晉城地區(qū)農(nóng)村飲水水質(zhì)安全評價體系研究

郭 寧 王曉靜 王衛(wèi)華

(晉城市供水保障中心，山西 晉城 048000)

農(nóng)業(yè)在我國具有重要地位，2020年我國農(nóng)村常住人口超過5億，保障農(nóng)村飲水安全，是維護(hù)社會穩(wěn)定發(fā)展和全面實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要條件。農(nóng)村飲水水質(zhì)健康風(fēng)險評價與農(nóng)村特定的自然地理?xiàng)l件和經(jīng)濟(jì)社會條件關(guān)系密切，與城市飲水存在明顯區(qū)別，其水質(zhì)安全評價不宜完全參照城市體系。本文以晉城地區(qū)為例，對25處具有代表性的農(nóng)村供水工程進(jìn)行研究，采集50個水樣進(jìn)行檢測，通過對檢測結(jié)果進(jìn)行指標(biāo)評價、地域分布分析和健康風(fēng)險評估，為探索適宜農(nóng)村實(shí)際情況的農(nóng)村飲水安全評價體系提供了新思路。

1 材料和方法

1.1 樣品來源

晉城市位于山西省東南部，是典型的北方城市。本次研究對象為當(dāng)?shù)?5處農(nóng)村集中供水工程的水質(zhì)，采集2021年10—11月的水樣進(jìn)行檢測，包括出廠水和管網(wǎng)末梢水，共采集50個水樣，涉及供水人口35.77萬，各供水工程均以地下水為水源。

1.2 方法

1.2.1 檢測方法

水樣的采集、保存、運(yùn)輸、檢測、質(zhì)量控制均依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T 5750—2006)。

1.2.2 檢測項(xiàng)目

結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，確定檢測指標(biāo)為生活飲用水常規(guī)指標(biāo)23項(xiàng)，其中感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)14項(xiàng)：色度、渾濁度、臭和味、肉眼可見物、pH值、銅、鐵、錳、鋅、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、總硬度、耗氧量；毒理指標(biāo)8項(xiàng)：砷、汞、硒、鎘、鉻(六價)、鉛、氟化物、硝酸鹽(N)；微生物指標(biāo)1項(xiàng)：總大腸菌群。

1.2.3 指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)為《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)，其中色度、渾濁度、pH值、耗氧量、鐵、錳、砷、氟化物、硝酸鹽、總硬度、溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽根據(jù)表4進(jìn)行評價，其余指標(biāo)根據(jù)表1進(jìn)行評價。

1.2.4 地域分布分析

篩選水樣中硫酸鹽超過250mg/L、氟化物超過1mg/L、硝酸鹽(N)超過10mg/L的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用地理信息系統(tǒng)QGIS(3.16)進(jìn)行聚類分析，分析晉城市農(nóng)村飲水超標(biāo)地區(qū)分布特點(diǎn)。

1.2.5 健康風(fēng)險評估方法

健康風(fēng)險評估過程主要分為毒性評估、劑量-反應(yīng)關(guān)系、暴露評估、風(fēng)險表征等階段[1]。非致癌性物質(zhì)通過飲水途徑所致的健康風(fēng)險計算模型[2]為

(1)

非致癌性物質(zhì)i通過飲水途徑的單位體重日均暴露劑量計算模型為

(2)

式中：IR為每人每日平均飲水量，L/d；Ci為物質(zhì)i的質(zhì)量濃度，mg/L；BW為平均體重,kg。

2 結(jié)果與討論

2.1 總體水質(zhì)

本次研究的25處農(nóng)村集中供水工程中采集的50個水樣，共有14個不達(dá)標(biāo)，總體達(dá)標(biāo)率為72%。其中，25個出廠水中有5個水樣不達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為80%；25個管網(wǎng)末梢水中有9個水樣不達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為64%。末梢水達(dá)標(biāo)率低于出廠水達(dá)標(biāo)率，說明導(dǎo)致農(nóng)村飲用水超標(biāo)的主要原因可能是農(nóng)村供水設(shè)施和管網(wǎng)老化以及儲水池和輸水管網(wǎng)老化、滲漏，導(dǎo)致供水管線殘損腐蝕，管內(nèi)壁生銹、脫落，造成微生物超標(biāo)等現(xiàn)象，從而影響飲用水水質(zhì)。

不達(dá)標(biāo)指標(biāo)情況以及不符合指標(biāo)類型分析情況見表1、表2。

表1 不達(dá)標(biāo)指標(biāo)情況

表2 不符合指標(biāo)類型分析情況

由表1和表2可知，該地區(qū)農(nóng)村飲水存在的不符合指標(biāo)類型主要是感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)，其中硫酸鹽超標(biāo)是影響飲水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的主要原因；其次為微生物指標(biāo)，總大腸菌群不達(dá)標(biāo)率為12%；此外少部分樣品毒理指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，主要是氟化物和硝酸鹽(N)。

渾濁度、總硬度、溶解性總固體及硝酸鹽(N)超標(biāo)水樣較少，無特定分布規(guī)律?？偞竽c菌群為隨機(jī)散布，是該地區(qū)農(nóng)村飲水水質(zhì)的重要影響因素，不達(dá)標(biāo)率為12%，涉及總大腸菌群超標(biāo)的供水工程共5處，其中80%都是管網(wǎng)末梢水總大腸菌群超標(biāo)。造成微生物指標(biāo)超標(biāo)的原因主要有歷史原因以及農(nóng)村地區(qū)客觀條件的限制，如管網(wǎng)分布比城市分散，難以集中維護(hù)保養(yǎng)等，但最主要的原因是農(nóng)村飲水消毒設(shè)施的配備情況和運(yùn)行條件與城市相比相差較多。有條件的農(nóng)村地區(qū)一般是通過建設(shè)集中聯(lián)片供水工程的方式解決飲水問題，規(guī)模較大的集中聯(lián)片供水工程一般具有完善的飲用水消毒設(shè)施和工藝，但由于管網(wǎng)限制，距離較遠(yuǎn)、較分散的供水末端地區(qū)不得不采用二次供水的方式解決飲水問題，這些地區(qū)存在管網(wǎng)末梢管理不合理、放水頻次過低、水體流動性差，有的儲水池和輸水管網(wǎng)未做到定期清洗，消毒設(shè)施的配備和運(yùn)行工藝存在潛在風(fēng)險等問題。

2.2 地域分布分析

2.2.1 硫酸鹽

農(nóng)村飲水中硫酸鹽地域分布情況見圖1。由圖1可知，硫酸鹽含量偏高的地區(qū)主要是市域西部(下村、大東溝、李寨、南村、大箕、犁川)和陽城縣東部(東冶)，總體位于沁水煤田南部邊緣地帶[3]，為城區(qū)盆地和陽城盆地接壤地區(qū)，是由南北走向的山脈擠壓形成的褶皺地帶，有利于煤炭聚集，是晉城市主要的產(chǎn)煤區(qū)，成莊煤礦、寺河煤礦等均位于此。該區(qū)域煤層多伴生硫鐵礦等礦產(chǎn)資源，導(dǎo)致地下水中硫酸鹽含量偏高，這可能是該地區(qū)飲水中硫酸鹽偏高的主要原因。

圖1 農(nóng)村飲水中硫酸鹽地域分布情況

2.2.2 氟化物

農(nóng)村飲水中氟化物地域分布情況見圖2。由圖2可知，農(nóng)村飲水中氟化物含量偏高的地區(qū)主要是澤州縣西北部下村、陳溝一帶，這里同樣是主要的產(chǎn)煤區(qū)，加之正處于長河等河流上游地區(qū)，地下水層較淺，蒸發(fā)作用較強(qiáng)，煤炭的開采導(dǎo)致太行山含氟較高的巖石和土壤中的氟極易進(jìn)入地下水進(jìn)行濃縮富集[4]，這可能是該地區(qū)飲水中氟化物偏高的主要原因。

2.3 健康風(fēng)險評估

2.3.1 評估指標(biāo)

本次研究的化學(xué)指標(biāo)中，所有水樣檢測數(shù)據(jù)全部低于檢出限的有銅、錳、砷、汞、硒、鉻(六價)，討論其導(dǎo)致的健康風(fēng)險無統(tǒng)計學(xué)意義，故不對其進(jìn)行健康風(fēng)險評估；硫酸鹽、氯化物、鐵在IRIS系統(tǒng)中查詢不到飲食途徑的毒理學(xué)數(shù)據(jù)，故也不對其進(jìn)行健康風(fēng)險評估。綜合各方面信息，確定硝酸鹽(N)、氟化物、鎘、鉛、鋅為本次研究的健康風(fēng)險評估指標(biāo)。

2.3.2 毒性評估

硝酸鹽(N)可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或亞硝胺類物質(zhì)，具有一定的致癌、致畸、致突變風(fēng)險；氟是人體需要的微量元素，可以降低齲齒患病率，但是攝入過高劑量的氟，則會對牙齒、骨骼發(fā)育造成影響，出現(xiàn)氟斑牙、氟骨??；鎘對腸胃黏膜具有刺激作用，還會導(dǎo)致肝、腎癥狀；鉛會對消化、神經(jīng)、免疫和呼吸等系統(tǒng)產(chǎn)生急性或慢性毒性影響，特別是對兒童智力發(fā)育造成危害；鋅是人體必需的微量元素，一般來說毒性較低，但攝入過高會刺激腸胃和產(chǎn)生惡心嘔吐。

2.3.3 暴露評估

本次研究的暴露人群為農(nóng)村供水工程所覆蓋的農(nóng)村常住人口，考慮到暴露途徑為飲水，因此只取末梢水檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行健康風(fēng)險評估。每人每日平均飲水量參考滿足正常生理需要的平均值3L，平均體重則參考一般成人平均體重60kg，人均平均壽命取2019年我國居民人均預(yù)期壽命77.3年，參考劑量則參考美國EPA發(fā)布的資料以及IRIS系統(tǒng)查詢信息，見表3。

表3 參考劑量

2.3.4 風(fēng)險表征

根據(jù)式(1)、式(2)計算非致癌物的平均健康風(fēng)險度，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，所有指標(biāo)的健康風(fēng)險均低于最大可接受健康風(fēng)險水平(1×10-6a-1)，說明該地區(qū)農(nóng)村飲水雖部分存在氟化物、硝酸鹽(N)等指標(biāo)超標(biāo)情況，但總體上不存在明顯的健康風(fēng)險，水質(zhì)安全水平較高。其中，陳溝村的氟化物(1.54×10-8a-1)、下村的氟化物(1.33×10-8a-1)和南村的硝酸鹽(N)(1.26×10-8a-1)的健康風(fēng)險超過了可忽略健康風(fēng)險水平(1×10-8a-1)[5]，說明這3處的農(nóng)村飲水水質(zhì)存在引起健康風(fēng)險的可能性，即使風(fēng)險較低，也不能忽略，應(yīng)注意飲用水中有毒物質(zhì)長期積累的總體風(fēng)險，積極采取相關(guān)的治理措施，降低健康風(fēng)險。其余指標(biāo)健康風(fēng)險均低于1×10-8a-1，這個數(shù)量級可能引起的健康風(fēng)險可以忽略，一般不需要采取特定的應(yīng)對措施。

表4 非致癌物飲水途徑的年健康風(fēng)險 單位：a-1

3 結(jié) 語

由于特殊的自然地理?xiàng)l件和經(jīng)濟(jì)社會條件，農(nóng)村地區(qū)飲水與城市飲水往往存在較大的差異性，如何科學(xué)合理有效地管理農(nóng)村飲水水質(zhì)，一直是農(nóng)村供水安全的重要課題。本次研究以晉城地區(qū)農(nóng)村飲水水質(zhì)監(jiān)測為例，針對農(nóng)村飲水進(jìn)行指標(biāo)評價、地域分布分析和健康風(fēng)險評估，構(gòu)建符合農(nóng)村實(shí)際的評價體系，可為農(nóng)村供水管理政策的制定提供可量化的參考標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)農(nóng)村飲水安全評價體系研究還不夠完善，未來有必要結(jié)合實(shí)際情況開展體系研究，以此提高我國農(nóng)村飲水水質(zhì)安全保障的能力和管理水平，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水可持續(xù)發(fā)展。