成都市飲用水源硝酸鹽、亞硝酸鹽健康風險評估

陳 磊 張玉嬌 王雅潞 賴承鉞 昝曉輝

(成都市環境保護科學研究院，成都 610072)

飲用水水質與居民的身體健康密切相關，但是傳統的水質評價方法和標準雖然在一定程度上反映了水體的污染狀況，但無法直接反映水體污染對人體健康的危害程度。健康風險評估則是定量評估環境污染物對人體健康危害概率的方法[1]。硝酸鹽和亞硝酸鹽不是人體所必需的營養物質，攝入量過多，會對人體健康產生危害，進入體內的硝酸鹽一部分通過腎臟排出體外，一部分在體內轉化成亞硝酸鹽[2-3]。而亞硝酸鹽對人體的危害主要有兩個方面，一是亞硝酸鹽本身的毒性，它能夠把血液中攜帶氧氣的低價鐵血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，使血液失去攜帶氧氣的功能，導致高鐵血紅蛋白癥[4]，從而使人出現缺氧中毒癥狀，嚴重時還會因呼吸衰竭而危及生命[5-6]；二是它的致癌作用[7]，亞硝酸鹽在進入人體胃內后，會和胃內的蛋白分解物合成，形成致癌物亞硝胺。因此，開展飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽健康風險評估研究具有重要的意義[1]。

水環境中硝酸鹽、亞硝酸鹽的健康風險評估主要是根據通過飲水途徑和皮膚接觸造成的人體健康風險進行評估。目前，該評估工作國內已有相關報道，例如，李國銀等[8]以呼和浩特市生活飲用水為研究對象，從危害識別、危害描述、暴露評估、風險描述4個方面對水中亞硝酸鹽的危害進行風險評價；曲靜等[9]對農村生活飲用水中硝酸鹽的含量及健康危害 指數進行了健康風險評估；王松松等[10]運用HHRA模型對煙臺農村地區地下水硝酸鹽通過飲水途徑和皮膚接觸造成未成年人、成年人的健康危害進行了評估。由此，鮮有關于成都市飲用水水源地硝酸鹽、亞硝酸鹽的健康風險評估，特別是分不同水期對硝酸鹽、亞硝酸鹽一起分析研究。本文采用HHRA模型，僅考慮飲水途徑，對成都市11個河流型飲用水源地水源中硝酸鹽、亞硝酸鹽的健康風險進行了評估。這些飲用水源地供水量大、服務人口多、水源保護區所在地基本覆蓋城市建成區、鄉鎮及山區等多種地理區域，其供水服務范圍基本覆蓋全成都。本文結論有助于了解成都市水源地水環境健康狀況，為成都市水源地管理、風險評估提供依據[11]。

1 研究區域

本文選區供水量大、服務人口多、所在地基本覆蓋城市建成區、鄉鎮及山區等多種地理區域的11個河流型飲用水源地作為研究對象，其供水服務范圍基本覆蓋全成都。采樣點位如圖1所示。

圖1 研究區域及采樣點位示意圖

2 材料與方法

2.1 儀器與試劑

DX-ICS-90型離子色譜儀(DIONEX，美國)，Merck millipore型超純水機(默克密理博，德國)。無水碳酸鈉(Na2CO3),無水碳酸氫鈉(NaHCO3)，購自成都市科隆公司(AR,500g)；硝酸鹽標準溶液(1 000 mg/L)，亞硝酸鹽標準溶液(1 000 mg/L)，均購自國家標準物質中心。

2.2 色譜條件

陰離子保護柱為Ion Pac AG14(50 mm×4 mm)，分析柱為AS14(250 mm×4 mm)。柱溫：30℃；進樣體積：10 μL；淋洗液：3.5 mmol/L Na2CO3，1.0 mmol/L NaHCO3；泵流速：1.0 mL/min。

2.3 水樣采集與分析

分別采集成都市11個河流型飲用水水源地豐水期(2021年9月)和枯水期(2022年1月)水樣，采集0.2 ～0.5 m表層水500 mL，每個點位同時采集一個平行樣。水樣的采集、保存、運輸和檢驗按照GB/T 5750—2006《生活飲用水標準檢驗方法》[12]執行。

2.4 健康風險評價方法

利用參考劑量(RfDi)(見表1)及國際機構推薦的最大可接受風險水平評估了通過飲水途徑的硝酸鹽、亞硝酸鹽對成都市成人與兒童的健康風險。

表1 硝酸鹽、亞硝酸鹽參考劑量

飲水途徑日均暴露劑量(Di)按照成人和兒童分別計算，其計算公式如下[15]：

成人:Di=(Q1×ρi)/B1

(1)

兒童:Di=(Q2×ρi)/B2

(2)

其中，

ρi為非致癌物質i的質量濃度，mg/L；

Q1為成人日均飲水量，1.74 L/d[16]；

B1取61.58 kg，B2取18.87 kg，B1、B2為成都市成人、兒童平均體重，體重數據來源于2020年成都市國民體質監測公報[17]；Q2為兒童日均飲水量，0.87 L/d[18]。

硝酸鹽、亞硝酸鹽的危險商數表示為：

HQ = Di/ RfDi

(3)

其中，HQ是指通過攝入水導致的非致癌危害商數。HQ大于1表示人體所能承受的非致癌風險度較高，在不可接受范圍之內；HQ小于1，表示所能承受的非致癌風險度較低，在可接受范圍之內。

硝酸鹽、亞硝酸鹽都屬于非致癌物，故本文只探討非致癌物造成的非致癌風險,非致癌風險以風險指數(Risk Index, Ri)表示，其評價模型表達式[11]如下：

Ri=(Di×10-6/RfDi)/ Y

(4)

其中，Ri為非致癌物質通過飲水途徑所產生的平均個人致癌年風險，a-1；

RfDi為非致癌物質 i通過飲水途徑估算得到的參考劑量, mg/(kg·d)；

Y為個人壽命，81.52為成都人均期望壽命，a[19]。

部分國際機構推薦的最大可接受風險水平為：1×10-6(瑞典環境保護局)，1×10-6(荷蘭)，1×10-6(英國)，1×10-4(美國)[20]。

3 結果討論

3.1 標準曲線

分別配制濃度為1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg/L的硝酸鹽標準溶液和亞硝酸鹽標準溶液，采用2.2中的色譜條件進行檢測，得到工作曲線，其線性方程、檢出限及方法相對標準偏差見表2。

表2 線性試驗結果

3.2 含量分布情況

硝酸鹽及亞硝酸鹽含量見表3。由表3可知，豐水期時，硝酸鹽含量范圍為0.789～29.217 mg/L，均值為7.081 mg/L,略高于劉芳盈等[21]在淄博市生活飲用水中硝酸鹽的測試結果(6.27 mg/L)。其中，S6、 S9硝酸鹽含量均超過《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)中飲用地表水限量值(10 mg/L)，S9污染程度較嚴重，含量為29.217 mg/L。亞硝酸鹽含量范圍為1.216～35.836 mg/L，均值為8.285 mg/L，高于汪洪濤[22]在南京市秦淮河飲用水中亞硝酸鹽含量的測定結果(6.519 mg/L)。S1-S11亞硝酸鹽含量均超過標準限值(GB 5749-2006，1 mg/L)，其中S6污染程度較嚴重，含量為35.836 mg/L。

表3 豐水期、枯水期硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量分布情況表

枯水期時，硝酸鹽含量范圍為2.767～21.332 mg/L，均值為7.158 mg/L，高于劉芳盈等[21]的研究結果(6.27 mg/L)。其中，S3、S6和 S9硝酸鹽含量均超過《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)中飲用地表水限量值(10 mg/L)，其中S9污染程度較嚴重，含量為21.332 mg/L。亞硝酸鹽含量范圍為2.772～48.891 mg/L，均值為13.198 mg/L，高于汪洪濤[22]的研究結果(6.519 mg/L)。S1-S11的亞硝酸鹽含量均超過標準限值(1 mg/L)，其中S6污染程度較嚴重，含量為48.891 mg/L。

3.4 健康風險評價

豐水期硝酸鹽經飲水途徑引起的成人健康風險指數(HQ)的變化范圍為0.0139～0.5160，兒童為0.0227～0.8419；亞硝酸鹽經飲水途徑引起的成人HQ的變化范圍為0.3437～10.1257，兒童為0.5608～16.5220，見表4。共有8個點位(S4-S11)的亞硝酸鹽的HQ大于1，說明在這些點位，亞硝酸鹽對成人及兒童有一定的健康風險，且兒童風險高于成人； 11個點位中硝酸鹽的HQ小于1，說明硝酸鹽對成人及兒童健康風險度較低，在可接受范圍之內。

表4 豐水期、枯水期時成人、兒童硝酸鹽和亞硝酸鹽經飲水途徑的個人年風險值和健康風險指數

續表4

利用式4計算出豐水期S1-S11中亞硝酸鹽的個人年風險值：成人4.22×10-9～1.24×10-7a-1，兒童6.88×10-9～2.03×10-7a-1；硝酸鹽的個人年風險值：成人1.71×10-10～6.33×10-9a-1，兒童2.79×10-10～1.03×10-8a-1；以上結果均低于國際機構推薦的最大可接受風險值水平，表明本次研究樣品中豐水期的硝酸鹽、亞硝酸鹽對成人及兒童健康風險度較低，在可接受范圍之內。但不排除人群長期暴露于這樣的環境中對人體健康還是會產生不良影響。

枯水期硝酸鹽經飲水途徑引起的成人健康風險指數HQ的變化范圍為0.0489～0.3736，兒童為0.0797～0.6147；亞硝酸鹽經飲水途徑引起的成人HQ的變化范圍為0.7832～13.8147，兒童為1.2780～22.541。S1-S11中有9個點位成人及兒童中亞硝酸鹽的HQ值大于1，表明該點位亞硝酸鹽對成人及兒童存在一定風險，且兒童風險高于成人；11個點位硝酸鹽的HQ小于1，說明S1-S11中硝酸鹽對成人及兒童健康風險度較低，在可接受范圍之內。

利用式4計算出枯水期S1-S11中亞硝酸鹽的個人年風險值范圍：成人9.61×10-9～1.69×10-7a-1，兒童1.57×10-8～2.77×10-7a-1；硝酸鹽的個人年風險值范圍：成人5.99×10-10～4.62×10-9a-1，兒童9.78×10-10～7.54×10-9a-1，以上結果均低于國際機構推薦的最大可接受風險值水平。表明硝酸鹽、亞硝酸鹽對成人及兒童健康風險度較低，在可接受范圍之內。

4 結論

(1)成都市11個典型河流型飲用水源地中亞硝酸鹽含量均超過標準限值(GB 5749-2006，1 mg/L)，豐水期S6、S9、枯水期S3、S6和 S9的硝酸鹽含量均超過標準限值(GB 5749-2006，10 mg/L)。

(2)11個飲用水源地中硝酸鹽、亞硝酸鹽的個人年風險值低于美國環保署規定的限值，表明水源地水中硝酸根、亞硝酸根對成人及兒童風險度較低，在可接受范圍之內，但不排除人群長期暴露于這樣的環境中對人體健康會產生不良影響。

(3)豐水期11個水源地中硝酸鹽的HQ均小于1，表示其對成人及兒童健康風險度較低。其中8個水源地中的亞硝酸鹽HQ大于1，顯示其對成人及兒童具有一定的健康風險，且兒童風險高于成人。

(4)枯水期11個水源地中硝酸鹽的HQ均小于1，表示其對成人及兒童健康風險度較低。其中9個水源地中的亞硝酸鹽HQ大于1，顯示其對成人及兒童具有一定的健康風險，且兒童風險高于成人。

(5)豐水期、枯水期中硝酸鹽和亞硝酸鹽的個人年風險值均低于國際機構推薦的最大可接受風險值水平，表明硝酸鹽、亞硝酸鹽對成人及兒童健康風險度較低，在可接受范圍之內。但也不可輕視由于長期的接觸對人體的影響，因此應加強飲用水源地的健康風險評估工作。