寶雞市飲用水源地重金屬健康風險評價

耿雅妮， 楊寧寧， 董 潔， 梁青芳， 張 軍, 2

(1.寶雞文理學院 陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室， 陜西 寶雞 721013；2.長安大學 旱區地下水文與生態效應教育部重點實驗室， 陜西 西安 710064)

1 研究背景

飲用水源安全關系到廣大人民群眾身體健康和社會穩定。目前，重金屬污染是水源地水環境面臨的重要問題之一[1]，一些重金屬是人體必需的微量營養元素，但當它們的含量超過飲用水中允許的極限時，可能會對人體健康產生極其不利的影響[2]。因此，檢測重金屬在水源地飲用水的含量，并進行健康風險評價，是掌握水源地水質安全與否的重要手段，同時也可為建立完善的飲用水源重金屬污染控制系統和預警機制提供科學依據。

基于風險度為衡量指標的健康風險評價方法，可定量描述環境污染物經人體暴露等途徑以及危害人體健康的風險程度[3]。目前，在水源地飲用水重金屬污染健康風險評價的研究中，美國環境保護署(US EPA)推薦的健康風險評價模型被國內外眾多學者所采用[4-6]，但模型中固定的參數使用于不同的研究區域，難以真實反映當地飲用水源地的健康風險程度；同時隨著城市化的發展，城市(特別是工業城市)飲用水源地類型的多樣化，用單一水源地飲用水的健康風險值去衡量整個城市飲用水源地的健康風險值，存在一定片面性[7-8]。寶雞市經濟的發展主要以工業為支撐，市區飲用水源地主要以清姜河、馮家山水庫及部分井水為主，在城市工業化進程中，頻繁的工業活動有可能對城市水源地飲用水的水質安全造成影響，因此，對寶雞市水源地飲用水重金屬含量監測及健康風險評估，對飲水安全與水質風險管理的開展尤為重要。

本文以寶雞市水源地飲用水為研究對象，采用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)對寶雞市水源地飲用水中8種主要重金屬含量進行監測；并基于寶雞市人均壽命及陜西省成人和兒童的平均體重，運用US EPA所推薦的健康風險評價模型，分別對不同水源地飲用水中的重金屬含量進行人體健康風險評價，為寶雞市飲用水源地環境風險管理提供科學依據。

2 區域與方法

2.1 研究區概況

寶雞市坐落于渭河谷地之上，是陜西省西部重要的工業城市。市區面積約106 km2，人口近150萬。屬于暖溫帶半濕潤氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充足，市區飲用水水源地主要以清姜河、馮家山水庫及部分地下井水為主。

2.2 樣品采集與處理

2017年4月期間于清姜河、馮家山水庫及部分地下井水共采集樣品24個(圖1)，樣品使用聚乙烯瓶采集，樣品采集后運回實驗室，過0.45 μm濾膜后，加入硝酸溶液使pH小于2，以防止樣水中離子沉淀，然后放入冰箱冷藏保存。

圖1 實驗水樣品采樣點分布

2.3 樣品測定

重金屬水樣采用ICP-MS(NexION 350X，PE，USA)進行測定。實驗所用試劑均為優質純，標準溶液在實驗過程中逐級配制，實驗容器均采用同等濃度硝酸溶液浸泡，使用優純水沖洗、晾干，并且在測試樣中加標樣進行校核。

2.4 評價模型

采用US EPA的評價模型[9-10]，評價水源地飲用水中重金屬對人體造成的健康風險，模型如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

RT=Rc+Rn

(6)

式中:RT為總個人健康風險值。

2.5 評價模型中參數因子取值的確定

國際癌癥研究機構(IARC)將Cr、As、Ni和Cd劃分為致癌物質，將Pb、Cu、Mn和Zn劃分為非致癌物質，模型中各重金屬經飲水途徑的劑量取值如表1所示。

3 結果與分析

3.1 重金屬濃度

寶雞市水源地飲用水重金屬濃度如表2所示，除井水中未檢測出Cd元素外，其余各元素均在各水源地中檢出。

將檢測結果與文獻[13-14]對比，在各類型水源地水體中，各水源地飲用水中Pb濃度的均值接近國家標準的限值，且Pb濃度的最大值均超標，其余各元素濃度的最大值與均值均低于國家標準的限值。因此，說明寶雞市水源地飲用水中，重金屬Pb受到人為活動影響較嚴重。

表1 模型中各重金屬經飲水途徑的劑量取值 mg/(kg·d)

表2 寶雞市主要水源地飲用水重金屬含量 μg/L

3.2 健康風險評價

依據公式(1)～(5)，得到寶雞市主要飲用水水源地非致癌健康風險和致癌健康風險，評價結果見表3和4。由表3得，寶雞市水源地飲用水中，兒童和成人總非致癌風險分別在1.09×10-7～3.25×10-7和1.05×10-7～3.12×10-7a-1之間，均低于1.0×10-6a-1，處于可接受風險水平，兒童總非致癌健康風險值大于成人總非致癌健康風險值。非致癌重金屬的健康風險排序為Zn>Pb>Cu>Mn。

由表4可知，寶雞市各水源地飲用水中，清姜河與馮家山水庫飲用水中致癌物質的風險值排序為：Cr>As>Cd>Ni，井水中致癌物質的風險值排序為：Cr>As>Ni>Cd，人均年致癌風險均超過了國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風險水平(5.0×10-5a-1)。兒童和成人總致癌風險分別在4.95×10-4～6.84×10-4a-1和4.75×10-4～6.57×10-4a-1之間，各水源地年均總致癌風險值排序均呈現出兒童略大于成人的特征。其中，Cr的健康風險值與總致癌風險值處于同一數量級，說明Cr是主要風險因子。

表3 寶雞市主要飲用水水源地非致癌重金屬健康風險評價值 a-1

表4 寶雞市主要飲用水水源地致癌物健康風險評價值 a-1

3.3 健康風險比較

由公式(6)得，健康風險為致癌風險和非致癌風險之和。寶雞市各飲用水源地水中，各致癌重金屬健康風險集中在7.17×10-11～6.71×10-4a-1之間，各非致癌重金屬健康風險集中在4.19×10-12～3.05×10-7a-1之間，因此，研究區健康風險主要來自致癌風險。從圖2可知，研究區健康風險排序為：井水>清姜河>馮家山水庫，在不同年齡段中的年均健康風險排序為：兒童>成人，說明兒童較成人相比，是更脆弱群體，即對兒童飲用水安全的防控和管理需要格外加強。

圖2 各飲用水水源地水環境健康風險

4 討 論

寶雞市水源地水中非致癌總風險值：井水(1.18×10-6)>清姜河(5.92×10-7)>馮家山水庫(3.97×10-7)，總非致癌風險值低于馬海濤等[4]、韓芹芹等[5]、黃睿智等[6]對我國其他城市水源地飲用水的研究結果，也低于ICRP和US EPA的推薦值(5.0×10-5a-1和1.0×10-4a-1)。將本研究重金屬的實測濃度值與地表水環境質量標準(GB3838-2002)[13]進行對比，寶雞市各水源地水中Pb濃度的最大值均超過國家標準，究其原因，主要是受到工農業活動導致Pb超標，馮家山水庫主要水源補給以流經農田區的渭河支流為主，上游入口處為千湖濕地公園，水庫兩側有寶漢高速、104省道及隴千鐵路延伸段；清姜河沿岸有212省道等重要交通干線，長年有大量的交通運輸。研究表明[16-18]，交通排放對地表灰塵中Pb含量有直接影響，含有Pb的灰塵通過干濕沉降的方式進入路旁水體，從而使水源地水體中Pb濃度均值接近國家標準。同時，馮家山水庫和清姜河周邊分布有旅游接待、娛樂等設施，旅游活動產生的各類垃圾對水體中重金屬污染也不容忽視。建議依法取締飲用水水源保護區內的違法旅游等項目，消除該區域生產生活污水對飲用水源的污染，確保水源安全，避免其通過飲水途徑對人體(尤其是兒童)健康的傷害。

此外，由于本次研究中采集寶雞市飲用水源地水樣，但因居民在飲用過程中會對其進行二次凈化處理，致使重金屬在末梢飲用水中實際濃度值與本次檢測值會有所出入，也未對供水季節變化、暴露參數、人群飲水習慣差異等不確定性因素進行分析。針對上述不足，還有待深入探討。

5 結 論

(1)寶雞市水源地飲用水中各重金屬濃度均值均低于國家標準限值，水質達標，各水源地Pb濃度最大值均超過了國家標準限值，平均值接近國家標準限值，應引起注意。

(2)寶雞市水源地飲用水健康風險以致癌風險為主，Cr是首要風險因子。寶雞市各主要水源地飲用水對兒童的健康風險略大于成人健康風險。

(3)寶雞市水源地飲用水健康風險排序依次為：井水>清姜河河水>馮家山水庫水。