北京市朝陽區生活飲用水中某些金屬元素健康風險評價

張美云 趙艷玲 郭春城 王富嵩 呂鷗

據世界衛生組織(WHO)調查,人類80%的疾病與水相關,長時間飲用不潔凈、不達標的水可以引起多種疾病[1]。在生活飲用水中有些物質即使含量極低,低劑量長期暴露也可能對人體健康產生風險。生活飲用水健康風險評價可以推算出污染物對人體健康具有極低或者無風險時的濃度,能夠定量評估人群暴露于污染物所產生的健康危害[2],這為生活飲用水的相關法規和制度的制定及監管提供了科學依據[3]。通過對不同供水方式的飲用水中某些金屬元素的健康風險評價,旨在了解北京市朝陽區暴露于不同供水方式的飲用水中某些金屬元素對居民的健康風險,為今后飲用水的衛生安全保障提供科學依據。

1 對象與方法

1.1 對象 2015-2017年北京市朝陽區市政供水的末梢水和農村自備井集中供水末梢水監測數據。

1.2 采樣 全區25個街道和地區市政水供水監測點共計27個,每月監測一次。共計采集市政末梢水水樣972件;18個農村地區自備井集中式供水監測點共計36個,枯水期和豐水期各監測一次,共計采集水樣432件。檢測項目為GB 5749-2006《生活飲用水衛生標準》中水質常規指標[4]。

1.3 檢測方法 按照GB/T 5750-2006《生活飲用水標準檢驗方法》中的相關指標的方法進行樣品檢測。

1.4 質量控制 水樣的采集、保存、運輸和檢測過程嚴格遵循GB/T 5750-2006《生活飲用水標準檢驗方法》的規定和本單位實驗室檢測質量控制手冊的要求進行。每批次采樣都采集空白對照樣品,同時采集平行樣進行檢測。取15%的檢測樣品送到有CMA資質的第三方實驗室進行實驗室間結果比對,對結果有異常值的進行復測。

1.5 統計學方法 采用SPSS 19.0軟件進行數據的統計分析,數據經統計分析均呈非正態分布,故使用中位數進行統計特征描述。

1.6 健康風險評價方法 按照美國環境保護局(USEPA)健康風險評價模型[5,6],利用《中國人群暴露參數手冊》(成人卷)中北京的推薦值[7],進行不同供水方式飲用水中某些金屬元素指標的健康風險評價。依據國際癌癥研究中心(IARC)的化學物質分類,第1組和2A、2B組的化學物具有一定的致癌性,進行致癌風險評價,其余的進行非致癌風險評價。確定對8個金屬指標進行健康風險評價,其中Pb、Cr6+為致癌物;Hg、Cu、Mn、Zn、Fe、Al為非致癌物。 暴露評價：本研究只關注通過飲水途徑進入人體的劑量,通過飲用水暴露的金屬物質的日均暴露劑量計算如下：CDI=(IR×Cw×ED×EF)/(BW×AT)(表 1)。

表1 飲水途徑暴露參數

經飲用水暴露導致的單項致癌風險和總致癌風險,以及非致癌風險應用危害商來評價,計算公式如下：

致癌風險評價：Ri=CDI×SF

TR=∑i=1kRi

非致癌危害商：HQi=CDI/RfD

THQ=∑i=1jHQi

式中：Ri指經飲用水中特定有害健康效應而導致的終身超額危險度,即單項致癌風險。SF指由動物資料求得的人的致癌強度系數,單位為(kg×d)/mg;TR是總致癌風險。RfD指非致癌物的日攝入劑量,單位為mg/(kg×d);HQi指特定非致癌健康效應而產生的非致癌的終身超額危險度,即單項危險商值。THQ指總的終身危險度。

1.7 飲用水健康風險評價的判定標準 依據USEPA推薦的致癌物風險值[8]：風險值在 1×10-6～1×10-4范圍內時,被認為是可以接受的范圍;致癌物質健康風險值在1×10-6以下時,可認為對健康不產生危害;風險值在1×10-4以上時,認為風險不可接受。非致癌物健康風險評價標準為危險商值＜1。

2 結果

2.1 金屬指標檢測結果 2015-2017年,共采集市政末梢水972件,農村自備井集中式供水的自備末梢水432件。市政末梢水中的Fe和自備末梢水Fe、Mn、Al有一次檢測超過國家標準,經復測全部合格。由于檢測的結果經正態性檢驗,均不符合正態分布,因此用中位數來描述其結果,兩組中位數值都低于國家標準規定的限值(表2)。

表2 不同供水方式末梢水中某些金屬指標檢測結果(mg/L)

2.2 朝陽區不同供水方式的飲用水中某些金屬指標健康風險評價

2.2.1 健康風險評價金屬指標的劑量-反應關系參數和推薦劑量：文中涉及的致癌物質的致癌斜率系數(SF)和非致癌物質的日均攝入劑量(RfD)參考EPA的綜合危險信息系統(IRIS)和風險評價信息系統的數據[9](表3)。

表3 飲水途徑某些金屬元素暴露的健康風險評價的參數SF和RfD的值

2.2.2 不同供水方式的飲用水中某些金屬指標致癌健康風險：由USEPA健康風險評價模型進行評價,市政末梢水和自備末梢水的飲用水中Cr6+和Pb的致癌健康風險值相同。兩類供水方式的飲用水中致癌健康風險指標Cr6+最高,致癌物健康風險比較：Cr6+＞Pb;兩類供水方式的飲用水中Cr6+的致癌風險均在USEPA規定的1×10-6～1×10-4的可接受范圍內,Pb的致癌風險可忽略(表4)。

表4 不同供水方式的飲用水中某些金屬指標致癌健康風險值(Ri)

2.2.3 不同供水方式的飲用水中某些金屬指標非致癌健康風險：依據USEPA推薦的健康風險評價模型進行評價,不同供水方式的飲用水中各金屬元素的非致癌風險商值HQi＜1,兩類供水方式的飲用水中Hg的非致癌健康風險最高,指標Zn最低,非致癌物風險比較：Hg＞Fe＞Mn=Cu＞Al＞Zn,市政末梢水和自備末梢水的金屬指標非致癌健康風險商值均相同(除Fe以外,表5)。

表5 不同供水方式飲用水中某些金屬指標非致癌健康風險商值(HQi)

2.2.4 不同供水方式飲用水中某些金屬指標總致癌風險和總非致癌風險：朝陽區不同供水方式飲用水中金屬元素終身健康風險,整體來看,農村自備井集中式供水末梢水和市政供水末梢水健康風險差別不大,均在USEPA推薦的1×10-6～1×10-4可接受范圍內。經飲用水暴露的金屬指標的總致癌健康風險公式計算,不同供水方式的飲用水中總致癌風險均為4.87×10-5,在可接受的范圍之內。不同供水方式的飲用水的金屬指標總非致癌風險：市政末梢水為2.38×10-2,自備井末梢水為2.32×10-2,總風險商值均小于1。

3 討論

3.1 近年來,我國學者陸續在各地對生活飲用水開展了一些健康風險評估[10-14]。本研究應用USEPA推薦的健康風險評價模型,對北京市朝陽區不同供水方式飲用水中金屬指標 Cr6+、Pb、Hg、Cu、Mn、Zn、Fe 和Al對人體的健康風險情況進行評價,結果顯示不同供水方式經飲用水途徑暴露的金屬指標 Hg、Cu、Mn、Zn、Fe和Al的非致癌健康風險商值均＜1,在可接受范圍內,表明其不會對人體健康造成潛在危害;兩類供水方式的飲用水中金屬指標Pb的致癌健康風險小于1×10-6,可以忽略,指標Cr6+的致癌健康風險值也在可接受范圍內,這與一些學者的研究結果相同[15-17];指標Cr6+的致癌健康風險比指標Pb的健康風險高了兩個數量級,提示在今后的監測和評估中應引起一定的關注,防止其產生潛在風險。

3.2 本研究采用USEPA推薦的健康風險模型,健康風險評價中的風險估值可能存在不確定性,雖然暴露評價參照了《中國人群暴露手冊》(成人卷)中北京市人群平均壽命、平均體重和日均飲水量,控制了地區間的差異,但是實際飲水量受季節影響比較大,各季節活動強度不同,人群飲水量有差別。其次,本研究僅關注了飲水途徑暴露情況,沒有考慮皮膚接觸、吸入、食物攝入等其他途徑的金屬元素暴露情況,不能全面反映環境中金屬元素暴露的人群健康風險情況。另外,環境污染物的暴露途徑多樣,人體生物放大效應較復雜,忽略了污染物對人體健康危害的協同或拮抗作用,也會使健康風險評價的結果產生一定的偏差。因此,建議在今后的相關研究中,加強對健康風險的不確定性研究,同時積極探索開發我國的健康風險模型,不斷完善相關參數,建立我國的健康風險評價方法和國家級的技術指導規范等,才能更好、更精確地開展健康風險評價的工作。