布特征，評估地下水對成人健康的風險水平。

1 理論及方法

1.1 暴露劑量的確定

居民對該地區地下水的暴露途徑為"經口暴露"和"皮膚暴露"兩種。其中，經口暴露主要包括日常飲食攝水和洗浴過程中隨機攝水，計算公式如下:

式中:ADDoral為經口暴露劑量，mg/kg· d;CW為水中污染物濃度;mg/L;IR為攝入率，L/d;EF為暴露頻率，d/a;ED為暴露持續時間，a;BW 為人體質量，kg;AT為平均時間，d。

皮膚暴露吸收的劑量計算公式如下:

式中:ADDabsorption為皮膚吸收劑量，mg/kg·d;CW、IR、EF、ED、BW、AT 同上。

SA為皮膚接觸表面積，cm2;PC為化學物質皮膚滲透常數，cm/h;ET為暴露時間，h/d;CF為體積轉換因子，10－3L/cm。

1.2 健康風險計算方法

將地下水中檢測到的污染物分為非致癌性物質(有閾)和致癌性物質(無閾)兩類，具體計算公式如下:

式中:R為發生某種特定有害健康效應而造成等效死亡的終身危險度;ADD為非致癌性物質的日均暴露劑量，mg/kg· d;RfD為化學污染物的某種暴露途徑下的參考劑量，mg/kg·d;10－6為與 RfD相對應的假設可接受的危險度水平。

式中:R為人群患癌終身超額危險度，指0歲人群的期望壽命70 a;ADD為日均暴露劑量，mg/kg·d;q(人)為有動物推算出來人的致癌強度系數，(mg/kg·d)－1。

在計算人群對污染物的暴露劑量的基礎上，根據暴露劑量和污染物的參考劑量或致癌強度系數計算健康危險度。

2 評價計算

2.1 水質分析

該研究數據是通過作者團隊實地取樣分析和環境監測站提供得到。水樣均來自天然暴露地下水和居民水井，取樣地點為Z1－Z10共10個點。具體數據見下表(表1)。

表1 取樣水質實驗數據 mg/L

2.2 健康風險評價參數的選擇

根據美國EPA綜合風險數據庫(IRIS)數據庫資料，以及國際癌癥研究機構(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，對于非致癌物質所致健康風險評價，參考劑量(RfD)是一個重要參數;而對于致癌物質，健康評價需要通過化學致癌物強度系數(q)確定。上述與評價有關的指標所對應的參考劑量和化學致癌強度系數分別列于下表(表2、表3)

表2 非致癌物質參考劑量

表3 化學致癌物強度系數

2.3 暴露劑量計算

本研究只針對該地區成人進行，根據USEPA手冊［15］確定成人的相關參數，經口暴露的攝入率為2.2 L/d;飲用水暴露頻率為365 d/a;皮膚表面積1.82 m2;體重64 kg;每天淋浴時間15 min;對化學物質的暴露，經口暴露持續時間70 a，游泳時間50 a;幾種化學物質的皮膚滲透系數PC如下(表4)。

表4 幾種化學物質的皮膚滲透系數 cm/h

根據上述公式和參數計算得到該地區取樣點成人經口暴露劑量和皮膚暴露劑量結果見下表(表5、表6)。

表5 經口暴露劑量 mg/kg.d

由表5和表6可以看出，

(1)調查地區無論是通過經口暴露還是皮膚暴露，人們對Fe和Mn的暴露劑量都相對較高。經口暴露途徑Fe的暴露劑量在 1.719E－03到 4.228E－02區間范圍內，是 Hg、As、Cr6+、揮發酚、氰化物暴露劑量的 50～1230倍;經口暴露途徑 Mn的暴露劑量在3.438E－04到4.428E－02范圍內，是 Hg、As、Cr6+、揮發酚、氰化物暴露劑量的10～1288倍。皮膚暴露途徑 Fe和 Mn的暴露劑量分別是 Hg、As、Cr6+、揮發酚、氰化物暴露劑量的33.3～820倍和8.3～1073倍。

(2)不管是針對哪種指標，其經口暴露劑量都比皮膚暴露劑量大的多，可見經口暴露途徑是人體接觸地下水化學物質的主要暴露途徑。

2.4 健康風險計算結果

通過各指標經口暴露劑量和皮膚暴露劑量分別算出相應指標對人體健康的危害度，結果見下表(表7、表8)。

表6 皮膚暴露劑量mg/kg·d

表7 經口暴露終身健康危險度和患癌超額危險度

表8 皮膚暴露終身健康危險度和患癌超額危險度

由表7、表8可以看出:

(1)非致癌物質經口暴露的終身健康總危險度，Hg、揮發酚、氰化物均低于可以接受的風險水平10－6，但是 Fe除了 Z2、Z10區，Mn除了Z1、Z5、Z6、Z9區外都超出了可以接受的風險水平10－6;而非致癌物質皮膚暴露的終身健康總危險度均低于可以接受的風險水平10－6，呈現Fe、Mn相對較高的態勢。

(2)對于具有致癌作用的As和Cr6+造成的患癌終身超額危險度，經口暴露途徑遠遠超過了可以接受的風險水平10－6;皮膚暴露途徑As在可接受風險水平之內，Cr6+略高于可接受風險水平。

(3)經口暴露健康危險度貢獻率主要由 As、Cr6+、Fe、Mn提供，尤其是As、Cr6+，分別達到了70%和27%左右。也就是說致癌物質所造成的健康危險度貢獻率占97%，是經口途徑影響人類健康的主要污染物，相關部門有必要進行相應的治理。皮膚暴露健康危險度貢獻率總體比較小，絕大部分是由Cr6+提供，其余指標影響微弱。

(4)該地成人各種指標成人經口暴露健康危險度明顯大于皮膚暴露健康危險度。經口暴露是該地區地下水影響成人健康并構成潛在風險的最主要途徑。

2.5置信度分析

USEPA健康風險評價模型，把飲用水中的有害物質與人體健康聯系起來，定量描述有害物質對人體健康產生危害的風險，該模型在健康風險評價中具有重大的意義。然而在水環境中，健康風險評價系統包含了大量的不確定性因素:

(1)地下水環境本身就是一個比較復雜的水 －巖作用系統，包括大量的有機、無機化合物，并且受地理環境和地表水滲透的影響，成分更加復雜多變。

(2)研究涉及的指標低于檢出限時，采用的1/2檢出限代替，具有一定的主觀性，由此產生的計算結果不準確，可能偏大。

(3)研究采用 USEPA公布的計算模型，并且國內相關計算參數還不確定，只能套用美國參數。這就導致所計算的結果與實際結果存在差異。

(4)該研究只針對地區的成人進行，對于小孩、青少年，甚至是男、女差別，計算時所涉及的參數也會不一樣，比如水的攝入率、體重、皮膚表面積等等。由此得到的最終評價結果也會不一樣。

3 結論和建議

(1)該地區地下水對居民健康終身危險度貢獻率主要是以經口暴露途徑為主，Cr6+＞As＞Fe＞Mn＞Hg＞氰化物 ＞揮發酚，As、Cr6+分別達到了70%和27%左右。

(2)四川德陽地區以地下水為主要飲用水源，但是 As、Cr6+、Fe、Mn導致的健康風險度很大，尤其是 As、Cr6+，As為可接受風險水平的171.9倍，Cr6+為可接受風險水平的446.9倍，使當地地下水整體致癌風險較高，相關部門應該采取相應措施。

(3)該地區地下水已經被化學物質污染，并且在相當長一段時間內很難恢復，居民也應該注意自身的飲水安全。有關部門應該加強化工廠排污管理，減少新增易排污企業，減小地下水二次污染的危險系數。

由于我國目前還沒有關于健康風險評價技術標準以及相關的參數，建議有關部門應該加強健康風險評價的工作研究，促進人體健康與地下水環境的數據相關性的發展。另外有機物的污染在評價工作中還不夠深入，建議在有機污染物聯合作用機理上進行更深入的研究，為我國地下水衛生標準的完善提供可靠的依據，為針對人類健康采取的措施提供理論保障。

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1004－1184(2012)01－0098－04

2011－07－13

呂利(1986－)，男，四川內江人，在讀碩士研究生，主攻方向:地下水評價與保護。