宿州市護城河水環境重金屬健康風險初步評價

左 敏，林曼利，閔 寧，李云鵬，汪 挺，芮成奇

（宿州學院 資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000）

隨著工業化進程的加快，城市人口的增多，重金屬所造成的水環境污染問題日益嚴重.作為非降解污染物，重金屬一旦通過某些直接或間接途徑進入人體，會對人體的免疫系統造成損害.如鉛會危害人體造血功能和神經系統；鎳會造成人體呼吸道的衰竭；鎘會增大致癌的可能性等.

近年來國內外大量學者從暴露途徑、影響人群、評價模型等方面對河流重金屬特征及其所造成的健康風險開展了研究，并取得了一系列的研究成果.如張可等[1-8]采用U.S.EPA（美國環保局）所推薦的健康風險評價模型，分別對重慶市、深圳市、北京市和鐵嶺市水源以及東平湖、三峽水庫、黃河三門峽段和湘江干流等河流水段中重金屬經飲水途徑所致的健康危害展開了研究；張映映等[9-10]應用改進的美國EPA推薦模型分別對長江口和某市西南郊區水體中重金屬污染物從多種暴露途徑所致的健康危害進行了風險評價；蘇偉等[11]應用U.S.EPA推薦的模型對第二松花江干流中有害物質經飲水途徑所產生的健康危害進行了評價研究.

為了更加全面地對宿州市護城河水環境中重金屬所造成的健康風險做出評價，本文綜合考慮了水體中重金屬通過飲水和皮膚接觸兩種暴露途徑對人體健康所造成的危害.其中，飲水途徑健康風險評價采用美國環保局推薦的健康風險評價模型，皮膚接觸途徑健康風險評價采用Strenge等提出的計算模型，并對此公式進行修正.研究結果可為煤炭型城市內河的重金屬污染與防治提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區域

宿州市坐落于安徽省北部，地處淮北平原東北部，是安徽省的北大門，所轄一區四縣，護城河流經宿州市老城區并繞城一周后匯入沱河，其河水深度大約為1.5m，河寬約為20m.20世紀60年代以前，護城河曾作為宿州居民的飲用水源，與宿州市居民的日常生活休戚相關，后來隨著城市化建設、煤炭開采和工業發展等造成水環境質量下降，污染物濃度不斷提高，水體逐漸失去飲用水功能，目前僅作為景觀用水[13].

1.2 樣品采集與測試

表1 護城河河水重金屬含量（ug/L）

本次調查共采集5個水樣，各采樣點采樣量約為1L，采樣深度約0.5m.樣品采集后，經過孔徑為0.22μm微孔水系濾膜抽濾，再加入優級純硝酸調至pH＜2.最后采用原子吸收分光光度計（型號TAS-990FG）火焰法對Fe、Mn、Pb和Ni的濃度進行測定，用石墨爐法測定Cd和Cr濃度，6種重金屬含量列于表1.

2 健康風險評價模型

2.1 飲水途徑健康風險評價模型

飲水途徑健康風險評價采用美國環保局推薦的健康風險評價模型，并結合宿州市的人體狀況和生活習慣，對該公式中的人均壽命、人均體重以及成人每日飲水量等參數進行了修改.其中化學致癌物質和非化學致癌物質通過飲水途徑產生的個人健康風險分別按公式（1）、（2）計算：

式中，為非化學致癌物質j通過該途徑所致的人均致癌年風險，a-1；Dj分別為非化學致癌物質j的單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d)；RfDj是非化學致癌物質j通過該途徑進入人體的日參考劑量，mg/(kg·d)；L為人均壽命，選取75 a.

式（1）中的 Di和式（2）中的 Dj分別依據公式（3）、（4）計算[12、14]：

式中，w是成人每日平均飲水量，選用2 L/d；Ci為化學致癌物質i的實測濃度，mg/L；Cj為非化學致癌物質j的實測濃度，mg/L；G為成人人均體重，選用65kg.

2.2 皮膚接觸途徑健康風險評價模型

皮膚接觸途徑健康風險評價采用Strenge等提出的計算模型，并結合宿州市居民的人體狀況和生活習慣對此公式中的Asd、FE、EF、ED、AT以及TE進行了修正.其中化學致癌物質與非化學致癌物質由皮膚接觸導致的個人健康風險分別按公式（5）、（6）：

式中，Rip為化學致癌物質i通過該途徑所產生的人均致癌年風險，a-1；Rjf為非化學致癌物質j通過該途徑所產生的人均致癌年風險，a-1；CDI為單位體重的日攝入劑量，mg/(kg·d)；式（5）、（6）中 CDI、Ii和 Ij分別按公式（7）、（8）和（9）計算：

式（7）～（9）中，Ii為每次洗澡是人體單位表面積所吸附的化學致癌物質含量，mg/(cm2·次)；Ij為每次洗澡時人體單位表面積所吸附的非化學致癌物質含量，mg/(cm2·次)；Asd為人體表面積，cm2；FE為洗澡的頻率，次/d；EF為暴露頻率，d/a；ED 為暴露延時，a；AT 為平均暴露時間，d；f為腸道吸附比率；k為皮膚吸附參數，cm/h；τ為延滯時間，h；TE為洗澡時間，h.

2.3 健康風險評價總體模型

對于水環境重金屬健康風險初步評價，一般認為各種污染物所產生的健康風險呈加和關系，而不是呈現協同或拮抗關系[15].假定各類重金屬對人體作用獨立[16]，則水體中重金屬所造成的總體健康風險R總為Rc、Rn、Rp和Rf四種風險之和，其表述如公式（10）所示：

式中，Rc為化學致癌物由飲水途徑所造成的總致癌風險，a-1；Rn為非化學致癌物由飲水途徑所造成的總風險，a-1；Rp為化學致癌物質由皮膚接觸途徑所造成的總致癌風險，a-1；Rf為非化學致癌物經皮膚接觸途徑造成的總風險，a-1.

3 健康風險評價實例

3.1 參數選擇與評價標準

由國際癌癥研究機構（IARC）和世界衛生組織（WHO）兩個機構所編制的分類系統可知，Mn、Fe、Pb、Ni這四種重金屬為非化學致癌物，而Cd和Cr為化學致癌物[15,17,18].根據文獻[19]，查得飲水暴露途徑下模型參數qi和RfDj的取值，見表2.

表2 飲水暴露途徑下模型參數qi和RfDj值

根據宿州市居民的人體狀況和生活習慣，本文選用的參數部分參考了文獻[9,10]，見表3.因研究者們所采用的評價標準各不相同，本文僅列出了國際上部分有關機構所推薦的最大可接受風險水平和可忽略的風險水平，見表4.本

表3 該評價過程參數的取值

式中，指的是化學致癌物質i通過該途徑所導致的人均致癌年風險，a-1；Di為化學致癌物質i的單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d)；exp是指以e為底的指數函數；qi為化學致癌物質i的致癌強度系數，mg/(kg·d)；L為人均壽命，取75a.文主要以美國環保局（U.S.EPA）和國際輻射防護委員會（ICRP）這兩個機構所推薦的最大可接受風險為評價標準.

表4 部分機構推薦的最大可接受風險水平和可忽略的風險水平

3.2 評價結果與分析

根據所選用的評價模型和參數，可以計算出宿州市護城河中重金屬污染物通過兩種暴露途徑（飲水途徑和皮膚接觸途徑）所造成的個人年健康風險以及總風險.計算結果見表 5～7.

從表5可知，兩種化學致癌物質經飲水途徑所造成的健康風險遠高于通過皮膚接觸途徑所造成的健康風險.且化學致癌物質Cr所造成的健康危害較高，占總風險的98.4%.這兩種化學致癌物質(Cr、Cd)經過飲水途徑產生的個人年健康風險最大值均出現在HC-04處，且其所致風險不僅都高于ICRP推薦的最大可接受風險水平(5×10-5a-1)，也都高于瑞典環保局、荷蘭建設環保局和英國皇家協會推薦的最大可接受水平(1×10-6a-1).其中，Cr由飲水途徑所造成的個人年風險最大值為1.08E-04 a-1，Cd通過飲水途徑所致的個人年風險的最大值為1.94E-06 a-1.此外，兩種化學致癌物質通過皮膚接觸途徑所導致的最大個人年風險也都出現在HC-04處，且都低于國際輻射防護委員會、瑞典環保局和荷蘭建設環保局等機構所推薦的最大可接受水平.其中，Cr所致的個人年風險達6.41E-06 a-1，Cd所致的個人年風險達3.67E-04 a-1.

表5 護城河中化學致癌物所致的個人年健康風險值（a-1）

表6 護城河中非化學致癌物所致的個人年健康風險值（a-1）

表7 護城河中重金屬所致的個人年健康風險值（a-1）

從表6可以看出，四種非化學致癌物質通過飲水途徑所造成的個人年健康風險遠高于通過皮膚途徑所造成的個人年健康風險.且這四種非化學致癌物質所致健康危害的個人年風險按從小到大排列為：Fe、Mn、Ni、Pb.其中 Pb 所致的風險占重金屬污染物所致的總風險的77.5%，而Mn和Ni所致的健康風險分別占總風險的15.4%和6.9%.因此Pb應為優先控制的非化學致癌物質.此外，它通過飲水與皮膚接觸兩種途徑產生的最大健康危害風險均出現在HC-04處，其健康風險分別為5.55E-09 a-1、2.42E-11 a-1.但它們所產生的個人年健康風險均小于10-8a-1，即每年每千萬人口中由于水體中非化學致癌污染物而造成健康危害 (或死亡)的人數不到1人.

從表7可知，重金屬通過飲水途徑對人體健康所造成的危害是通過皮膚接觸途徑所造成的危害的229倍，其所造成的健康風險占總風險的99.57%，其中化學致癌物質經飲水途徑造成的健康風險占總風險的99.99%.且護城河中由重金屬污染物造成的健康危害按從大到小排列：HC-04、HC-02、HC-03、HC-05 和 HC-01 處.其中，采樣點 HC-04 位于護城河排污口處，受人為影響較大，故該處由重金屬所引起的健康危害最大.該處所產生的健康危害的總風險為1.10E-04 a-1，大約是國際輻射防護委員會推薦的最大可接受風險水平的2.2倍，達到瑞典環保局、荷蘭建設環保局和英國皇家協會推薦的最大可接受水平的110倍.宿州市護城河中由化學致癌物質所致總風險是非化學致癌物質所致總風險的13369倍，即非化學致癌物質造成的健康危害要遠小于化學致癌物質.

4 結論與建議

本文以宿州市護城河為研究案例，對該水體中重金屬含量進行測定.在此基礎上，綜合考慮污染物通過飲水與皮膚接觸兩種暴露途徑所造成的健康危害，進行了重金屬健康風險評價，得出以下結論：

（1）宿州市護城河中重金屬污染物通過兩種暴露途徑所致健康危害高于ICRP、瑞典環保局和英國皇家協會等機構所推薦的最大可接受風險水平.

（2）5處水源點化學致癌物質造成的年總風險是非化學致癌物造成的年總風險的13369倍，即化學致癌物質所造成的健康危害要遠遠高于非化學致癌物質.因此，化學致癌物質（Cr和Cd）為優先控制的重金屬污染物.

（3）護城河河水中重金屬通過飲水途徑所導致的健康風險是通過皮膚接觸途徑所致的健康風險的229倍.故重金屬通過飲水途徑所造成的危害是需要關注的重點.

本文由于測試指標的限制只考慮了部分重金屬通過這兩種途徑所致的健康危害.因此，評價所得的風險應比實際

環境污染造成的風險小.此外，由于健康風險評價是一種新的評價方法，其本身存在了許多的缺陷，如污染物的單位體重日暴露劑量、qi、RDfj以及單位體重的攝入劑量等因素的不確定性.故而在水環境重金屬評價方面，還有許多方面尚待深入研究和完善.

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