家庭沖廁用水毒理學的選擇性計算

匡華成

(遼寧省鞍山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 鞍山 114003)

居民用水按照國家標準GB/T50331-2002統(tǒng)計，沖廁占29.1%、淋浴占28.8%、洗衣占6.8%、廚用占21.5%、飲用占2.2%、澆花占5.8%、衛(wèi)生占5.8%。按照上述比例計算家庭生活中各部分用水量，如果每人的額定用水量為110 L/d，每日的沖廁用水量為30 L/(d·人)，以三人之家計算，每年的沖廁用水消耗量為3.6噸。

如果沖廁用水以其它類型的用水替代則自來水節(jié)約量十分可觀，節(jié)約用水的前提是替代用水的質(zhì)量應當滿足人體健康要求。

1 沖廁用水的擴散及擴散參數(shù)

1.1 沖廁用水

沖水用具在使用中會引起氣溶膠霧化而使水霧在環(huán)境中擴散，用水中的化學成分和致病微生物會與人體發(fā)生接觸，接觸的途徑是呼吸道、食道、皮膚。依據(jù)GB25502-2017坐便器水校限值及水校等級規(guī)定，家庭沖廁用具三級水校等級規(guī)定值為≤5 L、≤6 L、≤8 L，平均用水量分別是≤4 L、≤5 L、≤6.4 L。

從管理毒理學的角度出發(fā)，分別計算不同用水在三級水校3 L/S、6 L/S和8 L/S時，沖廁用水的重金屬對人體的危害，以此來為節(jié)約用水和選擇沖廁用具提供參考意見。

1.2 沖廁用水擴散指標設定

沖廁用水在使用中會以部分轉(zhuǎn)變成氣溶膠的形式存在于空氣中。盡管在氣溶膠的擴散中會存在去氣溶膠的衰減和有效距離的限制，但是限于室內(nèi)空間的有限使得自然凈化的能力不會發(fā)生很大的作用。

沖廁用水的霧化和氣溶膠的擴散涉及到擴散系數(shù)、霧化效率等呼吸指標。本論文上述指標參考論文[1]中的有關結(jié)論。

排放源強度計算依據(jù)下式：

Q=cwaterqA

其中Q是排放源強度，cwater是沖廁用水中的污染成分的含量(mg/L)，q是噴撒強度(m3/s)，A是霧化效率因子。

A的取值一般在0.003～0.01之間，不同溫度時的霧化效率因子不同，30℃時0.007，27℃～29℃時0.006，25℃～26℃時0.005，21℃～24℃時0.004，18℃～20℃時0.003。噴撒強度一般可以根據(jù)我國的坐便水校等級標準設定為3 L/S、6 L/S、8 L/S三個級別計算。

環(huán)境空氣中的污染物質(zhì)在氣溶膠中的濃度依下式計算：

Cair=QD

其中Cair是環(huán)境空氣中的污染物質(zhì)在氣溶膠中的濃度，mg/L；Q是排放源強度，mg/L；D是擴散系數(shù)，s/m3。

由于在霧化的氣溶膠擴散過程中擴散系數(shù)不斷變化，1.5～2m距離處時，擴散系數(shù)取0.7。這時環(huán)境空氣中的污染物濃度以用水的污染物溶度和空氣中的水霧濃度表示，見下式：

Cair=cwaterF

F=qAD

各參數(shù)的意義同上。

2 沖廁用水中的化學物對人體健康影響評價

2.1 評價參數(shù)選擇

不同類型的用水其污染特征不同。本文以其它來源的沖廁用水來代替自來水，其它來源的沖廁用水可能包括家庭廚余廢水、洗浴用水和再生水等，水中的污染物包括重金屬污染、有機物污染和致病微生物污染。而由于采用不同水校的沖便器使得同一用水在不同的裝置上使用時對人體健康的危害不同?；赜盟u價參數(shù)見表1。

表1 家庭沖廁用水評價參數(shù)

重金屬按照經(jīng)口毒性數(shù)據(jù)計算，致癌強度數(shù)據(jù)q如下：砷1.5 (mg/kg·d)-1，鎘0.38 (mg/kg·d)-1，鉻41 (mg/kg·d)-1，鉛0.0085 (mg/kg·d)-1。呼吸途徑時鎘、六價鉻、鉛、鎳、砷致癌強度系數(shù)分別是15、510、0.042、0.91、1.5 (mg/kg·d)-1。

環(huán)境空氣中氣溶膠粒徑在2～5 μm時會以經(jīng)口的模式造成危害。以下分別計算呼吸和經(jīng)口模式時砷對人體致癌概率。呼吸時的呼吸途徑終生日均暴露劑量估算公式[2]：

LADD1：呼吸途徑的終生日均暴露劑量 mg/kg·d；CAIR:該用途再生水在空氣中有害物濃度 mg/m3；IR：呼吸速率m3/h；ET:日均暴露時間h/d；F:單位空氣中所含再生水形成水霧量L/m3；AF:呼吸系數(shù)0.63；ED：終生暴露天數(shù)d；BW：平均體重70 kg；LT：預期壽命，70*365d。

年均致癌危險度p=LADD1*csf

csf：致癌強度系數(shù)，(mg/kg·d)-1

經(jīng)口模式時的年均致癌危險度計算依照以下公式[3]：

pi=(1-e(-di×q))/70

Pi：化學致癌物經(jīng)口途徑產(chǎn)生的個人終生致癌風險。

di：第i類化學品經(jīng)口途徑單位體重的日均暴露劑量mg/kg·d,其中d=n×v×c×10-3/365*70，年暴露次數(shù)*每次暴露環(huán)境介質(zhì)體積*污染物濃度/365*70；

qi：第i類化學品經(jīng)口或吸入途徑致癌強度系數(shù)(mg/kg·d)-1。

2.2 三類不同水校的沖便器使用時的致癌危險度計算

家庭沖廁用水水源在選擇上有多種類型可供選擇，包括餐余廢水、洗漱用水、再生水、自來水。不同用水的污染特征不同。參考GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準中關于對重金屬的濃度規(guī)定，主要指標見表2。

表2 地表水中重金屬的限值

上述標準是各類水體中的重金屬的含量限值，以此為重金屬的濃度可以計算出含不同重金屬濃度級別的用水在使用中存在的致癌危險性。

下節(jié)的計算中分別考慮以下幾種情況：無重金屬檢出水，以及不同程度重金屬污染的再用水。無重金屬檢出用水，如自來水、深度處理后的再生水，無重金屬離子檢出意味著其中的重金屬含量小于分析方法的檢出限，在計算中以重金屬檢測方法的檢出限的一半為計算濃度。其它類型再用水假設其受到不同程度的重金屬污染，而用水的選擇首先是在符合國家標準的前提下進行，在重金屬濃度評價時選擇滿足國家標準的各個濃度水平計算。每種濃度水平下不同水校的沖便器形成的水霧會對環(huán)境中的人群健康有不同的影響，以致癌危險度表達結(jié)果。

2.2.1 化學品呼吸途徑致癌危險度計算

幾類監(jiān)控的重金屬檢出限分別如下：汞的檢出限是0.04 μg/L，砷的檢出限是0.3 μg/L，鎘檢出限0.002 mg/L，六價鉻檢出限0.004 mg/L，鉛檢出限0.01 mg/L，硒檢出限0.0004 mg/L，鎳檢出限0.05 mg/L。計算中濃度取值為檢出限的一半。其他類型的再用水的重金屬濃度值選擇依據(jù)國家地表水質(zhì)量標準中規(guī)定的不同級別濃度限值來確定，計算結(jié)果如表3～6。

表3 砷的危險度計算結(jié)果

表4 鎘的危險度計算結(jié)果

表5 六價鉻的危險度計算結(jié)果

表6 鉛的危險度計算結(jié)果

上述幾種典型重金屬砷、鎘、六價鉻、鉛等的呼吸途徑時致癌危險度的計算結(jié)果，依據(jù)USEPA對各類風險的可接受概率的規(guī)定，小型人群可接受風險為10-5～10-4/a，社會層面可接受風險為10-8～10-7/a，最大可接受風險概率10-4/a。所取各濃度值計算結(jié)果為：元素砷對沖廁回用水的含量限值為0.05 mg/L，在此濃度水平下計算的致癌風險概率小于最大可接受風險概率10-4/a。當沖廁用水中砷濃度達到1 mg/L時，只有水校為3L/S的沖便器安全，其余兩種的使用風險概率都超過了10-4/a。鎘的計算結(jié)果與砷類似，只有經(jīng)過深度處理的用水鉻含量未檢出和符合一類、二類地表水濃度限值的沖廁用水在使用時是安全的。六價鉻計算結(jié)果表明以0.002 mg/L計算其危險度時，風險概率也在10-5～10-4/a范圍內(nèi)，其它六價鉻有檢出的沖廁用水的使用風險概率都不可接受。鉛元素的風險概率在可接受范圍內(nèi)，即使是地表水五類水標準0.1 mg/L，沖廁致癌危險度也在10-7，三種水校的沖便器都能滿足對危險度的要求。

危險度分析表明砷、鎘、六價鉻在以未檢出用水為沖廁用水時，8 L/S水校的坐便器要比3 L/s坐便器致癌危險度要高10倍，但是危險度都在可接受范圍內(nèi)。其它不同重金屬濃度含量的用水計算的結(jié)果是8 L/S水校的坐便器要比3 L/S坐便器致癌危險度要高2～3倍，其中以六價鉻為計算因子時，不同水校坐便器危險度相差3倍。

2.2.2 指定化學品沖廁用水經(jīng)口途徑致癌危險度計算

一般認為氣溶膠微粒粒徑在2～5 μm時，氣溶膠中的物質(zhì)與人體相接觸是通過口腔吞咽行為，但是難以統(tǒng)計三種水校的坐便器經(jīng)口模式的人體暴露劑量。根據(jù)前文計算呼吸途徑的暴露劑量公式，假設在完全進口吞咽情況下，霧化量完全被人體接受，霧化效率因子取在25℃～26℃時的0.005，三種水校的坐便器在使用中人體的暴露量分別是15 mL、30 mL、40 mL。實際上可能達到的人體暴露劑量一般為0.1～1 ml，放大10倍計算極限暴露劑量10 ml。

表7中模擬計算了在經(jīng)口模式下的危險度，暴露量取0.1 ml、10 ml，是模擬生成的水霧完全經(jīng)口時所暴露的體積。暴露量為10 ml時，出現(xiàn)了不同重金屬濃度的用水的終生危險度超出最大風險概率10-4的情況。當受污染的沖廁用水重金屬濃度在0.1 mg/L時，危險度計算結(jié)果都小于10-4。

3 結(jié)論與討論

對As、Cd、Cr、Pb致癌危險度計算，計算選取3 L/S、6 L/S、8 L/S三種水校的坐便器為計算對象，分別計算了經(jīng)口、呼吸兩種接觸途徑在不同化學品含量的沖廁用水使用時的致癌危險度。呼吸途徑時，沖廁用水中砷含量為1 mg/L時，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器時的致癌危險度大于10-4；沖廁用水中鎘含量為0.1 mg/L時，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器時的致癌危險度大于10-4；沖廁用水中六價鉻含量為0.01 mg/L和0.1 mg/L時，使用6 L/S、8 L/S水校的坐便器時的致癌危險度大于10-4。經(jīng)口途徑時各濃度水平的危險度計算都小于10-4。

經(jīng)過深度處理的再生水重金屬含量顯示為零，以這種水作為沖廁用水時，三種水校的坐便器的危險度都小于10-4。

出于節(jié)約用水的考慮，再生水、廚余廢水或其他輕微污染的廢水都可以重新選擇再度使用。文章計算了廢水中不同含量下的重金屬在不同水校的沖便器使用時的致癌危險度，并與國際上可接受的可接受危險限值相比較，得出的結(jié)論可以用于沖廁用水的選擇參考。