污水廠尾水回補(bǔ)城市河流的健康風(fēng)險評價

污水廠尾水回補(bǔ)城市河流的健康風(fēng)險評價楊智敏;黃奕龍;劉雪朋【摘要】以典型城市河流為例，構(gòu)建污水廠尾水回補(bǔ)河道的健康風(fēng)險評估方法，定量評估補(bǔ)水對人群和水生生物的影響，結(jié)果表明：①污水廠一級A尾水對人體的健康風(fēng)險主要來自于輪狀病毒，其數(shù)值比美國EPA的標(biāo)準(zhǔn)高出一個數(shù)量級，化學(xué)致癌物、軀體毒物質(zhì)對河邊游覽和游泳人群所致風(fēng)險較低，其數(shù)值小于或等于國際衛(wèi)生組織和美國提出的標(biāo)準(zhǔn)；②污水廠一級A尾水中的重金屬是影響水生生物健康的主要因素。Zn、Cu、Hg和Cd等對脊椎動物和魚類產(chǎn)生毒性的累積健康風(fēng)險概率均低于4%;對于無脊椎動物和甲殼類動物來說，Cu是主要貢獻(xiàn)元素，其累積健康風(fēng)險概率分別達(dá)到U32%和33%。%HealthyriskassessmentmodelwassetupandusedtoassesstheeffectoflevelAtailwaterrecycleinurbanriver.There-sultswereasfollow:①rotaviruswasthemainlyriskforhumanbody,itshealthriskwasoneorderhigherthanthestandardofUSEPAfortouristandswimmingwhenLevelAtailwaterwasreusedinurbanriver.However,thehealthriskofchemicalcarcinogensandnon-genetoxicsubstancefortouristorswimmingintheriverwaslowandlessthanthestandardofworldhealthorganizationandUSEPA.②AquaticorganismswouldbeheavysufferedfromlevelAtailwaterinurbanriver.Chronictoxicitymainlycomesfromtheheavymetalpollutants.Forvertebratesandfish,accumulatedhealthriskfromZn,Cu,HgandCdwerelowandalllessthan4%.Forinverte-bratesandcrustaceans,Cuwasthedominatedelement,anditsaccumulatedhealthriskreached32%and33%.【期刊名稱】《人民珠江》【年(卷)，期】2016(037)004【總頁數(shù)】4頁(P89-92)【關(guān)鍵詞】一級A尾水;生態(tài)補(bǔ)水;生態(tài)風(fēng)險;慢性毒性;觀瀾河【作者】楊智敏;黃奕龍瀏雪朋【作者單位】深圳市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣東深圳518000;深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院，廣東深圳518008;深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院，廣東深圳518008【正文語種】中文【中圖分類】X505近些年來，深圳市開展了大規(guī)模的河流綜合整治工程，工程內(nèi)容包括了截污治污、防洪減災(zāi)和水生態(tài)修復(fù)等，河流水環(huán)境得到一定程度的改善。但因大多為比較短小的雨源性河流，即河流全部由降雨補(bǔ)給，河水暴漲暴落，旱季基本沒有基流，已經(jīng)治理的河流均采用污水處理廠的尾水進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水。相關(guān)研究表明，尾水中含有較高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)，一定濃度的重金屬污染物、病原微生物、持久性有機(jī)物和內(nèi)分泌干擾物，污染物可以通過呼吸、直接入口和皮膚接觸等途徑進(jìn)入人體，從而引起皮膚搔癢，長期接觸可能會有更加嚴(yán)重的后果［1］。1971-2000年的這20年間，僅在美國就有超過11000例與泳池游泳有關(guān)的病例發(fā)生，在有些病例無法識別或未報告疫情的情況下，有關(guān)這些病例的真正數(shù)字可能會被低估［2］。本項研究擬以受污水廠尾水回補(bǔ)的典型河道——觀瀾河為研究對象，監(jiān)測河流水體的營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬和病原微生物的濃度，構(gòu)建健康風(fēng)險評價體系，綜合評價典型人群接觸尾水的健康風(fēng)險，并提出減小風(fēng)險的對策。觀瀾河流域位于深圳市中北部，是東江水系石馬河的上游段，發(fā)源于民治街道大腦殼山的牛咀水庫雞公頭一帶，在觀瀾企坪以下進(jìn)入東莞市境內(nèi)，深莞交界斷面以上集雨面積189.3km2，河長22.56km，河流平均比降0.212%。流域?qū)偾鹆旯鹊氐孛矌?，地貌類型主要為低丘陵，總的地勢南高北低，西高東低。觀瀾河為典型的雨源性河流，河水具有暴漲暴落的特色。河流上游修建了茜坑水庫（中型），以及18座?。ㄒ唬┖托。ǘ┬退畮?，水庫集雨面積為51km2。1990年代初，觀瀾河水體質(zhì)量尚好，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在1990年代末河流水體質(zhì)量由II~III類急劇惡化為V類或劣V類。2006年河流水環(huán)境整治之前，觀瀾河進(jìn)行過防洪整治，包括了河道護(hù)岸硬化、截彎取直等工程。在非雨天，河流內(nèi)基本沒有基流，主要為生活和工業(yè)污水排泄通道。自2008年完成大規(guī)模的截污治污、河道拓寬和生態(tài)景觀改造后，河道進(jìn)行了生態(tài)補(bǔ)水。鑒于流域水源缺乏，非降雨期間的補(bǔ)水來自于污水廠的尾水（上游龍華污水廠出水每天40萬m3,下游觀瀾污水廠出水每天26萬m3，出水均為一級A標(biāo)準(zhǔn)）、清湖濕地出水（每天2萬m3，出水為III類水標(biāo)準(zhǔn)）。河流水功能定位：從河道的功能定位和水功能區(qū)劃來說，本地河道的功能為景觀娛樂型，恢復(fù)的目標(biāo)為有生命的健康河道。本項研究在觀瀾河的上、中和下游分別設(shè)置了清湖橋、放馬埔和企坪3個觀測樣點，于2014年對3個斷面進(jìn)行了2次水文水質(zhì)監(jiān)測。水文監(jiān)測包括降雨和非降雨期間的水量和流速監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測包括糞大腸桿菌、DO、CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP、氰化物，以及Hg、As、Cd、Cr和Pb等重金屬指標(biāo)。采用美國環(huán)保部的生態(tài)風(fēng)險評價方法評價尾水補(bǔ)水的生態(tài)和人群安全［3］。a） 危害鑒定。危害鑒定是指有害污染物進(jìn)入受體之后，對受體產(chǎn)生何種危害。針對觀瀾河實際情況，水體中污染物的危害有生物性危害和化學(xué)性危害。生物性危害以病原微生物為主，化學(xué)性危害包括致癌物和非致癌物兩大類。b） 暴露表征。暴露表征目的在于求得一種污染物，在一段時間內(nèi)進(jìn)入受體，且被受體吸收的劑量。河流水體中污染物進(jìn)入人體的暴露方式主要有吸入、食入及表面接觸。①吸入：需考慮人體在河流周邊暴露時間，暴露濃度（C1）需用空氣傳播模式推算，故Er=C1xT1。②食入：居民通過飲用（如游泳食入）途徑攝入水中污染物的濃度為C2，接觸時間為T2，故E0=C2xT2。③皮膚接觸：與皮膚接觸的水中污染物濃度為C3，平均接觸時間為T3，所以Ed=C3xT3。將所有可能的暴露途徑相加，得到總暴露劑量Et=Er+E0+Ed。c） 劑量反應(yīng)分析。常用的劑量反應(yīng)模型有對數(shù)正態(tài)模型、指數(shù)模型、B泊松模型等3種。實際應(yīng)用中，應(yīng)從3種模型中找出劑量與健康效應(yīng)的最佳相關(guān)關(guān)系，使模型符合劑量反應(yīng)關(guān)系。對數(shù)正態(tài)模型：假設(shè)單一個體有最小感染劑量，此最小感染劑量隨個體而改變，且不同個體之間最小感染劑量呈對數(shù)正態(tài)分布。指數(shù)模型：假設(shè)暴露劑量與受感染劑量是兩個獨立事件，一種風(fēng)險因子（一種化學(xué)物質(zhì)或一種致病菌）即為一種感染。風(fēng)險因子在環(huán)境中的分布為Poisson分布，被受體器官吸收的風(fēng)險因子為二項式分布，則感染發(fā)生幾率如下：P=1-exp（rxD）若考慮多種風(fēng)險因子的多種暴露途徑，此模型變?yōu)椋喝魊>0，該模型被稱為線性多階段模型；ri=0為超線性，該模型被稱為多階段模型。P泊松模型：假設(shè)r不為常數(shù)，r為一B型的幾率分布，其感染機(jī)率為：d） 風(fēng)險表征。風(fēng)險表征是包含風(fēng)險估算、不確定性的描述，是風(fēng)險管理的基礎(chǔ)，是決策過程中最關(guān)鍵的步驟。由于致癌物和非致癌物風(fēng)險評價方法不同，以及回用水中微生物較多的特點，需要分別考慮致癌效應(yīng)、非致癌效應(yīng)，以及生物效應(yīng)的風(fēng)險計算。a）病原微生物：應(yīng)用P泊松模型進(jìn)行計算。相對其他微生物而言，輪狀病毒的感染性最強(qiáng)。但其數(shù)值不好測定，本項研究采用糞大腸桿菌的數(shù)量進(jìn)行換算(輪狀病毒:糞大腸桿菌=1:105)；N50為5.6，以為0.265［4-5］?；瘜W(xué)致癌物：應(yīng)用指數(shù)模型進(jìn)行計算。一般散步每次暴露次數(shù)為1mL，年暴露次數(shù)為104次，人體平均體重70kg。在游泳時，假定每次暴露次數(shù)為100mL，年暴露次數(shù)為40次，人體平均體重70kg；As、Cd、Cr和Pb的致癌系數(shù)分別為1.5、15、510.0.042mg/(kg?d)［6-7］。非致癌物毒性：考慮多種非致癌物質(zhì)的多種暴露途徑，其計算公式為如下：本項研究考慮的非致癌物主要有NH3-N、Hg、氰化物和揮發(fā)酚，其參考劑量分別為0.97、0.0003、0.037.0.1mg/(kg?d)。暴露劑量分為1、10、100mL(沿河散步、河道管養(yǎng)、下河游泳)3種，其暴露次數(shù)分別為104、365、40［6-7］。為了討論尾水河道補(bǔ)水對生物的影響，重點選擇了對生物影響較大的Zn、Pb、Cu、Cd和Hg等幾種重金屬，以及對重金屬比較敏感的無脊椎動物、脊椎動物、甲殼動物和魚類作為評價的受體。采用物種敏感性分布(SSD)方法構(gòu)建的淡水生物SSD曲線［8］,通過曲線查找確定重金屬對各生物產(chǎn)生的潛在風(fēng)險。分病原微生物(輪狀病毒為代表)、致癌物和非致癌物3大類，分析對人體所致的風(fēng)險。輪狀病毒對人體所致風(fēng)險較高，3個監(jiān)測樣點的風(fēng)險在2.09x10-3~2.87x10-3。這一結(jié)果比發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)，如美國EPA的標(biāo)準(zhǔn)高出一個數(shù)量級，說明本地污水處理廠達(dá)標(biāo)排放至河道會對游人產(chǎn)生一定的感染風(fēng)險。張德友等(2009)在北京的研究中也有類似的發(fā)現(xiàn)［9］?；瘜W(xué)致癌物對人群在河邊游覽所致風(fēng)險較低，年均風(fēng)險介于0.3x10-7~1.5x10-7之間，其風(fēng)險小于國際衛(wèi)生組織和美國提出的標(biāo)準(zhǔn)。其中，鉻所產(chǎn)生的風(fēng)險最高，占總風(fēng)險的82%~99%?；瘜W(xué)致癌物對人群在河里游泳所致風(fēng)險也較低，年均風(fēng)險介于1.16x10-6-5.75x10-6之間，其風(fēng)險與世界衛(wèi)生組織和美國提出的標(biāo)準(zhǔn)處于同一數(shù)量級。其中，鉻所產(chǎn)生的風(fēng)險最高，占總風(fēng)險的78%~99%。軀體毒物質(zhì)對人群在河邊游覽所致風(fēng)險較低，年均風(fēng)險介于4.01x10-8-7.77x10-8之間，其風(fēng)險小于世界衛(wèi)生組織和美國提出的標(biāo)準(zhǔn)。在產(chǎn)生風(fēng)險的污染物中，以NH3-N產(chǎn)生的風(fēng)險最高，占總風(fēng)險的96%~99%。軀體毒物質(zhì)對人群在河里游泳所致風(fēng)險也較低，年均風(fēng)險介于1.28x10-6-3.06x10-6之間，其風(fēng)險與世界衛(wèi)生組織和美國提出的標(biāo)準(zhǔn)處于同一數(shù)量級。在產(chǎn)生風(fēng)險的污染物中，以NH3-N產(chǎn)生的風(fēng)險最高，占總風(fēng)險的93%-97%。主要考慮由重金屬所致的慢性毒性，采用孔祥臻等（2011）［13］建立的SSD曲線，構(gòu)建水體中重金屬污染物對各類動物的長期毒性示意圖（圖2）。由圖可知，現(xiàn)狀補(bǔ)水水體對甲殼類和無脊椎動物影響最大。對于脊椎動物來說，Cd、Hg和Zn所產(chǎn)生累積風(fēng)險分別為1.5%、0.5%和4%,表明補(bǔ)水水體對脊椎動物的慢性毒性不高（小于5%累積風(fēng)險的標(biāo)準(zhǔn)值），且主要貢獻(xiàn)元素為Zn。對于無脊椎動物來說，Zn、Pb和Cu（Mn缺乏數(shù)據(jù)）所產(chǎn)生累積風(fēng)險分別為4.2%、0和32%，表明補(bǔ)水水體對無脊椎動物的慢性毒性較高，且主要貢獻(xiàn)元素為Cu。對于甲殼類動物來說，Cd、Zn和Cu所產(chǎn)生累積風(fēng)險分別為0、2.5%和33%,表明補(bǔ)水水體對甲殼類的慢性毒性較高，且主要貢獻(xiàn)元素為Cu。對于魚類動物來說，Zn、Cu、Hg和Cd和所產(chǎn)生的累積風(fēng)險分別為3%、4%、0和3.8%，表明補(bǔ)水水體對魚類的慢性毒性不高（小于5%累積風(fēng)險的標(biāo)準(zhǔn)值），且主要貢獻(xiàn)元素Zn、Cu和Cd均較為接近。本項研究對典型城市河流為例，構(gòu)建了一級A補(bǔ)水的生態(tài)風(fēng)險評估方法，定量評估了補(bǔ)水對人群和水生生物的影響，研究結(jié)果得出如下結(jié)論。a）—級A尾水對人體的風(fēng)險主要來自于輪狀病毒。對游人和下水戲水的人群，一級A尾水帶來的風(fēng)險主要來自于輪狀病毒，其風(fēng)險達(dá)到2.09x10-3-2.87x10-3,比發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)，如美國EPA的標(biāo)準(zhǔn)高出一個數(shù)量級，說明本地污水處理廠達(dá)標(biāo)排放至河道會對游人產(chǎn)生一定的感染風(fēng)險，需要應(yīng)用強(qiáng)化措施降低微生物帶來的風(fēng)險?；瘜W(xué)致癌物對人群在河邊游覽和游泳所致風(fēng)險較低，年均風(fēng)險為10-7、10-6數(shù)量級，其風(fēng)險小于國際衛(wèi)生組織和美國提出的標(biāo)準(zhǔn)，且風(fēng)險主要來自Cr元素。軀體毒物質(zhì)對人群在河邊游覽和游泳所致風(fēng)險較低，年均風(fēng)險為10-8、10-6數(shù)量級，其風(fēng)險與世界衛(wèi)生組織和美國提出的標(biāo)準(zhǔn)