亚洲城网页版 ca88 cc >>发展规划研究 总第78期 2013年>> 理论视野 打印 | 收藏 | 字体: | 阅读 次数 | 发布日期:2013/11/12
城市地下水污染健康风险评价研究进展
孙静愚

    城市地下水污染健康风险评价是基于保护人类健康的考虑,以城市地下水质量标准和风险评价的健康基准值为基础,客观、科学地量化城市地下水污染对人体健康产生潜在影响的方法。健康风险评价是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,以危害识别、剂量-效应分析、暴露评价及风险表征4个主要框架实行健康风险评价的概念。在随后的几十年里,美国环保署在该领域取得了大量成果,出版了相关的系列报告,制定了一系列的技术性文件、准则和指南。目前,英国、荷兰、意大利、加拿大、澳大利亚、新西兰、日本以及我国台湾等都开展了健康风险评价研究工作,在采用美国的风险评价方法的同时,构建了适合本国实际的健康风险评价体系。
    20世纪90年代,我国学者也开始开展环境风险评价研究工作,但多以先容和应用国外研究方法为主。目前我国还没有国家权威机构发布的有关城市地下水污染健康风险评价技术导则等技术性文件,城市地下水污染风险评价的相关理论也不完善,技术方法还不成熟。
   
    一、健康风险评价研究进展
    (一)健康风险评价背景与发展过程
    人类从事物质生产和其它各种活动的时候,不可避免地要产生各种废物,这些废物如果不经过适当地无害化处理和资源化利用,或是处理处置方法不适当,流失或排放到环境中,就会对环境造成影响或破坏。在当代的世界范围内,重大的环境问题频频发生。新旧公害事件不断出现,酸雨、臭氧层破坏、二氧化碳含量增加等环境污染遍及全球,继而严重破坏生态环境,威胁到人类健康和生存,已引起各国普遍关注。
    在影响人体健康的诸多因素中,化学污染物占首位,环境中化学物质种类繁多,成分复杂。据美国登记的化学物质已达700多万种,每年又有40万种新化学物质出现,约有1000种新化学物质投放市场,常用的化学物质达7万种,另有约4万种化学物质在商品中销售,每年约有500~1000种新化学物质投入使用。这些化学物质通过大气、水体、土壤、食物等途径进入人体,造成健康损害。现已证明,大约有几十种化学物质能诱发人类癌症,几百种能在动物中诱发癌症,上千种能损害细胞中的DNA,影响人类种群的质量,对人群产生健康危害,使长期生活在污染地区的人群死亡率升高等等。
    健康风险评价,对环境保护、轻化工产品、农药、医学管理、食品监督及职业安全等有着极为重要的意义。据统计,目前常用的化学物质约有1400多种,因此控制化学品污染,保障人群健康已成为十分迫切的问题,健康风险评价是有效控制化学品风险的技术依据。首先,化学品的数量巨大,既不可能同时进行管理,也不可能对所有化学品逐一进行风险评价,而需要按其潜在的和实际危害大小排列化学品管理的优先顺序;其次,为了有效地管理化学品,就需要选择既能维护健康,又能为财力所能承受,也不会对社会和环境产生严重影响,以及技术上可行的控制措施,即进行风险治理的损益分析;此外,为了使化学品各项控制措施得以实施,需由管理部门建立一系列法规。建立法规,就必须要有一个尺度的问题。这些问题的解决都需要以化学品的健康风险评价所提供的科学依据为基础。健康风险评价是一门跨学科的科学,现在已进入了以计算机、数学模型为工具,综合生态学、卫生学、毒理学、统计学、水文学、地理学、地质学、化学、物理学、社会学等等几乎所有自然科学和部分社会科学有关的内容、成果、先进方法进行分析研究的阶段。
    健康风险评价兴起于20世纪70年代,主要是在发达的工业国家,特别是美国的研究尤为突出。但早在30年代就开始有对职业暴露的流行病学资料和动物实验的剂量—反应关系的报道,也就是健康风险评价的初级形式。20世纪30年代到60年代,风险评价处于萌芽阶段。主要采用毒物鉴定方法进行健康影响分析,以定性研究为主。例如,关于致癌物的假定只能定性说明暴露于一定的致癌物会造成一定的健康风险。直到60年代,毒理学家才开发了一些定量的方法进行低浓度暴露条件下的健康风险评价。20世纪70年代到80年代,风险评价研究处于高峰期,评价体系基本形成。
    (二)国外饮水健康风险评价研究进展
    饮用水是人体暴露于有毒物质的重要的潜在暴露源,有毒物质从土壤岩层向地下水源的溶出、释放。工业废水、废弃物的排放,饮用水处理过程中所添加的处理药剂(液氯),管道输送过程中所发生的管道物质的溶出(铅)等等,都会造成饮用水的污染,对饮用水消费人群身体健康造成一定的危害。为了定量描述饮用水中污染物对暴露人群所造成的危害,世界各国的科学家们对饮用水的健康风险评价做了大量的研究。诚如上面所描述的那样,健康风险评价需要两部分数据,目标污染物毒理学数据和暴露人群的暴露剂量数据,毒理学数据主要来自于流行病学临床资料和大量实验室动物实验所获得的数据,目前,针对很多的有毒污染物,国际上已经建立了应用于健康风险评价的毒理学数据库,已经积累了大量的可用有效数据。而对于暴露人群的暴露剂量数据,则是目前世界各国科学家们做健康风险评价所研究的重点,已经对此做了大量的研究工作。要想正确估计暴露人群的暴露剂量,通常需要消费者提供大量的消费信息。目前,美国环保局(EPA)认为成人每天消耗的饮用水水量为2升/天,对于体重为10公斤左右的婴儿,认为他们每天饮用水的摄入量为1升/天,这个消费数量包括以果汁和用饮用水泡制的各种饮料(咖啡、茶等)形式所摄入的饮水量,同时,美国科学院还认为饮用水的消耗量会随着暴露人群的身体活动状况和所处环境状况(温度、湿度等)的改变而改变,因此,有理由认为一个人在身体活动剧烈的情况下或在较炎热的环境中会需要消耗更多的饮用水。目前,许多研究都是关于饮用水消费信息的,总体来讲,这些研究所获得的消费信息基本上与美国环保局所采用的饮水消耗数据相一致。
    (三)国内饮水健康风险评价研究进展
    我国的风险评价研究起步于20世纪90年代,且主要以先容和应用国外的研究成果为主,目前,还没有一套适合中国的有关风险评价程序和方法的技术性文件。尽管如此,90年代以后,在一些部门的法规和管理制度中己经明确提出风险评价的内容。1993年国家环保局颁布的中华人民共和国环境保护行业标准《环境影响评价技术导则(总则)》(Hl/T2.193)规定:对于风险事故,在有必要也有条件时,应进行建设项目的环境风险评价或环境风险分析。同时,该导则也指出“目前环境风险评价的方法尚不成熟,资料的收集及参数的确定尚存在诸多困难”。1997年国家环境保护局、农业部、化工部联合发布的《关于进一步加强对农药生产单位废水排放监督管理的通知》规定:新建、扩建、改建生产农药的建设项目必须针对生产过程中可能产生的水污染物,特别是特征污染物进行风险评价。此外,曾光明、张祖麟等开展了水环境健康风险模型极其应用研究;皮运正、仇付国等开展了污水回灌的健康风险评价;杨晓松和曾光明等分别对环境风险评价的不确定性的定义、类型和降低不确定性的方法进行了先容;王永杰等先容了健康风险评价中的不确定性问题和评价模型,分别讨论了致癌物质和非致癌物质评价中的不确定性因素;高仁君等从危害性鉴定、剂量—反映评定、接触评定和风险表征四个步骤评价了农药对人体健康的危害;胡宁静等在调查江西贵溪冶炼厂周围农田重金属污染的基础上,对重金属的生态风险开展了定量评估。韩冰等根据某典型区浅层地下水有机污染调查结果,评价由于饮水和洗浴带来的人群健康风险。陈鸿汉等和嵁宏伟等分别对场地污染健康风险评价的理论和方法开展了探讨,提出了叠加风险和多暴露途径同种污染物人群健康风险的概念。
   
    二、评价方法
    城市地下水污染健康风险评价方法包括危害识别、剂量-效应分析、暴露评价及风险表征4个步骤。
    (一)危害识别
    危害识别是城市地下水污染风险评价的第一步,主要是收集评价场地的污染物检测数据资料并开展相应的调查取样分析,根据污染物的生物学和化学数据,判定某种特定污染物是否产生危害,筛选出目标污染物。分析目标污染物的影响范围、影响受体、定性评价目标污染物可能造成的不良效应,确定其危害类型及危害等级。
    1、资料收集 
    通过开展城市地下水环境调查,收集有关研究区的环境、水文地质、土地利用方式、污染源分布等资料;开展城市地下水污染现状调查与评价,收集地下水化学资料、污染物种类及浓度范围、污染范围、受体及其参数、暴露途径、暴露时间,以及其他有助于进行风险评价的、与地下水环境相关的资料。
    2、目标污染物判定 
    目标污染物是指风险评价所要评价的物质。在城市地下水污染评价中凡被评价为超标的污染物均应为目标污染物。采用污染指数法进行城市地下水污染评价,对无机组分和有机组分的评价采用不同标准。无机组分的污染是与区域环境背景值(地质环境所决定的)比对来确定是否有污染的,故选取区域环境背景值为评价标准。而对有机组分的评价,一般是有检出就表明有污染发生,因此取各种有机组分的目标检出限作为污染评价标准。具体的计算公式为:(1)式中:I—某项指标的污染指数;Ci—某项指标的实测含量;Cai—评价无机组分时为某项指标的背景值(对照值),评价有机组分时为某项指标的目标检出限值。
    3、危害识别 
    危害识别主要是判定目标污染物是否具有致癌性,即是致癌物质,还是非致癌物质。目前,欧美的相关机构已建立了各种毒理数据库,并根据其最新研究成果不断更新。因此,可将这些具权威性的数据库作为目标污染物危害类型和危害等级的判别依据。以下为本评价方法对化学物质致癌性分类的依据。
    ①国际癌症研究署(IARC)是隶属于联合国的研究机构,专门进行化学物质致癌性质与机理研究。该机构将化学物质的致癌性分为四类:第一类(G1):具有充足的人类致癌性的证据。第二类(G2):具有有限的人类致癌性的证据。又分为两种情况,G2A为人类可能致癌物质,其流行病学资料有限,但有充分的动物实验资料。G2B为也许是人类致癌物,其流行病学资料不足,但动物资料充分,或流行病学资料有限,动物资料不足。第三类(G3):具有的致癌证据不足。第四类(G4):具有对人类无致癌性证据。
    ②美国环境保护署综合风险信息系统(IRIS)由美国环境保护署建立并定期更新,该系统将化学物质的致癌性分为五类:第一类(A):人类致癌物质。第二类(B):很可能的人类致癌物质(又分为两种情况,B1:根据有限的人体毒性资料与充分的动物实验资料,极可能为人类致癌物质。B2:根据充分的动物实验资料,极可能为人类致癌物质)。第三类(C):可能的人类致癌物质。第四类(D):不能划分为人类致癌物质。第五类(E):对人类无致癌性物质。
    对目标污染物致癌性与非致癌性的判定原则为,优先依据国际癌症研究署的致癌性分类标准,即目标污染物在IARC数据库中属于G1、G2A和G2B类,则判定该物质为致癌性物质。否则,应再查询美国环境保护署的IRIS数据库。在IRIS数据库中属于A、B1、B2或C类,则判定该物质为致癌性物质。
    (二)剂量—效应评价
    剂量—效应评价是对目标污染物暴露水平与暴露人群或生物种群中不良健康反应发生率之间关系进行定量估算的过程,是风险评价的定量依据。剂量—效应评价以毒理学动物研究或是相关的人体流行病学研究为基础,除讨论有害物质的致病机理外,并根据现有的实验数据或统计结果,将暴露剂量与毒性反应程度之间的关系量化成剂量—效应曲线。以这个量化的数学模式为出发点,来计算该有害物质毒性因子的数值。
    1、剂量—效应评价方法 
    剂量—效应评价最终是要计算出目标污染物的毒性因子,即致癌毒性因子和非致癌毒性因子。目标污染物被判定为非致癌物质的,要计算该污染物的非致癌毒性因子。非致癌毒性因子的计算是以阈值(又称参考剂量RfD)方法为主。其计算方法为: (2)
    其中,UF=F1•F2•F3•MF
    式中:RfD—某有阈化学物质的参考剂量(mg/kg/d);NOA EL—最高未观察到的有害作用水平(mg/kg/d);LOA EL—最低可观察到的有害作用水平(mg/kg/d);UF—总不确定系数(无量纲);F1—种间不确定性系数,数值为1~10(无量纲);F2—种内不确定性系数,数值为1~10(无量纲);F3—毒性性质不确定性系数,数值为1~100(无量纲);MF—资料库完整性的不确定性系数,数值为1~10(无量纲)。
    致癌毒性因子采取无阈值方法,以斜率概念表示,即以剂量反应关系曲线估计平均每增加一个单位剂量所增加的致癌概率有多少(生物体暴露一定剂量的化学物质与其所产生反应之间存在一定的关系,称为剂量—反应关系。剂量—反应关系可用曲线表示,不同毒物在不同条件下引起的反应类型是不同的)。因此,目标污染物被判定为致癌物质的,要计算该污染物的致癌毒性因子(致癌斜率CSF)。
    2、毒性因子的确定 
    通过查询世界上具有权威性的化学物质毒理数据库确定目标污染物的毒性因子。世界上具有权威性的毒理数据库有:美国环境保护署综合风险信息系统(IRIS);世界卫生组织简明国际化学评估文件与环境卫生准则(WJP CICAD;WHO EHC);美国环境保护署暂行毒性因子(PPRTVs);毒性物质与疾病登记署(ATSDR)最小风险浓度(MRL);美国环保署健康效应预警摘要表格(HEAST)。
    (三)暴露评价
    暴露评价是对人群暴露于介质中污染物的强度、频率、时间进行测量、估算或预测的过程。暴露评价是进行风险评定的定量依据,主要是对暴露环境、环境介质、受体暴露途径、环境浓度和暴露量的评价。暴露人群的特征鉴定与评价物质在环境介质中浓度与分布的确定,是暴露评估中相关联而不可分割的两个组成部分。暴露评估的目的是估测整个社会(或全国、或某一地区)人群暴露某种化学物质的程度或可能程度。
    在进行暴露评估时,应对暴露人群的数量、性别、年龄分布、居住地域分布、活动状况、人群的暴露方式、暴露量、暴露时间、暴露频度以及所有能估计到的不确定因素等情况进行描述。如果直接进行总体测定来评估暴露程度,固然是最理想的,但需要投入大量的人力和物力。这事实上既无必要,也不可能,实际做法是从具有代表性的各种群体中抽样,作有限数量的测定分析,再作数学模式推导,以用估测总体人群或不同亚群的暴露水平。人群包括某种职业人群、某地区人群、老幼病弱等特别易感人群等,一般是计算他们终生暴露的平均水平。
    确定人群对某一化学物质的暴露水平,可以通过直接测定进行评定,但多数情况下,是根据污染物的排放量、排放浓度以及污染物的迁移转化规律方面的参数采用一定的数学模式进行估算。数学模式最好是根据自己所获得的各种参数,用一定的数学方法自行建立,但要求数据必须准确、可靠、具有代表性,并要求数据较为完整。评价物质在环境介质中的浓度数据一般可通过监测获取。但评价地域广,环境条件较为复杂的情况下,往往是利用污染源及某些监测点的数据,通过内插或外推方法,或采用各种迁移、转化、扩散(动态)模型估算出这一区域内的污染物在环境介质中一定期间的平均浓度及一定区域内的浓度空间分布图,来描述环境中污染物的量,在可以选到适宜指标的情况下,往往可以测定人的体液及组织中的化学物质,或代谢产物浓度来估算污染物的暴露量。根据环境介质中污染物的浓度及其空间分布情况,人的活动参数,从空气、水、食品中的摄入参数,生物检测数据等,用适当的模型,可以估算出不同人群、不同时期污染物的总暴露量。在致癌风险评价中,常用人的终生暴露量。目前对于环境污染物的评价方法或估价方法,已有广泛的讨论,但尚无一种能适用于所有污染物的通用方法,因此必须根据各种化合物的具体情况,逐个加以评价。
    (四)风险表征
    风险评估就是利用前面三个阶段所获取的数据,估算不同条件下,可能产生的健康危害的强度或某种健康效应的发生概率的过程。风险评估主要包括两方面的内容,一是对有害因子的风险大小做出定量估算与表达;二是对评定结果的说明与对评价过程的讨论,特别是对前面三个阶段评定中存在的不确定性做出评估,即对风险评价结果本身的风险做出评价。其中评定结果的说明及评价过程的讨论,对整个风险评价过程都有至关重要的意义,特别是对评价过程中各个环节的不确定性分析。具体评估过程有:
    1、确定表征方法:根据评价项目的性质和评价目的、要求,确定风险表征是定量法还是定性法。
    2、综合分析:主要比较暴露和剂量反应关系,分析暴露量相应的风险大小。
    3、不确定性分析:分析整个过程中产生不确定性的环节、不确定性的性质、不确定性在评价过程中的传播,尽可能对不确定性的大小做出定量评价。
    4、风险评价结果的陈述:给出评价结论,对评价结果进行文字图标或其他类型的陈述,对需要说明的问题加以注释。
   
    三、健康风险评价存在的问题
    不确定性分析是对风险评价结果本身的可靠性做出评价。了解健康风险评价的不确定性对风险决策过程来说是很必要的,决策者关心的不仅是风险本身的大小,而且包括评价的可靠性。
    风险评价作为一种新兴的理论和技术,从建立至今经历了短短几十年的时间,对保护生态环境和人类健康所起的作用是不可低估的。但是任何一种理论都不是十全十美的,都有一个不断完善的过程。当前风险评价技术存在的问题主要是风险评价过程中的不确定性问题,由于客观世界的复杂性,人们认识能力的局限性,在以往认为是确定的因素和现象当中,有不少是随机的,不确定性的。如在环境影响评价所确定的达标排放和总量控制的条件下,环境质量仍存在被破坏的风险,而这种风险的产生就是由于不确定性因素影响造成的。在研究化学物质对人体健康影响时经常选择动物进行毒理试验,再由动物实验的数据外推到人类,外推过程中,常常附加10~10000倍安全因子,然后把所得数据作为该化学物质对人体健康危害的标准值,在整个试验过程中,动物是受试者,而评价的却是人类,尽管在外推过程中附加了一定的安全因子,但有毒物质在人体内的反应机理、对人体健康的影响及影响程度是不清楚的。对风险进行数值模拟时,模型的简化、模型参数的确定也会引入不确定性。如在描述沙门氏菌病原体与人群感染率关系时,指数分布模型和Beta-Poisson模型都可用来拟合已有试验数据,但外推到低剂量时,结果往往差异很大。
    根据USEPA的定义,不确定性是指对评价参数、模型和特定细节认知的缺乏。不确定性是风险评价中的专用名词,指对所研究的系统目前和将来状态的认识不完全,即对危害的程度或其表征方式认识不充分而产生的风险的组成部分。由于不确定性的存在使得对给定变量的大小和出现概率不能做出最好的估算。风险评价中的不确定性主要分为三类:参数不确定性;模型不确定性;评价方案完整性程度的不确定性。这些类型的不确定性是由多种因素引起的,有些是不可避免的,有些是人为的失误或考虑问题不周,或处理问题的方式方法不完善等原因造成的。
    参数的不确定性来源于测量误差、抽样误差、事物本身多变性和使用替代指标等因素。测量误差包括随机误差和系统误差;抽样误差指使用的样本过小或样本投有代表性;事物本身的多变性指由于环境和暴露的多种多样而造成的误差,如时间和空间的变化,人类活动方式随年龄性别和地理位置的不同而产生的变化;使用替代指标也会产生参数的不确定性。评价方案的不确定性指缺少足够的数据和信息完整的确定暴露和剂量的水平。其来源主要有对时间和空间的近似和假设而造成的误差,确定暴露情况产生的误差和使用不合适的模型产生的误差。模型不确定性是由于数学理论和模拟计算预测不完善造成的,其来源主要有模型简化产生的误差和模型中变量之间相关关系产生的误差。
    由于风险评价是一个完整的过程,各部分的不确定性在评价过程中向风险表征方向传递,而且在传递过程中不确定性会不断放大。一般情况下,评价者使用保守的假设,计算最不利情况下的风险,而不去估算不确定性,从决策的角度看这种做法有以下几个缺点:首先,它是不切实际的,即使最不利情况下的假设也是不切实的,总有可能假设出更不可能发生的情况;其次,保守的假设可能隐藏着来自决策者的不确定性和误差,这些不确定性和误差被隐藏在暴露和影响的估算中。因此,有必要对不确定性进行分析处理,不确定性的来源、类型和性质不同,处理方式也不同,一些不确定性可以通过技术处理解决,一些则需要随着科学技术的发展和人们对客观世界认识的提高来解决。不确定性分析的目的是:估计评价结果的不确定性,即计算结果的变化和误差;估计模型中各变量对不确定性所起作用的相对大小,后者也被称作是敏感性分析。
   
    四、展望
    健康风险评价指标体系的建立主要依据各类文献和网络资源,人体生理学指标如体重、寿命、日饮水量等我国没有权威机构的资料,建议下一步补充和完善。
    健康风险评价涉及到生理学、毒理学、地质学和环境科学等多个学科领域,建议加强学科之间的合作。
    生态环境脆弱,环境承载能力差,具有特殊的污染敏感性,地表环境质量的优劣直接影响到地表以下的水文系统中的物质循环和能量交换。城市地下水中的地球化学组分在不同含水层中的迁移和转化过程十分复杂,其物质来源、循环以及转化过程的辨识极其困难,这些为做好地下水的健康风险评价工作增加了很多困难,在今后的工作中要逐步地做更多深入的研究。


    (编辑单位:山东师范大学)

_
  上一篇:“看得见的手”应放在哪里?
下一篇:参与式治理下的城市社区环境治理研究——以杭州市为例

关闭窗口
XML 地图 | Sitemap 地图