?長株潭地區水環境重金屬污染健康風險評價?

摘 要：以長株潭地區水環境為研究對象，采用美國環境保護署推薦的水環境健康風險評價模型對長株潭地區水環境重金屬污染進行健康風險評價。結果表明：除株洲醴陵市和炎陵縣水環境中As含量略高于飲用水限量標準，其余縣市區水環境中Cd、Pb、As、Cr6+、Hg皆在限量標準范圍之內;水環境中Cd、Pb、As、Hg、Cr6+等重金屬由飲用途徑所致健康危害的個人年總風險在2.28×10-5～8.84×10-5之間，且化學致癌物由飲用途徑所致健康危害的個人年風險遠高于非致癌物;化學致癌物由飲用途徑所致健康危害的個人年風險順序為As>Cr6+>Cd;其中，重金屬As、Cr6+引起的健康風險表現為株洲>湘潭>長沙，Cd的表現為湘潭>株洲>長沙。結果還表明，長株潭地區飲用水中化學致癌物As、Cd及Cr6+存在一定的健康風險，需對該區域飲用水進行重金屬As、Cd、Cr6+的凈化處理，以確保飲用水的安全。

關鍵詞：水環境;健康風險評價;重金屬;長株潭地區

中圖分類號：X824 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）01-0064-05

Health Risk Assessment of Water Heavy Mental Pollution in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Region

WU Jia，JI Xiong-hui，ZHU Jian，WU Jia-mei，XIE Yun-he

Abstract：This study evaluated the health risk of the heavy metal contamination of the water environment in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan region with the water health risk assessment model recommended by United States Environmental Protection Agency. The results showed that the content of As in Liling City and Yanling County of Zhuzhou was over the limit of drinking water， while Cd， Pb， As， Cr6+ and Hg in the samples of other cities and counties of Zhuzhou were within the limited content. The individual annual health risk caused by drinking water containing heavy metals Cd， Pb， As， Hg and Cr6+ was 2.28×10-5 to 8.84×10-5， and the individual annual health risk caused by drinking water containing chemical carcinogens was higher than non-carcinogens. The sequence was As gt; Cr6+ gt; Cd in the risk degree， Zhuzhou gt; Xiangtan gt; Changsha in the influence of As and Cr6+ on each of the three sub-regions， and Xiangtan gt; Zhuzhou gt; Changsha in that of Cd on each of them. There were some health risks in the drinking water containing carcinogens of As， Cd and Cr6+ in the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan region， and the drinking water with these heavy metals should be purified so as to make sure the drinking safety.

Key words：water environment; health risk assessment; heavy mental; Changsha-Zhuzhou-Xiangtan region

湖南是全球極具盛名的“有色金屬之鄉”，采礦、選礦、冶煉皆十分發達，但因技術或管理方面的問題，湖南有色金屬的開采回收率、伴生礦綜合回收利用率非常低，大量低品位礦石及伴生礦石的任意堆放，使得采礦、選礦、冶煉的工業“三廢”大量排放至周邊生態環境，造成了嚴重污染[1]。工業行業的粗放發展、化工企業“三廢”排放、農業投入品中重金屬含量超標等均導致湖南的耕地重金屬污染日漸嚴重，已引發出系列環境問題，對人類產生了極大負面影響。鉻（Cr）在體內過量積累會損傷人體的腎臟和肝臟，鎘（Cd）則具有較強的致癌性，砷（As）則主要影響神經系統和毛細血管通透性并可因休克導致患者昏迷甚至死亡，而汞（Hg）的長期積累將引起神經系統的損傷及運動失調，體內鉛（Pb）蓄積則可造成多個系統及器官損傷并且無法完全修復[2]。長株潭地區作為湖南的政治、經濟、文化中心，地處湘江下游，受工礦企業排污及湘江污水灌溉等因素的影響，長株潭地區耕地重金屬污染范圍廣、超標重，引起了國家的高度重視。2014年起，農業部和財政部聯合發文，在長株潭的19個縣市區開展了重金屬污染耕地修復治理和種植結構調整試點。

水是重金屬在土壤與生物之間轉移的媒介，對重金屬污染區的水環境進行健康風險評價，了解重金屬污染區水環境污染狀況，探明污染物遷移轉化規律和對人體健康的危害，對提高區域用水安全具有極其重要的現實意義。健康風險評價（health risk assessment， HRA）興起于20世紀80年代，以風險度作為評價指標，把環境污染與人體健康聯系起來，定量描述污染對人體產生健康危害的風險[3]。20世紀90年代初，健康風險評價開始應用于我國的核工業等領域，但隨著水環境污染問題的日益嚴重，水環境的健康風險評價逐漸被人們所重視。水體污染物危害鑒定、污染物暴露評價以及污染物與人體的劑量—反應關系分析等被用來定量評估水體污染物對人體健康危害的潛在風

險[4-6]。目前，國內學者主要從健康風險評價模型的優化[7-10]以及河流[11-17]、庫塘[18]、湖泊[19-21]和地表水等不同水源地[22-25]的水環境健康風險評價等方面開展了相關研究，但評價主要以點源水環境監測數據為主，大流域大面積的水環境健康風險評價鮮見報道。因此，筆者以長株潭地區水環境為研究對象，以縣市區為基本單元，監測其主要庫塘及河流等飲用水源的重金屬含量，采用美國環境保護署（USEPA）推薦的水環境健康風險評價模型，對整個長株潭地區的水環境進行健康風險評價，以期為長株潭地區水環境風險管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及內容

長株潭地區是以長沙、株洲、湘潭為中心的湖南東中部地區，三市沿湘江呈“品”字形分布，是湖南省經濟發展的核心增長極。研究選擇長株潭地區的主要河流、庫塘等重要水源地進行取樣，長沙取樣范圍涉及長沙市轄區、長沙縣、望城區、瀏陽市、寧鄉縣等5個縣市區;株洲取樣范圍涉及株洲市轄區、株洲縣、茶陵縣、醴陵市、炎陵縣、攸縣等6個縣市區;湘潭取樣范圍為湘潭市轄區、湘潭縣、湘鄉市等3個縣市區。2016年5～9月對每個縣市區的主要水源地（庫塘、河流等）進行取樣，共取樣1 575個，測定水體Cd、Pb、As、Hg、Cr6+含量。

1.2 水環境健康風險評價模型

水環境健康風險評價主要是針對水環境中對人體有害的物質，主要包括基因毒物質和軀體毒物質，前者包括放射性污染物和化學致癌物，后者則指非致癌物[26]。因水體中放射性物質微乎其微，一般檢測不出來，故該研究僅對化學致癌物進行風險評價。根據世界衛生組織（WHO）和國際癌癥研究機構（LARC）編制的權衡化學物質致癌性可靠程度的體系，屬于1組和2A組化學物質歸納為化學致癌物，主要有Cd、As和Cr6+，非致癌物質主要為Pb、Hg。按照美國環保局的健康風險評價模型，化學致癌物的健康風險評價模式為：

式中，Rc為所有致癌性重金屬所致健康危害的年風險;Ric為致癌性重金屬i經食入途徑的個人平均致癌年風險;qi為致癌性重金屬i經食入途徑的致癌強度系數[（kg·d）/mg]，Cd、As和Cr6+的致癌強度系數分別為6.1、15和41 （kg·d）/mg[3];Di為致癌性重金屬i經食入途徑的單位體重日均暴露劑量[mg/（kg·d）];Ci為化學致癌物i的濃度（mg/L）;式（2）中70為人類平均壽命;式（3）中2.2為成人每日平均飲水量（L），70為成人平均體重（kg）。

式中，Rn為所有非致癌物性重金屬所致健康危害的年風險;Rcip為非致癌性重金屬i經食入途徑所致健康危害的個人平均年風險;Dip為非致癌性重金屬經食入途徑的單位體重日均暴露劑量[mg/（kg·d）];RfDip為非致癌性重金屬 經食入途徑的參考劑量[mg/（kg·d）]，Pb和Hg的參考劑量分別為1.4×10-3和3×10-4 mg/（kg·d） [3];70為人類平均壽命。

假設各有毒物質對人體健康危害的毒性作用呈相加關系，而不是協同或拮抗關系，則水環境總的健康危害風險RT為：

1.3 健康風險評價標準

水環境風險評價通過建立人體健康與環境污染的關系，定量描述各種環境污染物對人體健康造成的危害及其發生概率。健康可接受風險度指為社會公認、為公眾可接受的不良健康效應的風險概率，其結果與國際推薦的風險水平進行對比，使風險管理國際化。美國環保署（EPA）對致癌物質可接受的風險水平數量級在1×10-6～l×l0-4范圍，小于10-6表示風險

不明顯，10-6～10-4表示有風險，大于10-4表示有較顯著的風險。國際輻射防護委員會（ICRP）推薦的最大

可接受風險水平為5.0×10-5（即每年每千萬人口中因飲用水中各類污染物而受到健康危害或死亡的人數不能超過500人）;瑞典環境保護局、荷蘭建設和環境部推薦的最大可接受水平為1.0×10-6，而我國目前還沒有這方面的規定。據此，研究將水環境健康風險劃分為無健康風險、較低健康風險、中等健康風險和較高健康風險4個等級，各等級的風險水平分別為lt; 1×10-6、1×10-6～5×10-5、5×10-5～1×10-4和gt;1×10-4。

2 結果與分析

2.1 長株潭地區水環境重金屬含量分析

河流、庫塘既是農田灌溉水的最主要源頭，也是區域內人們生活用水的源頭，與人們的生活息息相關。根據我國飲用水標準（GB5749—2006）Cd、As、Cr6+、Pb和Hg等重金屬的限量標準分別為5×10-3、10×10-3、50×10-3、10×10-3和1×10-3 mg/L。由表1可知，長株潭地區水環境中As和Pb含量較接近其限量標準;其中，醴陵市和炎陵縣水環境中As含量已超過了飲用水限量標準，而其余縣市區水環境中Cd、Pb、As、Cr6+、Hg皆在限量標準范圍內。從表1中還可以看出，長株潭地區水環境重金屬含量由高到低排列依次為As>Pb>Cr6+>Cd>Hg;長沙、株洲、湘潭地區間水環境重金屬含量以長沙地區最低，Pb、Cd含量表現為湘潭>株洲>長沙，As、Cr6+、Hg則表現為株洲>湘潭>長沙;Cd含量最高的是湘潭市轄區，其次是株洲的茶陵縣和長沙的瀏陽市;As含量較高的是株洲的醴陵市、炎陵縣和茶陵縣;Pb含量最高的是株洲的炎陵縣，其次是株洲的茶陵縣和湘 " 潭的湘鄉市;Cr6+和Hg含量在長株潭各縣市區間的分布相對均衡。整體來看，長株潭地區水環境中As和Pb含量較接近飲用水限量標準，是飲用水前處理中應重點考慮的對象。

2.2 長株潭地區水環境重金屬的健康風險評價

根據式（1）～（3）計算出長株潭地區各縣市區通過飲用途徑化學致癌物造成的平均個人年風險值，由式（4）、式（5）和式（3）計算出長株潭地區各縣市區通過飲用途徑非致癌污染物造成的平均個人年風險值，并由式（6）計算出長株潭地區各縣市區通過飲用途徑的重金屬總平均個人年風險值，結果如表2所示。

從表2中可以看出，長株潭地區水環境中重金屬由飲用途徑所致健康危害的個人年總風險在2.28×10-5

～8.84×10-5之間。與非致癌物相比，化學致癌物由飲用途徑所致健康危害的個人年風險遠高于非致癌物?；瘜W致癌物由飲用途徑所致健康危害的個人年風險最大的皆是As，其風險在1.15×10-5～7.71×10-5之間;其次為Cr6+，其風險在0.84×10-5～1.32×10-5之間;然后是Cd，其風險在0.03×10-5～0.39×10-5之間。長株潭地區水環境中As的平均個人年風險為Cr6+的2.71倍，Cd的25.64倍。地區間水環境中重金屬As和Cr6+的健康風險從高到低排列為株洲>湘潭>長沙;Cd則為湘潭>株洲>長沙。其中，長沙市水環境中As的平均個人年風險為Cr6+的1.84倍，Cd的30.33倍;株洲市水環境中As的平均個人年風險為Cr6+的3.61倍，Cd的36.73倍;湘潭市水環境中As的平均個人年風險為Cr6+的2.13倍，Cd的10.20倍。其中，長沙地區水環境Cd健康風險最高的是瀏陽市，As健康風險最高的是瀏陽市和寧鄉縣，Cr6+健康風險在長沙市各縣市區中相對均衡;株洲水環境中Cd健康風險最高的是茶陵縣，As健康風險最高的是醴陵市和炎陵縣，其次是茶陵縣，Cr6+健康風險在株洲市各縣市區中也相對均衡;湘潭水環境中Cd健康風險最高的是湘潭市轄區，As和Cr6+健康風險在湘潭各縣市區中皆相對均衡。

長株潭地區非致癌物重金屬由飲用途徑所致健康危害的個人年風險元素間表現為Pb高于Hg，而Pb和Hg地區間皆表現為株洲>湘潭>長沙。長株潭各縣市區水環境中Pb健康風險最高的是炎陵縣，其次為茶陵縣、湘鄉市和株洲縣等，而Hg的健康風險在各縣市區中相對均衡。

重金屬Cd、As、Cr6+、Pb、Hg等5項重金屬元素的由飲用途徑所致的總健康風險與Cd、As、Cr6+的化學致癌物由飲用途徑所致健康風險相當。由表2可知，長株潭所有縣市區水環境的重金屬Cd、As、Cr6+、Pb、Hg的總健康風險皆達到較輕風險等級以上，其中株洲的水環境中重金屬的總健康風險為中等風險等級。

從各縣市區水環境單項重金屬元素的健康風險來看（表2），長株潭地區所有縣市區的5項重金屬總健康風險處于有風險狀態。其中，長株潭各縣市區水環境中Pb和Hg的健康風險皆為無風險等級。而長沙各縣市區水環境中Cd的健康風險僅瀏陽市處于較低風險等級，其余縣市區皆為無風險等級;As和Cr6+則皆為較低風險等級。株洲各縣市區水環境中Cd的健康風險除株洲市轄區和醴陵市為無風險等級外，其余縣市區皆為較低風險等級;所有縣市區水環境中As的健康風險皆達到較低風險等級以上，其中茶陵縣、醴陵市和炎陵縣水環境中As的健康風險甚至達到中等風險等級;而水環境中Cr6+的健康風險皆為較低等級。湘潭各縣市區水環境中Cd、As、Cr6+的健康風險皆為較低風險等級。

由此可見，整個長株潭地區水環境中僅長沙部分縣市區以及杭州市轄區和醴陵市的水環境中Cd的健康風險為無風險等級，其余縣市區的As、Cd、Cr6+皆處于較低甚至中等健康風險等級。

3 討 論

結合我國飲用水中重金屬的限量標準可知，長株潭各縣市區水環境中As含量十分接近我國飲用水限量標準，水環境中其余重金屬含量皆遠低于這個標準，表明長株潭地區水環境存在一定的As污染風險。對整個長株潭地區的水環境進行健康風險評價，結果表明，化學致癌物對人體健康危害個人年風險度遠高于非致癌污染物，而化學致癌物中以As的風險最大，As在長株潭各縣市區的水環境中引起的健康風險皆達到較低風險等級以上，其中茶陵縣、醴陵市和炎陵縣已達到中等風險等級;其次是Cr6+，在各縣市區水環境中的健康風險也皆達到較低風險等級;此外，水環境中Cd的健康風險除長沙的大部分縣市區及株洲市轄區外，其余縣市區水環境中Cd的健康風險也已皆達到較低風險等級。由此可見，長株潭地區水環境中As、Cr6+、Cd通過飲用途徑造成的健康風險雖風險等級不高，但因其在全區域內普遍存在，涉及范圍廣，更應引起飲用水前處理的高度重視。

學者們對不同地點、不同水源地水環境的監測結果皆表明，化學致癌物對人體健康危害個人年風險度遠高于非致癌污染物，風險最大的是化學致癌物Cr6+和As，但受地域的影響對人體健康危害最大的污染物略有不同。如王鶴揚[25]分析了北京市西城區水環境質量，結果表明風險最大的是化學致癌物Cr6+和As;蘇偉等[16]分析得出二松干流對人體健康危害最大的是化學致癌物Cr6+;張琰等[27]分析了東江博羅縣段水環境的健康風險，結果表明對人體健康危害最大的是As;王輝等[11]分析了渾河水環境的健康風險，結果表明對人體健康危害最大的是化學致癌物Cr6+;張光貴等[19]、王麗娜等[20]對洞庭湖的水環境進行評價，結果表明As通過飲水途徑危害人體健康的風險最大;孫樹青等[6]、秦普豐等[13]、劉麗等[14]、魯滔等[15]分別對湘江以及長江湖南段的水環境進行評價，結果也表明，As為主要風險污染物。從這些研究結果可以看出，當飲用水源為大型的湖泊、河流、庫塘時，其水環境質量相對較好，但不管是多雨的南方還是干旱的北方，水環境中化學致癌物重金屬元素中風險最大的皆是As和Cr6+。飲用水中重金屬含量非常低，但由于大量飲用，長期積累，仍會嚴重危害人體健康。因此，去除飲用水中的化學致癌物As、Cr6+、Cd，對于提高飲用水的安全性十分必要。

由于該研究僅考慮飲用水環境中Cd、As、Cr6+、Pb、Hg等5項元素的暴露途徑，未考慮除飲用水途徑以外的其他暴露途徑，如皮膚接觸和吸入等，以及其他風險物引起的健康風險，實際上低估了水污染物暴露的風險。此外，通過飲用水暴露途徑的健康風險還與人們的生活方式、生活習慣及職業類型密切相

關[28]。如魏嵐等[18]在和龍水庫調研時發現，受養豬場含As廢水排放的影響，水庫水體中As所產生的致癌風險遠高于人體最大可接受風險。此外，受降雨時空分布不均等因素的影響，不同時段水環境中重金屬含量也存在差異，如魯滔等[15]、王麗娜等[21]分別對長江岳陽段及洞庭湖水環境進行了時空分布特征研究，結果表明長江岳陽段水環境毒性物質總健康風險表現為平水期>豐水期>枯水期，而洞庭湖水環境毒性物質總健康風險則表現為豐水期>枯水期>平水期。因此，對區域內水環境的季節性波動有待進一步調研。此外，環境健康風險評價作為評價水環境健康風險的一種新方法，健康風險評價本身還存在較大的不確定性，如致癌強度系數與參考劑量的選取、各有毒物質對人體健康危害的累積效應分析等，許多方面尚待深入研究。

4 結 論

長沙、株洲、湘潭各縣市區水環境中Cd、Pb、As、Cr6+、Hg含量，除株洲醴陵市和炎陵縣的As含量超過飲用水限量標準外，其余縣市區水環境中Cd、Pb、As、Cr6+、Hg皆在限量標準范圍之內。其中，As、Pb含量已非常接近飲用水限量標準，是飲用水前處理中應重點去除的元素。

長株潭地區水環境中重金屬由飲用途徑所致健康危害的個人年總風險在2.28×10-5～8.84×10-5之間，化學致癌物由飲用途徑所致健康危害的個人年風險遠高于非致癌物。化學致癌物由飲用途徑所致健康危害的個人年風險順序為As>Cr6+>Cd，其中As引起的風險在1.15×10-5～7.71×10-5之間，Cr6+引起的風險在0.84×10-5～1.32×10-5之間，Cd引起的風險在0.03×10-5～0.39×10-5之間。不同地區水環境中重金屬引起的健康風險皆是長沙最低，As和Cr6+引起的健康風險表現為株洲>湘潭>長沙，Cd的表現為湘潭>株洲>長沙。長株潭地區非致癌物重金屬由飲用途徑所致健康危害的個人年風險元素間表現為Pb高于Hg，且Pb和Hg地區間皆表現為株洲>湘潭>長沙。長株潭地區的所有水源進入人們的飲用環節時，需進行飲用水化學致癌物As、Cr6+、Cd的去除，以提高飲用水的安全性。

參考文獻：

[1] 雷 丹. 湖南重金屬污染現狀分析及其修復對策[J]. 湖南有色金屬，2012，28（1）：57-60.

[2] 于曉莉，劉 強. 水體重金屬污染及其對人體健康影響的研究[J]. 綠色科技，2011，（10）：123-126.

[3] US Environmental Protection Agency. Superfund public health evaluation manual[S]. Washington DC：Office of Emergency and Remedial Response，1986.

[4] 李祥平，齊劍英，陳永亨，等. 廣州市主要飲用水源中重金屬健康風險的初步評價[J]. 環境科學學報，2011，31（3）：547-553.

[5] 鄒 濱，曾永年，Benjamin F Z，等. 城市水環境健康風險評價[J]. 地理與地理信息科學，2009，25（2）：94-98.

[6] 孫樹青，胡國華，王勇澤，等. 湘江干流水環境健康風險評價[J]. 安全與環境學報，2006，6（2）：12-15.

[7] 陳耀寧，智國錚，袁興中，等. 基于三角隨機模擬和ArcGIS的河流水環境健康風險評價模型[J]. 環境工程學報，2016，10（4）：1799-1806.

[8] 鄭德鳳，蘇 琳，李紅英，等. 基于隨機模擬與三角模糊數耦合模型的地下水環境健康風險評價研究[J]. 環境科學與管理，2014，39（10）：154-158.

[9] ?；勰?，袁興中，曾光明，等. 基于動態聚類分析的水環境健康風險綜合評價[J]. 湖南大學學報（自然科學版），2010，37（9）：73-78.

[10] 袁希慧，王菲風，張江山. 基于區間數的飲用水源地水環境健康風險模糊評價[J]. 安全與環境學報，2011，11（4）：129-133.

[11] 王 輝，孫麗娜，劉 哲，等. 渾河水環境健康風險特征研究[J]. 生態毒理學報，2015，10（2）：394-402.

[12] 梁麗華，王新科，鄭現明，等. 西安市黑河水源地水環境健康風險評價[J]. 干旱區資源與環境，2014，28（10）：140-144.

[13] 秦普豐，雷 鳴，郭 雯. 湘江湘潭段水環境主要污染物的健康風險評價[J]. 環境科學研究，2008，21（4）：190-195.

[14] 劉 麗，秦普豐，李細紅，等. 湘江株洲段水環境健康風險評價[J]. 環境科學與管理，2011，36（4）：173-176.

[15] 魯 滔，張光貴. 長江岳陽段水環境健康風險評價[J]. 環保科技，2014 （1）：22-25.

[16] 蘇 偉，劉景雙，王 "洋. 第二松花江干流水環境健康風險評價[J]. 自然資源學報，2007，22（1）：79-85.

[17] 李永麗，劉靜玲. 灤河流域不同時空水環境重金屬污染健康風險評價[J]. 農業環境科學學報，2009，28（6）：1177-1184.

[18] 魏 嵐，劉傳平，鄒獻中，等. 和龍水庫水質調查與健康風險評價[J]. 安全與環境學報，2015，15（5）：324-329.

[19] 張光貴. 洞庭湖水環境健康風險評價[J]. 濕地科學與管理，2013，9（4）：26-29.

[20] 王麗娜，李鴻程. 東洞庭湖水環境健康風險評價[J]. 岳陽職業技術學院學報，2015，30（4）：88-90.

[21] 倪 彬，王洪波，李旭東，等. 湖泊飲用水源地水環境健康風險評價[J]. 環境科學研究，2010，23（1）：74-79.

[22] 劉 軍，侯佳男，黃 爽. 遼寧省地下飲用水源水環境健康風險評價[J]. 沈陽建筑大學學報（自然科學版），2016，32（1）：177-185.

[23] 張曉惠，陳 紅，焦永杰，等. 飲用水功能區水環境健康風險閾值體系研究[J]. 環境污染與防治，2015，37（7）：88-93.

[24] 宋 焱，徐頌軍，張 "勇. 白云山地表水重金屬健康風險不確定性評價[J]. 地球科學進展，2013，28（9）：1036-1042.

[25] 王鶴揚. 北京市西城區水環境健康風險評價研究[J]. 環境科學與管理，2013，38（11）：163-167.

[26] 王麗萍，周曉蔚，黃小鋒. 飲用水水源地健康風險評價[J]. 水資源保護，2008，24（4）：14-17.

[27] 張 琰，盧海燕. 東江博羅縣段水環境健康風險評價[J]. 廣州化工，2016，44（9）：144-147.

[28] 高繼軍，張力平，黃圣彪，等. 北京市飲用水源水重金屬污染物健康風險的初步評價[J]. 環境科學，2004，25（2）：47-50.