北京市朝阳区生活饮用水中某些金属元素健康风险评价

张美云 赵艳玲 郭春城 王富嵩 吕鸥

据世界卫生组织(WHO)调查,人类80%的疾病与水相关,长时间饮用不洁净、不达标的水可以引起多种疾病[1]。在生活饮用水中有些物质即使含量极低,低剂量长期暴露也可能对人体健康产生风险。生活饮用水健康风险评价可以推算出污染物对人体健康具有极低或者无风险时的浓度,能够定量评估人群暴露于污染物所产生的健康危害[2],这为生活饮用水的相关法规和制度的制定及监管提供了科学依据[3]。通过对不同供水方式的饮用水中某些金属元素的健康风险评价,旨在了解北京市朝阳区暴露于不同供水方式的饮用水中某些金属元素对居民的健康风险,为今后饮用水的卫生安全保障提供科学依据。

1 对象与方法

1.1 对象 2015-2017年北京市朝阳区市政供水的末梢水和农村自备井集中供水末梢水监测数据。

1.2 采样 全区25个街道和地区市政水供水监测点共计27个,每月监测一次。共计采集市政末梢水水样972件;18个农村地区自备井集中式供水监测点共计36个,枯水期和丰水期各监测一次,共计采集水样432件。检测项目为GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中水质常规指标[4]。

1.3 检测方法 按照GB/T 5750-2006《生活饮用水标准检验方法》中的相关指标的方法进行样品检测。

1.4 质量控制 水样的采集、保存、运输和检测过程严格遵循GB/T 5750-2006《生活饮用水标准检验方法》的规定和本单位实验室检测质量控制手册的要求进行。每批次采样都采集空白对照样品,同时采集平行样进行检测。取15%的检测样品送到有CMA资质的第三方实验室进行实验室间结果比对,对结果有异常值的进行复测。

1.5 统计学方法 采用SPSS 19.0软件进行数据的统计分析,数据经统计分析均呈非正态分布,故使用中位数进行统计特征描述。

1.6 健康风险评价方法 按照美国环境保护局(USEPA)健康风险评价模型[5,6],利用《中国人群暴露参数手册》(成人卷)中北京的推荐值[7],进行不同供水方式饮用水中某些金属元素指标的健康风险评价。依据国际癌症研究中心(IARC)的化学物质分类,第1组和2A、2B组的化学物具有一定的致癌性,进行致癌风险评价,其余的进行非致癌风险评价。确定对8个金属指标进行健康风险评价,其中Pb、Cr6+为致癌物;Hg、Cu、Mn、Zn、Fe、Al为非致癌物。 暴露评价：本研究只关注通过饮水途径进入人体的剂量,通过饮用水暴露的金属物质的日均暴露剂量计算如下：CDI=(IR×Cw×ED×EF)/(BW×AT)(表 1)。

表1 饮水途径暴露参数

经饮用水暴露导致的单项致癌风险和总致癌风险,以及非致癌风险应用危害商来评价,计算公式如下：

致癌风险评价：Ri=CDI×SF

TR=∑i=1kRi

非致癌危害商：HQi=CDI/RfD

THQ=∑i=1jHQi

式中：Ri指经饮用水中特定有害健康效应而导致的终身超额危险度,即单项致癌风险。SF指由动物资料求得的人的致癌强度系数,单位为(kg×d)/mg;TR是总致癌风险。RfD指非致癌物的日摄入剂量,单位为mg/(kg×d);HQi指特定非致癌健康效应而产生的非致癌的终身超额危险度,即单项危险商值。THQ指总的终身危险度。

1.7 饮用水健康风险评价的判定标准 依据USEPA推荐的致癌物风险值[8]：风险值在 1×10-6～1×10-4范围内时,被认为是可以接受的范围;致癌物质健康风险值在1×10-6以下时,可认为对健康不产生危害;风险值在1×10-4以上时,认为风险不可接受。非致癌物健康风险评价标准为危险商值＜1。

2 结果

2.1 金属指标检测结果 2015-2017年,共采集市政末梢水972件,农村自备井集中式供水的自备末梢水432件。市政末梢水中的Fe和自备末梢水Fe、Mn、Al有一次检测超过国家标准,经复测全部合格。由于检测的结果经正态性检验,均不符合正态分布,因此用中位数来描述其结果,两组中位数值都低于国家标准规定的限值(表2)。

表2 不同供水方式末梢水中某些金属指标检测结果(mg/L)

2.2 朝阳区不同供水方式的饮用水中某些金属指标健康风险评价

2.2.1 健康风险评价金属指标的剂量-反应关系参数和推荐剂量：文中涉及的致癌物质的致癌斜率系数(SF)和非致癌物质的日均摄入剂量(RfD)参考EPA的综合危险信息系统(IRIS)和风险评价信息系统的数据[9](表3)。

表3 饮水途径某些金属元素暴露的健康风险评价的参数SF和RfD的值

2.2.2 不同供水方式的饮用水中某些金属指标致癌健康风险：由USEPA健康风险评价模型进行评价,市政末梢水和自备末梢水的饮用水中Cr6+和Pb的致癌健康风险值相同。两类供水方式的饮用水中致癌健康风险指标Cr6+最高,致癌物健康风险比较：Cr6+＞Pb;两类供水方式的饮用水中Cr6+的致癌风险均在USEPA规定的1×10-6～1×10-4的可接受范围内,Pb的致癌风险可忽略(表4)。

表4 不同供水方式的饮用水中某些金属指标致癌健康风险值(Ri)

2.2.3 不同供水方式的饮用水中某些金属指标非致癌健康风险：依据USEPA推荐的健康风险评价模型进行评价,不同供水方式的饮用水中各金属元素的非致癌风险商值HQi＜1,两类供水方式的饮用水中Hg的非致癌健康风险最高,指标Zn最低,非致癌物风险比较：Hg＞Fe＞Mn=Cu＞Al＞Zn,市政末梢水和自备末梢水的金属指标非致癌健康风险商值均相同(除Fe以外,表5)。

表5 不同供水方式饮用水中某些金属指标非致癌健康风险商值(HQi)

2.2.4 不同供水方式饮用水中某些金属指标总致癌风险和总非致癌风险：朝阳区不同供水方式饮用水中金属元素终身健康风险,整体来看,农村自备井集中式供水末梢水和市政供水末梢水健康风险差别不大,均在USEPA推荐的1×10-6～1×10-4可接受范围内。经饮用水暴露的金属指标的总致癌健康风险公式计算,不同供水方式的饮用水中总致癌风险均为4.87×10-5,在可接受的范围之内。不同供水方式的饮用水的金属指标总非致癌风险：市政末梢水为2.38×10-2,自备井末梢水为2.32×10-2,总风险商值均小于1。

3 讨论

3.1 近年来,我国学者陆续在各地对生活饮用水开展了一些健康风险评估[10-14]。本研究应用USEPA推荐的健康风险评价模型,对北京市朝阳区不同供水方式饮用水中金属指标 Cr6+、Pb、Hg、Cu、Mn、Zn、Fe 和Al对人体的健康风险情况进行评价,结果显示不同供水方式经饮用水途径暴露的金属指标 Hg、Cu、Mn、Zn、Fe和Al的非致癌健康风险商值均＜1,在可接受范围内,表明其不会对人体健康造成潜在危害;两类供水方式的饮用水中金属指标Pb的致癌健康风险小于1×10-6,可以忽略,指标Cr6+的致癌健康风险值也在可接受范围内,这与一些学者的研究结果相同[15-17];指标Cr6+的致癌健康风险比指标Pb的健康风险高了两个数量级,提示在今后的监测和评估中应引起一定的关注,防止其产生潜在风险。

3.2 本研究采用USEPA推荐的健康风险模型,健康风险评价中的风险估值可能存在不确定性,虽然暴露评价参照了《中国人群暴露手册》(成人卷)中北京市人群平均寿命、平均体重和日均饮水量,控制了地区间的差异,但是实际饮水量受季节影响比较大,各季节活动强度不同,人群饮水量有差别。其次,本研究仅关注了饮水途径暴露情况,没有考虑皮肤接触、吸入、食物摄入等其他途径的金属元素暴露情况,不能全面反映环境中金属元素暴露的人群健康风险情况。另外,环境污染物的暴露途径多样,人体生物放大效应较复杂,忽略了污染物对人体健康危害的协同或拮抗作用,也会使健康风险评价的结果产生一定的偏差。因此,建议在今后的相关研究中,加强对健康风险的不确定性研究,同时积极探索开发我国的健康风险模型,不断完善相关参数,建立我国的健康风险评价方法和国家级的技术指导规范等,才能更好、更精确地开展健康风险评价的工作。