水资源危机已经成为制约全球经济发展、影响社会生活的主要因素之一，海水淡化越来越受到沿海水资源短缺国家的普遍认可，海水淡化产业也在全球范围内得到了迅猛发展，成为解决淡水资源不足的一个重要途径。我国的海水淡化产业方兴未艾，“十一·五”时期，全国海水淡化能力以每年70%的速度增长，截止2011年9月，我国海水淡化总规模已达66万m³/d。根据《海水利用专项规划》，预计到2020年我国海水淡化能力要达到250~300万m³/d^[1]。

淡化海水硬度低，钙、镁、氟化物等矿物质基本上都被去除，尤其是蒸馏法获得的淡化水矿物质含量很低。然而，反渗透膜法淡化海水的脱硼能力较差，致使淡化水的硼浓度较高。因此用于饮水的淡化海水的安全性更引起人们重视，淡化水的水质指标也成为普遍关注的问题。回顾文献综述资料^[2-4]，本文主要论述淡化海水中钙镁离子、氟化物、硼对人健康状况的影响，根据国内外资料进行对比，提出建议为今后淡化水卫生标准的研究和制定提供参考。

1 硼

硼是自然界中普遍存在的元素，占地壳中的0.001%。硼也广泛存在于海水中，海水中硼的平均质量浓度高达4~5 mg/L；地表水和地下水中硼质量浓度相对较低，介于0.01~1.5 mg/L之间。水体中的硼质量浓度也因地区而异，部分国家硼的平均质量浓度见表 1。中国49个环保重点城市饮用水源地的硼质量浓度范围为0.003~0.37 mg/L，平均值为0.049 mg/L^[5]。2011年，世界卫生组织 (WHO) 指出全球大部分地区饮用水的硼质量浓度小于0.4 mg/L^[6]。然而，由于海水反渗透技术的除硼效率为60%~80%，淡化处理后出厂水的平均硼质量浓度为0.74 mg/L，管网水为0.72 mg/L，是饮水中平均硼质量浓度的1.8倍^[7]。分析硼的营养及毒性作用，为淡化水硼质量浓度标准提供依据显得尤为重要。

人类40%的硼摄取来源于饮水。据WHO估测人体每日摄取硼约1.5~2 mg，世界大部分地区饮水中每日硼摄取量在0.1~0.3 mg/L。经研究，硼是人类4种可能的必需微量元素之一^[13]。硼的生理作用表现在影响生命过程中许多物质的代谢过程，如矿物质和电解质 (钙、铜、镁) 和营养素 (维生素D)、能量 (葡萄糖、甘油三酯、蛋白质)、活性氧类、雌激素等，以及红血球和血细胞的生成，进而影响血液、脑、肾和骨骼系统的成分和功能^[14-16]。硼对健康最有利的影响是骨钙化和保持正常骨密度状态。针对大鼠骨质疏松模型的研究表明，饮食加硼可促进成骨细胞的活跃增殖，抑制破骨细胞骨吸收作用，使骨形成明显增加而大于骨吸收，从而改善骨质疏松^[17]。许多研究也表明硼有明显的骨质保护作用，可提高机体运动能力及预防肌肉损伤，尤其对低雌激素水平的绝经后妇女及老人^[18]更有意义。2011年WHO出版的关于微量元素和健康的报告建议成人硼的每日基础需要量约为0.17 mg/kg ·bw，人均体重为60 kg计，则满足此基础需要量的平均摄入量约为10.2 mg/d ^[6]。

生理剂量硼对人和动物有促进营养作用，但是高剂量硼的摄入则有不良影响甚至出现毒性作用。本世纪初美国国家健康研究所将硼列为优先研究的环境内分泌干扰物化学品之一。我国环境科学家魏复盛院士也将硼酸列为一种较弱的环境雌激素^[19]。急性硼中毒会使人出现恶心、呕吐、皮炎、乏力等现象；慢性硼中毒则会引起食欲不振、体重下降、性欲减退、精子活性降低等症状。人体硼中毒病例研究也揭示每日硼摄入量25~76 mg/kg ·bw后几日至几周内会出现腹泻、肠炎、肾损伤等病症^[20]。近年来我国也有报道称经常与硼酸生产接触的工人比其他男性更容易出现精子减少或不孕症^[21]。但2002年辽宁省某硼矿及硼加工厂对硼作业工人生殖能力的研究表明：在硼暴露剂量为13~430 mg/d条件下未发现硼酸暴露对男性精液质量造成负面影响^[22]，初步结论是硼酸对人类是一种毒性较低和对生殖健康影响较弱的化学污染物^[23]，但人体数据较少，根据动物实验结果，美国环境保护局 (EPA) 发布的“发育毒性危险性评估指南”标准 (2004)^[24]指出硼的无毒性作用水平 (NOAEL) 和基准剂量 (BD) 分别为9.6 mg/kg ·d和10.3 mg/kg ·d，并将硼砂列为D组化学品 (不作为人体致癌物)。动物硼酸急性毒性水平见表 2。

全球各国学者对硼的环境和饮水质量标准也进行了许多研究。WHO推荐成人日摄入硼的安全范围为1~13 mg^[6]。EPA在2001年确定的硼安全上限为20 mg/d，近年将硼的参考摄入量从0.09 mg/kg ·d提高到0.2 mg/kg ·d，即对于一个成年男性 (70 kg)，每日硼的参考剂量从6.3 mg提高到14 mg。英国矿物质和维生素专家委员会也确定了可接受的硼摄入量为0.16 mg/kg ·d^[24]。在硼及其化合物广泛运用的环境下，饮水中硼的浓度含量也逐渐得到人们的重视。一般情况下，人体通过饮水摄入的硼大约为0.2~0.6 mg/d。世界各国也逐步规定了饮用水标准中对硼的浓度 (表 3)。

第三版WHO《饮用水水质准则》(2009)^[28]将硼列入饮水中有健康意义的化合物，并提出饮用水中硼的标准限值为0.5 mg/L，而2011年制定的最新《饮用水水质准则》(第四版)^[6]将饮用水中硼的标准限值提高至2.4 mg/L，主要考虑到饮用水中硼的含量范围主要取决于废水及污水的排放，而近年来全球水污染程度有所好转，但常规饮用水处理去除硼的技术要求过高，经济成本也较高。法国 (1989)、日本 (1993) 和加拿大 (1996) 规定的饮水硼健康指导值或管理标准分别大于1、0.2和5 mg/L。我国最早执行《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-1985)^[29]没有对硼质量浓度进行限制，然而《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)^[25]增加了饮用水中硼质量标准，并一直维持在0.5 mg/L的标准不变。

生理剂量硼对人体是一种有益元素已基本得到证实，而高剂量硼摄入对人体健康的负面影响还未得到一致结果^[30-31]，考虑到我国淡化海水硼处理技术难度较大以及经济成本效益，我国淡化水中硼最大限值可参照国际标准2.4 mg/L，并建议对硼矿开采地区和硼矿处理加工厂附近水域进行重点监测监管。

2 钙、镁

钙、镁是人类必需营养素，饮用水中钙、镁离子含量与人体健康密切相关，他不仅补充机体对钙摄取的不足，而且镁作为人体细胞内除钾以外的第二大阳离子，是人体内多种细胞基本生化反应的必需物质。钙、镁在海水中的浓度分别在400~500和1 200~1 700 mg/L，但是经淡化处理的海水中钙、镁离子都下降为5~6 mg/L^[32]。虽然海水淡化水会加入碳酸盐等进行矿化处理，但都是出于淡化工艺减少管网腐蚀性而不是从营养物质缺失的对人体健康方面考虑^[33]。尽管饮水不是机体摄取钙、镁的主要来源，但饮水也是补充钙、镁的重要来源^[34]。研究海水淡化水中钙、镁离子的含量及其对健康的影响也不能忽视。

钙对骨骼健康、心血管、神经、内分泌、肌肉系统和凝血等都有着重要作用。最新研究指出低钙软水的摄入与儿童骨折和成人骨质疏松症关联紧密^[35-36]。大量的病例对照和队列研究显示饮用水中镁离子的含量与急性心肌梗死等心血管疾病呈负相关^[37-38]。临床观察和动物实验都一致表明高镁的饮用水可降低心血管疾病的发生特别是猝死^[39]。此外流行病学研究也发现钙、镁含量低的饮用水与运动神经元疾病、妊娠惊厥、婴儿猝死、肾脏疾病和癌症都有关^[40-41]。

营养学家指出人体从水中摄入钙、镁等人体必需矿物元素的量达5%~20%，推荐饮用水中钙、镁含量均为30~50 mg/L。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)^[25]规定了总硬度指标限值 (450 mg/L)。我国《低矿化度饮用水矿化卫生标准》(GJB 1335-92)^[42]提出钙、镁离子适宜质量浓度范围分别为20~50 mg/L和10~20 mg/L。第二版WHO《饮用水水质准则》^[43]以水质硬度来评估钙、镁离子的含量。最新版的WHO《饮用水水质准则》^[6]对钙、镁离子以及水质硬度都未提出限值要求。在早期WHO《淡化水卫生标准》^[44]建议海水淡化水中的钙离子的最低质量浓度为30 mg/L，可降低水质腐蚀性，并增加稳定度。国内外水质控制机构也呼吁制定海水淡化水矿物质水质标准，特别是提出钙镁离子的最低质量浓度限值。

欧盟饮用水水质指令建立了海水淡化水的最低水质硬度需求，以钙离子为参考，不低于60 mg/L；在含硫酸盐高达250 mg/L的水中，镁离子的含量不高于30 mg/L；若硫酸盐含量很低，则镁离子的含量可高达125 mg/L^[45]。一些欧盟成员国也在本国的饮水标准中对钙、镁离子含量进行规定 (表 4)^[46]。根据最新研究^[47]，认为可将淡化水中钙、镁离子浓度标准分别限定在10~30和20~50 mg/L。

3 氟

氟是广泛分布于地壳中的元素，以矿物质中的氟化物而存在。我国水中的氟含量约在10 mg/L，饮用水中氟化物为0.5~1.0 mg/L^[48]。自然状态下，海水的含氟量偏低，约为1.2~1.4 mg/L，而且氟化物在淡化处理过程中进一步被去除，淡化水中氟化物降至0.01 mg/L，明显低于传统饮用水中氟化物含量。值得注意的是，微量元素氟只能从水中获得。氟也是唯一加入水中的有益物质，用于强化牙釉质，降低龋齿的发病率。

水中适量加氟被公共卫生机构和牙科医疗协会普遍公认为有益且无明显风险的举措。WHO声称有充分证据证明较长时间较高水平的饮水氟对儿童和成年人龋齿有预防作用。在海水淡化水中优化加氟处理对人群龋齿发生率的下降也有重要作用, 长期饮用氟含量低的水可能增加患龋齿病的概率。国内调查资料显示^[49]：饮水中氟浓度在0.5 mg/L以下的地区，居民龋齿患病率高达50~60%以上；氟质量浓度为0.5~1.0 mg/L的地区，龋齿的患病率仅为10~30%。美国医学家Dean早期调查发现，饮水中氟含量由0.1 mg/L增至1.0 mg/L时，平均龋齿水平 (DMFT指数) 约由7.0下降至3.5^[50]。类似的饮水加氟的防龋作用也相继在不同地区得到相似结果。全球学者也呼吁应将淡化水中氟元素的有益作用发挥到最大以尽可能降低对牙齿和身体健康的潜在不良影响^[51-53]。

大量流行病学资料显示饮水中的氟对人体的保护作用在2.0 mg/L范围内随着氟浓度的增高，有益作用也越大，且有益作用产生的最低质量浓度为0.5 mg/L。然而过量氟也会引起中毒。饮水中的氟质量浓度达到3~6 mg/L，氟骨症及骨结构改变的不良影响也将显现，当水中氟质量浓度超过10 mg/L时，可能出现严重骨质疏松和骨质改变^[54-55]。WHO化学品安全方案指出中国和印度每日摄入氟含量超过6 mg，氟对骨骼的不良危害增加^[55]。

自1957年以来，WHO认为饮水氟含量大约在1.0 mg/L有明显的防龋齿作用并没有发现健康损害，最新WHO《饮用水水质准则》(2011) 规定饮用水中氟含量限值为1.5 mg/L，并指出氟质量浓度标准应根据地域差异，结合水中氟的饱和度、气温、饮水量和其他途径摄入氟化物量来限定^[6]。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006) 规定饮用水中氟限值为1.0 mg/L^[25]。欧盟饮用水水质指令早期提出氟对人体健康的影响取决于该地的平均最高气温和水的饱和度，并基于不同年均每日最高气温给出饮水中氟含量限值^[45]。对海水淡化水作为饮用水是否需加氟的问题，WHO也指出需要综合考虑本地氟化物摄入水平、气候条件、龋齿患病风险、淡化海水的摄入量、龋齿的知晓率和氟及衍生物的可及程度等因素^[46]。我国公众对氟的认识及龋齿的知晓率较低，在海水淡化水作为主要供水的严重缺水地区，从氟的防龋齿作用及对身体有益方面考虑，建议采取主动预防措施，将淡化海水氟质量浓度设定在0.5~1.0 mg/L范围内。

4 建议

海水淡化已成为解决全球水资源短缺的重要途径，随着我国缺水形势日益严重，淡化技术不断发展，淡化水作为饮用水已经得到普遍接受和认可。与健康紧密联系的淡化水水质指标主要为硼、钙、镁、氟等，结合国内外饮水卫生标准及文献资料，研究其对人体健康效应和影响，为了保障居民饮用淡化水卫生安全，并考虑到海水淡化操作工艺，提出以下建议：①我国淡化水中硼质量浓度限值建议可参考WHO饮用水标准限值2.4 mg/L；②考虑将淡化水中钙、镁离子质量浓度标准分别规定为10~30和20~50 mg/L；③基于饮用水为人体摄入氟的重要途径，建议因地制宜，结合本地区地质环境、氟摄入水平及龋齿患病率等因素，考虑适当在淡化水中增加氟含量，将氟质量浓度设定在0.5~1.0 mg/L范围内；④进一步提高淡化水生产工艺，开展淡化水后处理技术研究，并通过较长期流行病学调查对淡化水水质标准及对健康影响进行验证和完善，从而，保证我国海水大面积淡化产业积极有序发展，以保障居民用水安全和有利于人群健康。