某铀矿山及其周边地区地下水重金属健康风险

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2017.08.017
某铀矿山及其周边地区地下水重金属健康风险评估
徐魁伟，高柏，刘媛媛，张春艳
（东华理工大学水资源与环境工程学院，南昌330013）
摘要：分别对某铀矿山及周边地区于丰水期、平水期和枯水期各采集了20个钻孔地下水样品进行测试，分析了5种重金属铅、锰、铬（六价）、镉、砷的含量，并采用风险评估模型对铀矿山及其周边地区进行健康风险的初步评估。

结果表明，研究区地下水总健康风险值范围为8.74×10-7~1.06×10-4a-1，95%的地下水样品总健康风险值低于ICRP和USEPA推荐的可接受的健康风险值，地下水中的重金属含量不会对周边居民产生明显危害。

关键词：铀矿山；地下水；重金属；健康风险评估
中图分类号：X820.4 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2017）08-0000-00
Health Risk Assessment of Heavy Metals in Groundwater of One Uranium Mine
and Its Surrounding Areas
XÜ Kui-wei, GAO Bai, LIU Yuan-yuan, ZHANG Chun-yan
(School of Water Resources and Environmental Engineering, East China University of Technology, Nanchang 330013, China) Abstract：To assess heavy metal pollution in one uranium mine with its surrounding areas and its health risk, 20 groundwater samples were collected in wet, normal and dry season, and concentrations of Mn, Pb, Cr6+, As and Cd in samples were measured. Health risk assessment was conducted with environmental health risk assessment model recommended by USEPA. The results show that total health risk value is in the range of 8.74×10-7~1.06×10-4a-1. Total risk index value (RI) of 95% of samples is lower than the maximum acceptable levels set by ICRP and USEPA. Content of heavy metals in groundwater has no obvious hazards to nearby residents.
Key words：Uranium mine; groundwater; heavy metals; health risk assessment
重金属污染已严重威胁人体健康及环境安全。

有研究表明，铅、镉和汞等重金属短期过量摄入或者长期低剂量摄人会对人体造成急性或者慢性危害[1-4]。

目前，传统健康风险评估始于美国环保局（USEPA）提出的可疑致癌物风险评估准则[5]，是以污染物总量为基准进行核算的[6-10]。

矿山尾矿在长期堆放中将产生大量的酸，可以溶解重金属矿物，使得重金属污染逐步扩散至整个区域[11-17]。

因此，矿山开采以及尾矿堆积带来的地下水重金属污染问题是不容忽视的，对铀矿山及其周边地区地下水中重金属进行健康风险评估是迫切且必要的，但是针对这类问题的研究却较少报道。

本文以某铀矿山及其周边地区为研究对象，对该区域地下水中铅、锰、铬（六价）、镉、砷五种重金属的含量进行调查，并对铀矿山及其周边地区地下水健康风险进行评估。

1 材料与方法
1.1 水样采集与测试
采样区域、布点情况及取样方法参见文献[18]。

现场采集的地下水样置于10 L塑料桶中保存，滴入浓硝酸进行酸化至水样pH低于2后密封送实验室，采用ICP-MS质谱仪对地下水样进行测定，硝酸为电子级，其他试剂为优级纯。

1.2 健康风险评估模型
1.2.1 风险计算方法
本研究地下水中90%的污染物都是通过饮水途径进入人体的[19-24]，所以本文仅对饮水途径进行健康风险评估。

健康风险总值RI通过各个指标化学物质的健康风险值的累积相加求得，即地下水健康风险总评估模型为非致癌化学物质与致癌化学物质的健康风险模型相加[25]。

1.2.2 模型参数确定
CDI=W×C i/A（1）
式中，CDI为长期日摄入量（mg•kg-1•d-1）；W为日均饮水量，其中成人为2.2 L/d；A为人均体重，成人取60 kg[10]；C i为污染物i通过饮水途径的质量浓度（mg/L）。

收稿日期：2017-04-03
基金项目：国家自然科学基金资助项目（41362011，41162007，41502235）
作者简介：徐魁伟（1986-），男，吉林人，硕士研究生.
致癌物：R i =1-exp(-CDI ×Q i )/L （2） 非致癌物：R j =CDI/L （3） R =Σ(R i +R j ) （4）
式中，R i 为化学致癌污染物i 的健康危害风险值；R j 为化学非致癌物j 的健康危害风险值；Q i 为化学致癌污染物i 通过饮水途径的致癌强度系数（mg •kg -1•d -1），砷取15[17]；L 为人类平均寿命，取70年为风险评估标准。

本研究中重金属锰、铅为化学非致癌物，镉、砷和铬为化学致癌物[17,26]。

2 结果与讨论
2.1 尾矿库及其周边地区地下水重金属含量分析
地下水样品检测结果显示，地下水样中砷和锰的检出率是100%，铅仅在3号、10号、18号和19号采样点处有所检出，而铬和镉在所有样品中均未检出。

地下水中重金属砷和锰在平水期、丰水期和枯水期的含量见图2和图3，地下水中重金属铅的含量见表1。

砷含量/(μg ·L -1)
采样点
图2 地下水中砷含量
Fig.2 Concentration of As in groundwater samples
锰含量/(m g ·L -1)
采样点
图3 地下水中锰含量
Fig.3 Concentration of Mn in groundwater samples
表1 地下水中铅含量水平
Table 1 Concentration of Pb in groundwater samples /(μg·L -1)
点号 平水期 丰水期 枯水期
3 5.05 - 3.235 10 0.215 - - 18 5.67 - - 19
-
-
2.85
由图2可知，尾矿库及其周边地区地下水重金属砷的浓度在0~15.9 μg/L范围内，其中大部分地下水中砷的含量较低，浓度大致呈现枯水期＞平水期＞丰水期的规律。

全年最大浓度出现在1号点水样，浓度超过地下水水质三类标准值（10 μg/L）（DZ/T0290-2015），不适用人类饮用，但其浓度小于农田灌溉水质标准值（50 μg/L）。

1号点位于铀尾矿库内，且在流经尾矿库的河流附近，除受到地下铀矿床的影响外，还受到地表水的补给，当枯水期来临时，地表水水位降低，与地下水间的水力联系减弱，砷的浓度有所降低，在丰水期，地表水系水位上升，补给加强，地下水中砷的含量有所升高。

由图3可知，尾矿库及其周边地区地下水重金属锰的浓度在0~0.935 mg/L范围内，其中大部分地下水中锰的含量较低。

全年最大浓度出现在13号点水样，浓度超过地下水水质三类标准值（0.1 mg/L）。

其中丰水期有3个（8号、13号、15号）、平水期有5个（4号、8号、10号、13号、15号）、枯水期有2个（13号、15号）取样点超过地下水质量Ⅲ类标准（10 μg/L），超标率较砷更高。

这是因为，铀尾矿中锰含量较高，另外，尾矿在长期堆放过程中，由于尾矿中的硫化物发生氧化产生的硫酸溶解含锰矿物，致使地下水中锰含量增高，这与张越男等[17,27-28]的研究结果具有一致性。

根据表1，结合采样布点图可发现，地下水中检出重金属铅的点集中在傍河区域，距离流经铀矿山矿区的河流不足1 km，由此可知，地下水与地表水之间具有水力联系，河流中的铅经过包气带补给地下水，从而导致这4个地下水点中铅有所检出，但检出浓度均未超过地下水水质标准。

2.2 铀矿山及其周边地区地下水健康风险评估
由于重金属镉与铬在所有采样点均未检出，因此，只对重金属砷、铅和锰进行健康风险评估计算，根据健康风险评估模型，计算出化学致癌物砷、非化学致癌物铅和锰的健康危害风险值（RI值）列于表2。

表2 砷、铅和锰的健康危害风险值
Table 2 Health risk value (RI) of As, Pb and Mn
点号化学致癌物非化学致癌物
总RI值As Pb Mn
1 1.06E-04 - 6.86E-10 1.06E-04
2 2.62E-05 - 5.61E-10 2.62E-05
3 1.77E-05 1.03E-11 1.62E-09 1.77E-05
4 3.95E-06 - 1.90E-08 3.97E-06
5 4.36E-0
6 - 9.10E-09 4.37E-06
6 2.49E-06 - 1.06E-09 2.49E-06
7 1.15E-06 - 5.43E-09 1.15E-06
8 1.79E-06 - 3.23E-08 1.83E-06
9 8.77E-07 - 8.11E-09 8.85E-07
10 1.14E-05 2.68E-13 1.65E-08 1.14E-05
11 1.05E-05 - 1.56E-09 1.05E-05
12 7.00E-06 - 1.52E-08 7.02E-06
13 6.02E-07 - 2.72E-07 8.74E-07
14 3.93E-06 - 1.32E-08 3.94E-06
15 6.11E-06 - 1.62E-07 6.28E-06
16 2.80E-06 - 5.05E-09 2.81E-06
17 4.48E-06 - 1.70E-08 4.49E-06
18 2.67E-05 7.07E-12 8.11E-10 2.67E-05
19 2.90E-05 3.55E-12 1.48E-08 2.90E-05
20 3.64E-05 - 5.61E-10 3.64E-05
最大值 1.06E-04 1.03E-11 2.72E-07 1.06E-04
最小值 6.02E-07 - 5.61E-10 8.74E-07
均值 1.52E-05 1.06E-12 2.98E-08 1.52E-05
由表2可见，非致癌污染物锰的饮水途径健康危害平均个人年风险范围为0~1.03×10-11 a-1；非致癌污染物铅的饮水途径健康危害平均个人年风险范围为5.61×10-10~2.72×10-7 a-1；致癌污染物砷的饮水途径健康危害平均个
人年风险范围为6.02×10-7~1.06×10-4 a-1；通过饮水途径总的健康危害平均个人年风险范围为8.74×10-7~1.06×10-4 a-1。

国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的最大可接受值[29]为5.0×10-5 a-1，研究区范围内仅有1号采样点高于此值，其他点均低于最大可接受风险水平。

按美国环保署（USEPA）规定[22]，社会人群和小型人群可接受的风险值分别为10-6~10-5 a-1和10-5~10-4 a-1。

研究区范围内有8个地下水样的总健康风险值超过10-5 a-1，1个地下水样的总健康风险值超过10-4 a-1。

3 结论
1）铀矿山及其周边地区地下水中铬和镉均未检出，检出的重金属平均浓度分别为As 2.00 μg/L；Mn 0.09 mg/L；Pb 3.40 μg/L。

根据中国地下水水质标准，重金属砷和锰出现超标现象，超标率分别为5%和16.7%。

2）砷、锰、铅通过饮水途径产生的健康风险平均值分别为1.52×10-5、1.06×10-12、2.98×10-8 a-1，均低于ICRP 和USEPA的最大可接受风险水平。

3）化学致癌物砷的健康风险值远大于非化学致癌物锰和铅，说明该研究区内致癌物质对人体的危害远大于非致癌物。

且研究区域内有一河流经尾矿库流至下游，所以，应该把致癌物砷作为优先控制污染物，重视其在饮水途径中对人类健康所可能产生的威胁。

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