铅是除金和汞之外较重的金属,水环境中的铅少部分来源于天然含铅矿物的溶出,大部分来自含铅矿山、含铅化合物冶炼和生产工厂及企业排放的废水。自来水的铅基本上来源于家用饮用水管道系统,包括含铅的水管、配件、连接设备、焊料等,如PVC管渗漏出来的铅会导致饮水中铅浓度显著升高。含铅的水龙头、水管等可能导致水质的“二次污染”,出厂合格的自来水,从这类龙头出来后可能变成不合格水,因为流经该龙头的自来水可能会因为二次污染而含铅、含菌、含致癌物质。水环境中的铅很难被降解,最终会以一种或多种形态长期存留在水体中,造成永久性的潜在危害[1]。自20世纪40年代Byers等[2-6]第一次报道铅对儿童神经行为和智力发育的远期危害以来,铅对人类健康的危害,尤其是儿童健康的危害引起世界各国学者的越来越广泛关注。因此,本文针对铅在水环境中的存在特征、水环境中铅的分布水平以及铅对健康的影响等进行了综述。
1 水环境中铅的存在形态水环境中铅由于受OH-、Cl-、SO42-以及CO32-等浓度水平的影响,其浓度水平量和形态存在着一定的变化,在水环境中,铅化合物和上述离子间存在着沉淀-溶解平衡和配合平衡。当pH值发生变化(图 1),水中各种铅化合物含量也相应发生变化[7]。铅在水体中的存在形态,一般按其总量可分为“可溶态”和“颗粒态”,一些+2价、+4价的铅离子都是可溶态的,可溶态的铅毒性较大,可以被人、生物直接吸收,储积性强。悬浮物和沉积物中的铅是颗粒态的。张宝贵[8]研究显示河水中约有15%~83%的铅是以与悬浮粒相结合的形态存在,该形态中又有相当数量是以与大分子有机物相结合或以被无机水合氧化物(如氧化铁等)所吸附的形态存在。在中性和弱碱性水中,当水中溶解有CO2时,可以出现Pb2+、PbCO3、PbOH-、Pb (OH)2等。海水中存在大量氯离子,因此海水中的铅主要存在形态为PbCO3、Pb (CO3)22-、PbCl+、PbCl64-等。还有部分铅是以有机铅化合物形态存在于水体中,但该形态的有机铅化合物溶解度小、稳定性差,在光照下易分解[9]。
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图 1 铅各形态的浓度分数α随溶液pH变化的关系 |
2 我国水环境中Pb的分布水平
我国许多海洋、河流、水库等其水体中都有有关检出铅的报道[10-16],我国海洋中铅的污染也较大,有文章报导中国沿海铅的污染源有80多处,近海表层水中铅浓度为0.05 μg/L~51.44 μg/L,均值为1.60 μg/L,南海铅污染最大,均值为7.68 μg/L,其中珠江口高达150 μg/L[10]。李延等[11]研究显示渤海湾水体中铅离子含量为0.021 μg/L~0.036 μg/L,同时还发现其表层沉积物间隙水中铅比海水本底高约10倍。吴学丽等[12]对辽河流域沈阳市河流检测发现这些河中铅含量平均值0.39 μg/L~1.96 μg/L。黄碧杰等[13]对沈阳市主要景观区水体中铅的检测发现其浓度为0.090 μg/L~0.101 μg/L。孔慧敏等[14]对辽河支流浑河和细河中铅的分布特征研究显示该两条河中铅浓度平均值分别为0.14 μg/L和1.68 μg/L。丁枫华等[15]对浙江省丽水市地表水铅含量进行了检测,结果发现地表水中铅质量浓度范围为0.005 mg/L~0.032 mg/L,平均为0.010 mg/L,其中有10个断面水样的铅质量浓度超过0.01 mg/L。李倩等[16]曾对三峡库区水体中铅的含量进行了检测分析,发现2004年丰水期、2005年丰枯水期、2006年枯水期三峡库区水体中铅的平均值分别为3.45 μg/L、1.56 μg/L、3.26 μg/L、0.81 μg/L。这些水环境中的铅不仅可通过饮水直接进入人体,还可通过灌溉、水产养殖等方式进入生物体并通过食物链进入人体,从而对人体产生毒害,影响人体健康。因此世界许多国家及组织都对水环境及饮用水中铅的标准进行研究及限定。我国地表水环境质量标准规定我国Ⅰ、Ⅱ类水中铅浓度水平≤0.01 mg/L,Ⅲ、Ⅳ类水铅浓度≤0.05 mg/L,Ⅴ类水铅浓度≤0.1 mg/L。我国饮用水卫生标准铅的限值为0.01 mg/L,其修订是根据暂定每周耐受摄入量(PTWI)值0.025 mg/kg.bw的50%分配给饮水,按婴儿体重5 kg计算,每日饮水量0.75 L,则饮用水中铅的限值订为0.01 mg/L。
3 铅对水生生物的影响 3.1 对水生植物的影响水生植物如水葫芦、羽叶满江红、浮萍、黑藻等经常被用来清除废水中的铅等重金属,铅进入水体能被水生植物通过叶、茎、根等部位吸附或吸收,这些被水生植物吸收的铅能破坏植物细胞的细微结构,抑制水生植物体内酶活性、呼吸代谢以及光合作用等,阻碍细胞生长,使细胞体积缩小,改变核酸组成,使水生植物受到危害[17]。Singh等[18]研究显示在冬季黑藻吸收不同浓度的铅,其生物量、总叶绿素、类叶红素、蛋白质、硝酸还原酶活性、超氧化物歧化酶都发生了相应的变化。在铅浓度较低时生物量、总叶绿素、类叶红素、蛋白质、硝酸还原酶活性随铅浓度增加而增大,但在高浓度铅情况下这些参数随铅浓度增大而下降;超氧化物歧化酶在高浓度时则随铅浓度增大而增大。熊邦等[19]用0 mg/L、1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、50 mg/L、80 mg/L不同浓度铅处理微藻,发现50 mg/L和80 mg/L这两高剂量铅组的微藻生长抑制现象显著,同时显示随着实验时间的增长,低剂量铅处理组的微藻没有较为显著的抑制作用。
3.2 对水生动物的影响铅对水生动物生长发育的不同阶段均有影响。铅易被吸附在水生动物器官表面,影响水生动物各种器官的正常生理功能。Pramusyawardhani等[20]研究表明印度尼西亚普罗博林戈一海港海水中铅浓度仅为0.023 mg/L~0.041 mg/L,但该地区的僧帽牡蛎体中铅含量则高达0.065 mg/L±0.713 mg/L~1.528 mg/L±0.157 mg/L,表明僧帽牡蛎受铅污染较重。陈亮等[21]研究显示在暴露剂量为0.2 mg/L Pb对鲫鱼肝脏内的过氧化氢酶和超氧化物岐化酶活性表现为诱导作用,而暴露剂量为0.0l mg/L Pb对谷胱甘肽硫转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性具有抑制作用,且暴露剂量为0.2 mg/L Pb对谷胱甘肽过氧化物酶活性有进一步抑制作用。
4 水中铅对人体健康的影响IARC将铅和无机铅化合物列入2B组(对人可能致癌)。水中的铅与人体尤其儿童体内血铅的含量具有较大的关系[22]。图 2显示了1997年-2013年以来美国6岁以下儿童血铅浓度较高的人数分布情况,由于美国铜铅法案等政策的执行,美国饮用水中铅的含量逐渐降低,血铅含量较高的儿童数量则呈现逐年减少的趋势[23]。Edwards等[24]的研究也发现当摄入被铅污染的饮水儿童体内血铅含量明显增高。Fertmannt等[25]研究显示,当摄入浓度超过5 μg/L的饮水的年轻女性体内血铅的含量显著高于(中位值为315 μg/L)对照组(摄入的饮水中铅为未检出)。
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图 2 美国6岁以下儿童血铅含量超过10 μg/dL的人口比例的变化情况 |
水中铅的最易感人群主要是婴儿、6岁以下儿童及孕妇,主要影响血液系统、神经系统等方面。2012年6月,美国国家毒理学计划评价项目(NTP)得出结论,有充足证据表明血铅即使低于5 μg/dL,儿童认知功能的各种指标也已开始下降、与注意力问题相关行为的患病率也有增加[26]。成人若长期饮用铅超标的水则可能会导致肾脏问题或高血压等疾病。研究表明成年人血铅浓度在60 μg~80 μg/100 g左右可出现便秘、腹痛、腹泻、食欲不振、头痛、失眠、四肢麻木等症状,在神经系统血铅达40 μg~60 μg/100 g时即出现轻度智力低下、行动异常、精神障碍及运动障碍,100 μg/100 g以上时可引起铅性脑病[27]。
5 结论及建议天然水中很少含有铅,自来水中的铅主要来源于铅的污染。水环境中铅对人体的影响是一种“剂量-效应”持续累积的过程,当人体长期持续饮用铅超标的水,通过迁移转化作用,人体的血铅水平将逐渐提高,其脑、肾脏、血红细胞等系统都会受到损伤。鉴于水中铅的最易感人群主要是婴儿、6岁以下儿童及孕妇,建议在我国开展大范围的家庭、学校及幼儿园饮用水大调查,判定饮水中的铅对这些易感人群是否存在风险。
铅的污染途径十分广泛[28],除环境水体铅污染外,食品、药品,含铅用品、饰品等都会对人体直接或间接造成铅危害;另外,工业如冶炼、印染、电镀等行业,交通如含铅汽油尾气排放等都是主要的环境铅污染源;因此,研究铅对人体健康的影响,除了关注水体铅污染外,其他途径的铅污染也非常关键,作为人体中铅的90%的来源食品铅污染尤其值得关注[28], 多途径铅复合污染也有待进一步的研究与探讨。
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