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据世界卫生组织统计,饮用水因卫生不达标引起疾病的占80%,尤其是20%的癌症疾病与饮用水不良相关[1]。受工业和农业生产等影响,大量的污染物进入饮用水核心区水体、土壤及区域内水生动植物中,致使我国饮用水水源受到不同程度污染,严重影响到水源地水环境质量和人体健康[2]。所以,水环境的健康风险研究受到社会的日益关注和重视。近几年,国内外学者多见采用风险评价模型简单计算水体中污染物对人体健康状况的影响,而未考虑评价过程中不确定性以及结果的可靠性[3]。随着社会对饮用水水质的注意力转向于人体健康,对饮用水水环境进行健康风险评价成为当前的热点。目前国内常采用美国环境保护署推荐的健康风险评价模型进行饮用水水环境健康风险评价[4-6]。模型综合考虑了水环境中污染物危害程度、暴露水平和暴露时间等因子,通过建立特定的污染物质计量与健康效应定量关系,来定量评价污染物对健康存在的危害性,使评价指标与人体健康紧密联系。同时还可确定研究地主要污染物及治理的优先顺序,由此,评价结果更具现实意义。
位于湘江边的湘潭市某水厂是湖南省163个主要的饮用水水源地之一,其水环境质量直接影响到当地群众的人体健康。文献[7-11]对流经该水源地的上、下游其他断面水环境质量进行了安全性等研究,但对该水源地水环境的各项监测仅限于污染物浓度是否符合国家饮用水水质标准,重点放在污染物是否超标上,而忽视了与人体健康密切相关的未超标低浓度有毒物质的危害。根据湘江断面水质监测数据显示,该水源地水体中除NH3-N、TP存在超《地表水环境质量标准:GB3838—2002》标准限值Ⅲ类外,其他毒性物质浓度均符合《地表水环境质量标准》饮用水要求[12],但水体对供应区域人群的身体健康是否存在潜在危害却不能直观反映出来。由于该水厂取水口处于湘江底泥重金属含量高风险区域,底泥中的重金属威胁到水质安全[13-14]。此外,该取水口水环境质量除受周围土壤重金属污染影响外,还受到上游水质等影响。毒性物质会在该水源地核心区域累积,毒性加倍,水环境的危害性也更为严重。因此,对该水厂饮用水水环境健康风险进行研究具有重要的现实意义。
本研究依据湘潭市某水厂取水口2013年1月~2019年12月每月的水质监测数据,采用美国环境保护署推荐的水环境健康风险评价模型,对该水厂取水口水环境进行健康风险评价,探究该水厂的水环境健康风险情况,研究其时间变化特征,以期为湘潭河东地区水环境风险管理提供依据。
集中式饮用水源地水环境质量变化及健康风险评估
——以湘潭市某水厂为例Water environmental quality analysis and health risk assessment of centralized drinking water sources
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摘要: 为探究湘潭市某水厂饮用水源地水环境质量及其变化,选取该水厂取水口2013年1月~2019年12月水质月监测数据,对该水厂取水口水体中铬(Cr6+)、砷(As)、镉(Cd)、三氯甲烷、四氯化碳、铅(Pb)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)、氟化物(F)、挥发酚、氰化物(CN)、氨氮(NH3-N)、铁(Fe)、锰(Mn)、硝酸盐(NO3-)、硒(Se)和石油类18种指标进行评价。结果表明:该水厂水环境质量受粪大肠菌群、挥发酚、TP和Hg污染,其月均值分别超Ⅱ类水标准为100.00%、82.14%、44.05%和27.38%;粪大肠菌群、重金属、无机污染物、氧平衡和有机污染物的年分担率依次为32.93%、17.97%、16.92%、16.75%和15.43%;水环境随时间变化方面,粪大肠菌群、Hg、挥发酚、NH3-N和TP在各水期均出现超过Ⅱ类水标准现象,综合污染指数表明,2013~2019年处于重污染及严重污染的比例分别为8.33%、16.67%、25.00%、0、0、8.33%和41.67%,集中在4~7月;健康风险方面,2013~2019年该水厂水环境要受化学致癌物影响,以Cr6+和As为主。Abstract: In order to explore the water environment quality and its change of centralized drinking water sources of a waterworks in Xiangtan City, based on the monthly water quality monitoring data from January 2013 to December 2019, the 18 indexes of Cr6+, As, Cd, chloroform, carbon tetrachloride, Pb, Hg, Cu, Zn, F, volatile phenol, CN, NH3-N, Fe, Mn, NO3- , Se and petroleum were evaluated. Results showed that this waterworks was mainly polluted by volatile phenols, fecal coliform bacteria, Hg and TP. Their monthly average values exceed the water standard of Class II with a rate of 100.00%, 82.14%, 44.05%, 27.38% respectively. The annual sharing rate of fecal coliform bacteria, heavy metals, inorganic pollutants, oxygen balance, and organic pollutants were 32.93%, 17.97%, 16.92%, 16.75%, and 15.43%, respectively. As for the changes of the water environment over time, fecal coliform bacteria, Hg, volatile phenols, NH3-N, and TP exceeded the water standards of Class II in each water period. The comprehensive pollution index showed that the proportions of heavy pollution and serious pollution from 2013 to 2019 were 8.33%, 16.67%, 25.00%, 0%, 0%, 8.33%, 41.67%, respectively, especially in the period from April to July. The health risk assessment indicated that the water environment was mainly affected by chemical carcinogens, especially Cr6+ and As.
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Key words:
- centralized drinking water sources /
- water environment /
- carcinogen /
- risk assessment /
- Xiangtan
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表 1 湘潭市某水厂饮用水水源地水质参数年度变化
mg·L−1 水质参数 2013 a 2014 a 2015 a 2016 a 2017 a 2018 a 2019 a GB 3838—2002
(Ⅱ)常规参数 pH 7.68 7.64 7.84 7.83 7.87 7.92 7.78 6~9 氧平衡参数 DO 7.81 7.23 7.60 8.00 8.03 7.97 8.42 6 COD 10.27 10.48 10.78 10.20 10.20 10.95 13.33 15 BOD 2.29 2.08 2.01 2.12 ND ND 2.02 3 重金属参数 Fe 0.19 0.14 0.20 0.19 0.17 0.17 0.20 0.3 Mn(×10−2) 3.73 3.64 4.53 4.03 5.39 4.43 3.90 0.1 Cu(×10−2) 0.33 0.35 0.28 0.33 1.73 ND ND 1.0 Zn(×10−2) 0.93 1.93 1.54 1.40 2.22 2.23 2.10 1.0 Cd(×10−4) 7.21 4.68 6.22 3.52 4.92 5.34 3.91 0.005 Hg(×10−5) 4.00 5.19 5.52 3.88 7.06 5.42 3.65 0.000 05 Cr6+(×10−2) 1.79 1.53 1.64 2.63 2.27 2.25 1.72 0.05 Pb(×10−3) 0.58 1.29 2.29 1.82 2.45 2.00 1.65 0.01 As(×10−3) 7.21 7.74 7.62 7.55 6.78 7.11 5.41 0.05 Se(×10−4) 5.63 6.39 6.22 5.96 5.02 6.03 5.05 0.01 有机污染物参数 挥发酚(×10−3) 2.53 2.5 2.34 3.13 2.12 ND ND 0.002 石油类(×10-2) 2.20 3.50 ND ND ND ND 3.64 0.05 阴离子表面活性剂(LAS) ND 0.10 ND ND ND ND ND 0.2 三氯甲烷(×10−4) 17.60 1.38 2.74 1.71 1.11 7.34 19.60 0.06 四氯化碳(×10−4) 0.85 1.70 0.25 2.40 0.96 0.79 0.95 0.002 无机污染物参数 NH3-N 0.39 0.31 0.16 0.17 0.22 0.31 0.23 0.5 TP 0.11 0.06 0.07 0.07 0.09 0.09 0.09 0.1 高锰酸盐指数 2.07 2.20 2.19 2.13 2.09 2.17 1.89 4 氟化物(以F-计) 0.31 0.33 0.31 0.30 0.28 0.278 0.23 1.0 氰化物(×10−3) 4.50 ND ND ND ND 2.16 ND 0.05 氯化物 14.18 15.30 11.95 8.49 9.50 10.24 9.08 250 硫酸盐 26.60 30.74 27.08 22.72 25.19 25.89 26.4 250 硝酸盐 2.26 2.26 1.85 1.64 1.47 1.65 1.42 10 硫化物(×10−2) 1.02 1.46 2.63 1.74 1.12 2.93 2.86 0.1 生物参数 粪大肠菌群(CFU/L) 10 367 12 363 17 800 5 528 3 423 7 575 27 767 2 000 注:参考《地表水环境质量标准:GB 3838—2002》Ⅱ类集中式生活饮用水标准;ND为未检出。 表 2 湘潭市某水厂饮用水水源地水环境参数水期变化
mg·L−1 水质参数 2013 a 2014 a 2015 a 2016 a 2017 a 2018 a 2019 a 枯 平 丰 枯 平 丰 枯 平 丰 枯 平 丰 枯 平 丰 枯 平 丰 枯 平 丰 常规参数 pH 7.57 7.70 7.77 7.69 7.69 7.53 7.84 7.85 7.84 7.85 7.85 7.78 7.88 7.90 7.83 7.89 7.89 7.97 7.81 7.69 7.84 氧平衡参数/mg·L−1 DO 9.30 7.90 6.24 8.59 7.13 5.95 8.97 7.42 6.41 9.71 7.68 6.62 9.37 7.95 6.77 9.70 8.07 6.14 9.61 8.36 7.28 BOD 2.49 2.38 2.00 2.00 2.23 2.00 2.03 2.01 2.00 2.18 2.00 2.17 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.05 2.00 COD 10.00 10.80 10.00 10.13 11.30 10.00 10.60 11.48 10.28 10.00 10.00 10.60 10.48 10.00 10.13 11.83 10.88 10.15 12.00 12.00 16.00 重金属参数/mg·L−1 Fe 0.101 0.275 0.202 0.097 0.100 0.212 0.197 0.138 0.263 0.209 0.150 0.220 0.110 0.217 0.157 0.204 0.152 0.147 0.089 0.242 0.255 Mn 0.042 0.035 0.036 0.039 0.021 0.050 0.054 0.036 0.046 0.047 0.035 0.039 0.055 0.058 0.050 0.053 0.046 0.034 0.030 0.057 0.030 Cu 0.004 0.004 0.003 0.004 0.002 0.005 0.003 0.002 0.003 0.004 0.003 0.004 0.012 0.020 0.020 0.020 0.020 0.020 0.020 0.020 0.020 Zn 0.007 0.010 0.011 0.032 0.011 0.015 0.016 0.013 0.018 0.017 0.013 0.012 0.022 0.024 0.021 0.024 0.020 0.023 0.020 0.020 0.023 As(×10−3) 6.04 7.91 7.68 7.68 8.15 7.40 6.86 7.71 8.27 9.98 6.36 6.32 7.03 6.90 6.41 6.20 6.98 8.15 5.69 5.11 5.43 Se(×10−4) 7.80 4.38 4.73 8.25 5.38 5.55 7.40 5.73 5.53 6.30 5.78 5.80 5.03 5.05 4.98 5.65 6.35 6.08 5.65 4.43 5.08 Hg(×10−5) 5.10 4.20 2.70 5.00 5.10 5.48 3.33 5.45 4.78 3.30 5.20 3.13 7.23 5.83 8.13 5.95 5.30 5.00 3.68 3.55 3.73 Cd(×10−4) 8.10 5.73 7.80 4.43 4.58 5.05 8.08 4.63 5.95 4.95 3.05 2.55 5.50 4.28 4.98 6.40 4.55 5.08 4.60 4.43 2.70 Cr6+ 0.013 0.027 0.015 0.012 0.018 0.015 0.018 0.010 0.022 0.023 0.015 0.041 0.017 0.028 0.024 0.021 0.020 0.026 0.018 0.019 0.015 Pb(×10−3) 0.27 0.95 0.51 0.8 1.41 1.66 3.02 1.13 2.72 2.28 1.33 1.84 9.25 1.72 4.70 2.15 1.18 2.68 1.62 2.13 1.22 有机污染物参数/mg·L−1 挥发酚 0.002 0.003 0.002 0.002 0.003 0.003 0.003 0.002 0.002 0.003 0.004 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 阴离子表面
活性剂0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 三氯甲烷(×10−4) 18.7 31.8 2.25 2.18 0.30 1.65 2.33 5.60 0.30 4.53 0.30 0.30 0.30 2.73 0.30 6.20 9.98 5.85 2.95 17.6 38.2 四氯化碳 1.30 0.90 0.35 0.68 1.93 2.50 0.20 0.20 0.35 1.50 0.23 5.48 0.50 0.20 2.18 0.73 0.65 1.00 0.60 0.80 1.45 石油类 0.02 0.03 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 无机污染物参数/mg·L−1 硫酸盐 34.96 22.48 22.36 41.49 27.38 23.37 30.54 28.27 22.45 25.20 22.95 20.02 30.91 25.32 19.33 29.86 22.73 25.07 32.99 25.16 21.25 氯化物 19.27 10.43 12.85 19.94 12.49 13.48 14.05 11.72 10.08 8.84 9.43 7.19 11.72 9.62 7.18 10.68 9.42 10.62 13.37 8.53 5.35 氟化物 0.36 0.25 0.30 0.40 0.30 0.29 0.36 0.29 0.27 0.33 0.32 0.25 0.33 0.28 0.24 0.29 0.26 0.28 0.27 0.21 0.20 氰化物 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 硝酸盐 2.86 1.80 2.11 2.66 2.00 2.12 1.85 1.89 1.81 1.68 1.67 1.56 1.76 1.36 1.30 1.61 1.40 1.95 1.61 1.32 1.34 高锰酸盐指数 2.23 2.16 1.84 2.04 2.32 2.26 1.86 2.28 2.44 2.11 2.14 2.15 2.01 1.87 2.39 2.06 2.14 2.30 1.78 1.91 1.98 氨氮 0.65 0.39 0.14 0.47 0.28 0.18 0.11 0.18 0.20 0.24 0.10 0.17 0.23 0.24 0.18 0.26 0.44 0.25 0.30 0.12 0.27 硫化物 0.014 0.008 0.009 0.011 0.017 0.016 0.018 0.010 0.051 0.012 0.011 0.030 0.007 0.015 0.012 0.017 0.019 0.052 0.025 0.029 0.032 总磷 0.060 0.170 0.110 0.059 0.064 0.065 0.060 0.058 0.098 0.083 0.058 0.073 0.086 0.087 0.106 0.089 0.072 0.119 0.096 0.089 0.091 生物参数 粪大肠菌群 9100 12250 9750 6863 6725 23500 22075 14075 17250 3925 3835 8825 1170 4975 4125 4700 7250 10775 5800 14750 62750 表 3 湘潭市某水厂水环境经饮水途径的健康危害的平均个人年风险
a−1 化学物质 2013 a 2014 a 2015 a 2016 a 2017 a 2018 a 2019 a 化学致癌物质 Cd(×10−6) 1.97 1.28 1.7 0.96 1.35 1.46 1.07 Cr6+(×10−4) 3.26 2.78 2.99 4.77 4.11 4.08 3.13 As(×10−5) 4.85 5.21 5.12 5.08 4.56 4.78 3.64 Rc(×10−4) 3.76 3.31 3.52 5.28 4.58 4.58 3.5 非致癌物质 Cu(×10−5) 1.47 1.54 1.25 1.47 7.59 8.8 8.8 Zn(×10−6) 0.68 1.42 1.13 1.03 1.63 1.63 1.54 Pb(×10−5) 0.9 2.03 3.59 2.85 3.85 3.15 2.6 Hg(×10−6) 2.93 3.81 3.31 2.84 5.18 3.97 2.68 NH3-N(×10−6) 8.88 6.97 3.69 3.84 5.28 7.13 5.61 氟化物(×10−4) 1.13 1.21 1.13 1.1 1.03 1.02 0.84 氰化物(×10−6) 1.44 1.19 1.19 1.19 1.19 1.28 1.19 挥发酚(×10−7) 5.57 5.67 5.15 6.88 4.66 4.4 4.4 Rn(×10−4) 1.51 1.71 1.71 1.62 2.32 2.36 2.1 RT(×10−4) 5.27 5.02 5.23 6.91 6.9 6.93 5.6 注:Rc,化学致癌物经饮水途径的平均个人致癌年风险;Rn,非致癌物经饮水途径的平均个人致癌年风险;RT,总健康风险。 -
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