污水厂尾水回补城市河流的健康风险评价

污水厂尾水回补城市河流的健康风险评价杨智敏;黄奕龙;刘雪朋【摘要】以典型城市河流为例，构建污水厂尾水回补河道的健康风险评估方法，定量评估补水对人群和水生生物的影响，结果表明：①污水厂一级A尾水对人体的健康风险主要来自于轮状病毒，其数值比美国EPA的标准高出一个数量级，化学致癌物、躯体毒物质对河边游览和游泳人群所致风险较低，其数值小于或等于国际卫生组织和美国提出的标准；②污水厂一级A尾水中的重金属是影响水生生物健康的主要因素。Zn、Cu、Hg和Cd等对脊椎动物和鱼类产生毒性的累积健康风险概率均低于4%;对于无脊椎动物和甲壳类动物来说，Cu是主要贡献元素，其累积健康风险概率分别达到U32%和33%。%HealthyriskassessmentmodelwassetupandusedtoassesstheeffectoflevelAtailwaterrecycleinurbanriver.There-sultswereasfollow:①rotaviruswasthemainlyriskforhumanbody,itshealthriskwasoneorderhigherthanthestandardofUSEPAfortouristandswimmingwhenLevelAtailwaterwasreusedinurbanriver.However,thehealthriskofchemicalcarcinogensandnon-genetoxicsubstancefortouristorswimmingintheriverwaslowandlessthanthestandardofworldhealthorganizationandUSEPA.②AquaticorganismswouldbeheavysufferedfromlevelAtailwaterinurbanriver.Chronictoxicitymainlycomesfromtheheavymetalpollutants.Forvertebratesandfish,accumulatedhealthriskfromZn,Cu,HgandCdwerelowandalllessthan4%.Forinverte-bratesandcrustaceans,Cuwasthedominatedelement,anditsaccumulatedhealthriskreached32%and33%.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷)，期】2016(037)004【总页数】4页(P89-92)【关键词】一级A尾水;生态补水;生态风险;慢性毒性;观澜河【作者】杨智敏;黄奕龙浏雪朋【作者单位】深圳市水务工程建设管理中心，广东深圳518000;深圳市水务规划设计院，广东深圳518008;深圳市水务规划设计院，广东深圳518008【正文语种】中文【中图分类】X505近些年来，深圳市开展了大规模的河流综合整治工程，工程内容包括了截污治污、防洪减灾和水生态修复等，河流水环境得到一定程度的改善。但因大多为比较短小的雨源性河流，即河流全部由降雨补给，河水暴涨暴落，旱季基本没有基流，已经治理的河流均采用污水处理厂的尾水进行生态补水。相关研究表明，尾水中含有较高浓度的营养物质，一定浓度的重金属污染物、病原微生物、持久性有机物和内分泌干扰物，污染物可以通过呼吸、直接入口和皮肤接触等途径进入人体，从而引起皮肤搔痒，长期接触可能会有更加严重的后果［1］。1971-2000年的这20年间，仅在美国就有超过11000例与泳池游泳有关的病例发生，在有些病例无法识别或未报告疫情的情况下，有关这些病例的真正数字可能会被低估［2］。本项研究拟以受污水厂尾水回补的典型河道——观澜河为研究对象，监测河流水体的营养物质、重金属和病原微生物的浓度，构建健康风险评价体系，综合评价典型人群接触尾水的健康风险，并提出减小风险的对策。观澜河流域位于深圳市中北部，是东江水系石马河的上游段，发源于民治街道大脑壳山的牛咀水库鸡公头一带，在观澜企坪以下进入东莞市境内，深莞交界断面以上集雨面积189.3km2，河长22.56km，河流平均比降0.212%。流域属丘陵谷地地貌带，地貌类型主要为低丘陵，总的地势南高北低，西高东低。观澜河为典型的雨源性河流，河水具有暴涨暴落的特色。河流上游修建了茜坑水库（中型），以及18座小（一）和小（二）型水库，水库集雨面积为51km2。1990年代初，观澜河水体质量尚好，随着社会经济的快速发展，在1990年代末河流水体质量由II~III类急剧恶化为V类或劣V类。2006年河流水环境整治之前，观澜河进行过防洪整治，包括了河道护岸硬化、截弯取直等工程。在非雨天，河流内基本没有基流，主要为生活和工业污水排泄通道。自2008年完成大规模的截污治污、河道拓宽和生态景观改造后，河道进行了生态补水。鉴于流域水源缺乏，非降雨期间的补水来自于污水厂的尾水（上游龙华污水厂出水每天40万m3,下游观澜污水厂出水每天26万m3，出水均为一级A标准）、清湖湿地出水（每天2万m3，出水为III类水标准）。河流水功能定位：从河道的功能定位和水功能区划来说，本地河道的功能为景观娱乐型，恢复的目标为有生命的健康河道。本项研究在观澜河的上、中和下游分别设置了清湖桥、放马埔和企坪3个观测样点，于2014年对3个断面进行了2次水文水质监测。水文监测包括降雨和非降雨期间的水量和流速监测、水质监测包括粪大肠杆菌、DO、CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP、氰化物，以及Hg、As、Cd、Cr和Pb等重金属指标。采用美国环保部的生态风险评价方法评价尾水补水的生态和人群安全［3］。a） 危害鉴定。危害鉴定是指有害污染物进入受体之后，对受体产生何种危害。针对观澜河实际情况，水体中污染物的危害有生物性危害和化学性危害。生物性危害以病原微生物为主，化学性危害包括致癌物和非致癌物两大类。b） 暴露表征。暴露表征目的在于求得一种污染物，在一段时间内进入受体，且被受体吸收的剂量。河流水体中污染物进入人体的暴露方式主要有吸入、食入及表面接触。①吸入：需考虑人体在河流周边暴露时间，暴露浓度（C1）需用空气传播模式推算，故Er=C1xT1。②食入：居民通过饮用（如游泳食入）途径摄入水中污染物的浓度为C2，接触时间为T2，故E0=C2xT2。③皮肤接触：与皮肤接触的水中污染物浓度为C3，平均接触时间为T3，所以Ed=C3xT3。将所有可能的暴露途径相加，得到总暴露剂量Et=Er+E0+Ed。c） 剂量反应分析。常用的剂量反应模型有对数正态模型、指数模型、B泊松模型等3种。实际应用中，应从3种模型中找出剂量与健康效应的最佳相关关系，使模型符合剂量反应关系。对数正态模型：假设单一个体有最小感染剂量，此最小感染剂量随个体而改变，且不同个体之间最小感染剂量呈对数正态分布。指数模型：假设暴露剂量与受感染剂量是两个独立事件，一种风险因子（一种化学物质或一种致病菌）即为一种感染。风险因子在环境中的分布为Poisson分布，被受体器官吸收的风险因子为二项式分布，则感染发生几率如下：P=1-exp（rxD）若考虑多种风险因子的多种暴露途径，此模型变为：若r>0，该模型被称为线性多阶段模型；ri=0为超线性，该模型被称为多阶段模型。P泊松模型：假设r不为常数，r为一B型的几率分布，其感染机率为：d） 风险表征。风险表征是包含风险估算、不确定性的描述，是风险管理的基础，是决策过程中最关键的步骤。由于致癌物和非致癌物风险评价方法不同，以及回用水中微生物较多的特点，需要分别考虑致癌效应、非致癌效应，以及生物效应的风险计算。a）病原微生物：应用P泊松模型进行计算。相对其他微生物而言，轮状病毒的感染性最强。但其数值不好测定，本项研究采用粪大肠杆菌的数量进行换算(轮状病毒:粪大肠杆菌=1:105)；N50为5.6，以为0.265［4-5］。化学致癌物：应用指数模型进行计算。一般散步每次暴露次数为1mL，年暴露次数为104次，人体平均体重70kg。在游泳时，假定每次暴露次数为100mL，年暴露次数为40次，人体平均体重70kg；As、Cd、Cr和Pb的致癌系数分别为1.5、15、510.0.042mg/(kg・d)［6-7］。非致癌物毒性：考虑多种非致癌物质的多种暴露途径，其计算公式为如下：本项研究考虑的非致癌物主要有NH3-N、Hg、氰化物和挥发酚，其参考剂量分别为0.97、0.0003、0.037.0.1mg/(kg・d)。暴露剂量分为1、10、100mL(沿河散步、河道管养、下河游泳)3种，其暴露次数分别为104、365、40［6-7］。为了讨论尾水河道补水对生物的影响，重点选择了对生物影响较大的Zn、Pb、Cu、Cd和Hg等几种重金属，以及对重金属比较敏感的无脊椎动物、脊椎动物、甲壳动物和鱼类作为评价的受体。采用物种敏感性分布(SSD)方法构建的淡水生物SSD曲线［8］,通过曲线查找确定重金属对各生物产生的潜在风险。分病原微生物(轮状病毒为代表)、致癌物和非致癌物3大类，分析对人体所致的风险。轮状病毒对人体所致风险较高，3个监测样点的风险在2.09x10-3~2.87x10-3。这一结果比发达国家的标准，如美国EPA的标准高出一个数量级，说明本地污水处理厂达标排放至河道会对游人产生一定的感染风险。张德友等(2009)在北京的研究中也有类似的发现［9］。化学致癌物对人群在河边游览所致风险较低，年均风险介于0.3x10-7~1.5x10-7之间，其风险小于国际卫生组织和美国提出的标准。其中，铬所产生的风险最高，占总风险的82%~99%。化学致癌物对人群在河里游泳所致风险也较低，年均风险介于1.16x10-6-5.75x10-6之间，其风险与世界卫生组织和美国提出的标准处于同一数量级。其中，铬所产生的风险最高，占总风险的78%~99%。躯体毒物质对人群在河边游览所致风险较低，年均风险介于4.01x10-8-7.77x10-8之间，其风险小于世界卫生组织和美国提出的标准。在产生风险的污染物中，以NH3-N产生的风险最高，占总风险的96%~99%。躯体毒物质对人群在河里游泳所致风险也较低，年均风险介于1.28x10-6-3.06x10-6之间，其风险与世界卫生组织和美国提出的标准处于同一数量级。在产生风险的污染物中，以NH3-N产生的风险最高，占总风险的93%-97%。主要考虑由重金属所致的慢性毒性，采用孔祥臻等（2011）［13］建立的SSD曲线，构建水体中重金属污染物对各类动物的长期毒性示意图（图2）。由图可知，现状补水水体对甲壳类和无脊椎动物影响最大。对于脊椎动物来说，Cd、Hg和Zn所产生累积风险分别为1.5%、0.5%和4%,表明补水水体对脊椎动物的慢性毒性不高（小于5%累积风险的标准值），且主要贡献元素为Zn。对于无脊椎动物来说，Zn、Pb和Cu（Mn缺乏数据）所产生累积风险分别为4.2%、0和32%，表明补水水体对无脊椎动物的慢性毒性较高，且主要贡献元素为Cu。对于甲壳类动物来说，Cd、Zn和Cu所产生累积风险分别为0、2.5%和33%,表明补水水体对甲壳类的慢性毒性较高，且主要贡献元素为Cu。对于鱼类动物来说，Zn、Cu、Hg和Cd和所产生的累积风险分别为3%、4%、0和3.8%，表明补水水体对鱼类的慢性毒性不高（小于5%累积风险的标准值），且主要贡献元素Zn、Cu和Cd均较为接近。本项研究对典型城市河流为例，构建了一级A补水的生态风险评估方法，定量评估了补水对人群和水生生物的影响，研究结果得出如下结论。a）—级A尾水对人体的风险主要来自于轮状病毒。对游人和下水戏水的人群，一级A尾水带来的风险主要来自于轮状病毒，其风险达到2.09x10-3-2.87x10-3,比发达国家的标准，如美国EPA的标准高出一个数量级，说明本地污水处理厂达标排放至河道会对游人产生一定的感染风险，需要应用强化措施降低微生物带来的风险。化学致癌物对人群在河边游览和游泳所致风险较低，年均风险为10-7、10-6数量级，其风险小于国际卫生组织和美国提出的标准，且风险主要来自Cr元素。躯体毒物质对人群在河边游览和游泳所致风险较低，年均风险为10-8、10-6数量级，其风险与世界卫生组织和美国提出的标准