城市供水水源地水质健康风险评价

2004年8月水 利 学 报SH UI LI X UE BAO第8期收稿日期:2003201221基金项目:国家自然科学基金(40202027、50379003);霍英东教育基金(91079)。

作者简介:钱家忠(1968-),男,安徽凤阳人,教授,博士,主要从事水资源、水环境模拟与污染控制研究。

文章编号:055929350(2004)0820090204城市供水水源地水质健康风险评价钱家忠,李如忠,汪家权,李昱霞(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥　230009)摘要:环境健康风险评价是当今环境科学领域十分关注的重要课题。

在简要介绍水环境健康风险评价基本方法的基础上,建立了健康风险评价模式,并根据某市供水水源地水质实测资料,进行分析与评价。

结果表明:(1)基因毒物质由饮水途径所致健康危害的个人年风险按大小排列为Cr 6+>As >Cd ,而躯体毒物质的个人年风险按大小排列为Pb >C N >酚>NH 3>Hg ,但前组的影响远大于后组;(2)饮用水源各类污染物所致健康危害的个人年总风险2000年为6153E -05,超过国际辐射防护委员会(ICRP )推荐的最大可接受值510E -05a -1,远远超过瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受水平110E -06a -1。

结论对城市供水水源风险管理和水环境保护措施的制定具有参考价值。

关键词:健康风险评价;城市供水;水源;水环境;有毒物质中图分类号:X 3211029文献标识码:A随着我国经济的持续发展,水环境污染问题日益严重,特别是城市,其供水安全受到严重威胁[1]。

近年来脑血管疾病、恶性肿瘤和呼吸系统疾病的死亡率呈明显上升的趋势,全国每年新发脑血管疾病病人约150万,死亡约100万;恶性肿瘤病人约160万,死亡约130万,其中,人类90%的癌症系化学致癌物引起。

环境污染已成为影响人类健康和死亡的四大主要因素之一。

环境污染所产生的健康风险正在制约着我国经济发展的步伐。

健康风险评价是把水环境污染与人体健康联系起来的一种新的评价方法。

其目的在于估计特定环境条件下的化学或物理因子对人体、动物或生态系统造成损害的可能性及其程度大小。

目前,健康风险评估主要用于评价各种气、液态流出物对人体健康危害的影响,对于水环境污染造成对人体健康危害的风险研究较少[2～4]。

基于此,提出本文研究。

1　健康风险评价的理论基础根据国际癌症研究机构(I ARC )通过全面评价化学有毒物质致癌性可靠程度而编制的分类系统,属于1组和2A 组化学物质为化学致癌物,其它为非致癌化学有毒物质;前者和放射性污染物属于基因毒物质,后者为躯体毒物质[3～5]。

在国外已实行的环境健康风险评价标准中,主要根据上述标准对污染物质进行划分,然后评价[5]。

根据污染物质对人体产生的危害效应,以及大量的研究结果,可建立起各种不同性质的危害风险数学模型[4,6]。

111　基因毒物质所致健康危害的风险　基因毒物质可分为放射性污染物和化学致癌物,对于放射性污染物,在一般水体中,尤其是作为水源地的水体,其污染程度很轻,一般检测不出,因此,这里仅考虑化学致癌物质。

对于化学致癌物,有R c=∑ki =1Rc i;　R ci =[1-exp (-D i q i )]Π70(1)—09—式中:R ci为基因毒物质i通过食入途径对平均个人致癌年风险,a -1;Di为基因毒物质i通过食入途径的单位体重日均暴露剂量,mgΠ(kg・d);qi为基因毒物质通过食入途径致癌系数,mgΠ(kg・d);70为人类平均寿命,a。

饮水途径的单位体重日均暴露剂量Di(mgΠkg・d)可按下式计算D i=212×C iΠ70(2)式中:212为成人每日平均饮水量,L;Ci为基因毒物质i的浓度,mg・L-1;70为人均体重,kg。

112　躯体毒物质所致健康危害的风险　躯体毒物质所致健康危害的风险可按下式计算R n i=(D iΠRfD i)×10-6Π70(3)式中:R ni 为躯体毒物质i通过食入途径对平均个人产生的健康危害年风险,a-1;Di为躯体毒物质i通过食入途径的单位体重日均暴露剂量,mgΠkg・d;RfDi为躯体毒物质i通过食入途径参考剂量,mgΠkg・d; 70为人类平均寿命,a。

式(1)～式(3)为水环境健康风险评价的基本模式。

对于不同地区的不同对象,可以根据污染物浓度、成人每日平均饮水量、人均体重以及人均寿命等因素变化来改进评价模型。

2　水源地水环境健康风险模型211　基本概况　近年来,某水源地水源污染日益严重。

根据该市环境科学研究所提供资料水源地污染物类别有有机物、重金属以及三氮类物质。

为了研究水源地水质变化对人体健康的影响,作者收集了水源地1996～2000年水质监测资料,并以一年内多次采样的平均值作为该年的平均值,见表1。

表1　某水源地水质监测数据　单位:mgΠL(pH除外)项目1996年1997年1998年1999年2000年总硬度64　6214　63　64　67　溶解氧8128117197158181高锰酸钾3113102173102142生化需氧11001100110011001155非离子氨0102001024010060101901010亚硝酸盐010180101010350101301015硝酸盐11150168110101420116挥发酚0100101001010010100101001总氰化物0100501002010020100201002总砷0100501004010040100401004总汞01000040100004010000401000040100002六价铬0100201002010020100201002总铅0100101001010010100101002总镉010001010002010001010001010006大肠菌群(个ΠL)215154128133243 通过分析所监测项目,可知对人体健康有危害作用的有毒物质主要是:基因毒物质是镉、砷和六价铬;躯体毒物质主要是汞、铅、氰化物、氨和酚。

水体中没有检测出放射性有毒物质,并且有机物也主要是以BOD来表示的,没有检测出各有机物具体的名称及含量。

因此,在健康风险评价的过程中,只对基因毒物质的化学致癌物和躯体毒物质进行风险评价。

但是,水体中有机物对人体的健康危害影响也是不可忽视的。

212　公众健康危害评价21211　评价参数的选择　污染物致癌强度系数可由美国环保局出版的资料中查到[5]。

与本评价有关的污染物质致癌强度系数见表2。

对于躯体毒物质所致健康危害的评价,参考剂量是一个重要参数。

根据美国环保局的计算,多种毒物质有关暴露途径的参考剂量值见表3[5]。

—19—表2　基因毒物质化学致癌物致癌强度系数(食入途径)(mg Π(kS ・d ))致癌物Cd As Cr q i6111541表3　躯体毒物质参考剂量RfD i (食入途径)(单位:mg Π(kg ・d ))非致癌物Hg Pb CN -1NH 3酚RfD i310×10-4114×10-3317×10-2917×10-1110×10-1 对于模型中其他参数如污染物浓度、成人每日平均饮水量、人均体重以及人均寿命等,根据所供水城市的实际情况确定。

21212　健康危害的风险计算　根据健康风险评价模型和评价参数,可以计算出1996～2000年各年通过饮水途径,基因毒物质和躯体毒物质造成的平均个人年风险。

计算结果见表4、表5和表6。

表4　化学致癌物质饮水途径健康危害的风险(个人年风险,a -1)污染物1996年1997年1998年19992000年As3136E -052169E -052169E -052169E -052169E -05Cd 2173E -075147E -072173E -072173E -071164E -06Cr3168E -053168EE -053168E -053168E -053168E -05表5　躯体毒物质饮水途径健康危害的风险(个人年风险,a -1)污染物1996年1997年1998年19992000年NH 39126E -121111E -112178E -123124E -124163E -12酚4149E -124149E -124149E -124149E -124149E -12CN 6107E -116107E -112143E -112143E -112143E -11Hg 8155E -138155E -138155E -138155E -132199E -13Pb3121E -103121E -103121E -103121E -106141E -10表6　各有毒污染物所致健康危害的总风险(个人年风险,a -1)污染物1996年1997年1998年19992000年基因毒物质7107E -057142E -056142E -056142E -056153E -05躯体毒物质3196E -103198E -103153E -103154E -106175E -10 为了更直观地表现出每年各种污染物对人体健康危害的个人年风险,将表4、表5绘制成直方图,见图1、图2。

图1　基因毒物质饮水途径健康危害的年风险,a -1图2　2000年躯体毒物质饮水途径健康危害的年风险,a -121213计算结果评述　从表4及图1可看出,基因毒物质由饮水途径所致健康危害的个人年风险以六价铬为大,砷次之,镉最小。

以2000年为例,它们各占该类年总风险的56132%,41117%及2151%。

从表5及图2可以看出,躯体毒物质由饮水途径所致健康危害的个人年风险,以2000年为例,按大小顺序排列为Pb >C N >酚>NH 3>Hg 。

铅是主要的污染物,其次是氰化物。

但是它们对人体健康危害的个人年风险均小于10-9a -1,也即每年每千万人口中因饮用水中躯体毒物质而受到健康危害(或死亡)的人数不到1人。

从表6可以看出,基因毒物质对人体健康危害的个人年风险远远超过躯体毒物质的年风险。

以2000年为例,基因毒物质的化学致癌物(镉、砷和六价铬)对人体健康危害的年风险为6153E -05,而躯体毒物质(包括5种污染物:氨、汞、铅、氰化物、酚),对人体健康危害的年风险仅为6175E -10。

从1996～2000年饮用水源中各类污染物所致健康危害的个人年风险都超过国际辐射防护委员会(ICRP )推荐的最大可接受值510×10-5a -1(即每年每千万人口中因饮用水中各类污染物而受到健康危害或死亡的人数不能超过500人),与瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受水平110×10-6a -1相比,—29—2000年某市饮用水是它的65倍。