白洋淀淀中村非规范垃圾堆放地下水污染健康风险评价

李鸣晓，安达，2* ，杨昱，霍守亮，赵国鹏，万书明，宋彩红

1.中国环境科学研究院，北京 100012

2.北京师范大学环境学院，北京 100875

3.东北农业大学生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150030

白洋淀位于华北平原中部河北省保定市东45 km，是华北平原常年积水的最大湖泊。近年来，随着保定市工业生产和城市建设的快速发展，白洋淀地区地下水开采量急剧增加，加之气候及人为因素作用，当地地下水污染问题日益突出。除了上游城市点源及面源污染外，淀内污染也是白洋淀地下水的重要污染源之一，尤其是淀中村生活垃圾的非正规堆放，加之缺乏相应的防渗措施［1］，导致垃圾渗滤液中污染物经包气带进入含水层污染地下水问题尤为突出［2-6］。然而，地下水作为白洋淀淀中村极其重要的饮用水源，直接与当地居民的人体健康密切相关，评价淀中村地下水污染对人体产生健康危害的风险，对于保障居民饮水安全具有非常重要的意义［7-10］。

健康风险评价以风险度作为评价指标，把环境污染与人体健康联系起来，定量描述污染对人体产生健康危害的风险［11-14］。目前普遍采用的健康风险评价方法是1989年由美国国家环境保护局(US EPA)颁布的《超级基金场地健康评价手册》中提出的四步法，即数据收集和数据评估、毒性评估、暴露评估、风险表征。完整的健康风险评价应包括对大气、土壤、水和食物链四种介质携带的污染物通过食入、吸入和皮肤接触三种暴露途径进入人体对人体健康产生危害的评价［15］。因此，笔者针对白洋淀淀中村浅层地下水污染问题，将食入和皮肤接触作为人体主要摄入途径，对地下水中污染物进入人体产生的危害进行评价。

1 材料与方法

1.1 采样分析

1.1.1 样品采集与保存

样品采集:2010年3月(枯水期)和8月(丰水期)分别对淀中村周围的7个采样点的浅层地下水进行了样品采集(图1)。取样前在第一次洗井24 h后再用贝勒管洗井，洗出水量达到井中贮水体积3～5倍，同时保证水样的pH、电导率、氧化还原电位、溶解氧、浊度、水温等参数值保持稳定。现场以pH测试结果连续三次浮动在±0.1以内判定为稳定。

图1 白洋淀淀中村地下水采样点分布Fig.1 Groundwater sampling sites distribution of the village in Baiyangdian Lake

样品保存:检测BOD5的水样用1 L塑料瓶收集;检测重金属的水样用125 mL加入硝酸做保护剂的塑料瓶收集;检测VOCs的水样用预先存放有浓盐酸溶剂、具聚四氟乙烯密封垫的玻璃瓶收集;检测SVOCs-N和-N的水样用具聚四氟乙烯密封垫的1 L棕色玻璃瓶收集;检测CODCr的水样用250 mL塑料瓶收集;检测大肠杆菌及细菌总数的水样用500 mL无菌磨口玻璃瓶采集并用锡纸包住瓶口。所有样品盖紧后均用聚四氟乙烯膜密封，4℃下保存。

1.1.2 分析方法

现场监测项目为水位、pH、电导率、气温等。水质监测项目及分析方法参见HJ/T 164—2004《地下水环境监测技术规范》附录B(规范性附录):地下水监测分析方法。

1.1.3 质量控制

为评估从采样到样品运输、贮存和数据分析等不同阶段的质量控制效果，在现场采样过程中设定现场质量控制样品，包括现场平行样、旅行空白样等。在采样过程中，考虑到每批采集的样品数均低于20个，在每批同类样品中均选取1个采样点做平行样，平行双样相对偏差控制在5%以下。

实验室质量控制包括精密度控制、准确度控制、标准样品及测试过程中受到干扰时的处理手段，参见HJ/T 164—2004《地下水环境监测技术规范》附录C(规范性附录):地下水监测实验室质量控制指标。

1.2 人体健康风险评价

1.2.1 毒性评估

依据国际癌症研究署的致癌性分类标准和US EPA的IRIS数据库，判定目标污染物是否具有致癌性，即是致癌物质，还是非致癌物质，并获得目标污染物毒性数据。

1.2.2 暴露剂量计算

参考US EPA手册［16］并结合淀中村居民问卷调查结果，暴露人群分别考虑成年人和儿童，人群的平均体重(BW)分别取60和30 kg，人均寿命取70 a。

1.2.2.1 经口暴露

参考US EPA手册［16］并结合淀中村居民问卷调查结果，成年人和儿童的饮水摄入率(IR)分别取2.0和0.8 L/d;暴露频率(EF)取365 d/a;暴露持续时间(ED)取人均寿命70 a;平均暴露时间(AT)取25550 d(以人的寿命70 a计)，CW为地下水中目标污染物质量浓度，mg/L;ADDdietary为经口暴露剂量，mg/(kg·d)，其计算公式为:

1.2.2.2 皮肤暴露

皮肤暴露主要指洗浴时身体皮肤与地下水接触，参考US EPA手册［16］，成年人的平均皮肤接触表面积(SA)为16600 cm2，儿童为12000 cm2。根据当地的气候和人群生活方式，人群平均每周洗浴3次，暴露频率(EF)为156 d/a，每次洗澡时间为0.35 h。CF为单位转换因子，10-3L/cm3。ADDdermal为皮肤吸收剂量，mg/(kg·d)，其计算公式为:

式中，PC为化学物质皮肤渗透常数，cm/h;ET为暴露时间，0.15 h/d。

1.2.3 风险表征

风险评价时通常根据污染物的致癌性将其分为致癌和非致癌两类分别评价，由于目标污染组分-N、-N、Hg在水体中对人体均只产生非致癌影响，因此只需评价其非致癌健康风险，其计算公式如下:

式中，R为发生某种特定有害健康效应而造成等效死亡的终身危险度;ADD为非致癌化学污染物的日均暴露剂量，mg/(kg·d);RfD为化学污染物的日均非致癌参考剂量，mg/(kg·d)。

总的健康风险计算公式为:

其中，i为暴露途径;j为污染物种类。

2 结果与讨论

2.1 水质分析结果

通过对7个采样点的地下水水样进行分析，并与垃圾渗滤液中主要成分进行比对，得知由于非规范垃圾堆放导致白洋淀淀中村地下水污染的主要目标污染物为-N、-N、Cr6+和Hg。它们在7个采样点的地下水中丰、枯水期浓度见表1。

通过与GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中集中式饮用水地表水源地特定项目标准限值进行比对可知，Hg在当地浅层地下水中的超标情况较为严重，在最严重的采样点(7#)超标79倍，平均超标29倍。7#采样点Hg超标严重的原因可能是其所处位置生活垃圾堆放场相对最为集中，且从现场调查的情况来看，该采样点周边的生活垃圾中电池、灯管等废弃物数量较多，由未经处理的电池、灯管等含汞废弃物长期堆存所致。此外，虽然地下水中NO3--N浓度并未超标，但由于采集的垃圾渗滤液中该污染物浓度较高，会通过淋溶不断进入地下水，因此将-N作为地下水污染潜在污染物一并作为目标污染物开展健康风险评价。

2.2 评价结果

2.2.1 毒性评估

表1 白洋淀淀中村地下水水样分析结果Table 1 Analysis results of groundwater samples mg/L

表2 目标污染物的毒性数据Table 2 Toxic dose data for target contaminants

2.2.2 暴露剂量计算

利用式(1)计算得到的经口暴露的暴露剂量，见表3。

利用式(2)计算得到的经皮肤暴露的暴露剂量，见表4。

利用式(3)，根据选定的参数、成年人和儿童对污染物的暴露剂量，计算得到成年人和儿童对4种目标污染物的暴露风险，见表5。

表3 经口暴露的暴露剂量计算结果Table 3 Computing results of exposure dose via dietary intake mg/(kg·d)

表4 皮肤暴露的暴露剂量计算结果Table 4 Computing results of exposure dose via dermal intake mg/(kg·d)

表5 目标污染物对成年人及儿童的暴露风险Table 5 Exposure risk levels of target contaminants for adults and kids

利用式(4)计算得到白洋淀淀中村非规范垃圾堆存导致的浅层地下水污染对人体健康风险值见表6。

2.3 不确定性分析

2.3.1 污染物种类和浓度的不确定性

对四种目标污染物的健康风险进行了评价，但随着淀中村垃圾堆存种类和数量的变化，加之降水量的变化，将导致进入地下水中的污染物种类和数量发生变化，相应各类人群的暴露剂量和潜在的健康风险也将随之发生变化。

表6 成年人和儿童非致癌健康风险计算结果Table 6 Computing results of non-cancerous health risk for adults and kids

2.3.2 暴露评价和健康风险评价参数的不确定性

由于计算经口暴露和皮肤暴露剂量的相关参数时引用的是US EPA暴露因素手册中的数值，而美国人和中国人在体征和生活习惯上有所不同，因此参数与我国实际相比较存在一定的差异。同时，由于经皮肤途径的日均参考剂量参数的缺乏，笔者将四种目标污染物经口的参考剂量看作与食入途径的日均参考剂量一致，这也将对健康风险评价结果造成一定的偏差。

此外，研究中忽略了污染组分对人体健康危害的协同或拮抗关系，也将对健康风险评价结果产生一定的影响。

2.4 讨论

对于非致癌风险，当风险指数超过1时，认为会对人体健康产生危害。从健康风险评价结果可以看出，7个采样点地下水对人体综合风险几乎均大于1(仅3#采样点地下水对儿童的综合风险为0.994)，表明该地区地下水对当地居民人体健康造成的风险应该引起重视。

成年人和儿童两类人群经口暴露的健康风险均远远大于皮肤(表6)。因此，经口暴露途径为主要的风险途径，其风险贡献率几乎达到100%。

从风险值的计算结果来看，成年人经口暴露的风险大于儿童，而其皮肤暴露的风险小于儿童。这是因为成年人单位体重的饮水摄入率大于儿童，而儿童单位体重的皮肤接触表面积大于成年人。

无论是经口暴露还是皮肤暴露途径，四种目标污染物中Hg的风险均远大于其他三种，因此白洋淀淀中村地下水污染控制应该将Hg作为重点控制对象。

3 结论与建议

由于白洋淀淀中村生活垃圾长年随意堆放，导致地下水污染对周边居民人体健康造成的风险不容忽视。无论成年人还是儿童，经口暴露途径为主要的风险途径，并且地下水中Hg的风险贡献最大，其风险贡献率达98%。针对白洋淀淀中村目前存在的污染问题，急需对其随意堆放的生活垃圾，尤其是含汞废弃物(电池、灯管等)采取合理有效的收运和处理，对其污染的地下水进行修复，以减少对周边环境和人群健康的影响。

［1］魏全伟，柳领君，刘金霞.白洋淀淀中村生活垃圾污染机制及治理措施［C］//新农村建设与环境保护:华北五省市区环境科学学会第十六届学术年会优秀论文集.石家庄:河北人民出版社，2009:482-485.

［2］SUMAN M，RAVINDRA K，DAHIYA R P，et al.Leachate characterization and assessment of groundwater pollution near municipal solid waste landfill site［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2006，118:435-456.

［3］PAPADOPOULOU M P，KARATZAS G P，BOUGIOUKOU G G.Numerical modeling of the environmental impact of landfill leachate leakage on groundwater quality:a field application［J］.Environmental Modeling and Assessment，2007，12(1):43-54.

［4］LIU L，CHENG S Y，GUO H C.A simulation assessment modeling approach for analyzing environmental risks of groundwater contamination at waste landfill sites［J］.Human and Ecological Risk Assessment，2004，10(2):373-388.

［5］陈忠荣，王翊虹，袁庆亮，等.北京地区垃圾填埋场对地下水的污染及垃圾填埋场选址分区［J］.城市地质，2006，1(1):29-33.

［6］郭敏丽，王金生，刘立才.非正规垃圾填埋场地下水污染控制技术比较［J］.水资源保护，2009，25(4):28-30.

［7］黄磊，李鹏程，刘白薇.长江三角洲地区地下水污染健康风险评价［J］.安全与环境工程，2008，15(2):26-29.

［8］康天放，周忠亮，曹雯雯，等.某非规范垃圾填埋场地下水中健康风险评价［J］.环境与健康杂志，2008，25(3):209-211.

［9］LONGE E O，BALOGUN M R.Groundwater quality assessment near a municipal landfill，Lagos，Nigeria［J］.Research Journal of Applied Sciences，Engineering and Technology，2010，2(1):39-44.

［10］段小丽，王宗爽，于云江，等.垃圾填埋场地下水污染对居民健康的风险评价［J］.环境监测管理与技术，2008，20(3):20-24.

［11］曾光明，卓利，钟政林，等.水环境健康风险评价模型［J］.水科学进展，1998，9(3):212-217.

［12］毛小苓，刘阳生.国内外环境风险评价研究进展［J］.应用基础与工程科学学报，2003，11(3):266-273.

［13］胡二邦.环境风险评价实用技术和方法［M］.北京:中国环境科学出版社，2000.

［14］耿婷婷，张敏，蔡五田.浅谈健康风险评价中的问题及建议［J］.安全与环境工程，2012，19(1):48-50.

［15］US EPA.Risk assessment guidance for superfund volume Ⅰ:human health evaluation manual(Part A):EPA/540/1289/002［R］.Washington DC:Office of Emergency and Remedial Response US EPA，1989.

［16］US EPA.Exposure factors handbook:EPA/600/P-95/002［R］.Washington DC:US EPA，1997.▷