遂寧城鄉集中式飲用水水源地鋇分布特征及健康風險評價

劉 兵，張 凱，唐紅軍，楊永安，吳 瑤

1.遂寧市環境監測中心站，四川 遂寧 629000 2.遂寧市環境保護信息中心，四川 遂寧 629000

遂寧城鄉集中式飲用水水源地鋇分布特征及健康風險評價

劉 兵1，張 凱1，唐紅軍1，楊永安1，吳 瑤2

1.遂寧市環境監測中心站，四川 遂寧 629000 2.遂寧市環境保護信息中心，四川 遂寧 629000

為考察遂寧市轄區內集中式飲用水水源地污染物鋇的分布特征和健康風險水平，通過電感耦合等離子體原子發射光譜法對研究區域內市級、縣級和鄉鎮級所有在用的56個集中式飲用水水源地鋇的濃度進行分析檢測，借助空間分析與統計分析的結果，探討了其空間分布和濃度差異，并利用環境健康風險評價模型，對不同類型水源地鋇的健康風險進行了評價。結果表明，38個地表水水源地鋇的濃度范圍為0.065～0.180 mg/L，均值為0.110 mg/L；18個地下水水源地鋇的濃度范圍為0.027～0.370 mg/L，均值為0.130 mg/L。地表水與地下水水源地間鋇的濃度差異具有統計學意義(P<0.05)，鋇的空間分布也存在不同程度的差異性。各水源地中的鋇經飲用和皮膚暴露兩種途徑對成人和兒童所引起的非致癌風險值為1.34×10-8～1.62×10-8，遠低于推薦的最大可接受風險水平(1.0×10-6)，各水源地因污染物鋇導致的非致癌風險極低。

重金屬；鋇；飲用水源；健康風險評價

《2014年中國環境狀況公報》顯示，全國329個地市級及以上城市飲用水水源地水質達標率為96.2%，但在一些地區飲用水水源源地中有毒有害污染物的檢出率呈現出上升態勢[1]。在水質達標的目標基本實現以后，開展痕量有毒有害污染物的調查與研究已經成為當前飲用水水源地環境管理的工作重心之一。

2012年，國家根據歷年市級飲用水水源地水質全分析監測結果，將《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)表3特定項目中檢出頻次較高、毒性較強、對人體健康和環境危害較大、應用廣泛、有潛在風險的污染物列為實施例行監測的特定項目，共33項，即“優選33項”。在這33項中檢出頻次最高的是鋇。

在水環境中，非人體營養的必須元素鋇以Ba2+形式存在[2]，可溶性鋇鹽具有一定的毒性，如氯化鋇的致死量為0.8～1.0 g[3]。長期接觸鋇鹽可導致許多疾病，包括腎中毒、高血壓、心臟異常、聽力損失，甚至腦損傷[2,4-5]。目前，國內僅對縣級以上城市的飲用水水源地鋇的濃度開展了例行監測工作，鄉鎮尚未開展。有關飲用水水源地鋇的濃度和健康風險的研究不多，并大多是針對地級及以上城市[6-9]，很少涉及鄉鎮，也未見有關遂寧轄區內飲用水水源地鋇的相關報道。為了全面反映遂寧飲用水水源地鋇的分布特征和潛在的健康風險，本文對遂寧市級、縣級和鄉鎮級所有在用的56個集中式飲用水水源地(以下簡稱飲用水水源地)鋇的濃度進行了調查研究，采用美國環境保護署(USEPA)推薦的健康風險評價模型[1,6-12]對其潛在的健康風險進行了評價，為遂寧地區飲用水水源地的環境管理和衛生監督提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象

研究對象為遂寧轄區內所有在用的飲用水水源地，包括2個市級飲用水水源地、4個區縣級飲用水水源地和50個鄉鎮飲用水水源地。這56個飲用水水源地中含地表水水源地38個、地下水水源地18個。

遂寧地區地表水飲用水水源地(圖1)中有20個為河流型水源地，主要分布在嘉陵江流域的一級干流涪江上和涪江的支流梓江、沈水河、郪江、白安河、瓊江等上，其余18個為湖庫型飲用水水源地。涪江桂花為遂寧市的飲用水水源地，年取水量3 000多萬噸，服務人口37.4萬人。黑龍凼水庫為遂寧市的備用水源地。

注：底圖來自四川省測繪地理信息局，下載路徑為http://www.scgis.net/scgcmap/map.html，下載日期為2015年10月，審圖號為川S(2015)3號[GS(2011)6003號]。下同。

地下水飲用水水源地(圖2)主要分布在射洪縣、船山區和大英縣，共18個。

圖2 地下水飲用水水源地采樣點分布

1.2 樣品采集

2013—2014年，市級飲用水水源地每月采樣監測1次，縣級飲用水水源地每季度監測采樣1次。于2014—2015年對鄉鎮級飲用水水源地每半年采樣監測1次。用聚乙烯瓶采集樣品，采樣過程中現場向水樣中加硝酸(優級純)酸化使其pH≤2，4 ℃冷藏保存，帶回實驗室分析。

1.3 檢測方法

1.3.1 儀器與試劑

Optima 7000DV型電感耦合等離子體原子發射光譜儀(美國)，超純水制備機(優普)，1 g/L鋇標準溶液(美國)，HNO3(優級純)，去離子水(電導率<0.5 ms/m)，高純氬氣(≥99.99%)。

1.3.2 ICP-AES分析條件

等離子體發射功率1300 W，等離子體氣流量15 L/min，輔助氣流量0.2 L/min，霧化氣流量0.8 L/min，進樣量1.5 mL/min，觀測距離15 mm，軸向觀測方式，鋇元素測量波長455.403 nm。

1.3.3 工作曲線繪制

在儀器最佳工作狀態下，依次測定0.000、0.010、0.050、0.100、0.500、1.000 mg/L鋇的標準系列。

1.3.4 樣品的測定

取適量經酸化后的樣品用0.45 μm的濾頭過濾后，直接進樣進行測定。

1.4 質量控制

現場采樣及樣品檢測嚴格按照《地表水和污水監測技術規范》(HJ/T 91—2002)、《地下水環境監測技術規范》(HJ/T 164—2004)和計量認證關于質量控制的要求執行。

1.5 數據來源及處理

研究所用鋇的濃度數據為各水源地在前文所述監測時間段歷次測定值的平均值。其中，市縣級飲用水水源地的數據來自遂寧市環境監測中心站的例行監測數據，鄉鎮級飲用水水源地的數據為本文作者自行監測分析的結果。采用ArcGIS 10.2 制作水源地(采樣點)分布圖和對數據進行空間插值分析，采用SPSS 16.0對數據做描述性統計分析。

1.6 水質達標評價標準

地表水水源地水質評價按《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中表3鋇的標準限值0.7 mg/L執行，地下水水源地水質評價按《地下水質量標準》(GB/T 14848—93)鋇的Ⅲ類標準≤1.0 mg/L執行。

1.7 健康風險評價

1.7.1 暴露劑量的確定

參考US EPA評價模型[13]和遂寧人群暴露參數，暴露人群分別考慮兒童和成年人，人均期望壽命采用四川省人均期望壽命74.75 a[14]計算，水中污染物的暴露考慮經飲用、皮膚接觸兩種主要途徑[15]，其暴露劑量分別按照式(1)、式(2)進行計算[13]。

(1)

式中：ADDdietary指經飲用暴露劑量，mg/(kg·d)；CW為飲用水中目標污染物的濃度，mg/L；IR指飲水攝入率，兒童取0.739 L/d[6]，成年人為1.478 L/d[16]；EF表示暴露頻率，均為365 d/a[17]；ED表示暴露持續時間，兒童和成年人分別取9 a和30 a[17]；BW表示體重，兒童和成年人分別取30.4 kg[18]和59.2 kg[16]；AT表示平均接觸時間，兒童和成年人的AT相同，致癌物為74.75×365 d，非致癌為ED×365 d[17]。

(2)

式中：ADDdermal指皮膚吸收劑量mg/(kg·d)；SA指皮膚接觸表面積，兒童和成年人分別取10 000 cm2[18]和16 000 cm2[16]；PC為化學物質皮膚滲透常數，對于鋇取0.000 004 cm/h[19]；ET表示暴露時間，均為0.22 h/d[16]；CF指體積轉換因子，10-3L/cm3[17]；CW、EF、ED、BW、AT同公式(1)。

1.7.2 健康風險評估

依據國際癌癥研究署的致癌性分類標準和USEPA的綜合風險信息系統(IRIS)數據庫，判定所研究的鋇元素為非致癌物[6]。其非致癌風險及非致癌總風險評價模型計算公式分別見式(3)、式(4)[13]:

(3)

(4)

2 結果與分析

2.1 檢測方法性能

鋇在0.000～1.000 mg/L濃度范圍內線性關系良好，線性回歸方程為y=2.96×107x-972 6，相關系數為0.999 9。按照《環境監測 分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168—2010)，重復測定在試劑空白(2% HNO3)中添加接近方法檢出濃度的標液7次，得出方法檢測限為0.001 mg/L。對3個不同濃度樣品進行重復測定和加標回收實驗，其相對標準偏差和加標回收率分別為0.5%～2.7%、96.7%～102.4%，方法的精密性、準確性良好，滿足測試要求。

2.2 飲用水水源地鋇的濃度

2.2.1 地表水飲用水水源地鋇的濃度

遂寧(含船山區)市級飲用水水源地涪江桂花水源地和黑龍凼水庫水源地(備用水源地)、蓬溪縣赤城湖清幽島水源地、大英縣寸塘口水庫水源地、射洪縣涪江龍灘村水源地、安居區白安河紅巖子水源地、32個鄉鎮地表水飲用水水源地基本信息和鋇的濃度，如表1所示。38個地表水水源地鋇的濃度為0.065～0.180 mg/L，均值為0.110 mg/L。對比《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)的0.7 mg/L標準限值，各地表水源地鋇的濃度均未超標。將地表水水源地按河流型和湖庫型分類統計，河流型水源地鋇的濃度為0.085～0.161 mg/L，均值為0.112 mg/L，湖庫型水源地鋇的濃度為0.065～0.180 mg/L，均值為0.108 mg/L，湖庫型水源地鋇的濃度略低于河流型水源地。

2.2.2 地下水飲用水水源地鋇的濃度

遂寧所有在用18個鄉鎮地下水飲用水水源地的基本信息和鋇的濃度，如表2所示。各地下水水源地的濃度為0.027～0.370 mg/L，均值為0.130 mg/L。對比《地下水質量標準》(GB/T 14848—93)Ⅲ類標準，各水源地鋇的濃度均達標。

城鄉集中式飲用水水源鋇的濃度監測結果統計見表3。

表1 地表水飲用水水源地基本信息及鋇的濃度

表2 鄉鎮飲用水地下水水源地基本信息和鋇的濃度

表3 城鄉集中式飲用水水源鋇的濃度監測結果統計

2.3 鋇的統計分析

按水源地類型，將水源地分為河流、湖庫、地下水和地表水4類，采用t檢驗(檢驗前對數據組進行F檢驗)發現，河流型水源地和湖庫型水源地鋇的濃度無顯著性差異(P<0.05)，河流與地下水、湖庫與地下水、地表水與地下水水源地間鋇的濃度均具有顯著性差異(P<0.05),差異具有統計學意義。

從相對標準偏差看，地表水水源地(22.69%)和地下水水源地(78.18%)中鋇的濃度相對標準偏差均大于20%，而鋇測定方法本身的相對標準偏差在5%以內，說明各水源地鋇的濃度存在差異，地下水水源地鋇的濃度的差異程度大于地表水水源地。

2.4 鋇的空間分布特征

從圖3、圖4飲用水水源地鋇的空間分布，結合表1、表2水源地基本信息可以看出，在地表水源地中，射洪縣北部的大龍山水庫、西部的富同河羅家堰、東部的沈水河、南面的龍洞河，大英縣北部的郪江象山大橋、西南部的星花水庫，安居區北部巴頭堰和南部的半邊街水庫鋇的濃度相對較高，其值在0.125 mg/L以上；在地下水水源地中，射洪縣北部的伏河鄉鏵頭村、東部的陳古鎮熊家祠，船山區中部永興鎮姜家巷村鋇的濃度相對較高，其值在0.334 mg/L以上。

圖3 地表水水源地鋇的空間分布

圖4 地下水水源地鋇的空間分布

2.5 潛在的健康風險評價結果

根據地表水、地下水水源地鋇的平均濃度，按照健康風險評價模型和優化的模型參數，計算得出地表水飲用水源地和地下水飲用水源地中鋇經飲用和皮膚暴露兩種途徑對成人和兒童所引起的人均年非致癌風險，評價結果如表4所示。從表4可以看出，地下水飲用水水源地的健康風險不論通過哪種暴露途徑均高于地表水。無論兒童還是成人，經飲用暴露的平均風險值均遠大于經皮膚接觸暴露，高出5個數量級，因此計算總健康風險值時可忽略經皮膚接觸暴露的健康風險值。經計算得出遂寧市飲用水水源地中鋇對兒童和成人所致個人的非致癌總體健康風險值為1.34×10-8～1.62×10-8，遠低于瑞典環保局、荷蘭建設環境部、英國皇家協會推薦的最大可接受風險水平1.0×10-6。因此，遂寧飲用水水源地因鋇所致的健康風險極低。

表4 飲用水中鋇對兒童及成年人健康風險

2.6 不確定性分析

鋇在水環境中天然存在，它來自于巖石和礦物侵蝕、風化和人類活動排放[4]。不同水體其濃度存在一定差別,如南京境內長江中含鋇0.037 mg/L[15]，德州灌區地表水中含鋇0.13 mg/L[20]，黃河下游引黃灌區地下水中含鋇0.001～0.738 mg/L[19]，淮河中上游農業區地下水平均含鋇0.19 mg/L[21]。荊州市淺層地下水含鋇均值0.724 mg/L[22]。水環境中鋇濃度與周邊降水情況、水期、水的硬度、酸堿度有關[4,23]。因此，本研究飲用水水源地鋇的濃度及其空間分布特征存在一定程度的不確定性。另外，在健康風險評價過程中，暴露途徑只考慮了飲用和皮膚接觸兩種主要途徑，沒有考慮食物攝入等其他暴露途徑。同時，雖然結合遂寧本地人群特點對暴露參數進行了優化，但一些參數仍參照USEPA 的給定值，健康風險評價結果也存在一定程度的不確定性。

3 結論與建議

1)遂寧境內市級、區縣級、鄉鎮級的38個地表水水源地鋇的濃度為0.065～0.180 mg/L，均值為0.110 mg/L；18個鄉鎮地下水水源地鋇的濃度為0.027～0.370 mg/L，均值為0.130 mg/L，各水源地鋇的濃度均達標。

2)地表水與地下水水源地間鋇的濃度存在顯著性差異，差異具有統計學意義。在空間分布上，鋇的濃度也存在不同程度的差異性。

3)地表水和地下水飲用水源地中的鋇經飲用和皮膚暴露兩種途徑對成人和兒童所引起的非致癌健康風險值為1.34×10-8～1.62×10-8，遠低于推薦的最大可接受風險水平1.0×10-6，說明目前遂寧轄區內各水源地因鋇導致的非致癌風險極低，污染物鋇未對人體健康造成威脅。

4)個別鄉鎮地下水水源地鋇的濃度相對較高，如射洪縣伏河鄉的鏵頭村、陳古鎮的熊家祠、船山區永興鎮姜家巷村3個水源地鋇的濃度均在0.334 mg/L以上。在環境管理上，應將鋇這一監測項目納入上述水源地的例行監測工作中，對其進行監視，確保飲用水安全。對水源地周邊開展鋇的背景濃度調查，排查涉鋇污染源。

5)將水源地健康風險評價與常規水質評價相結合，可更加全面、科學、客觀地掌握飲用水源地的水環境質量，從而為水源地的健康風險管理和環境保護措施的制定提供重要參考依據。

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Distribution Characteristics and Health Risk Assessment of Barium in Centralized Drinking Water Sources of Rural and Urban Areas in Suining

LIU Bing1，ZHANG Kai1，TANG Hongjun1，YANG Yongan1，WU Yao2

1.Suining Environment Monitoring Center, Suining 629000, China 2.Suining Environment Protection Information Center, Suining 629000, China

In order to investigate the distribution characteristics and health risk level of barium in centralized drinking water sources in Suining, by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES) method, the concentrations of barium were analyzed in all the 56 centralized drinking water sources in use of city class, county class, and township class. The spatial distribution and concentration differences of barium were discussed by the results of spatial analysis and statistical analysis, and the health risk assessment of different drinking water sources was conducted by means of using the environmental health risk assessment model. The results showed that the concentration of barium in 38 surface water sources ranged from 0.065 to 0.180 mg/L, the mean value was 0.110 mg/L, and that in 18 groundwater sources ranged from 0.027 to 0.370 mg/L, the mean value was 0.130 mg/L. The difference of the concentration between surface water sources and groundwater sources was considered statistically significant (P<0.05).The spatial distribution of barium also had a different degree of variability. The non-carcinogenic risk level of barium in all drinking water sources for adults and minors via dietary intake and dermal intake ranged from 1.34×10-8to 1.62×10-8, which was far lower than the maximum allowance levels recommended by some organizations and researchers (1.0×10-6), the non-carcinogenic risk caused by barium in all drinking water source is very low.

heavy metal；barium；drinking water source；health risk assessment

2015-11-11;

2015-12-29

劉 兵(1982-)，男，四川巴中人，碩士，工程師。

唐紅軍

X820.4

A

1002-6002(2016)06- 0013- 07

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.03