重庆秀山县城市饮用水水质特征及健康风险评价

申娅，王爱雯，杨建波，严念，杨芳

(秀山土家族苗族自治县环境监测站，重庆 409900)

重庆秀山县城市饮用水水质特征及健康风险评价

申娅，王爱雯，杨建波，严念，杨芳

(秀山土家族苗族自治县环境监测站，重庆 409900)

以重庆市秀山县城市集中式饮用水水源地为研究对象，选取2011—2015年的水质监测结果，采用单因子污染指数法和健康风险评价模型对水质指标进行分析评估。结果表明：钟灵水库水质各项研究指标均满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水质标准要求，水质状况良好。研究指标的污染指数均小于1，其中Mn的污染指数最大。水体中致癌物的致癌风险水平为1.27×10-9～1.37×10-6a-1，成人和儿童总健康风险分别为0.19×10-6～0.43×10-6a-1和0.61×10-6～1.43×10-6a-1，成人和儿童总健康风险均低于ICRP的最大可接受风险水平(5×10-5a-1)1～2个数量级。

秀山县；饮用水水源地；健康风险评价

随着社会经济的快速发展，水环境污染问题日益严重。在世界淡水资源普遍缺乏的今天，世界各国越来越重视水质安全，尤其是饮用水水源的水质安全。联合国报告指出，在全球贫困地区因饮用水安全问题而死亡的人数平均每天高达2.5万，人体疾病80%因饮水不安全所致[1]。因此，饮用水水源地水质安全问题已成为国际社会高度关注的公共卫生焦点[2]。

本研究以第二届全国最佳生态保护城市——重庆市秀山县的城市集中式饮用水水源地为研究对象，采用单因子污染指数法对饮用水水源地水质状况进行特征分析，同时参考美国环境保护署(U.S. EPA)健康风险评价模型，将水体中致癌物与非致癌物通过饮水途径所致的人体健康风险进行评价分析，从而对饮用水水源地水质进行科学、准确的评价，以期为秀山县城市饮用水水源地环境保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1采样地点与分析方法

以重庆市秀山县城市集中式饮用水水源地为研究对象，选择该县钟灵水库库心(109.0559°E， 28.2841°N)为采样点，按照《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T 91—2002)[3]规定的地表水采样规范，于2011—2015年每月采集表层水样。选择《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)[4]中规定的方法进行测定，其中铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、铁(Fe)、锰(Mn)采用原子吸收分光光度计(北京普析，TAS-990)进行测定，砷(As)、汞(Hg)采用原子荧光分光光度计(北京海光，AFS-9700)进行测定，氟化物(F-)采用离子色谱仪(Dionex，ICS-1900)进行测定，六价铬(Cr6+)、氨氮(NH3-N)、挥发酚(C6H5OH)、氰化物(CN-)等采用可见分光光度计进行测定。

根据分析结果，采用单因子污染指数法对Cr6+、Cd、As、CN-、F-、C6H5OH、NH3-N、Cu、Zn、Pb、Hg、Fe、Mn等13个因子进行评价，选取Cr6+、Cd、As等3个因子进行致癌健康风险评估，选取监测的13个因子进行非致癌健康风险评估[5]。

1.2评价方法

1.2.1单因子污染指数法

单因子污染指数法以污染因子的执行标准为评价标准，能够直观地反映水环境中各项污染指标的情况，评价水环境受污染因子的污染程度[6-7]。其计算公式如下：

Pi=Ci/Si

(1)

式中，Pi为污染物i的单项污染指数；Ci为污染物i的实测浓度，mg/L；Si为污染物i的评价标准值，mg/L。

1.2.2健康风险评价

健康风险评价是建立污染物与人体健康定量联系的一种评价方法[8]。参考U.S. EPA健康风险评价模型，包括致癌风险模型、非致癌物风险模型和健康风险总评估模型[8-9]。公式如下：

Rig=[1-exp(-Dig×qi)]/Age

(2)

Hig=(Dig×10-6/RfDig)/Age

(3)

(4)

式中，R总为暴露人群经过饮水途径引起的健康总风险值，a-1；RC为暴露人群经过饮水途径引起的致癌总风险值，a-1；RH为暴露人群经过饮水途径引起的非致癌总风险值，a-1；Rig为致癌物i引起的人体致癌平均年风险，a-1；Hig为非致癌物i引起的人体非致癌平均年风险，a-1；Dig为致癌物i的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；qi为致癌物i的致癌强度系数，mg/(kg·d)；RfDig为非致癌物i的参考剂量，mg/(kg·d)；Age为暴露时间，d。

饮水途径单位体质量日均暴露剂量，按下式进行计算：

Dig=(Ci×VIR)/mBW

(5)

式中，Ci为饮水中污染物i的浓度，mg/L；VIR为暴露群体日均饮水量，L/d；mBW为暴露群体的平均体重，kg。

1.3评价标准及参数

1.3.1单因子污染指数法评价标准

研究水体水质单因子污染指数评价标准执行《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的III类标准限值，如表1所示。

表1 单因子污染指数法评价参考标准

1.3.2健康风险评价标准

参考国际癌症研究机构(IARC)风险评价模型，Cr6+、Cd和As的致癌物强度系数分别为41、15、6.1 mg/(kg·d)，非致癌物参考剂量如表2所示[10]。为科学评估研究水体对饮水人群的健康风险，饮水途径暴露参数参考《中国人群暴露参数手册》[11]与段小丽[12]的研究结果，如表3所示。

表2 非致癌物的参考剂量

表3 饮水途径暴露参数

为综合评价水安全状况，参考U.S. EPA与国际辐射防护委员会(ICPR)的推荐标准，各类人群平均可接受的风险水平为10-6～10-4a-1，可忽略风险水平为10-8～10-7a-1[2]，具体如表4所示。综合考虑我国社会、经济等方面的因素，本文按10-6a-1的可忽略风险水平进行健康风险评价[13-14]。

表4 最大可接受风险水平和可忽略风险水平

2 结果与讨论

2.1监测结果及特征

2011—2015年，钟灵水库水体中研究的13项水质指标(Cr6+、Cd、As、CN-、F-、C6H5OH、NH3-N、Cu、Zn、Pb、Hg、Fe、Mn)均满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水质标准要求。

对逐月监测数据进行Grubbs检验和t-检验，结果显示监测数据无异常，表明所采集样本能基本反映总体样本的特征。运用Danie趋势检验法与Spearman秩相关系数法对年际污染物浓度变化分析发现，研究时段内水体中各研究指标浓度变化无显著趋势。水体中各研究指标浓度存在细微差异，其中2011年的ρ(Hg)、2012年的ρ(Cu)和ρ(Cr6+)、2013年的ρ(Cr6+)、2014年的ρ(Fe)和ρ(Mn)等与其他年份相差较大。

2.2单因子污染指数法评价

由表5可以看出，2010—2015年，各研究指标的污染指数均小于1，说明研究水体水质状况良好。钟灵水库研究因子污染指数为1.00×10-3～2.69×10-1，其中Mn的污染指数最大，最大值是2014年的2.69×10-1。研究期间，13个因子中有Cd、CN-、C6H5OH、Zn、Pb等5个指标均低于分析方法的检出限。排除以上5个因子后，其余8个研究因子的年均污染指数排列顺序为：Mn>Fe>Cr6+>Hg>NH3-N>F->As>Cu，其中Mn、Fe、Cr6+、Hg、NH3-N、F-分别占5年年均各污染指数之和的24.5%、17.6%、17.6%、17.5%、16.2%、5.7%，其余因子占比均小于3%。同时，逐年比较发现：2011年Hg的年均污染指数最大，为2.35×10-1；2012年和2013年Cr6+年均污染指数最大，分别为1.88×10-1和1.97×10-1；2011—2015年Mn的污染指数总体呈上升趋势，其中2014—2015年Mn连续2年年均污染指数均大于另外7个因子。这可能与该地区的地质条件有关，该地区地下含水层土壤岩石中富含Mn元素，地下水在迁移运动过程中，导致水体中Mn浓度相对较高。综上所述，说明研究因子中Mn、Cr6+、Hg是研究水体水质的主要影响元素，应加强相关因子的防控。

表5 研究因子污染指数

注：为体现数据的完整性和可比性，未检出项目按方法检出限进行计算。

2.3健康风险评估

2.3.1暴露剂量

由表6可以看出，2010—2015年各因子暴露剂量为1.62×10-7～4.64×10-3mg/(kg·d)，各年度单个因子之间暴露剂量无明显变化。研究的13个指标通过饮水途径的暴露剂量排列顺序为：NH3-N>Zn>F->Fe>Mn>Pb>Cr6+>CN->Cu>Cd>C6H5OH>As>Hg，其中NH3-N、Zn、F-和Fe分别占5年年均各暴露剂量之和的40.9%、17.3%、14.2%和13.3%，其余因子占比较小。

表6 通过饮水途径引起的暴露剂量

2.3.2致癌风险评估

由表7可以看出，2010—2015年，钟灵水库化学致癌物的致癌风险水平为1.27×10-9～1.37×10-6a-1。研究的致癌物(Cr6+、Cd、As)中，Cr6+的平均年致癌风险最大，为1.37×10-7a-1。水体中致癌物所致健康危害的年风险顺序均为Cr6+>Cd>As，分别占致癌总风险的94.1%、5.4%、0.5%。成人和儿童两类人群中，成人的总致癌风险为1.27×10-9～0.42×10-6a-1，儿童的总致癌风险为4.16×10-9～1.37×10-6a-1，各年度儿童年均致癌风险均大于成人，说明化学致癌物通过饮水途径对儿童健康的影响更大。

对比ICPR的推荐水平(5×10-5a-1)，钟灵水库致癌物健康风险水平至少低于其1个数量级。除Cr6+外，Cd、As的致癌风险均低于U.S. EPA、ICRP等机构的最大可接受风险水平。3种致癌物中，Cr6+与As作为A类致癌物，U.S. EPA建议以1×10-6a-1风险水平进行控制。由表7可见，2012—2013连续两年，研究水体中的Cr6+在儿童群体中的风险水平均高于建议风险水平。因此，说明Cr6+是研究水体中的主要致癌污染因子，应加强Cr6+的风险管控。

表7 通过饮水暴露途径引起的致癌风险

2.3.3非致癌风险评估

通过各人群在饮水途径下引起的非致癌风险发现，2011—2015年，钟灵水库非致癌物所致健康危害的平均人体年风险水平处于1.04×10-15～1.83×10-10a-1。研究的两类人群中，儿童的年均化学非致癌风险水平为3.41×10-15～1.83×10-10a-1，成人的年均化学非致癌风险水平为1.04×10-15～5.60×10-11a-1，儿童的年均化学非致癌风险大于成人，约为成人的3倍，这说明化学非致癌物质通过饮水途径对儿童健康的影响远大于成人。13种非致癌物的健康风险均在可接受范围水平之内，其健康危害的年风险顺序均为：Mn>Fe>Pb>Cr6+>Cd>F->As>Cu>Zn>NH3-N>CN->Hg>C6H5OH，其中Mn占5年年均各风险水平之和的57.6%，Fe占20.7%，Pb占11.5%，其余各因子占比均未超过5%，这与单因子污染指数法分析结果基本一致。说明Mn是研究水体中的主要非致癌物因子，应加强对该因子的管控。

2.3.4健康风险总评估

由表8可以看出，2011—2015年，钟灵水库年度成人的总健康风险为0.19×10-6～0.43×10-6a-1，儿童的总健康风险为0.61×10-6～1.43×10-6a-1。研究水体的人均年健康风险均低于ICPR的推荐水平，低于其最大可接受风险水平(5.0×10-5a-1)至少1个数量级，低于U.S. EPA推荐的最大可接受风险水平(1.0×10-4a-1)至少2个数量级。两类人群中，成人的致癌风险和非致癌风险的数量级分别为10-7和10-11，儿童的分别为10-7～10-6和10-10，成人和儿童占总健康风险的比例分别为23.3%和76.7%。致癌物引起的人体健康风险远远大于非致癌物，至少高3个数量级，致癌物和非致癌物的人体健康风险分别占总健康风险的99.98%和0.02%，说明研究水体中致癌物是危害人体健康的主要物质。

另外，研究水体中化学致癌物的年风险值主要集中在10-7a-1水平，几乎达到可忽略风险水平；化学非致癌物的年风险值集中在10-10a-1水平，低于荷兰建设和环境保护部(10-8a-1)的可忽略风险水平2个数量级，基本不会对暴露人群构成明显的危害，可以忽略。研究水体总健康风险的大小顺序均为：Cr6+>Cd>As>Mn>Fe>Pb>F->Cu>Zn>NH3-N>CN->Hg>C6H5OH，其中Cr6+占5年年均各总健康风险之和的94.07%，Cd占5.39%，As占0.51%，表明水体中Cr6+对人体健康的风险最大。与成人比较，儿童群体的健康风险水平均高于成人，表明研究水体对儿童健康的影响更大，这与张晓惠[15]等的研究结果一致。

表8 通过饮水暴露途径引起的健康风险总值

4 结论

(1)2011—2015年，秀山县钟灵水库水质各项研究指标均满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水质标准要求，水质状况良好。

(2)2011—2015年13个研究指标的污染指数均小于1，其中最大值是2014年的Mn，为2.69×10-1，且Mn的年均污染指数占5年年均各污染指数之和的24.5%。说明研究因子中Mn是研究水体水质的主要影响元素，应加强该因子的防控。

(3)钟灵水库水体中成人和儿童的健康总风险均低于ICRP的最大可接受风险水平(5×10-5a-1)。健康风险顺序为致癌物>非致癌物，两者相差3个数量级以上，致癌物占99.98%。水体中致癌物的致癌风险水平为1.27×10-9～1.37×10-6a-1，致癌物风险顺序为Cr6+>Cd>As，Cr6+占总风险的94.1%。13种非致癌物的风险顺序为Mn>Fe>Pb>Cr6+>Cd>F->As>Cu>Zn>NH3-N>CN->Hg>C6H5OH，Mn占总风险的57.6%。成人和儿童总健康风险分别为0.19×10-6～0.43×10-6a-1和0.61×10-6～1.43×10-6a-1，各指标儿童的健康风险均高于成人，说明化学污染物对儿童的健康危害更大。因此，应优先控制致癌物Cr6+与非致癌物Mn通过饮水暴露途径引起的健康风险。

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Characteristics of Urban Drinking Water Quality and Health Risk Assessment in Xiushan County of Chongqing

SHEN Ya, WANG Ai-wen, YANG Jian-bo, YAN Nian, YANG Fang

(Environmental Monitoring Station of Xiushan District in Chongqing, Chongqing 409900, China)

This paper researches into the urban centralized source of drinking water in Xiushan county, Chongqing, and the water quality monitoring results there from 2011 to 2015 are selected as the object of study. The single factor pollution index method and health risk assessment model are used to analyze the water quality. The results show that all the indexes of Zhongling water reservoir achieved class Ⅲ water quality standards in the surface water environment quality standard (GB 3838-2002) which shows that the water quality was in good condition. Among the results, all the pollution indexes were below 1, with Mn dyeing index as the largest. The level of the carcinogenic risk was 1.27×10-9～1.37×10-6a-1. The level of total health risks of adults and children were 0.19×10-6～0.43×10-6a-1, and 0.61×10-6～1.43×10-6a-1respectively, both of which were 1 to 2 orders of magnitude below ICRP’s maximum acceptable risk level (5×10-5a-1).

Xiushan county; source of drinking water; health risk assessment

10.14068/j.ceia.2017.05.012

X820.4

： A

： 2095-6444(2017)05-0053-05

2017-03-31

申娅(1985—)，女，重庆酉阳人，工程师，主要从事环境监测和水资源保护研究，E-mail：yshen85@163.com

王爱雯(1983—)，男，重庆潼南人，工程师，主要从事环境管理和监测研究，E-mail：awwang83@163.com