耿雅妮， 楊寧寧， 董 潔， 梁青芳， 張 軍, 2

(1.寶雞文理學(xué)院 陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室， 陜西 寶雞 721013；2.長安大學(xué) 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點實驗室， 陜西 西安 710064)

1 研究背景

飲用水源安全關(guān)系到廣大人民群眾身體健康和社會穩(wěn)定。目前，重金屬污染是水源地水環(huán)境面臨的重要問題之一[1]，一些重金屬是人體必需的微量營養(yǎng)元素，但當它們的含量超過飲用水中允許的極限時，可能會對人體健康產(chǎn)生極其不利的影響[2]。因此，檢測重金屬在水源地飲用水的含量，并進行健康風(fēng)險評價，是掌握水源地水質(zhì)安全與否的重要手段，同時也可為建立完善的飲用水源重金屬污染控制系統(tǒng)和預(yù)警機制提供科學(xué)依據(jù)。

基于風(fēng)險度為衡量指標的健康風(fēng)險評價方法，可定量描述環(huán)境污染物經(jīng)人體暴露等途徑以及危害人體健康的風(fēng)險程度[3]。目前，在水源地飲用水重金屬污染健康風(fēng)險評價的研究中，美國環(huán)境保護署(US EPA)推薦的健康風(fēng)險評價模型被國內(nèi)外眾多學(xué)者所采用[4-6]，但模型中固定的參數(shù)使用于不同的研究區(qū)域，難以真實反映當?shù)仫嬘盟吹氐慕】碉L(fēng)險程度；同時隨著城市化的發(fā)展，城市(特別是工業(yè)城市)飲用水源地類型的多樣化，用單一水源地飲用水的健康風(fēng)險值去衡量整個城市飲用水源地的健康風(fēng)險值，存在一定片面性[7-8]。寶雞市經(jīng)濟的發(fā)展主要以工業(yè)為支撐，市區(qū)飲用水源地主要以清姜河、馮家山水庫及部分井水為主，在城市工業(yè)化進程中，頻繁的工業(yè)活動有可能對城市水源地飲用水的水質(zhì)安全造成影響，因此，對寶雞市水源地飲用水重金屬含量監(jiān)測及健康風(fēng)險評估，對飲水安全與水質(zhì)風(fēng)險管理的開展尤為重要。

本文以寶雞市水源地飲用水為研究對象，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)對寶雞市水源地飲用水中8種主要重金屬含量進行監(jiān)測；并基于寶雞市人均壽命及陜西省成人和兒童的平均體重，運用US EPA所推薦的健康風(fēng)險評價模型，分別對不同水源地飲用水中的重金屬含量進行人體健康風(fēng)險評價，為寶雞市飲用水源地環(huán)境風(fēng)險管理提供科學(xué)依據(jù)。

2 區(qū)域與方法

2.1 研究區(qū)概況

寶雞市坐落于渭河谷地之上，是陜西省西部重要的工業(yè)城市。市區(qū)面積約106 km2，人口近150萬。屬于暖溫帶半濕潤氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充足，市區(qū)飲用水水源地主要以清姜河、馮家山水庫及部分地下井水為主。

2.2 樣品采集與處理

2017年4月期間于清姜河、馮家山水庫及部分地下井水共采集樣品24個(圖1)，樣品使用聚乙烯瓶采集，樣品采集后運回實驗室，過0.45 μm濾膜后，加入硝酸溶液使pH小于2，以防止樣水中離子沉淀，然后放入冰箱冷藏保存。

圖1 實驗水樣品采樣點分布

2.3 樣品測定

重金屬水樣采用ICP-MS(NexION 350X，PE，USA)進行測定。實驗所用試劑均為優(yōu)質(zhì)純，標準溶液在實驗過程中逐級配制，實驗容器均采用同等濃度硝酸溶液浸泡，使用優(yōu)純水沖洗、晾干，并且在測試樣中加標樣進行校核。

2.4 評價模型

采用US EPA的評價模型[9-10]，評價水源地飲用水中重金屬對人體造成的健康風(fēng)險，模型如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

RT=Rc+Rn

(6)

式中:RT為總個人健康風(fēng)險值。

2.5 評價模型中參數(shù)因子取值的確定

國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)將Cr、As、Ni和Cd劃分為致癌物質(zhì)，將Pb、Cu、Mn和Zn劃分為非致癌物質(zhì)，模型中各重金屬經(jīng)飲水途徑的劑量取值如表1所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 重金屬濃度

寶雞市水源地飲用水重金屬濃度如表2所示，除井水中未檢測出Cd元素外，其余各元素均在各水源地中檢出。

將檢測結(jié)果與文獻[13-14]對比，在各類型水源地水體中，各水源地飲用水中Pb濃度的均值接近國家標準的限值，且Pb濃度的最大值均超標，其余各元素濃度的最大值與均值均低于國家標準的限值。因此，說明寶雞市水源地飲用水中，重金屬Pb受到人為活動影響較嚴重。

表1 模型中各重金屬經(jīng)飲水途徑的劑量取值 mg/(kg·d)

表2 寶雞市主要水源地飲用水重金屬含量 μg/L

3.2 健康風(fēng)險評價

依據(jù)公式(1)～(5)，得到寶雞市主要飲用水水源地非致癌健康風(fēng)險和致癌健康風(fēng)險，評價結(jié)果見表3和4。由表3得，寶雞市水源地飲用水中，兒童和成人總非致癌風(fēng)險分別在1.09×10-7～3.25×10-7和1.05×10-7～3.12×10-7a-1之間，均低于1.0×10-6a-1，處于可接受風(fēng)險水平，兒童總非致癌健康風(fēng)險值大于成人總非致癌健康風(fēng)險值。非致癌重金屬的健康風(fēng)險排序為Zn>Pb>Cu>Mn。

由表4可知，寶雞市各水源地飲用水中，清姜河與馮家山水庫飲用水中致癌物質(zhì)的風(fēng)險值排序為：Cr>As>Cd>Ni，井水中致癌物質(zhì)的風(fēng)險值排序為：Cr>As>Ni>Cd，人均年致癌風(fēng)險均超過了國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風(fēng)險水平(5.0×10-5a-1)。兒童和成人總致癌風(fēng)險分別在4.95×10-4～6.84×10-4a-1和4.75×10-4～6.57×10-4a-1之間，各水源地年均總致癌風(fēng)險值排序均呈現(xiàn)出兒童略大于成人的特征。其中，Cr的健康風(fēng)險值與總致癌風(fēng)險值處于同一數(shù)量級，說明Cr是主要風(fēng)險因子。

表3 寶雞市主要飲用水水源地非致癌重金屬健康風(fēng)險評價值 a-1

表4 寶雞市主要飲用水水源地致癌物健康風(fēng)險評價值 a-1

3.3 健康風(fēng)險比較

由公式(6)得，健康風(fēng)險為致癌風(fēng)險和非致癌風(fēng)險之和。寶雞市各飲用水源地水中，各致癌重金屬健康風(fēng)險集中在7.17×10-11～6.71×10-4a-1之間，各非致癌重金屬健康風(fēng)險集中在4.19×10-12～3.05×10-7a-1之間，因此，研究區(qū)健康風(fēng)險主要來自致癌風(fēng)險。從圖2可知，研究區(qū)健康風(fēng)險排序為：井水>清姜河>馮家山水庫，在不同年齡段中的年均健康風(fēng)險排序為：兒童>成人，說明兒童較成人相比，是更脆弱群體，即對兒童飲用水安全的防控和管理需要格外加強。

圖2 各飲用水水源地水環(huán)境健康風(fēng)險

4 討 論

寶雞市水源地水中非致癌總風(fēng)險值：井水(1.18×10-6)>清姜河(5.92×10-7)>馮家山水庫(3.97×10-7)，總非致癌風(fēng)險值低于馬海濤等[4]、韓芹芹等[5]、黃睿智等[6]對我國其他城市水源地飲用水的研究結(jié)果，也低于ICRP和US EPA的推薦值(5.0×10-5a-1和1.0×10-4a-1)。將本研究重金屬的實測濃度值與地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-2002)[13]進行對比，寶雞市各水源地水中Pb濃度的最大值均超過國家標準，究其原因，主要是受到工農(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致Pb超標，馮家山水庫主要水源補給以流經(jīng)農(nóng)田區(qū)的渭河支流為主，上游入口處為千湖濕地公園，水庫兩側(cè)有寶漢高速、104省道及隴千鐵路延伸段；清姜河沿岸有212省道等重要交通干線，長年有大量的交通運輸。研究表明[16-18]，交通排放對地表灰塵中Pb含量有直接影響，含有Pb的灰塵通過干濕沉降的方式進入路旁水體，從而使水源地水體中Pb濃度均值接近國家標準。同時，馮家山水庫和清姜河周邊分布有旅游接待、娛樂等設(shè)施，旅游活動產(chǎn)生的各類垃圾對水體中重金屬污染也不容忽視。建議依法取締飲用水水源保護區(qū)內(nèi)的違法旅游等項目，消除該區(qū)域生產(chǎn)生活污水對飲用水源的污染，確保水源安全，避免其通過飲水途徑對人體(尤其是兒童)健康的傷害。

此外，由于本次研究中采集寶雞市飲用水源地水樣，但因居民在飲用過程中會對其進行二次凈化處理，致使重金屬在末梢飲用水中實際濃度值與本次檢測值會有所出入，也未對供水季節(jié)變化、暴露參數(shù)、人群飲水習(xí)慣差異等不確定性因素進行分析。針對上述不足，還有待深入探討。

5 結(jié) 論

(1)寶雞市水源地飲用水中各重金屬濃度均值均低于國家標準限值，水質(zhì)達標，各水源地Pb濃度最大值均超過了國家標準限值，平均值接近國家標準限值，應(yīng)引起注意。

(2)寶雞市水源地飲用水健康風(fēng)險以致癌風(fēng)險為主，Cr是首要風(fēng)險因子。寶雞市各主要水源地飲用水對兒童的健康風(fēng)險略大于成人健康風(fēng)險。

(3)寶雞市水源地飲用水健康風(fēng)險排序依次為：井水>清姜河河水>馮家山水庫水。