安徽北部农村地区地下水重金属健康风险评价

王 曜，林曼利，齐晴晴，王思维，谢 哲

（1.宿州学院 环境与测绘工程学院，宿州234000；2.宿州学院 资源与土木工程学院，宿州234000）

安徽北部农村地区地下水重金属健康风险评价

王 曜1，林曼利2，齐晴晴1，王思维1，谢 哲2

（1.宿州学院 环境与测绘工程学院，宿州234000；2.宿州学院 资源与土木工程学院，宿州234000）

为了解安徽北部农村地区地下水重金属污染对人类健康产生危害的风险，采集了26个农村地下水样品，测试分析了Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr和Cd七种重金属，并采用美国环境保护局（USEPA）推荐的风险评价模型对健康风险进行了初步评价。结果表明：非致癌污染物（Mn、Zn、Cu、Pb和Ni）的平均个人年风险分别为1.21×10-10a-1、8.46×10-11a-1、2.93×10-10a-1、8.29×10-10a-1和2.89×10-10a-1，均远低于国际辐射委员会（ICRP）推荐的最大可接受值（5.0×10-5a-1）和USEPA推荐的健康风险等级标准（1×10-4a-1），基本不会对暴露人群构成明显危害；致癌污染物（Cd 和Cr）饮水途径健康危害平均个人年风险分别为1.44×10-6和1.93×10-5a-1，超出瑞典环境保护署、荷兰建设和环境部和英国皇家协会推荐标准（1×10-6a-1），Cr甚至超出19倍，为研究区首要污染物，应引起环境卫生部门的重视。

农村地区；地下水；重金属；健康风险评价；安徽北部

在我国，约61％的城市以地下水作为饮用水源（中华人民共和国环境保护部，2011），70％的人口以地下水作为饮用水源（姜林等，2012；张新钰等，2011），地下水对国民经济发展和饮水安全至关重要，但当前我国地下水正面临量和质两方面的突出问题。一方面，地下水供需矛盾日益突出。水利部统计资料表明，全国 669 座城市中有 400 座供水不足，110 座严重缺水（季谭，2006），且地下水资源开发利用量呈迅速增长态势，已由20世纪70年代的570亿立方米/年，增长到2009年的1098亿立方米，三十年间增长了近一倍（中华人民共和国环境保护部，2011）。另一方面，在多种污染源作用下，我国地下水污染严重。有关部门对118个城市连续监测数据显示，约64％的城市地下水遭受严重污染，33％的地下水受到轻度污染，基本清洁的城市地下水只有3％（经济日报，2013）。2013年，“较差—极差”的地下水环境质量的监测点比例为59.6％，且与上年相比，变差的监测点比例为18.0％（中华人民共和国环境保护部，2014）。另外，“城市向周边蔓延”已成为地下水污染的一个趋势，农村地下水面临严峻挑战。

重金属是环境中普遍存在的一类污染物，具有高稳定性、可累积性和毒性等特点（吴兴让等，2010），可以通过工农业及生活废水的排放、降水径流和大气沉降等途径进入水体，积累到一定程度会对水中的动植物产生严重危害，并可以通过饮水和食物链等途径直接或间接地影响到人类健康（罗风基等，1995）。因此长期的重金属积累，对人体的神经系统和各个器官会产生极大危害（陈奔等，2012）。除此之外，重金属污染物中不少具有致突变、致畸、致癌作用。因此对饮用水水质进行健康风险评价是非常必要的。

研究区地处华北平原南部，属暖温带季风气候，包括六市（淮北市、亳州市、宿州市、蚌埠市、阜阳市、淮南市）五县（定远县、凤阳县、明光市、寿县、霍邱县），国土面积5.3万平方公里，2010年末总人口3633.5万人，分别占安徽全省的38％和53.5％（安徽省人民政府网，2012），区内煤炭资源丰富，在安徽省经济社会发展格局中占有重要地位。国内部分地区已有地下水健康风险评价的研究，研究尺度多集中于城市供水水源，针对农村地下水健康风险评价的研究尚不多见。从目前研究现状看，未有针对安徽北部农村地区地下水开展重金属健康风险的研究报道。农村地下水水质安全与人们生活息息相关，开展安徽北部农村地区地下水重金属污染健康风险评价，对提高人们饮用水安全意识，以及区域地下水污染与防治有重要意义。

1 样品采集与测试

1.1 样品采集

地下水采样时间为2013年5月，共采集26个采样点，采样点分布见图1所示。一般从村民家中压水井或潜水泵直接进行取样，采样容器为事先已用蒸馏水清洗干净的聚乙烯塑料瓶，取样前5 min先弃去水样，然后用各采样点水样润洗采样瓶3次，采集满瓶后密封，采样量为1000 mL，于24 h内带回实验室。

1.2 指标测试

水温、pH和电导率在现场测试。带回实验室的样品首先用0.45 μm微孔滤膜对所采水样进行抽滤，然后加入优级纯HNO3调pH≤2。处理后的样品储存于4℃冷藏柜中备用。采用原子吸收分光光度计（TAS-990）石墨炉法测定了Cd、Cr、Cu、Pb和Ni 五种重金属，Mn和Zn 采用火焰法测定，定量方法均采用外标法，测试回收率依次为93.64％、105.84％、101.83％、111.92％、95.50％、93.15％和96.96％。

2 结果与讨论

2.1 测试结果分析

通过测定，地下水中7种重金属元素测试结果及特征统计列于表1。

由表1可以看出，七种重金属元素平均值大小依次为：Zn＞Mn＞ Ni＞Cu＞Pb＞Cr＞Cd。与生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）相对照，个别采样点中Mn、Zn、Pb和Ni四种重金属含量均有超标现象，超标率依次为11.538％，3.846％，3.846％和15.385％。研究区水样中Cu、Cd和Cr的含量范围低于GB5749-2006和USEPA饮用水质量标准。Mn、Zn和Ni的含量平均值低于GB5749-2006和USEPA饮用水质量标准；Pb的平均含量已超出了GB5749-2006，应予以关注。

图1 研究区采样点分布图Fig.1 Location of the study area and distribution of sampling regions

表1 地下水重金属含量统计（mg·L-1）Table 1 Statistical summary of heavy metals in groundwater

2.2 重金属健康风险评价

健康风险评价（Health Risk Assessment，HRA），用于描述和评估一个体患某种疾病或因此疾病而死亡的可能性，是将人体与环境污染联系起来，定量描述环境污染物质对人体健康产生危害程度的评价方法（曾光明等，1998）。自20世纪80年代至今，USEPA建立了很多方法学的导则和框架指南等，并且将健康风险评价概述为四个步骤：危害鉴定、毒性评估、暴露评价及风险表征（田裘学，1997）。当前国内外对地下水健康风险评价的基本原理相同，都包含致癌污染物与非致癌污染物的健康风险评价，但采用的评价方法和评价模型存在着差异。USEPA在健康风险评价方面的成果多、应用广，为很多环境立法机构所接受。本文采用USEPA健康风险评价模型，选择饮水途径来估算人群暴露量，进而进行健康风险评价。

2.2.1 评价模型

化学致癌物质与化学非致癌物通过饮水途径产生的个人健康风险分别按模型公式（1）和公式（2）计算

式（3）中，w为日均饮水量，成人一般取值2.2 L·d-1；Ci/j为污染物i饮水途径的质量浓度，mg·L-1；A为人均的人体体重，成人取70 kg。

水中多种重金属对人体健康的危害累积效益有相加、协同和拮抗三种关系，主要取决于与重金属混合物的组分、各组分的浓度以及作用的目标生物有关（余斌，2010）。假设重金属污染物对人体健康产生的危害程度呈累加关系成立，则地下水中重金属污染物通过饮水途径产生的总的健康危害风险即为通过饮水途径导致的化学致癌物所致的总致癌风险（Rc）与通过饮水途径导致的非致癌污染物所致的总致癌风险（Rc）之和，公式为：

2.2.2 参数选择

根据癌症研究机构（IARC）和世界卫生组织（WHO）等相关资料，Cd和Cr为化学致癌物，Mn、Cu、Zn、Pb和Ni为非化学致癌物。同时，查得与此次评价有关的参数见表2。

2.2.3 结果分析

根据健康风险评价模型，模型参数以及26个采样点测得的数据，计算出化学致癌物和化学非致癌物的饮水途径健康危害的平均个人年风险和总风险，结果见表3。

表2 饮水暴露途径下模型参数qi和RfDj值Table 2 Values of qiand RfDjof model parameters via drinking water

由表3可以看出，研究区地下水中非致癌污染物Mn、Zn、Cu、Pb和Ni通过饮用水途径产生的健康风险平均值分别为1.21×10-10、8.46×10-11、2.93×10-10、8.29×10-10和2.89×10-10a-1，风险等级从高到低排序依次为Pb＞Cu＞Ni ＞Mn＞Zn。李祥平等（2011）对广州主要饮用水源中重金属研究结果表明，西江下陈村和北江三水地段的重金属元素Pb的含量大于Cu，与本区域研究结果一致。胡英等（2010）对我国桂林毛村地下河重金属健康风险评价研究结果表明，非致癌污染物Pb、Cu和Zn所引起的平均个人年风险分别为2.02×10-8、6.65×10-9和3.82×10-11a-1，风险等级从高到低依次为Pb＞Cu＞Zn。本研究非致癌物的健康风险平均值集中于10-11～10-10，远低于国际辐射委员会（ICRP）推荐的最大可接受值5.0×10-5a-1和USEPA推荐的健康风险等级标准1×10-4a-1，基本不会对暴露人群构成明显危害。

致癌污染物Cd和Cr通过饮用水途径的健康风险平均值分别为1.44×10-6和1.93×10-5a-1，没有超过ICRP和USEPA的健康风险等级标准。孙超等（2009）对上海市饮用水研究结果表明，陈行水库段各采样点致癌物质的风险大小均表现为Cr＞Cd，与本研究结果一致。深圳7七市主要水库由致癌物质所产生的健康风险的数量级为10-5～10-4（黄奕龙等，2006），高于本研究的健康风险数量级。此外，本研究中Cd和Cr的健康风险等级均已超过瑞典环境保护署、荷兰建设和环境部和英国皇家协会推荐的健康风险等级（1×10-6a-1），且Cr的健康风险等级超出19倍，为主要污染物，应引起卫生部门的重视，并采取相应措施进行治理。

2.3 不确定性分析

本文仅选取了Mn、Zn、Cu、Pb、Cd、Ni和Cr等7种重金属，没有考虑其他有毒有害物质对人体产生的危害，并且暴露途径研究单一，仅考虑了平均饮水摄入途径，没有考虑其他暴露途径（如皮肤接触等），这实际上是低估了重金属暴露的危害风险（吴兴让等，2010）。由于参考剂量RfDj是以动物为实验载体来推测对人类产生的危害，所以具有着一定的偏差。此外，致癌强度系数qi会因为人类流行病学资料积累而不断更新，使得化学致癌物的致癌强度系数也存在着不确定性（秦雯雯等，2011）。

表3 化学致癌物和化学非致癌物的饮水途径健康危害的平均个人年风险和总风险（a-1）Table 3 The health risk and total risk caused by the carcinogens，the chemical non-carcinogens by the drinking water pathway

4 结论

（1）研究区地下水中，致癌污染物Cd和Cr对人体健康危害的个人年风险明显高于非致癌污染物Mn、Zn、Cu、Pb和Ni的年风险。

（2）致癌污染物与非致癌污染物的健康风险等级均未超过ICRP和USEPA的标准，但致癌污染物Cd和Cr的健康风险等级超过了瑞典环境保护署、荷兰建设和环境部和英国皇家协会推荐标准，应引起有关部门的重视，尤其加强对Cr的监测和控制。

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Health risk assessment of heavy metals in the groundwater of rural area，northern Anhui Province

WANG Yao1，LIN Man-li2，QI Qing-qing1，WANG Si-wei1，XIE Zhe2
（1. School of environment science and spatial informatics，Suzhou University，Suzhou 234000，China； 2. School of resources ＆amp； civil engineering，Suzhou University，Suzhou 234000，China）

To understand the risk of heavy metal pollution in the groundwater on human health in the northern rural area，Anhui province，we have collected 26 groundwater samples，and analyzed seven heavy metals，including Mn，Zn，Cu，Pb，Ni，Cr and Cd. Moreover，a preliminary assessment on health risk has been done by using the risk assessment model recommended by the United States Environment Protection Agency （USEPA）. The results show that the average personal annual risk of non-carcinogenic pollutants （Mn，Zn，Cu，Pb and Ni） is 1.21×10-10a-1，8.46×10-11a-1，2.93×10-10a-1，8.29×1010-10a-1and 2.89 × 10-10a-1respectively，which is much lower than the maximum acceptable value （5.0×10-5a-1） recommended by the international Radiation Commission （ICRP） and the health risk level standard （1×10-4a-1） recommended by the USEPA，therefore，basically no evident harm will be made to the exposed population； while the average personal annual risk of Carcinogenic pollutants （Cd and Cr） via ways of drinking water is 1.44×10-6and 1.93×10-5a-1，which is beyond the standard （1×10-6a-1） recommended by the Swedish Environmental Protection Agency，the Dutch Ministry of Construction and Environment and the British Royal Society. Especially Cr，which is 19 times exceeded，and is taken as the primary pollutant in research area. So the local environmental health department should pay great attention to it.

rural areas； groundwater； heavy metals； health risk assessment； north of Anhui province

X824

A

1674-9901（2015）01-0053-06

10.7515/JEE201501007

2014-10-10

安徽省高校自然科学研究项目（KJ2013B291）；宿州学院科研平台开放课题（2012YKF16）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201410379008）；宿州学院第八届大学生科研项目（KYLXLKZD14-05）

林曼利，E-mail：linmanli112@126.com