引用本文
黄锦叙, 余胜兵, 张建鹏, 金晓玲, 吴和岩, 何昌云. 农村集中式供水中4种金属元素暴露水平及风险评价[J]. 环境卫生学杂志, 2014, 4(3): 218-222.
Huang Jinxu, Yu Shengbing, Zhang Jianpeng, Jin Xiaoling, Wu Heyan, He Changyun. Exposure Level and Risk Assessment of Metal Elements in Rural Central Drinking Water Supplies in Guangdong Province[J]. Journal of Environmental Hygiene, 2014, 4(3): 218-222.
农村集中式供水中4种金属元素暴露水平及风险评价
黄锦叙, 余胜兵, 张建鹏, 金晓玲, 吴和岩, 何昌云     
广东省疾病预防控制中心
基金项目: 广东省医学科学技术研究基金资助项目(WSTJJ20111128422130197909124538)
作者简介: 黄锦叙, 主要从事环境与健康工作
联系方式: 广东省广州市番禺区大石镇群贤路160号环境与学校卫生所; 邮编: 510300; Email: hongniuwang@sina.com
摘要: 目的 评价广东省农村饮用水中重金属暴露水平及对人体健康产生的潜在威胁。方法 于2012年7-9月对全省18个地级市的涉农县(区)集中式供水中重金属镉、铬(六价)、铅、汞含量进行测定, 每个集中式供水监测点共监测2份水样(出厂水和末梢水各1份), 按照美国环保局环境污染健康风险评价模型对4种金属元素通过饮水途径所引起的健康风险进行评价。结果 广东农村集中式供水中镉、铬(六价)、铅、汞的暴露水平分别为0~5、0~50、0~13、0~13 μg/L。镉、铬(六价)、汞、铅饮水途径平均个人年风险分别为1.37×10-6、9.20×10-6、1.50×10-10、8.02×10-10/年, 有个别地级市4种金属元素的总风险超过国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受值。结论 致癌物镉、六价铬(六价)等是广东省农村集中式供水产生风险的主要污染物, 应作为风险决策的重点对象。
关键词: 集中式供水     金属元素     暴露水平     风险评价    
Exposure Level and Risk Assessment of Metal Elements in Rural Central Drinking Water Supplies in Guangdong Province
Huang Jinxu, Yu Shengbing, Zhang Jianpeng, Jin Xiaoling, Wu Heyan, He Changyun     
Abstract: Objectives To investigate the exposure level of 4 metal elements (Pb, Cd, Hg, Cr) in drinking water and its potential health risk for human security in Guangdong. Methods Two samples (treated water and tap water) from each of monitoring point in centralized water supplies were collected from 18 cities in July to September in 2012. The content of Pb, Cd, Hg and Cr+6 in drinking water was monitored. A health risk assessment model recommended by US EPA was used for health risk assessment. Results The contents of Cd, Cr+6, Pb and Hg in rural central drinking water were 0~5 μg/L, 0~50 μg/L, 0~13 μg/L and 0~13 μg/L, respectively. The average health risk of Cd, Cr+6, Pb and Hg caused by drinking water for individual person per year were 1.37×10-6, 9.20×10-6, 1.50×10-10 and 8.02×10-10, respectively. The total risks associated with the 4 metal elements in some cities were higher than the maximum allowance levels recommended by ICRP (5.0×10-5/y), greatly beyond the standard recommended by the Sweden Bureau of Environment Protection and the Holland Ministry of Building and Environment Protection. Conclusions Cd and Cr+6 were the main pollutants for healthy risk in rural central drinking water. The carcinogenic properties of Cd and Cr should be taken as a key target for prevention strategies.
Key words: rural central drinking water supply     metal elements     exposure level     risk assessment    

随着我国经济的迅猛发展，水污染问题日益突出，特别是农村供水安全受到严重威胁[1]。许多有毒有害重金属污染物如镉、铬(六价)、汞和铅等被过量吸入后对人体健康危害极大。据世界卫生组织调查显示，80%的人类疾病与水质污染，特别是重金属污染有关[2]。广大农村地区由于经济落后，医疗条件较差，一旦饮水出现重金属污染，农民的身体健康将受到极大的威胁。

长期以来，我国对饮用水质的评价仅局限于评价各项指标是否符合国家水质卫生标准的要求，事实上，一些已达标的化学指标也可能对人体健康存在一定威胁，健康风险评价模型可以帮助揭示达到相关标准的水污染物对人体健康危害的几率大小。健康风险评价(health risk assessment，HRA)是近30年建立与发展起来的一种新技术方法，他把环境污染与人类健康联系起来，用于定量描述和评估某一个体未来发生某种特定疾病或因为某种特定疾病导致死亡的可能性，他的实质就是采用统一的危害指标来定量描述各种污染物(化学致癌物质、非致癌污染物和放射性污染物等)对人体健康危害的程度。本研究对2012年6—9月广东省18个地级市农村集中式供水中镉、铬(六价)、汞和铅4种金属元素进行检测，以掌握生活饮用水末梢水中金属元素暴露水平以及这些金属元素在出厂水和末梢水中的分布规律，应用美国EPA推荐的健康风险评价模型对饮用水中重金属元素通过饮水途径所引起的健康风险做出评价，计算出人群超额病例数，以此来确定饮用水中部分重金属污染物治理的优先顺序, 为饮用水风险管理提供科学依据。

1 材料和方法 1.1 材料

材料来源于中国疾病预防控制信息系统健康危害信息系统的水专业，下载2012年广东省水质结果报告表。

1.2 检测指标

在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[3]中规定的常规检验指标中选择镉、铬(六价)、铅、汞等重金属指标进行检测。

1.3 方法

1.3.1 样品采集和检测方法

每个监测点在丰水期采集农户家中储水器水样1份，具体采集和检测方法按照现行《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)[4]进行。

1.3.2 评价方法

按照《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[3]判定镉、铬(六价)、铅、汞的合格率，依据美国健康风险模型进行健康风险评价。

《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[3]中规定镉、铬(六价)、铅、汞的限值分别为0.005、0.05、0.01、0.001 mg/L，对于各类化学污染物，英国皇家协会、瑞典环境保护局及荷兰建设环境部等推荐的化学污染物对人体健康危害的最大可接受风险水平为10-6/年[5]，国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受值为5.0×10-5/年[6-7]。

1.3.3 健康风险评价模型

在国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)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中，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。化学致癌物和放射性污染物统称为基因毒物质，非致癌化学有毒物质则称为躯体毒物质。本次监测中所涉及的镉和六价铬(六价)为基因毒物质；汞和铅为躯体毒物质。

饮用水中放射性污染物的含量极微，一般检测不出来，本文重点对化学致癌物进行风险评价。按照美国环保局的健康风险评价模型，化学致癌物的风险评价模型为：

${R^c} = \sum\limits_{i = 1}^k {R_i^c} $
$R_i^c = \frac{{\left[ {1 - \exp \left({ - {D_i} \cdot {q_i}} \right)} \right]}}{{70}}$
${D_i} = \frac{{2.2 \times {C_i}}}{{70}}$

式中：Rc—化学致癌物i通过饮水途径对平均个人致癌年风险，/年；

Di—化学致癌物质i通过饮水途径的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；

qi—化学致癌物质通过饮水途径致癌系数，(kg·d)/mg；

70—人类平均寿命，年；

2.2—成人每日平均饮用水量，L/d；

Ci—化学致癌物i的浓度，mg/L；

70—成人平均体重，kg。

躯体毒物质健康风险评价模式为：

${R^n} = \sum\limits_{i = 1}^k {R_{ip}^c} $
$R_{ip}^c = \frac{{\left({{D_{ip}} \cdot {{10}^{ - 6}}} \right)}}{{Rf{D_{ip}} \cdot 70}}$

式中：Rn—躯体毒物质i通过饮水途径对平均个人产生的健康危害年风险，/年；

Dip—躯体毒物质i通过饮水途径的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；

RfDip—躯体毒物质通过饮水途径参考剂量，mg/(kg·d)；

70—人类平均寿命，年。

假设有毒物质对人体健康危害的毒性作用呈相加关系，而非协同或拮抗关系，则饮用水的叠加健康危害风险为：R=Rc+Rn

参考美国环保局的公众健康评估手册和美国环保局的资料，化学致癌物镉、铬(六价)的强度系数(qi)分别为6.1、41 mg/(kg·d)，躯体毒物铅、汞的参考剂量(RfDip)分别为0.0014、0.0003 mg/(kg·d)。

1.3.4 人群超额病例数(EC)

人群超额病例数按下式计算

${\rm{EC = }}\frac{{\sum {{\rm{Pn}}} \times {\rm{R}}{{\left({\rm{D}} \right)}_{\left({{\rm{py}}} \right)}} \times {\rm{AG}}}}{{70}}$

式中：EC—人群超额病例数，人/年；

AG—标准人群平均年龄(按近年人口普查数据)，年；

∑Pn—平均年龄n的年龄组人数，人；

R(D)(py)—人均年超额危险度，/年；

70—人类平均寿命，年。

参考文献[7-8]，假设广东各市目前人群的平均年龄为25岁(AG)，根据广东省2010年第六次全国人口普查主要数据公报，广东省常住人口为104 320 532人(∑Pn)。

2 结果 2.1 水中4种金属元素的暴露水平

广东农村集中式供水中镉、铬(六价)、铅、汞的暴露水平分别为0~5、0~50、0~13、0~1 μg/L，其中铬(六价)在各市农村集中式饮水中的暴露水平相当，中位数均为2 μg/L(表 1)。

表 1 各市农村集中式供水中4种毒理学金属元素暴露水平(n=200，μg/L)
地区 镉 铬(六价) 铅 汞
范围 均值 中位数 范围 均值 中位数 范围 均值 中位数 范围 均值 中位数
A市 0.25~5 2.52 2.5 0.2~40 4 2 5~5 55 0.5~0.5 0.05 0.05
B市 0.2~1.5 0.26 0.25 2~3.9 3.6 2 1.25~10 2.08 2.5 0.001~0.9 0.18 0.1
C市 0~5 1.17 0.5 0~50 3.18 2 0~13 3.07 2.5 0~1 0.20 0.1
D市 0~5 1.75 2.5 0.2~40 3.70 2 0~10 3.84 5 0~1 0.28 0.2
E市 0.05~5 1.48 1.0 0.2~50 3.66 2 0~10 3.46 4.3 0~1 0.25 0.1
F市 0~5 0.64 0.5 0~50 3.36 2 0~13 3.36 4 0~1 0.21 0.1
G市 0.25~5 1.7 2.5 1~30 4.5 2 0.07~10 3.58 3 0~1 0.32 0.3
H市 0.25~5 1.32 0.5 0.2~50 3.54 2 0~12.1 3.15 2.5 0~1 0.22 0.1
I市 0~5 1.45 1.0 0.2~42 3.7 2 0~10 3.41 4 0~1 0.25 0.1
J市 0~5 1.81 2.5 0.2~40 3.36 2 0.07~10 4.01 5 0~1 0.31 0.5
K市 1~2.5 1.36 1.0 2~5 2.01 2 1~5 3.47 5 0~0.8 0.15 0.1
L市 0~5 1.65 1.0 0.2~40 3.72 2 0~10 3.73 5 0~1 0.27 0.2
M市 0~5 1.17 0.5 0~50 3.18 2 0~13 3.07 2.5 0~1 0.21 0.1
N市 0~5 1.76 2.5 0.2~40 3.74 2 0.07~10 3.97 5 0~1 0.31 0.3
O市 0~5 1.69 2.5 1~30 4.61 2 0.07~10 3.62 4 0~1 0.35 0.5
P市 0~5 1.32 0.5 0~50 3.37 2 0~12.1 3.38 4 0~1 0.23 0.1
Q市 0~5 1.39 0.5 0.2~50 3.55 2 0~12.1 3.27 2.5 0~1 0.24 0.1
R市 0.25~1.3 0.67 0.25 2~20 2.39 2 1.25~5.1 2.83 1.3 0~0.1 0.09 0.1
总计 0~5 1.17 0.5 0~50 3.22 2 0~13 3.07 2.5 0~1 0.19 0.1
表选项

出厂水中镉、铬(六价)、铅、汞的暴露水平分别为0~5、0~50、0~13、0~1 μg/L，中位数分别为0.5、2、2.5、0.1 μg/L，与末梢水相同(表 2)。

表 2 出厂水和末梢水中4种毒理学金属元素暴露水平(n=200，μg/L)
处理
方式		 镉 铬(六价) 铅 汞
范围 均值 中位数 范围 均值 中位数 范围 均值 中位数 范围 均值 中位数
出厂水 0~5 1.17 0.5 0.1~40 3.22 2 0~13 3.07 2.5 0~1 0.20 0.1
末梢水 0~5 1.18 0.5 0~42 3.23 2 0~13 3.07 2.5 0~1 0.19 0.1
总计 0~5 1.17 0.5 0~50 3.22 2 0~13 3.07 2.5 0~1 0.19 0.1
表选项

2.2 水中4种金属元素污染物健康风险评价

根据表 1、相关参数和相关模型计算出18个市农村集中式供水中镉、铬(六价)、铅、汞通过饮水途径对平均个人产生的健康危害年风险和人群超额病例数(表 3、表 4)。

表 3 4种金属污染物饮水途径的健康危害的平均个人年风险(年)
地区 镉 铬(六价) 汞 铅 总风险
A市 6.85×10-6 4.59×10-5 7.48×10-11 1.60×10-9 5.28×10-5
B市 6.85×10-7 4.60×10-6 1.50×10-10 8.02×10-10 5.29×10-6
C市 1.37×10-6 9.20×10-6 1.50×10-10 8.02×10-10 1.06×10-5
D市 6.85×10-6 4.59×10-5 2.99×10-10 1.60×10-9 5.28×10-5
E市 2.74×10-6 1.84×10-5 1.50×10-10 1.38×10-9 2.11×10-5
F市 1.37×10-6 9.20×10-6 1.50×10-10 1.28×10-9 1.06×10-5
G市 6.85×10-6 4.59×10-5 4.49×10-10 9.62×10-10 5.28×10-5
H市 1.37×10-6 9.20×10-6 1.50×10-10 8.02×10-10 1.06×10-5
I市 2.74×10-6 1.84×10-5 1.50×10-10 1.28×10-9 2.11×10-5
J市 6.85×10-6 4.59×10-5 7.48×10-10 1.60×10-9 5.28×10-5
K市 2.74×10-6 1.84×10-5 1.50×10-10 1.60×10-9 2.11×10-5
L市 2.74×10-6 1.84×10-5 2.99×10-10 1.60×10-9 2.11×10-5
M市 1.37×10-6 9.20×10-6 1.50×10-10 8.02×10-10 1.06×10-5
N市 6.85×10-6 4.59×10-5 4.49×10-10 1.60×10-9 5.28×10-5
O市 6.85×10-6 4.59×10-5 7.48×10-10 1.28×10-9 5.28×10-5
P市 1.37×10-6 9.20×10-6 1.50×10-10 1.28×10-9 1.06×10-5
Q市 1.37×10-6 9.20×10-6 1.50×10-10 8.02×10-10 1.06×10-5
R市 6.85×10-7 4.60×10-6 1.50×10-10 4.17×10-10 5.29×10-6
总计 1.37×10-6 9.20×10-6 1.50×10-10 8.02×10-10 1.06×10-5
表选项

全省饮水中镉、铬(六价)、汞、铅通过饮水途径引起的平均个人年风险分别为1.37×10-6、9.20×10-6、1.50×10-10、8.02×10-10/年，基因毒物质镉和六价铬(六价)对人体健康危害的个人年均风险高出非致癌物汞、铅。各市平均个人年风险由高到低的顺序为：A市 > D市 > G市 > J市 > N市 > O市 > E市 > I市 > K市 > L市 > C市 > F市 > H市 > M市 > P市 > Q市 > B市 > R市，其中A市个人年均风险和B市、R市比相差1个数量级，地区差异明显(表 3)。

全省因长期饮用农村集中式供水而引起的年均人群超额病例数为394人/10万人，即全省每10万人中因饮用农村集中式供水而受到健康危害或死亡的人数年均增加约394人。G市因其个人年均风险和常住人口值较大，使得其年均人群超额病例数远远超出其它市，约占全省因饮水途径造成的人群超额病例数的1/3(表 4)。

表 4 4种金属污染物饮水途径所造成的人群超额病例数(人/年)
地区 人口数
(万人)		 镉引起
超额病例数		 铬(六价)引起
超额病例数		 汞引起
超额病例数		 铅引起
超额病例数		 总风险引起
超额病例数
A市 266.95 7 44 0 0 50
B市 719.74 2 12 0 0 14
C市 1 270.19 6 42 0 0 48
D市 295.02 7 48 0 0 56
E市 459.84 4 30 0 0 35
F市 445.07 2 15 0 0 17
G市 588.43 14 97 0 0 111
H市 581.75 3 19 0 0 22
I市 423.85 4 28 0 0 32
J市 369.84 9 61 0 0 70
K市 538.93 5 35 0 0 41
L市 293.55 3 19 0 0 22
M市 282.62 1 9 0 0 11
N市 242.17 6 40 0 0 46
O市 236.72 6 39 0 0 45
P市 699.48 3 23 0 0 26
Q市 391.65 2 13 0 0 15
R市 156.25 0 3 0 0 3
总计 10 432.05 51 343 0 0 394
表选项

3 讨论

本文运用美国环保局推荐的健康风险评价模型并结合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[3]对广东省18个地级市集中式供水中镉、铬(六价)、铅、汞的合格情况及所引起的健康风险作了初步评价。结果显示，虽然农村集中式供水中镉、铬(六价)、汞浓度均未超标，铅合格率亦高达99.92%，但这并不意味着就不对人群健康构成威胁，A市、G市、J市、N市、O市总的年均健康风险均为5.28×10-5/年，D市为5.29×10-5/年，略高于美国环保局(US EPA)推荐的最大可接受风险水平5.0×10-5/年(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)，更是英国皇家协会、瑞典环境保护局及荷兰建设环境部等推荐的化学污染物对人体健康危害的最大可接受风险水平(10-6/年)约53倍，说明广东省农村集中式供水存在潜在风险，应引起高度重视，可以考虑把饮水健康风险评价列入常规的评价工作中来，提高水质评价的科学性。

致癌物镉、铬(六价)对人体健康危害的个人年均风险远远超过非致癌物汞、铅，其风险水平基本相差4~5个数量级，铬(六价)和镉的个人年均风险在4种金属元素的总风险中所占的比例较高, 表明化学致癌物镉、铬(六价)所引起的健康风险更大，是饮用水中主要的污染物和危害因素，应作为日常监督、监测和风险决策管理的重点对象。非致癌物铅、汞的个人年均风险水平分别在4.17×10-10~1.6×10-9/年、7.48×10-11~7.48×10-10/年之间，即十亿人口中因饮用水水质的非化学致癌污染物而受到健康危害(或死亡)的人数不到1人。表明饮用水中汞、铅所引起的健康风险相对较小。个人年均风险铬(六价) > 镉 > 铅 > 汞，与文献[8]的研究结果一致。

本研究的不确定因素有：① 由于对出厂水和末梢水中的金属元素的定量数据有限, 水源水中金属元素的浓度受污染源排放量、水源水期等因素的影响，仅以2012年丰水期的监测数据来评估人体的终身暴露剂量存在不确定性；② 在饮水中污染物浓度一定的情况下，暴露参数越是接近评价人群的实际暴露情况，则计算出的风险值越准确。目前我们国家尚未制订人群暴露参数方面的标准或手册，因此在评价中一般引用美国的暴露参数，由于人种和地区差异，美国人暴露参数(如日均饮水量、体重、寿命等)并不一定适合我国人群的特征，这可能对评价结果造成较大的偏差；③ 暴露途径仅考虑了饮水暴露，没有考虑其他污染物和暴露途径，比如通过沐浴时的皮肤接触、水蒸气吸入以及饮食摄入等途径，故实际的暴露风险会更高；④ 不同人群的生活习惯不同，如农民由于劳动强度大，其饮水量可能高于城市人群；有条件的人群，特别是城市人群可能会使用家庭式饮水过滤净化器来降低自来水中污染物的浓度，使饮水的健康风险自然得到降低；⑤ 各种污染物对人体健康危害在本研究中被看作是简单的相加关系，实际上可能存在协同或拮抗作用而使评价结果偏高或偏低；⑥ 本研究只考虑了饮水中镉、铬(六价)、铅、汞4种金属元素的健康风险，事实上，自来水中还存在着很多其他化学、物理、微生物污染因子，这些污染因子同样存在健康危害风险。

虽然用US EPA健康风险评价模型评价广东农村集中式供水中金属元素的健康风险存在一些不确定因素，可能高估或低估了饮水中污染物的危害程度，但评价结果提示：致癌物镉、铬(六价)等是饮水中主要的污染物，其健康危害不容忽视。自来水厂的处理工艺应重点去除镉、铬(六价)等致癌物，以保障人民群众的身体健康。

参考文献
[1] Zhou NQ, Zhu XY, Qian JZ. The status of water resource exploitation and utilization and the environmental problems in China[C]. Editors:Wang Yanxin, Liang Xin. Proceedings of the International Symposium on Hydrogeology and the Environment[M].Beijing:Chinese Environmental Science Press, 2000:488-493.
[2] 金银龙, 鄂学礼, 张岚. GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》释义[M]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
[3] 中华人民共和国卫生部. GB 5749-2006. 生活饮用水卫生标准[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.
[4] 中华人民共和国卫生部. GB/T 5750-2006生活饮用水标准检测方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.
[5] US EPA. Risk assessment guidance for superfund:volume I-human health evaluation manual (Part B, development of risk-based preliminary remediation goals)[R]. EPA/540/R92/003. Washington DC:office of emergency and remedial response, US EPA, 1991.
[6] 曾光明, 卓利, 钟政林, 等. 水环境健康风险评价模型及其应用[J]. 水电能源科学, 1997, 15(4): 28–33.
[7] 钱家忠, 李如忠, 汪家权, 等. 城市供水水源地水质健康风险评价[J]. 水利学报, 2004, 35(8): 90–93.
[8] 李珊珊, 田考聪. 饮用水源中重金属的健康风险评价[J]. 重庆医科大学学报, 2008, 33(4): 450–456.
DOI:
中国疾病预防控制中心主办。
0
黄锦叙, 余胜兵, 张建鹏, 金晓玲, 吴和岩, 何昌云
Huang Jinxu, Yu Shengbing, Zhang Jianpeng, Jin Xiaoling, Wu Heyan, He Changyun
农村集中式供水中4种金属元素暴露水平及风险评价
Exposure Level and Risk Assessment of Metal Elements in Rural Central Drinking Water Supplies in Guangdong Province
环境卫生学杂志, 2014, 4(3): 218-222
Journal of Environmental Hygiene, 2014, 4(3): 218-222
DOI:

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