泰安市城區(qū)地下水“三氮”污染特征與健康風險評價

摘 要：為探究泰安城區(qū)地下水“三氮”污染現(xiàn)狀及對人體健康的影響，對118組地下水樣品中NO3-N、NO2-N、NH4-N的濃度進行檢測，采用美國環(huán)保署（USEPA）推薦的健康風險評價模型對成人和兒童開展健康風險評價。研究結果表明：地下水中NO3-N、NO2-N、NH4-N的檢出率分別為100%、81.36%和37.29%，其中NO3-N超標嚴重，超標率達50.85%，最大濃度值為111.07 mg·L-1，是標準值的5.56倍，說明研究區(qū)地下水普遍存在較嚴重的NO3-N污染，污染程度大小順序依次為孔隙水gt;巖溶水gt;裂隙水。NO2-N和NH4-N通過飲水途徑引起的非致癌風險指數(shù)遠小于1.0，不會對人體產(chǎn)生危害；NO3-N對成人非致癌風險指數(shù)范圍為0.01～2.73，平均值0.62，兒童非致癌風險指數(shù)范圍0.01～3.16，平均值0.71，成人和兒童分別有14.41%和23.73%的樣點健康風險水平超過了可接受水平，會對人體產(chǎn)生較大危害，應引起重視。

關鍵詞：地下水；污染特征；三氮；健康風險；泰安市

Characteristics and health risk assessment of \"three nitrogen\" groundwater pollution in Tai'an City

MENG Linghua

（Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau， Tai’an 271000， Shandong， China）

Abstract： In order to explore the present situation of \"three nitrogen\" pollution of groundwater in Tai'an City and its impact on human health， the concentrations of NO3-N， NO2-N and NH4-N in 118 groups of groundwater samples were detected， and the health risk assessment model recommended by the US Environmental Protection Agency （USEPA） was used to assess the health risk to both adults and children. The research results show that the detection rates of NO3-N， NO2-N and NH4-N in groundwater are 100%， 81.36% and 37.29% respectively. Among them， NO3-N exceeds the standard to a large extent， with an exceeding rate of 50.85%. The maximum concentration value is 111.07 mg·L-1， which is 5.56 times of the standard value. It indicates that there is serious groundwater NO3-N pollution in the study area. The pollution severity is in the order of pore water gt; karst water gt; bedrock fissure water. The non carcinogenic risk index caused by NO2-N and NH4-N through drinking water is far less than 1.0， which will not harm human health. The non carcinogenic risk index of NO3-N for adults ranges from 0.01 to 2.73， with an average value of 0.62. The non carcinogenic risk index for children ranges from 0.01 to 3.16， with an average value of 0.71. The health risk levels of 14.41% and 23.73% of the samples exceed the acceptable level for adults and children respectively， which will cause great harm to the human health and must be treated seriously.

Keywords： groundwater; pollution characteristics; three nitrogen; health risks; Tai'an City

地下水中的“三氮”是指硝酸鹽氮（NO3-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）和氨氮（NH4-N），飲用“三氮”含量過高或超標的地下水，會引發(fā)多種疾?。⊿indelar et al.，2012；Organization，2008），甚至在一定條件下可能產(chǎn)生致癌因子（趙侖山等，2019）。地下水氮污染是農(nóng)業(yè)活動與生活污染的主要特征之一（杜新強等，2018），隨著城市規(guī)模的擴大和經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，我國地下水中“三氮”污染問題日趨嚴重（Gu et al.，2013）。近年來，城市地下水污染防治工作得到不斷重視，人們對污染物健康風險意識不斷加強，評價地下水污染物對人體的危害程度得到極大關注，為此，國內(nèi)外諸多學者已在地下水重金屬健康風險評價（林麗等，2020；謝浩等，2021；孟令華等，2022）、有機污染物健康風險評價（Baytak et al.，2008；Pardakhti et al.，2011）、“三氮”健康風險評價（李蘭芳等，2012；張艷等，2018；葛婷婷等，2021）等方面取得大量成果。健康風險評價可以將地下水污染問題與人體健康聯(lián)系起來，以健康風險指數(shù)或風險值的量化形式反映地下水中不同類型污染物對人體健康的影響（楊麗芝等，2021），對城市地下水污染防治具有積極意義。

泰安市區(qū)位于泰山腳下，地下水資源較豐富，是重要的供水水源地，用水安全顯得尤為重要。目前針對泰安市城區(qū)地下水污染物人體健康風險評價的研究尚未見相關報道。本文以“山東省泰安市城區(qū)城市地質(zhì)調(diào)查”項目為依托，采集地下水樣品進行分析測試，并開展“三氮”健康風險評價研究，為泰安市地下水供水安全和污染防治提供依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 地理環(huán)境條件

研究區(qū)為泰安市城區(qū)，地處魯中山區(qū)西北部，地勢西北高、東南低，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，多年平均氣溫12.9℃，多年平均降水量1 119.70 mm，降水年內(nèi)分配不均，6—8月份降水量占全年降水量的61.63%。區(qū)內(nèi)地下水類型分為松散巖類孔隙水、巖溶水和裂隙水。松散巖類孔隙水主要分布于泰山山前傾斜平原及河谷兩側(cè)的沖洪積平原，受季節(jié)性影響明顯；寒武—奧陶系碳酸鹽巖類巖溶水是城區(qū)工農(nóng)業(yè)用水的主要目的層，水量豐富，自北西向南東徑流，主要接受大氣降水入滲補給、第四系孔隙水越流補給和河流滲漏補給；裂隙水分布于城區(qū)西部和北部侵入巖及泰山巖群變質(zhì)巖區(qū)，富水性較差。

1.2" 樣品采集與測試

2021年1月和11月，采集了118組地下水水樣（包括孔隙水35組、巖溶水44組和裂隙水39組），地下水采樣點水井深度7～249 m，采樣點分布見圖1?，F(xiàn)場用潛水泵采集地下水樣品，待水溫、pH值、電導率、氧化還原電位、溶解氧等指標穩(wěn)定后開始采樣。取樣瓶先用蒸餾水沖洗，采樣時再用新鮮水沖洗至少3次，采樣后立即送往山東省魯南地質(zhì)工程勘察院實驗測試中心進行檢測。NO3-N采用ICS-Aquion離子色譜儀測試，檢測下限為0.02 mg·L-1；NO2-N采用TU-1900紫外可見分光光度計測試，檢測下限為0.003 mg·L-1；NH4-N采用BDFIA-8000全自動流動注射分析儀測試，檢測下限為0.01 mg·L-1。

1.3" 健康風險評價方法

本文以目前國內(nèi)外公認的美國環(huán)保署（USEPA）推薦的健康風險評價模型為基礎（US Environmental Protection Agency，1989；National Research Council，1983），針對研究區(qū)地下水中的“三氮”，對成人和兒童分別開展人體健康風險評價。根據(jù)USEPA風險評價體系，污染物對人體造成的健康風險可分非致癌風險和致癌風險。氮污染物引發(fā)的主要是非致癌風險，用非致癌風險指數(shù)（HI）表征，當非致癌風險指數(shù)HI≤1.0時，非致癌風險較低，屬于風險可接受范圍；當非致癌風險指數(shù)HIgt;1.0時，則認為污染物會對人體產(chǎn)生非致癌效應。HI值越大，對人體健康產(chǎn)生的危害就越大（Chen et al.，2015；張春艷等，2016）。地下水中的污染物進入人體造成健康風險的途徑主要包括飲水攝入和皮膚接觸，但經(jīng)前人研究發(fā)現(xiàn)，皮膚接觸途徑引起的健康風險較飲水攝入途徑差2～3個數(shù)量級（張艷等，2018；盛丹睿等，2019），可忽略不計，因此本文只考慮地下水飲水攝入途徑引起的健康風險。模型計算公式為：

（1）

（2）

式中：CDI為飲水途徑長期日攝入劑量，mg·kg-1·d-1；RfD為污染物的非致癌參考劑量，NO3-N、NO2-N、NH4-N的取值分別為1.60、0.10、0.97，單位mg·kg-1·d-1；Cw為地下水中污染物的實測濃度，mg·L-1；IR為日飲水量，成人取2.2 L·d-1，兒童取1.0 L·d-1（張清華等，2018）；EF為暴露頻率，取365 d·a-1；ED為暴露延時，成人取30 a，兒童取12 a（葛婷婷等，2021）；BW為人體平均體重，成人取56 kg，兒童取22 kg；AT為平均暴露時間，成人取10 950 d，兒童取4 380 d；f為腸道吸附比率，取1。

2" 結果與分析

2.1" 地下水“三氮”污染特征

研究區(qū)地下水樣品“三氮”濃度統(tǒng)計結果見表1。在118組地下水樣品中，“三氮”均有檢出，其中NO3-N為100%檢出；其次為NH4-N，檢出率為81.36%；NO2-N檢出率最低，為37.29%。與GB/T 14848-2017《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類水標準限值相比，區(qū)內(nèi)地下水中NO2-N濃度未超標，NO3-N和NH4-N均有超標，其中NO3-N超標嚴重，超標率達50.85%，最大濃度值為111.07 mg·L-1，是標準限值的5.56倍；NH4-N有3組樣品超標，超標率為2.54%，最大濃度值為0.723 mg·L-1，是標準限值的1.45倍。

從地下水類型上看，孔隙水中NO3-N、NO2-N、NH4-N的檢出率分別為100%、40%、80%，NO3-N和NH4-N超標率分別為62.86%、5.71%；巖溶水中NO3-N、NO2-N、NH4-N的檢出率分別為100%、40.91%、84.09%，NO3-N超標率為56.82%，NO2-N和NH4-N未超標；裂隙水中NO3-N、NO2-N、NH4-N的檢出率分別為100%、30.77%、79.49%，NO3-N和NH4-N超標率分別為33.33%和2.56%，NO2-N未超標。由此看出，研究區(qū)地下水普遍存在較嚴重的NO3-N污染，超過Ⅲ類水標準的區(qū)域呈面狀分布于城區(qū)中東部及西部的局部地區(qū)，分布面積達54%（圖2），污染程度大小順序依次為孔隙水gt;巖溶水gt;裂隙水。NO2-N和NH4-N的污染較輕，NO2-N沒有超標點，88.14%的樣點的NO2-N達到Ⅰ類水標準（≤0.01 mg·L-1），NH4-N僅存在3個超過Ⅲ類水標準的采樣點，其中2個為孔隙水點，1個為裂隙水點，零星分布于徐家樓街道、財源街道和天平街道（圖2）。

2.2" 人體健康風險評價

按公式（1）和公式（2）分別計算118組地下水采樣點的成人及兒童非致癌風險指數(shù)，并按不同地下水類型進行統(tǒng)計，結果見表2。可以看出，研究區(qū)地下水中NO2-N和NH4-N通過飲水途徑引起的成人非致癌風險指數(shù)和兒童風險指數(shù)的數(shù)量級為10-3～10-2，均遠小于1.0，說明地下水中的NO2-N和NH4-N不會對人體產(chǎn)生危害。

地下水中的NO3-N通過飲水途徑引起的成人非致癌風險指數(shù)范圍為0.01～2.73，平均值0.62，兒童非致癌風險指數(shù)范圍為0.01～3.16，平均值0.71。成人和兒童非致癌風險指數(shù)大于1.0的地下水樣點分別占14.41%和23.73%，這些樣點的健康風險水平超過了可接受水平，會對人體產(chǎn)生較大危害，且地下水中NO3-N對兒童的健康風險大于成人，需引起警惕。

另外，對于不同類型的地下水，NO3-N污染對人體的健康風險也存在明顯差異?？紫端畬Τ扇撕蛢和姆侵掳╋L險指數(shù)平均值為0.80、0.93，巖溶水對成人和兒童的非致癌風險指數(shù)平均值為0.57、0.66，裂隙水對成人和兒童的非致癌風險指數(shù)平均值為0.51、0.58，這說明NO3-N通過飲水途徑引起的非致癌風險排序為：孔隙水gt;巖溶水gt;裂隙水。

圖3揭示了研究區(qū)地下水中NO3-N對成人和兒童非致癌風險空間分布差異?？梢钥闯?，成人與兒童的非致癌風險空間分布形態(tài)基本一致，非致癌風險指數(shù)大于限值1.0的區(qū)域分別占總面積的12.33%和19.15%，NO3-N對兒童非致癌健康風險指數(shù)最高可達3.16，這些區(qū)域被界定為暴露人群患病潛在區(qū)域，人體健康已受到NO3-N的嚴重威脅。地下水“三氮”的來源與居民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關（陳勁松等，2020），這些潛在風險區(qū)域零散分布在泰安市中心城區(qū)外圍邊緣的城鄉(xiāng)結合部位，分析原因可能是由于生活垃圾及污水的無序排放、農(nóng)田及林地化肥的長期過量施用，使NO3-N淋溶下滲進而污染地下水，且首先受到污染的是淺層孔隙水。因此，需要加強控制風險區(qū)域污染物的排放及化肥的過度施用，有效降低地下水中NO3-N對人體的非致癌健康風險。

需要說明的是，本文僅評估了地下水“三氮”通過飲水攝入途徑產(chǎn)生的健康風險，沒有考慮皮膚接觸等其他暴露途徑產(chǎn)生的影響，因此，計算的非致癌風險指數(shù)會存在偏差，但評價結果是有效的，對地下水供水安全和污染防治具有指導意義。

3" 結論

1）研究區(qū)地下水中NO3-N、NO2-N、NH4-N的檢出率分別為100%、81.36%和37.29%。與GB/T 14848－2017《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類水標準限值相比，NO3-N超標嚴重，超標率達50.85%，最大濃度值為111.07 mg·L-1，是標準限值的5.56倍，說明地下水普遍存在較嚴重的NO3-N污染，污染程度大小順序依次為孔隙水gt;巖溶水gt;裂隙水。

2）健康風險評價顯示，研究區(qū)地下水中NO2-N和NH4-N通過飲水途徑引起的非致癌風險指數(shù)遠小于1.0，不會對人體產(chǎn)生危害；NO3-N對成人非致癌風險指數(shù)范圍為0.01～2.73，平均值0.62，兒童非致癌風險指數(shù)范圍為0.01～3.16，平均值0.71，成人和兒童分別有14.41%和23.73%的樣點健康風險水平超過了可接受水平，會對人體產(chǎn)生較大危害，且兒童的健康風險大于成人。

參考文獻

陳勁松， 周金龍， 魏興，范薇，曾妍妍， 2020. 新疆喀什噶爾河流域平原區(qū)地下水“三氮”含量分布特征及影響因素分析［J］. 環(huán)境化學， 39（11）： 3246-3254.

杜新強， 方敏， 冶雪艷， 2018. 地下水“三氮”污染來源及其識別方法研究進展［J］. 環(huán)境科學， 39（11）： 5266-5275.

葛婷婷， 周金龍， 曾妍妍， 2021. 新疆和田地區(qū)地下水“三氮”污染特征及健康風險評價［J］. 水資源與水工程學報， 32（5）： 126-134.

李蘭芳， 陳海珍， 潘翊， 凌東輝， 2012. 廣州市主城區(qū)飲用水中“三氮”含量及健康風險評價［J］. 環(huán)境與健康雜志， 29（10）： 923-925.

林麗， 范薇， 周金龍， 曾妍妍， 2020. 喀什地區(qū)淺層地下水重金屬污染健康風險評價［J］. 節(jié)水灌溉（5）： 93-98.

孟令華， 孔德金， 王磊， 杜小亮，邢香粉，吳樹明， 2022. 泰安市城區(qū)地下水重金屬含量及健康風險評價［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 36（12）： 113-118.

盛丹睿， 溫小虎， 馮起， 武君，司建華，吳敏， 2019. 張掖盆地地下水硝酸鹽污染與人體健康風險評價［J］. 中國沙漠， 39（5）： 37-44.

謝浩， 梁永平， 李軍， 鄒勝章，申豪勇，趙春紅，王志恒， 2021. 龍子祠泉域地下水金屬元素分布特征及健康風險評價［J］. 環(huán)境科學， 42（9）： 4257-4266.

楊麗芝， 朱恒華， 劉治政， 高宗軍， 魯統(tǒng)民， 馮建國， 孫浩， 2021. 淄博大武水源地地下水健康風險評價［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 35（12）： 106-113.

張春艷， 高柏， 郭亞丹， 劉媛媛，馬文潔，姚高揚， 2016. 鄱陽湖區(qū)域地下水有機污染物特征與風險評價［J］. 生態(tài)毒理學報， 11（2）： 524-530.

張清華， 韋永著， 曹建華， 于爽， 2018. 柳江流域飲用水源地重金屬污染與健康風險評價［J］. 環(huán)境科學， 39（4）： 1598-1607.

張艷， 徐斌， 劉秀花， 2018. 陜西省涇惠渠灌區(qū)地下水污染與人體健康風險評價［J］. 吉林大學學報（地球科學版）， 48（5）： 1451-1464.

趙侖山， 岑況， 劉秀麗， 吳雪芳，朱雪濤，魏軍曉，陳媛，倫知穎， 2019. 珠江三角洲含N-亞硝胺地下水與地區(qū)性癌癥［J］. 地學前緣， 26（2）： 335-349.

BAYTAK D， SOFUOGLU A， INAL F， SOFUOGLU S C， 2008. Seasonal variation in drinking water concentrations of disinfection by-products in IZMIR and associated human health risks ［J］. Science of the Total Environment， 407（1）： 286-296.

CHEN Haiyang， TENG Yanguo， WU Sijin， WANG Jinsheng， 2015. Source apportionment and health risk assessment of trace metals in surface soils of Beijing metropolitan， China ［J］. Chemosphere： Environmental toxicology and risk assessment， 144： 1002.

GU Baojing， YING Ge， CHANG S X， LUO Weidong， CHANG Jie， 2013. Nitrate in groundwater of China： Sources and driving forces： Human and policy dimensions ［J］. Global Environmental Change， 23（5）： 1112-1121.

NATIONAL RESEARCH COUNCIL， 1983. Risk assessment in the federal government： managing the process ［M］. Washington， DC： National Academies Press： 191.

ORGANIZATION W H， 2008. Guidelines for drinking-water quality. Vol. 1， 3rd Ed. ［M］. Geneva： World Health Organization.

PARDAKHTI A R， BIDHENDI G R N ， TORABIAN A， et al， 2011. Comparative cancer risk assessment of THMs in drinking water from well water sources and surface water sources ［J］. Environmental Monitoring and Assessment： An International Journal， 179： 499-507.

SINDELAR J J， MILKOWSKI A L， 2012. Human safety controversies surrounding nitrate and nitrite in the diet ［J］. Nitric Oxide， 26（4）： 259-266.

US ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY， 1989. Risk assessment guidance for superfund： Volume 1： human health evaluation manual （part A）： interim final ［R］. Washington， DC， USA： U.S.Environmental Protection Agency.