王 曜，林曼利，齊晴晴，王思維，謝 哲

（1.宿州學院 環(huán)境與測繪工程學院，宿州234000；2.宿州學院 資源與土木工程學院，宿州234000）

安徽北部農(nóng)村地區(qū)地下水重金屬健康風險評價

王 曜1，林曼利2，齊晴晴1，王思維1，謝 哲2

（1.宿州學院 環(huán)境與測繪工程學院，宿州234000；2.宿州學院 資源與土木工程學院，宿州234000）

為了解安徽北部農(nóng)村地區(qū)地下水重金屬污染對人類健康產(chǎn)生危害的風險，采集了26個農(nóng)村地下水樣品，測試分析了Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr和Cd七種重金屬，并采用美國環(huán)境保護局（USEPA）推薦的風險評價模型對健康風險進行了初步評價。結(jié)果表明：非致癌污染物（Mn、Zn、Cu、Pb和Ni）的平均個人年風險分別為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，均遠低于國際輻射委員會（ICRP）推薦的最大可接受值（5.0×10-5a-1）和USEPA推薦的健康風險等級標準（1×10-4a-1），基本不會對暴露人群構(gòu)成明顯危害；致癌污染物（Cd 和Cr）飲水途徑健康危害平均個人年風險分別為1.44×10-6和1.93×10-5a-1，超出瑞典環(huán)境保護署、荷蘭建設(shè)和環(huán)境部和英國皇家協(xié)會推薦標準（1×10-6a-1），Cr甚至超出19倍，為研究區(qū)首要污染物，應引起環(huán)境衛(wèi)生部門的重視。

農(nóng)村地區(qū)；地下水；重金屬；健康風險評價；安徽北部

在我國，約61％的城市以地下水作為飲用水源（中華人民共和國環(huán)境保護部，2011），70％的人口以地下水作為飲用水源（姜林等，2012；張新鈺等，2011），地下水對國民經(jīng)濟發(fā)展和飲水安全至關(guān)重要，但當前我國地下水正面臨量和質(zhì)兩方面的突出問題。一方面，地下水供需矛盾日益突出。水利部統(tǒng)計資料表明，全國 669 座城市中有 400 座供水不足，110 座嚴重缺水（季譚，2006），且地下水資源開發(fā)利用量呈迅速增長態(tài)勢，已由20世紀70年代的570億立方米/年，增長到2009年的1098億立方米，三十年間增長了近一倍（中華人民共和國環(huán)境保護部，2011）。另一方面，在多種污染源作用下，我國地下水污染嚴重。有關(guān)部門對118個城市連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，約64％的城市地下水遭受嚴重污染，33％的地下水受到輕度污染，基本清潔的城市地下水只有3％（經(jīng)濟日報，2013）。2013年，“較差—極差”的地下水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測點比例為59.6％，且與上年相比，變差的監(jiān)測點比例為18.0％（中華人民共和國環(huán)境保護部，2014）。另外，“城市向周邊蔓延”已成為地下水污染的一個趨勢，農(nóng)村地下水面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

重金屬是環(huán)境中普遍存在的一類污染物，具有高穩(wěn)定性、可累積性和毒性等特點（吳興讓等，2010），可以通過工農(nóng)業(yè)及生活廢水的排放、降水徑流和大氣沉降等途徑進入水體，積累到一定程度會對水中的動植物產(chǎn)生嚴重危害，并可以通過飲水和食物鏈等途徑直接或間接地影響到人類健康（羅風基等，1995）。因此長期的重金屬積累，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和各個器官會產(chǎn)生極大危害（陳奔等，2012）。除此之外，重金屬污染物中不少具有致突變、致畸、致癌作用。因此對飲用水水質(zhì)進行健康風險評價是非常必要的。

研究區(qū)地處華北平原南部，屬暖溫帶季風氣候，包括六市（淮北市、亳州市、宿州市、蚌埠市、阜陽市、淮南市）五縣（定遠縣、鳳陽縣、明光市、壽縣、霍邱縣），國土面積5.3萬平方公里，2010年末總?cè)丝?633.5萬人，分別占安徽全省的38％和53.5％（安徽省人民政府網(wǎng)，2012），區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富，在安徽省經(jīng)濟社會發(fā)展格局中占有重要地位。國內(nèi)部分地區(qū)已有地下水健康風險評價的研究，研究尺度多集中于城市供水水源，針對農(nóng)村地下水健康風險評價的研究尚不多見。從目前研究現(xiàn)狀看，未有針對安徽北部農(nóng)村地區(qū)地下水開展重金屬健康風險的研究報道。農(nóng)村地下水水質(zhì)安全與人們生活息息相關(guān)，開展安徽北部農(nóng)村地區(qū)地下水重金屬污染健康風險評價，對提高人們飲用水安全意識，以及區(qū)域地下水污染與防治有重要意義。

1 樣品采集與測試

1.1 樣品采集

地下水采樣時間為2013年5月，共采集26個采樣點，采樣點分布見圖1所示。一般從村民家中壓水井或潛水泵直接進行取樣，采樣容器為事先已用蒸餾水清洗干凈的聚乙烯塑料瓶，取樣前5 min先棄去水樣，然后用各采樣點水樣潤洗采樣瓶3次，采集滿瓶后密封，采樣量為1000 mL，于24 h內(nèi)帶回實驗室。

1.2 指標測試

水溫、pH和電導率在現(xiàn)場測試。帶回實驗室的樣品首先用0.45 μm微孔濾膜對所采水樣進行抽濾，然后加入優(yōu)級純HNO3調(diào)pH≤2。處理后的樣品儲存于4℃冷藏柜中備用。采用原子吸收分光光度計（TAS-990）石墨爐法測定了Cd、Cr、Cu、Pb和Ni 五種重金屬，Mn和Zn 采用火焰法測定，定量方法均采用外標法，測試回收率依次為93.64％、105.84％、101.83％、111.92％、95.50％、93.15％和96.96％。

2 結(jié)果與討論

2.1 測試結(jié)果分析

通過測定，地下水中7種重金屬元素測試結(jié)果及特征統(tǒng)計列于表1。

由表1可以看出，七種重金屬元素平均值大小依次為：Zn＞Mn＞ Ni＞Cu＞Pb＞Cr＞Cd。與生活飲用水衛(wèi)生標準（GB5749-2006）相對照，個別采樣點中Mn、Zn、Pb和Ni四種重金屬含量均有超標現(xiàn)象，超標率依次為11.538％，3.846％，3.846％和15.385％。研究區(qū)水樣中Cu、Cd和Cr的含量范圍低于GB5749-2006和USEPA飲用水質(zhì)量標準。Mn、Zn和Ni的含量平均值低于GB5749-2006和USEPA飲用水質(zhì)量標準；Pb的平均含量已超出了GB5749-2006，應予以關(guān)注。

圖1 研究區(qū)采樣點分布圖Fig.1 Location of the study area and distribution of sampling regions

表1 地下水重金屬含量統(tǒng)計（mg·L-1）Table 1 Statistical summary of heavy metals in groundwater

2.2 重金屬健康風險評價

健康風險評價（Health Risk Assessment，HRA），用于描述和評估一個體患某種疾病或因此疾病而死亡的可能性，是將人體與環(huán)境污染聯(lián)系起來，定量描述環(huán)境污染物質(zhì)對人體健康產(chǎn)生危害程度的評價方法（曾光明等，1998）。自20世紀80年代至今，USEPA建立了很多方法學的導則和框架指南等，并且將健康風險評價概述為四個步驟：危害鑒定、毒性評估、暴露評價及風險表征（田裘學，1997）。當前國內(nèi)外對地下水健康風險評價的基本原理相同，都包含致癌污染物與非致癌污染物的健康風險評價，但采用的評價方法和評價模型存在著差異。USEPA在健康風險評價方面的成果多、應用廣，為很多環(huán)境立法機構(gòu)所接受。本文采用USEPA健康風險評價模型，選擇飲水途徑來估算人群暴露量，進而進行健康風險評價。

2.2.1 評價模型

化學致癌物質(zhì)與化學非致癌物通過飲水途徑產(chǎn)生的個人健康風險分別按模型公式（1）和公式（2）計算

式（3）中，w為日均飲水量，成人一般取值2.2 L·d-1；Ci/j為污染物i飲水途徑的質(zhì)量濃度，mg·L-1；A為人均的人體體重，成人取70 kg。

水中多種重金屬對人體健康的危害累積效益有相加、協(xié)同和拮抗三種關(guān)系，主要取決于與重金屬混合物的組分、各組分的濃度以及作用的目標生物有關(guān)（余斌，2010）。假設(shè)重金屬污染物對人體健康產(chǎn)生的危害程度呈累加關(guān)系成立，則地下水中重金屬污染物通過飲水途徑產(chǎn)生的總的健康危害風險即為通過飲水途徑導致的化學致癌物所致的總致癌風險（Rc）與通過飲水途徑導致的非致癌污染物所致的總致癌風險（Rc）之和，公式為：

2.2.2 參數(shù)選擇

根據(jù)癌癥研究機構(gòu)（IARC）和世界衛(wèi)生組織（WHO）等相關(guān)資料，Cd和Cr為化學致癌物，Mn、Cu、Zn、Pb和Ni為非化學致癌物。同時，查得與此次評價有關(guān)的參數(shù)見表2。

2.2.3 結(jié)果分析

根據(jù)健康風險評價模型，模型參數(shù)以及26個采樣點測得的數(shù)據(jù)，計算出化學致癌物和化學非致癌物的飲水途徑健康危害的平均個人年風險和總風險，結(jié)果見表3。

表2 飲水暴露途徑下模型參數(shù)qi和RfDj值Table 2 Values of qiand RfDjof model parameters via drinking water

由表3可以看出，研究區(qū)地下水中非致癌污染物Mn、Zn、Cu、Pb和Ni通過飲用水途徑產(chǎn)生的健康風險平均值分別為1.21×10-10、8.46×10-11、2.93×10-10、8.29×10-10和2.89×10-10a-1，風險等級從高到低排序依次為Pb＞Cu＞Ni ＞Mn＞Zn。李祥平等（2011）對廣州主要飲用水源中重金屬研究結(jié)果表明，西江下陳村和北江三水地段的重金屬元素Pb的含量大于Cu，與本區(qū)域研究結(jié)果一致。胡英等（2010）對我國桂林毛村地下河重金屬健康風險評價研究結(jié)果表明，非致癌污染物Pb、Cu和Zn所引起的平均個人年風險分別為2.02×10-8、6.65×10-9和3.82×10-11a-1，風險等級從高到低依次為Pb＞Cu＞Zn。本研究非致癌物的健康風險平均值集中于10-11～10-10，遠低于國際輻射委員會（ICRP）推薦的最大可接受值5.0×10-5a-1和USEPA推薦的健康風險等級標準1×10-4a-1，基本不會對暴露人群構(gòu)成明顯危害。

致癌污染物Cd和Cr通過飲用水途徑的健康風險平均值分別為1.44×10-6和1.93×10-5a-1，沒有超過ICRP和USEPA的健康風險等級標準。孫超等（2009）對上海市飲用水研究結(jié)果表明，陳行水庫段各采樣點致癌物質(zhì)的風險大小均表現(xiàn)為Cr＞Cd，與本研究結(jié)果一致。深圳7七市主要水庫由致癌物質(zhì)所產(chǎn)生的健康風險的數(shù)量級為10-5～10-4（黃奕龍等，2006），高于本研究的健康風險數(shù)量級。此外，本研究中Cd和Cr的健康風險等級均已超過瑞典環(huán)境保護署、荷蘭建設(shè)和環(huán)境部和英國皇家協(xié)會推薦的健康風險等級（1×10-6a-1），且Cr的健康風險等級超出19倍，為主要污染物，應引起衛(wèi)生部門的重視，并采取相應措施進行治理。

2.3 不確定性分析

本文僅選取了Mn、Zn、Cu、Pb、Cd、Ni和Cr等7種重金屬，沒有考慮其他有毒有害物質(zhì)對人體產(chǎn)生的危害，并且暴露途徑研究單一，僅考慮了平均飲水攝入途徑，沒有考慮其他暴露途徑（如皮膚接觸等），這實際上是低估了重金屬暴露的危害風險（吳興讓等，2010）。由于參考劑量RfDj是以動物為實驗載體來推測對人類產(chǎn)生的危害，所以具有著一定的偏差。此外，致癌強度系數(shù)qi會因為人類流行病學資料積累而不斷更新，使得化學致癌物的致癌強度系數(shù)也存在著不確定性（秦雯雯等，2011）。

表3 化學致癌物和化學非致癌物的飲水途徑健康危害的平均個人年風險和總風險（a-1）Table 3 The health risk and total risk caused by the carcinogens，the chemical non-carcinogens by the drinking water pathway

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)地下水中，致癌污染物Cd和Cr對人體健康危害的個人年風險明顯高于非致癌污染物Mn、Zn、Cu、Pb和Ni的年風險。

（2）致癌污染物與非致癌污染物的健康風險等級均未超過ICRP和USEPA的標準，但致癌污染物Cd和Cr的健康風險等級超過了瑞典環(huán)境保護署、荷蘭建設(shè)和環(huán)境部和英國皇家協(xié)會推薦標準，應引起有關(guān)部門的重視，尤其加強對Cr的監(jiān)測和控制。

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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

安徽省高校自然科學研究項目（KJ2013B291）；宿州學院科研平臺開放課題（2012YKF16）；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201410379008）；宿州學院第八屆大學生科研項目（KYLXLKZD14-05）

林曼利，E-mail：linmanli112@126.com