再生水回用的风险评价.doc

再生水回用的风险评价一 概述风险评价可以定义为对人类活动或自然灾害的不利影响和可能性的评价，风险评价是对不良结果或不期望事件发生机率的描述及定量分析。就环境和健康而言，风险评价可定义为对特定有害因子造成暴露于该因子的个体和群体的不良影响发生的机率及对不良影响发生的程度、时间或性质进行定量描述的系统过程，这两种风险评价分别被称为环境风险评价和健康风险评价。环境和健康风险评价技术是空气、水体、食品、药品中污染物标准制定的基础。就污水再生利用而言，风险评价可定义为对通过各种暴露途径暴露于回用水中化学物质和病原微生物的人群和环境所造成的不良影响发生的机率及程度、时间或性质进行定量描述的系统过程。 二 评价方法2.1现实风险评价方法 也称低技术/低费用/控制风险方法，以流行病学研究为基础，结合现有污水处理技术对病原体的处理效果，分析再生水回用的健康风险。世界各国的再生水回用水质标准多采用此法制定，如美国的回用水指南。再生水水质标准是依据再生水回用的经验和对现有污水处理技术可有效地去除病原体的认可。 2.2定量风险评价方法也称高技术/高费用/低风险方法。它定量地评价再生水在回用过程中暴露于病原体的人类健康风险。其评价程序与化学污染物风险评价程序相同，包括： 危害识别：识别再生水中可能含有的人们关注的病原体； 暴露评价：确定再生水在使用过程中，人暴露于病原体的途径、持续时间和暴露量； 剂量反应关系评价：根据病原体的剂量反应关系，估算与人的实际暴露水平相似的条件下的感染概率； 风险特征分析：依据暴露和剂量反应的假设，计算理论风险。 三 城市污水再生利用的病原微生物健康风险评价 由于污水回用工程日益增多，污水再生利用越来越普遍，为了避免和减少病原性污染对人体健康的危害，对一种或多种病原体进行风险控制，必须对污水再生利用病原性污染的健康风险进行评价。城市污水中病原体种类繁多，危害严重，特别是肠道病毒对人体的感染剂量低、在水体中存活时间长、检测困难、传统污水处理工艺对其去除效率不高而引起人们的高度重视。采用概率统计数值计算方法和Monte一Carlo模拟计算方法，对污水再生利用的病原体健康风险进行了评价分析，建立了污水再生利用病原体健康风险评价的方法。 3.1 病原微生物剂量反应关系的确定 污水中的病原体主要是病毒，在城市污水中检测出的病毒有140多种，其它病原体包括致病菌和一些致病原生动物。随着检测技术的不断发展，病原体对人体健康风险日益凸显其严重性，污水中的病原体，常常吸附在水中的悬浮小颗粒上或者和有机物结合在一起，在天然状态下可以存活很长时间，一般温度越低，其存活时间越长。再生利用处理工艺对病原菌去除率较高，而病毒去除率较低，因此本论文主要对再生水中病毒对人体健康的风险进行评价。污水中的病毒主要是肠道病毒(如脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒)、轮状病毒及肝炎病毒等，本论文选取感染性最强的轮状病毒，危害严重的甲肝病毒和暴发流行次数较为频繁的柯萨奇病毒作为评价对象。对于这三种病毒进入人体后引发疾病的剂量反应关系式，根据流行病学资料和人体试验的资料，采用指数模型和Bcta一Poisson模型。指数模型假设随机的单个病原体的感染概率为常数:，摄入剂量为d时感染概率只表示为: Pi=1-ent 3.2健康风险计算 许多研究表明，城市污水中粪大肠菌和病毒数量之间存在一定的比例关系，其比值约为105:1。健康风险计算过程中的假设条件如下:(l)粪大肠菌浓度采用北石桥污水厂氧化沟二级处理水中检测到的结果。(2)病毒与粪大肠菌的比值为1:105，由于出水中粪大肠菌呈对数正态分布，因此病毒浓度也为对数正态分布。(3)所有的病毒作为一种病毒对待，分别计算当作柯萨奇病毒、轮状病毒和甲肝病毒的健康风险。 3.3概率分析数值法风险计算根据实验检测结果和以上假设条件，可以对回用于三种用途的再生水中病毒对人体的健康风险进行计算评价，USEPA地表水处理规范(sWTR)中规定的生活饮用水可接受年风险为104/a，即每年10000人中受肠道疾病感染的人数小于等于1，但在许多国家，实际的人体病原体感染率是很高的，如在英国，人体由于受到肠道疾病感染的实际发病率率是0.2/人/年，Reghll等人也报道在天然水体中游泳受感染的年风险为1.5x10-2，因此有研究者认为用10-3a作为可接受年风险过于严格，即使用10一2/a作为可接受年风险也是偏于安全的，为了便于比较分析，分别选取10-2a、10-3a和10-4a作为污水再生利用的可接受年风险，对北石桥二级出水和其它回用处理工艺再生水的安全性进行评价。污水再生回用的安全性定义为由于使用再生水而受到病原体感染的风险不超过规定可接受风险的概率。假设Pi为人体摄入一定剂量再生水一次受感染风险，Pa为受感染年风险，n为一年当中暴露次数，则: pa=l一(l一pi)n对不同回用途径，最终摄入人体病毒个数受回用方式的影响，如回用于农田灌溉后，再生水中病毒会由于光照、干燥等原因死亡。自然环境的对病毒的各种影响可用剩余系数F表示，即回用水中病毒进入人体前最终的剩余浓度(c)与原始浓度(C0)的比值，对应于不同去除率R(单位为109)，最终进入人体病毒浓度为: C=CoF10一R3.4轮状病毒安全性评价结果轮状病毒特别容易感染老人和儿童，因而人们对其研究较多，获得了大量数据，其剂量反应关系也比较符合实际情况，因此首先对污水中的轮状病毒进行了评价，结果如表所示。 轮状病毒安全性评价表以10-4a、10-3a和10-2a作为可接受年风险，去除率为横坐标，安全性为纵坐标作图，得到回用水安全性随轮状病毒去除率变化关系图 轮状病毒去除率与回用水安全性之间的关系图(可接受年风险:10-4a)轮状病毒去除率与回用水安全性之间的关系图(可接受年风险:10-3a)轮状病毒去除率与回用水安全性之间的关系图(可接受年风险:10-2a) 四 城市污水再生利用化学污染物健康风险评价 污水再生利用过程中除了病原微生物对人体健康造成的危害，另一个重要的问题是化学污染物质引起的健康危害，城市污水中存在的对人体有毒害作用的化学污染物质主要分为化学致癌物和躯体毒害化学物质，城市污水中各种化学物质存在与否及其含量多少主要取决于排入城市污水中的工业废水的种类和流量，本章根据西安市北石桥污水净化中心二级出水中检测到的化学污染物的种类和浓度，依据USEPA风险信息综合系统中制定的化学物质的毒性参数，采用概率统计和蒙特卡罗(Monte一Carlo)方法，对污水再生利用不同回用途径暴露量的人体健康风险进行了评价分析。 4.1化学污染物健康风险评价标准 健康风险评价标准是为评价人体健康风险而制定的准则，是判断人体健康的安全水平和安全管理的有效性的依据，是识别人体健康的危害程度及制定相应管理措施的基础。评价标准中包含两方面的内容:一是健康危害发生的概率;二是对人体健康的危害程度。根据风险管理的目标和各种风险水平对应的可接受程度，确定化学物质的风险评价标准最大可接受水平。 对于非致癌性化学污染物，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10-6一年，因此以10-6一年作为非致癌化学污染物的最大可接受年风险水平。如果人的平均寿命以70a计算，则终生最大可接受风险水平为7x10-5。对于化学致癌物质，国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受年风险水平为5.0x10-5每年。4.2再生水暴露量的确定人体对回用水的摄入量与回用用途有关，回用途径不同，人体对病毒的摄入量及暴露频率也不一样。摄入途径主要有食物、饮水、呼吸及皮肤吸收等，根据国内外资料及经验，综合考虑各种常见的回用情况，比较普遍的三种回用途径的摄入量 4.3 再生回用水中化学污染物的危害毒性参数鉴定 再生水中化学污染物质的毒性参数鉴定是健康风险评价的前提，由于污水中化学物质种类繁多，每种化学物质的毒性各不相同，对其毒性参数如参考剂量，致癌强度系数的鉴定首先采用USERA综合风险信息系统资料。USEPA根据每种化学物质的毒理学、医学和流行病学的资料，建立了综合风险信息系统，该系统中包含了上千中化学物质对人体健康的危害信息，包括污染物的致癌强度系数、口服参考剂量、吸入参考剂量等基本信息并根据新资料不断更新。对当前化学物质毒性资料的最新科学观点。对于IRJS系统中没有包含的化学物质，可以参考USEPA的临时毒性参数同等调查评估主要包括环保署研发部、国家环境评估中心及优先基金项目中的化学物质的毒性资料。USEPA以外的资料，如美国各州环保署，国际癌症研究机构，国际辐射防护委员会等相关的资料也可以作为毒性参数鉴定的依据。二级出水中检测到的化学物质的危害毒性参数如表所示。4.4城市绿化回用途径化学致癌物健康风险计算结果城市绿化，包括道路喷洒、浇灌绿地公园等，人体可以通过呼吸喷雾或皮肤接触等暴露于再生水中，人体对再生水的暴露次数为每周两次，每次lmL，由于镍的致癌性为吸入途径专一性，因此考虑镍的致癌风险。而在农田灌溉和景观娱乐回用体积中，则不考虑镍的致癌性，致癌物的致癌风险计算表如表 城市绿化回用途径化学致癌物健康风险计算表4.5农业灌溉回用途径化学致癌物健康风险计算结果对农田灌溉，包括蔬菜、水果及粮食等农作物灌溉，人体暴露途径主要为口服摄入再生水，假设人体对再生水的暴露次数为每天一次，每次IOmL，由于镍的致癌性为吸入途径专一性，因此不考虑镍的致癌风险。致癌物的致癌风险计算表如表 农业灌溉回用途径化学致癌物健康风险计算表4.6景观娱乐回用途径化学致癌物健康风险评价污水再生利用的另一个重要途径是景观娱乐用水，包括划船、钓鱼、游泳等全身接触性活动，人体暴露途径主要为口服摄入再生水，假设人体对再生水的暴露次数为每年40次，每次100mL，由于镍的致癌性为吸入途径专一性，因此在暴露途径中不考虑镍的致癌风险。致癌物的致癌风险计算表如表所示。 景观娱乐回用途径化学致癌物健康风险计算表五 参考文献1仇付国,王晓昌. 污水再生利用的健康风险评价方法J. 环境污染与防治. 2003(01)2 仇付国,王晓昌. 水环境中病毒的分布存活及其健康风险评价J. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2007(01) 3 仇付国. 城市污水再生利用健康风险评价理论与方法研究D. 西安建筑科技大学 2004 4 王晨晨. 再生水中化学污染物的人体健康风险评价方法研究D. 天津大学 2010 5 田裘学. 健康风险评价的基本内容与方法J. 甘肃环境研究与监测.