五大连池矿泉水健康风险评价

王菁华，李 博，李月兴，方振兴，潘 虹

(黑龙江省科学院火山与矿泉研究所，黑龙江五大连池 164100)

水是自然界一切生命的重要基础。但是，随着人类活动和工农业的迅速发展，水在自然界的循环过程中污染问题日益严重，饮用水安全受到严重威胁。矿泉水是地下水在地层深处经长期与围岩相互作用，溶蚀岩石中的矿物质而形成的［1］。相对于地表水和一般地下水而言，矿泉水具有水质稳定、不易受污染、富含多种常量和微量元素，已经成为健康优质饮水资源［2］。各国都对饮用矿泉水制定了严格的标准、规范以及限定值，用以保证饮用矿泉水的安全。在某些地区的饮用矿泉水中有毒金属离子的含量在限定值以下，符合饮用标准。但是，当人们长期饮用以后，对人类健康具有潜在危害。所以，开展饮用矿泉水中重金属对人体健康造成的风险评价显得尤为迫切和重要［3－5］。

健康风险评价是将污染物质与人体健康定量联系起来，能够对化学污染物给人体健康造成危害的可能性及其程度的大小作出科学估算的一种评价方法。这是由美国国家工程学院和国家科学院于1972年首先提出，并于1983年的《红皮书》中正式提出，包括危害识别、剂量—效应分析、暴露评价及风险表征四个主要部分［6，7］。重金属可以通过食物以及饮水进入人体，部分重金属可以在体内富集，严重危害人体健康［8，9］。目前，国内外很多学者针对重金属污染引起的饮水安全问题开展了大量的健康风险评价研究，并取得了丰硕的研究成果，为人类健康饮水提供了坚实的依据［10－14］。矿泉水作为优质天然安全的饮用水源越来越受到人们的青睐，但是有关矿泉水中重金属离子经长期饮用导致的健康风险评价的工作较少。

五大连池矿泉水是火山喷发后形成的、富含多种微量元素的、高品位的珍贵矿泉水资源。在五大连池自然风景保护区内分布有规模不等、类型多样的百余眼露头泉眼［15］。其中，南北饮泉的重碳酸铁硅质复合矿泉水，是世界三大冷矿泉之首，其品质高于法国维希矿泉和俄罗斯高加索矿泉，享有“神泉”“圣水”的美誉，在民间已有上千年的应用历史［16］。至今，每年仍有大量游客及患者来此饮用五大连池矿泉水，用以治疗胃肠疾病、皮肤病及泌尿系统疾病等［17］。二龙眼处偏硅酸矿泉水，由于储量丰富、日涌量大、水质优良无污染被作为当地居民日常生活饮水的自来水水源地。因此，开展饮用矿泉水健康风险评价工作，对于人们科学、合理饮用矿泉水具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 健康风险评价模型

根据重金属通过饮水途径进入人体后所引起的健康风险不同，对基因毒物质和躯体毒物质的风险评价采用不同模型。美国环保局推荐的健康风险评价模型如下:

(1)基因毒物质的风险评价模型:

式中:Ri为终生超额患癌风险度;SF为致癌斜率系数;Di为化学污染物经饮食途径进入人体的单位体重日均暴露剂量。

(2)躯体毒物质风险评价模型(经饮水途径)

式中:Rj为躯体毒物质重金属j经饮水途径的平均健康危害个人年风险，a－1;1×10－6为躯体毒物质i的可接受风险水平;Di为躯体毒物质经饮水途径的单位体重日均暴露剂量，mg/kg·d。Rfd为躯体毒物质i经饮水途径参考剂量，mg/kg·d;

式中CW为水中化学污染物的浓度，mg/L;IR为水的日摄入量，L/d;BW为人均体重，Kg;AT为平均寿命，a。根据相关统计数据和文献，成年人的日均饮水量IR取值为

2.2 L，我国居民的人均体重BW取值为60 Kg，平均寿命AT取值为70 a。

(3)饮用水总的健康风险R总

假设各重金属物质对人体健康危害的毒性作用呈相加关系，而不是协同和拮抗关系，则饮水途径重金属总的健康风险R总为

1.2 研究区域概况与数据来源

五大连池火山区位于黑龙江省北部，黑河地区南部，地处小兴安岭与松嫩平原的过渡地带。风景区总面积为1 060 km2，其地理坐标为东经 125°42'—127°37'，北纬48°16'—49°12'。五大连池区矿泉水，北起五池东南岸边，南至药泉山，长约15 km，呈南北向带状分布，为受同一南北向脆性断裂构造系统控制。药泉山铁质重碳酸盐碳酸矿泉水区，分布在药泉山的东侧，由于地幔热柱活动产生的CO2，沿导气构造上升溶解于水，形成弱的碳酸矿水。这种酸性水，对围岩有较强的溶蚀力，在径流迟缓而又较为封闭的环境中便形成了含各种化学组分，有较高矿化度的原生矿泉水。而二龙眼矿泉水是深部矿水与浅层矿水混合作用的结果。根据黑龙江省科学院火山与矿泉研究所提供的矿泉水水质监测数据，监测时间为2010年1月—2011年12月，以一年内各月监测值的平均值为评价值，数据见表1。

表1 饮用矿泉水水源地水质监测数据Tab.1 Monitoring data of water quality in drinking mineral water

根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)通过全面评价化学物质致癌性可靠程度而编制的分类系统，可知Cd为化学致癌物，Cd的致癌强度系数SF值为6.1 mg·(kg·d)－1。Hg、Pb、Mn、Ni、Ba 及 Zn 为躯体毒物质，其Rfd取值见表2。由表1数据可知，两处饮用矿泉水水源水质除锰以外，均符合《饮用天然矿泉水》(GB 8537－2008)标准要求。北饮泉矿泉水源中，通过饮水途径对人体存在健康风险的重金属物质主要来自基因毒物质镉(Cd)和躯体毒物质汞(Hg)、铅(Pb)、锰(Mn)、镍(Ni)和钡(Ba)。二龙眼矿泉水源中，通过饮水途径对人体存在健康风险的重金属物质主要来自躯体毒物质汞(Hg)和镍(Ni)。分别计算基因毒物质和躯体毒物质中重金属离子通过饮水途径对人体造成的健康危害。

表2 躯体毒物质通过饮水途径的参考剂量(Rfd)Tab.2 Reference doses of body toxic substances brought by drinking uater

我国有关健康风险评价的研究起步较晚，鉴于我国目前的研究结果，研究参考国际辐射防护委员会及部分机构推荐的有毒物质个人年风险最大可接受水平(见表3)进行评价。

表3 部分机构推荐的最大可接受风险水平和可忽略的风险水平Tab.3 The maximal acceptant risk level and neglectable risk level of some organizations

2 结果与分析

根据健康风险评价模型和评价参数，可以计算出2010年和2011年各年通过饮用两处矿泉水水源，重金属导致的基因毒物质Cd和躯体毒物质造成的平均个人年风险及个人年总风险，计算结果见表4和表5。

表4 化学致癌物和躯体毒物质通过饮水途径的个人年风险Tab.4 Individuals annually health risk of carcinogens and body toxic substance by drinking uater a－1

由表4数据可以看出，北饮泉的化学致癌物Cd的平均个人年风险为3.67×10－7，远远低于ICRP推荐的标准年风险度5×10－5。这表明饮用北饮泉矿泉水，重金属Cd引起的健康风险甚微，不会对常年饮用矿泉水的人群构成明显危害。在躯体毒物质重金属中，Mn和Ni所造成的个人年风险较大，分别为 3.22 ×10－8和 3.19 ×10－8。Hg和Pb的个人年风险较低，分别为 2.32×10－10和 2.65×10－10，均远远低于ICRP推荐的标准年风险度5×10－5。这说明长期饮用北饮泉矿泉水，躯体毒物质重金属不会对饮水人群构成危害。重金属造成的个人年风险排序为Mn＞Ni＞Ba＞Zn＞Pb＞Hg，其中Mn离子的含量超过矿泉水标准规定限值，但是重金属Mn的个人年风险值低于5×10－5，这说明长期饮用该处矿泉水不会造成人体危害。二龙眼矿泉水水源，重金属躯体毒物质个人年风险排序为Ni＞Hg＞Zn，数量级为10－10，低于 ICRP 推荐的5 ×10－5，这说明长期饮用二龙眼处矿泉水，重金属躯体毒物质不会对人体健康造成危害。

表5 化学致癌物和躯体毒物质通过饮水途径的个人年总风险Tab.5 Total－ individuals annually health risk of carcinogens and body toxic substance by drinking uater a－1

由表5数据可知，北饮泉和二龙眼两处饮用矿泉水水源地化学致癌物和躯体毒物质的个人年总风险均低于ICRP标准，说明长期饮用两处矿泉水重金属不会对人体健康造成危害。而且，2011年与2010年相比，风险值有降低的趋势，但是还需长期监测。由于五大连池矿泉水区无重工业，因此矿泉水中的重金属主要来源于围岩的溶解，矿泉水中重金属离子致癌风险略高于躯体毒物质造成的危害，但是长期饮用不会对人体造成危害，所以可以长期饮用五大连池矿泉水达到疗养的目的。

3 结论

(1)五大连池北饮泉处矿泉水中重金属离子中致癌金属只有Cd离子，其个人年风险值低于ICRP推荐值。躯体毒物质重金属离子的个人年风险排序为Mn(Ni)＞Ba＞Zn＞Pb＞Hg，2010 年个人年总风险值为 6.596.59 ×10－8，低于2011年风险值，并且远远低于ICRP推荐值。由此可以看出，长期饮用五大连池北饮泉重碳酸矿泉水重金属离子不会对人体造成危害。

(2)五大连池二龙眼处矿泉水水源中致癌重金属离子未检出，风险极低。躯体毒物质重金属离子的个人年风险排序为Mn＞Ni＞Ba＞Zn＞Pb＞Hg，2010年和2011年个人年总风险值分别为 5.86 ×10－10和 5.26 ×10－10，低于 ICRP推荐的最大可接受风险水平，说明长期饮用该处矿泉水重金属离子不会对人体造成危害。

(3)五大连池矿泉水富含多种微量元素和常量元素，有较高的医疗价值，同时五大连池两处饮用矿泉水水源中重金属离子均不会对人体造成危害，长期饮用安全。

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