某化工廠地下水健康風險評價

王浩東, 董志超, 程全國, 李 曄, 張志全, 趙夢竹

(沈陽大學 環境學院, 遼寧 沈陽 110044)

某化工廠地下水健康風險評價

王浩東, 董志超, 程全國, 李 曄, 張志全, 趙夢竹

(沈陽大學 環境學院, 遼寧 沈陽 110044)

采用地下水單一污染物致癌風險評價模型和地下水中單一污染物非致癌危害商評價模型對某化工廠的六價鉻(Cr6+)、重金屬鎘(Cd)和砷(As)進行健康風險評價.當六價鉻暴露途徑為飲用地下水時,屬于Ⅱ級,低-中風險;當暴露途徑為皮膚接觸地下水時,屬于Ⅰ級,低風險;六價鉻的非致癌風險,當暴露途徑為飲用地下水時,非致癌風險小于1,因此影響較小.當鎘暴露途徑為飲用地下水時,屬于Ⅰ級,低風險,處于最大可接受水平;當暴露途徑為皮膚接觸地下水時,屬于Ⅰ級,低風險;鎘的非致癌風險,當暴露途徑為飲用地下水時,非致癌風險小于1,因此影響較小.當砷暴露途徑為飲用地下水時,屬于Ⅱ級,中-低風險;當暴露途徑為皮膚接觸地下水時,屬于Ⅰ級,低風險.砷的非致癌風險,當暴露途徑為飲用地下水時,非致癌風險小于1,因此影響較小.

地下水; 健康風險評價; 暴露評估; 風險表征

重金屬在淺層地下水中不易降解,且可以通過吸附、絡合、螯合等作用存在于地下水中,并可隨食物鏈逐級累積,濃度能成千成萬甚至百萬倍地提高,最后進入人體造成危害.重金屬污染對人體健康的危害不僅僅表現為中毒和死亡,皮膚病、癌癥發病率的提高、新生兒畸形、兒童免疫功能不全等也都與重金屬污染有關.

健康風險評價,是一種把污染物和人體健康聯系起來,定量描述污染物對人體健康產生風險的一種方法[1].與傳統的水質等級評價體系相比,它能更直觀地表征水體中各污染物對人體健康的潛在危害[2].進行健康風險評價要按照一定的流程來進行,評估工作程序包括:危害識別、暴露評估、毒性評估和風險表征四個部分[3].

從研究現狀看,對水體重金屬風險評價的研究主要集中在城市飲用水源地,如高繼軍等[4]和韓芹芹等[5]分別對北京市和烏魯木齊市飲用水源(地表水和地下水)開展了重金屬健康風險評價研究;李祥平等[6],杜維等[7],曾彩明等[8]和程柳等[9]分別對廣州市主要飲用水源地、長江武漢段、南方某河流型水源地和小浪底水庫開展了地表水體的重金屬健康風險評價研究;而李蘭芳等[10]和楊陽等[11]則直接對廣州市和保定市城區生活飲用水開展了重金屬污染物的檢測及健康風險評價.

本文采用應用較廣泛的美國環保署(US.EPA)推薦的健康風險評價模型[12]對遼寧某地化工廠地下水開展了重金屬健康風險評價研究,為長期研究區地下水污染與防治工作提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域位于遼東半島中部, 地處低山丘陵與遼河沖積平原的過渡地帶, 地貌類型齊全, 分異規律清楚, 層狀地貌典型,地貌分區規整. 屬于北溫帶大陸性氣候, 冬季寒冷, 夏季炎熱, 四季分明. 化工廠區自1993年10月開始建設并生產至今.

1.2 樣品采集與指標測試

共采集24個地下水樣品,采集于廠區及周邊檢測井、試驗井.每次采樣時先用水樣涮洗聚乙烯瓶(已用去離子水清洗),采樣前用各采樣點水清洗采樣瓶3次,采集滿瓶后密封,采樣量為2.5 L,用硝酸固定,并于24 h內帶回實驗室進行預處理.

水溫、pH值、電導率在現場測試.水樣帶回實驗室后,經0.45 μm微孔濾膜過濾,加入優級純 HNO3調pH≤2后用原子吸收分光光度計石墨爐法分析Cd、Cr、As[13].

1.3 健康風險評價方法

采用US.EPA推薦的健康風險評價模型[12], 計算經飲水暴露途徑下和皮膚接觸途徑下地下水中重金屬污染物的健康風險, 因為飲水和皮膚接觸地下水是受體攝取水中污染物的最直接、最重要的方式. 通過計算可以評價當前或預測未來的暴露是否會引起目標人群的健康危害, 并提出降低風險發生的方法與對策.

(1) 地下水單一污染物致癌風險計算[14-17]

① 經口攝入地下水中單一污染物的致癌風險,計算采用公式

CRcgw=CGWERc a·Cgw·SF0.

式中:CRcgw為經口攝入地下水暴露于單一污染物的致癌風險,無量綱;Cgw為地下水中污染物質量濃度,mg·L-1;CGWERc a為飲用受影響地下水對應的地下水的暴露量(致癌效應),L·kg-1·d-1;SF0為經口攝入致癌斜率因子,(mg·kg-1·d-1)-1;各項推薦值見“暴露評估推薦模型”的數值.

② 皮膚接觸地下水中單一污染物的致癌風險,計算采用公式

CRdgw=DGWERc a·SFd.

式中:CRdgw為皮膚接觸地下水暴露單一污染地下水的致癌風險,無量綱;SFd為皮膚接觸致癌斜率因子,(mg·kg-1·d-1)-1;各項推薦值見“暴露評估推薦模型”的數值.

(2) 地下水中單一污染物非致癌危害商計算[18-21]

經口攝入污染地下水中單一污染物的非致癌危害商,計算采用公式

HQcgw=CGWERnc·Cgw/RFD0·WAF.

式中:HQcgw為經口攝入地下水暴露于單一污染物的非致癌危害商,無量綱;WAF為暴露于地下水的參考劑量分配系數,無量綱;CGWERnc為飲用受影響地下水對應的地下水的暴露量(非致癌效應),L·kg-1·d-1;Cgw為地下水中污染物質量濃度,mg·L-1;RFD0為經口攝入參考劑量,mg·kg-1·d-1.各項推薦值見“暴露評估推薦模型”的數值.

2 評價結果與討論

2.1 風險表征

風險表征是綜合暴露評價結果和劑量-反應關系評價結果,用來確定暴露人群在不同條件下產生不良健康反應的概率,并分析評價結果的不確定性[22].風險表征中參考的評價標準包含不良健康反應發生的概率,對人體健康危害的強度.根據各種風險水平對應的可接受程度和風險管理目標,確定風險評價標準,即最大可接受水平.計算基于致癌效應的地下水風險控制值時,采用單一污染物的可接受致癌風險為10-6;計算基于非致癌效應的地下水風險控制值時,采用單一污染物的可接受危害商為1的閾值標準分析.同時,參考一些國家和國際機構推薦的風險水平參考值(表1)進行表征.

表1 風險水平參考值Table 1 Risk level reference values

為更好地判定健康風險的大小,在參考美國環保署和國際輻射防護委員會(ICRP)風險評價標準的基礎上,綜合幾種評價分級標準,國內學者丁昊天等人[23]對健康危害進行模糊化分級,把健康風險危害分為6級,評價標準的等級劃分及分值見表2.

表2 健康危害的模糊化分級Table 2 Fuzzy classification of health hazards

2.2 評價結果與分析

依據本調查研究中的某化工廠地下水重金屬污染物的種類和污染程度等特征,考慮重金屬通常是以六價鉻(Cr6+)、鎘(Cd)、砷(As)的污染物對人體健康影響顯著,健康風險評價主要是對這3種重金屬的致癌風險和非致癌風險進行.根據實地踏勘調研、采樣處理、數據分析,得到評價結果見表3.

表3某化工廠區地下水重金屬六價鉻(Cr)、鎘(Cd)、砷(As)的致癌風險與非致癌風險計算結果

Table 3 Calculation result of carcinogenic risk and non-carcinogenic risk of groundwater-heavy metal hexavalent chromium (Cr), cadmium (Cd) and arsenic (As) in a chemical plant area

污染物名稱暴 露 途 徑Cgw地下水中污染物質量濃度mg·L-1風險控制值致癌風險風險控制值非致癌風險(1)致癌風險非致癌風險Cr飲用地下水 2.95×10-32.19×10-41.42×10-21.49×10-50.498皮膚接觸地下水 2.95×10-31.22×1035.08×1058.42×10-110吸入室外空氣中氣態污染物2.95×10-30000吸入室內空氣中氣態污染物2.95×10-30000所有暴露途徑 ———1.49×10-50Cd飲用地下水 1.7×10-32.19×10-41.42×10-26.54×10-70.861皮膚接觸地下水 1.7×10-31.22×1035.08×1054.85×10-120吸入室外空氣中氣態污染物1.7×10-30000吸入室內空氣中氣態污染物1.7×10-30000所有暴露途徑 ———6.54×10-60As飲用地下水 2.11×10-32.19×10-41.42×10-23.21×10-50.356皮膚接觸地下水 2.11×10-31.22×1035.08×1056.03×10-110吸入室外空氣中氣態污染物2.11×10-30000吸入室內空氣中氣態污染物2.11×10-30000所有暴露途徑 ———3.21×10-50

由表3的分析結果,可以得出某化工廠地下水重金屬污染的致癌風險和非致癌風險情況.

(1) 當暴露途徑為飲用地下水時,六價鉻(Cr)的致癌風險是1.49×10-5,介于1.0×10-5～5.0×10-5之間,屬于Ⅱ級,低-中風險.但遠低于美國環保署標準,處于最大可接受水平.影響較小,群體年風險僅為1.49×10-5.

當暴露途徑為皮膚接觸地下水時,Cr的致癌風險是8.42×10-11,屬于Ⅰ級,低風險,且低于國際上各機構相對應的最大可接受水平,處于可以忽略的1.0×10-8水平以下.影響極小,群體年風險為8.42×10-11.

當暴露途徑為飲用地下水時,重金屬六價鉻(Cr)的非致癌風險是0.498,非致癌風險小于1.因此影響較小.

(2) 當暴露途徑為飲用地下水時,鎘(Cd)的致癌風險是6.54×10-7,屬于Ⅰ級,低風險,處于最大可接受水平.影響較小,群體年風險僅為6.57×10-7.

當暴露途徑為皮膚接觸地下水時,Cd的致癌風險是4.85×10-12,屬于Ⅰ級,低風險,且低于國際上各機構相對應的最大可接受水平,處于可以忽略的1.0×10-8水平以下.影響極小,群體年風險僅為4.85×10-12.

當暴露途徑為飲用地下水時,重金屬鎘(Cd)的非致癌風險是0.861,非致癌風險小于1.因此影響較小.

(3) 當暴露途徑為飲用地下水時,砷(As)的致癌風險是3.21×10-5,介于1.0×10-5～5.0×10-5之間,屬于Ⅱ級,中-低風險.但遠低于美國環保署風險評價標準.影響較小,群體年風險僅為3.21×10-5.

當暴露途徑為皮膚接觸地下水時,As的致癌風險是6.03×10-11,屬于Ⅰ級,低風險,且低于國際上各機構相對應的最大可接受水平,處于可以忽略的1.0×10-8水平以下.影響極小,群體年風險為6.03×10-11.

當暴露途徑為飲用地下水時,重金屬砷(As)的非致癌風險是0.356,非致癌風險小于1.因此影響較小.

3 結論與建議

(1) 某化工廠地下水中重金屬六價鉻、鎘、砷的污染,對人體健康的致癌風險、非致癌風險影響程度表現為,飲用暴露途徑的致癌風險由大至小排序為:砷(As)、六價鉻(Cr)、鎘(Cd),砷為首要污染物;非致癌風險由大至小排序為:六價鉻(Cr)、鎘(Cd)、(As),六價鉻成為首要污染物.這種情況應當在區域地下水的污染防控中加以關注,作為風險決策管理的重點對象.

(2) 遼寧省作為我國老工業基地,目前正面臨工業調整的關鍵時期,政府要對地下水污染持續關注,逐步完善相關的政策法規體系和保障機制,完善風險共擔和利益共享機制[24].

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【責任編輯:肖景魁】

HealthRiskAssessmentofGroundwaterinaChemicalPlant

WangHaodong,DongZhichao,ChengQuanguo,LiYe,ZhangZhiquan,ZhaoMengzhu

(College of Environment, Shenyang University, Shenyang 110044, China)

A single pollutant carcinogen risk assessment model and a single pollutant non-carcinogenic risk assessment model for groundwater, (Cr6+), heavy metal cadmium (Cd) and arsenic (As) in a chemical plant were evaluated for health risk. The results show that hexavalent chromium is at stag Ⅱ and low-medium risk when the exposure route is drinking groundwater, while it is at stage Ⅰ and low risk, when the exposure route for the skin contact with groundwater; the risk of non-carcinogenic hexavalent chromium, the acceptable hazard is less than 1 when exposed to drinking groundwater, so the impact is small. Cadmium when the exposure to drinking groundwater, are Ⅰ, low risk, at the maximum acceptable level; when the exposure route for the skin contact with groundwater, are Ⅰ, low risk; cadmium non-carcinogenic risk, when the exposure route for drinking groundwater, the acceptable risk of less than 1, so the impact is small. Arsenic when the exposure to drinking groundwater, are Ⅱ, medium-low risk; when the exposure route for skin contact with groundwater, belong to grade Ⅰ, low risk. Arsenic non-carcinogenic risk, when the exposure route for drinking groundwater, the acceptable risk of less than 1, so the impact is small.

groundwater; health risk assessment; exposure assessment; risk characterization

X 820.3

A

2017-07-13

王浩東(1992-),男,遼寧撫順人,沈陽大學碩士研究生; 程全國(1966-),男,遼寧鞍山人,沈陽大學教授,博士生導師; 張志全(1957-),男,遼寧沈陽人,沈陽大學教授.

2095-5456(2017)06-0461-05