CN107092811B - 一种保护人体健康的水质基准推导方法及饮用水源地水质安全评价方法 - Google Patents

一种保护人体健康的水质基准推导方法及饮用水源地水质安全评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水质安全评价技术领域，具体涉及一种保护人体健康的水质基准推导方法及地表饮用水源地水质安全评价方法。当评价某一水质是否安全时，先判断污染物的致癌效应作用模式，并根据致癌效应作用模式采用相应的推导公式计算得到保护人体健康的水质基准值，然后检测待检测饮用水源地污染物质的浓度值，若浓度值低于水质基准值，则表明饮用水水质安全，反之，则为不安全水质。本申请提供的水质基准推导方法，推导方法简单，而且推导结果偏差小、针对性强，为环保部门制定保护人体健康的饮用水的水质标准提供了理论依据。

Description

一种保护人体健康的水质基准推导方法及饮用水源地水质安 全评价方法
技术领域
本发明属于水质安全评价技术领域，具体涉及一种保护人体健康的水质基准推导方法及饮用水源地水质安全评价方法。
背景技术
随着环境污染态势的加剧，以及环境风险管理的强化，人们逐渐认识到饮用水源地水质安全对人体健康的重要性。随着新的污染物质不断涌现，对人民群众身体健康构成威胁，必须加强水源地水质保护。水源地水质评价是实现水源地保护的重要手段，在评价水质是否安全时，常常需要判断被评价饮用水源地水中所包含的各类污染物质浓度是否在要求的限值内。因此，快速准确获得饮用水源地各类污染物质的安全浓度，即：饮用水源地各类污染物质的保护人体健康的水质基准值，是有效保证水质评价的关键因素。目前国内外水源地水质评价中采用的方法主要有单因子法和综合评价法。单因子评价法是当前我国水源地水质评价的主要方法，一般根据国家标准或本底值采用超标指数法，选取多个评价因子中水质最差因子的评价结果作为综合评价结果，方法简单直观。但是，评价结果主要取决于最严重污染因子，其它因子的作用被弱化，其评价效果较差。随着经济的发展，越来越多水源地受到各种化学污染物质的影响，单因子评价法已不再满足我们对水质的要求。而综合评价法，如水污染指数法、层次分析法、多元统计分析法、灰色关联法和人工神经网络法等，这些方法还处于理论研究阶段，没有形成一个统一规范的水质综合评价模式，尚无法在实际工程中得到应用。现有水质评价技术具有计算结果易出现偏差，计算过程涉及参数和指标多较难实现等问题，从而不利于快速准确的评价水质是否安全。
目前，现有技术中公开的专利文献中关于人体健康水质基准推导的方法较少，如中国专利申请CN103336101A《保护人体健康的水质基准推导方法及水质安全评价方法》即公开了一种快速获得保护人体健康的水质基准值的方法，但该方法将摄食水产品途径也作为考察因素，引入生物累积系数，由于生物累积的复杂性，使整个推导过程复杂化；而且，计算结果不仅适用于地表水，还适用于可提供水产品的淡水水域的人体健康基准制定，适用范围广，但针对性差。所以，在环保部门制定保护人体健康的饮用水水质标准和评价水质时适用性不强。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种推导过程简单，推导结果偏差小、针对性强、只考虑饮水暴露途径保护人体健康的水质基准推导方法及饮用水源地水质安全评价方法。
为了实现上述发明目的，本申请提供了一种保护人体健康的水质基准推导方法，其包括如下骤：
判断污染物是否为致癌物，当污染物质为非致癌物时，采用如下公式(1)进行推导：
AWQC—水质基准，μg/L；
RfD—参考剂量，mg/(kg·d)；
RSC—相关源贡献率，％，即饮水暴露占总暴露之比；
BW—人体体重，kg；
DI—饮水量，L/d；
当污染物质为致癌物，且致癌物质的作用模式呈线性剂量-效应关系时，选用线性法进行水质基准推导，推导公式如下公式(2)：
式中：
RSD—特定风险剂量，mg/(kg·d)；
当污染物质为致癌物，且致癌物质的作用模式呈非线性剂量-效应关系时，选用非线性法进行水质基准推导，推导公式如下公式(3)：
式中：
POD—起算点，mg/(kg·d)；
UF—不确定性系数，无量纲；
当致癌物质的线性和非线性两种作用模式同时存在时，分别采用线性和非线性法推导水质基准，选择较小值作为基准值。
优选地，对于污染物质为致癌物，致癌物质的作用模式呈非线性剂量-效应关系时，
非线性剂量-效应关系包括以下两个方面：
(a)致癌效应呈现出非线性作用模式，且DNA诱变效应没有显示出线性关系；
(b)致癌效应呈现出非线性作用模式，虽有DNA诱变迹象，但未对肿瘤形成起到重要作用。
优选地，当致癌物质的线性和非线性两种模式同时存在的情形包括：
(i)单一致癌效应的作用模式在剂量-效应曲线的不同部分分别呈现线性和非线性关系，如4,4’-二氯甲烷；
(ii)单一致癌效应的作用模式在高剂量和低剂量时分别呈现线性和非线性关系，如甲醛在高剂量时呈现非线性关系，而低剂量时呈现线性关系；
(iii)不同致癌效应的作用模式分别呈现出线性和非线性关系，如三氯乙烯一个肿瘤类型适用于非线性关系，而另一类型由于缺乏作用模式信息而适用于线性关系。
优选地，非致癌物的参考剂量RfD的计算方法包括基准剂量法BMD和NOAEL/LOAEL法。
进一步优选地，采用基准剂量法BMD获得参考剂量RfD的步骤如下：
(1)收集非致癌物质的动物毒性数据，并在此基础上确定剂量-效应关系曲线；
(2)分析剂量-效应关系曲线，引起10％效应对应的剂量即为基准剂量值BMD值，BMD值的95％置信区间下限为BMDL值；
(3)选择最小的BMD和BMDL值；(4)根据实验条件与数据质量，分析不确定性系数UF；
(5)根据公式(4)计算RfD；
其中，RfD—参考剂量，mg/(kg·d)；
BMDL—BMD值的95％置信区间下限值，mg/(kg·d)；
UF—不确定性系数，无量纲。
进一步优选地，获得参考剂量(RfD)所需的动物毒性数据应至少包括：
1)2种哺乳类动物且其中之一必须是啮齿类动物的慢性毒性试验数据；
2)1种哺乳类动物多代生殖毒性试验数据；
3)2种哺乳类动物在给药途径相同条件下的发育毒性试验数据。
进一步优选地，采用NOAEL/LOAEL法则根据公式(5)计算得到参考剂量RfD，
其中，NOAEL—不可见有害作用浓度，mg/(kg·d)；
LOAEL—最低可见有害作用浓度，mg/(kg·d)；
UF—不确定性系数，无量纲，
MF—修正因子，无量纲。
优选地，所述致癌效应起算点POD为致癌物质剂量-效应关系曲线上标记低剂量外推的起点，即从观察数据中得到表示决定暴露的最低浓度值；所述POD采用以下2种方法获得：方法一，基准剂量法，当可获得致癌污染物质剂量-效应关系曲线时，可通过所述的BMD法确定起算点，即POD＝BMDL；
方法二、当无法获得致癌物质多个剂量-效应关系曲线时，则无法按BMD法获得POD，则采用不可见有害作用浓度NOAEL值作为起算点，如果理论的NOAEL值均与实际效应点相差较大，置信限较宽，即没有合理的NOAEL值，则用最低可见有害作用浓度LOAEL值作为起算点；如果没有合理的NOAEL/LOAEL值时，则采用LED10值(10％致癌效应对应剂量的95％置信区间下限)确定起算点。
进一步优选地，当以动物实验数据为起算点依据时，需通过种间剂量调整或毒物代谢动力学数据转化为人体等效剂量。人体等效剂量计算公式如下式(9)：
优选地，所述特定风险剂量RSD按公式(6)计算得到：
式中，
RSD—特定风险剂量，mg/(kg·d)；是指与特定风险水平向对应的污染物质的剂量。
TICR—目标增量致癌风险，取值范围10-6～10-4；
q—致癌斜率系数，是坐标原点和致癌效应点连线的斜率，[mg/(kg·d)]-1。进一步优选地，当以动物实验数据为致癌斜率系数q的依据时，需通过毒物代谢动力学数据或公式(9)转化为人体等效剂量；q可通过以下式(7)计算得到：
式中，
q—致癌斜率系数，[mg/(kg·d)]-1；
BMR—1％～10％，致癌效应对应的污染物质的剂量；
BMDL—BMD值的95％置信区间下限值，mg/(kg·d)。
进一步优选地，致癌斜率系数q以LED10作为效应点计算得到，计算公式如下公式(8)：
式中，
q—致癌斜率系数，[mg/(kg·d)]-1；
LED10—10％致癌效应对应剂量的95％置信区间下限，mg/(kg·d)。
优选地，在相关源贡献率RSC推导过程中，当某一污染物质存在多种暴露途径时，为了确保总暴露量不超过参考剂量，或起算点/不确定性系数，需对相关源贡献率进行计算；常见计算方法有扣除法、百分数法和暴露决策树法。
进一步优选地，所述扣除法是指，当能确定饮水之外的其他暴露途径的暴露量时，可将其从参考剂量，或起算点/不确定性系数中直接扣除。为方便计算，可将其换算出所关注的暴露途径的百分数。
进一步优选地，所述百分数法是指，根据获取的所有暴露途径和暴露量，计算各种暴露途径所占的百分数，从中选取所关注暴露途径的百分数。
进一步优选地，所述暴露决策树法是指，当某一污染物质处于多环境介质暴露，且有效监测数据不充足，无法明确各种暴露途径及其暴露量时，采用暴露决策树法估算相关源贡献率。
优选地，在基准值推导前进行数据的收集、评价与筛选，所述数据至少包括污染物质的剂量-效应数据、暴露参数数据、理化性质数据和环境污染数据。
进一步优选地，所述污染物质的剂量-效应数据至少包括污染物质针对动物和人的毒性数据、污染物质的代谢数据和人群流行病学数据。
更进一步优选地，所述毒性数据至少包括急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性、生殖毒性、发育毒性、神经毒性、免疫毒性、心血管毒性和基因毒性数据。
更进一步优选地，所述代谢数据至少包括毒性物质的经口及其他路径吸收、分布、新陈代谢、排泄、生物监测和药物动力学数据。
优选地，所述暴露参数数据至少包括(1)人体的体重和饮水量；和(2)污染物质相关暴露源及暴露途径数据，如包括人体的饮水/消费水产品、饮食摄入、沉积物/土壤和空气。
其中，所述暴露参数数据优先采用通过国家公布的标准调查方法获得的本土暴露参数，也可采用国家或地方发布的数据；如2013年环保部发布的《中国人群暴露参数手册(成人卷)》，公布了成年人(18岁及以上)的暴露参数：
①平均体重：60.6kg；
②每日饮水量：1.85L/d。
优选地，在推导得到基准值后还包括基准值的审核步骤，所述基准值的审核需要审查的项目包括：
(一)使用的未发布数据是否可被充分证明？
(二)所有要求数据是否均可获得？
(三)所用数据中是否存在可疑数值或异常数据？
(四)是否遗漏其它重要数据？
本申请还提供一种饮用水源地水质安全评价方法，其包括如下步骤：按上述保护人体健康的水质基准推导方法获取人体健康的水质基准值；检测待检测饮用水源地污染物质的浓度值，若浓度值低于水质基准值，则表明饮用水水质安全，反之，则为不安全水质。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
提供了一种推导过程简单，推导结果偏差小、针对性强的保护人体健康水质基准推导方法。为环保部门制定我国地表饮用水源地保护人体健康的水质标准提供了理论依据。
说明书附图
图1保护人体健康的水质基准推导流程图；
图2暴露决策树的决策流程图。
实施例
下面以硝基苯为例，对本发明的推导方法作进一步说明。这些实施例仅是出于解释说明的目的，而不限制本发明的范围和实质。其中，本申请参数名称如非水源暴露的相对源贡献率RSC、非致癌效应参考剂量RfD、致癌效应起算点POD等参数的含义可参照本领域普通技术人员的常规理解。
硝基苯(nitrobenzene)是芳烃类化合物，是重要的有机合成原料和反应中间体，其最主要的用途是合成苯胺，亦可用于联苯胺、喹啉、杀虫剂、橡胶、药物以及染料等的生产活动。硝基苯已在多个国家的地表水及我国的主要河流中被检出，属优先控制类污染物。
根据国际癌症研究机构(IARC)对致癌物的分类，硝基苯是2B类致癌物，为疑似人类致癌物。遗传毒性试验显示，硝基苯没有出现直接的DNA诱变反应，鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验阴性，姐妹染色单体交换试验、非程序性DNA合成试验、体外细胞染色体畸变试验均未发现染色体断裂。啮齿动物体内致突变试验表明，硝基苯不会导致啮齿类动物出现甲状腺或肾脏肿瘤。没有任何证据表明，硝基苯在啮齿动物体内和人体内的代谢方式不同。考虑到硝基苯不会与DNA进行直接作用，可采取致癌物非线性和非致癌物两种模式推导硝基苯的水质基准，推导过程包括如下步骤：
1.致癌效应的水质基准非线性法推导公式如下：
非致癌效应的水质基准按以下公式计算：
2.推导水质基准所需参数
由以上公式可知，获得硝基苯人体健康水质基准所需参数主要有：
(1)环境暴露参数：人体体重(BW)和饮水量(DI)；
(2)硝基苯对人体致癌效应参数：致癌效应起算点(POD)；
(3)硝基苯对人体非致癌效应参数：非致癌效应参考剂量(RfD)；
(4)其他参数：非水源暴露的相对源贡献率(RSC)、不确定性系数(UF)。
3.环境暴露参数的确定
3.1人体体重
根据环境保护部2013年发布的《中国人群环境暴露行为模式研究报告》(成人卷)中数据，我国成年(>18岁)男女的平均体重为60.6kg。
3.2饮用水摄入量
根据环保部2013年发布的《中国人群环境暴露行为模式研究报告》(成人卷)中的数据，我国成人(>18岁)每日饮用水量为1.85L。
3.3硝基苯对人体致癌效应参数：致癌效应起算点(POD)
根据人体健康水质基准制定技术指南，致癌效应起算点(POD)可以通过基准剂量法(BMD)获得。根据US EPA关于硝基苯致癌效应评估的资料(US EPA,2009)，可得：致癌效应起算点(POD)＝1.8mg/(kg·d)。
3.4非致癌效应参数—参考剂量(RfD)
通过查阅美国环保局综合风险信息系统中(https://www.epa.gov/iris)中污染物质的毒性参数推荐值，可获得硝基苯对人体非致癌效应参考剂量(RfD)＝2×10–3mg/(kg·d)，该参考剂量为经口途径暴露。
3.5非水源暴露的相关源贡献率(RSC)
由于目前国内缺乏硝基苯相关信息的调查数据，所以根据暴露决策树法，可得RSC＝20％。
3.6不确定性系数(UF)
不确定性系数的选取可依据本申请表1中关于不确定性系数和修正因子的规定。其中，本实施例的不确定性系数(UF)取1,000，其中包括3项不确定性系数的乘积，即由实验室的动物数据外推至人体(10)、人体种间敏感性差异(10)以及缺少2代生育毒性研究(10)。
表1不确定性系数和修正因子
4.水质基准推导
硝基苯致癌效应人体健康水质基准推导，根据公式：
硝基苯非致癌效应人体健康水质基准推导，根据公式：
根据基准制定技术指南的规定，若污染物质的致癌作用模式为非线性模式，应综合考虑致癌和非致癌效应。如果没有一种效应占主导地位，水质基准应由致癌和非致癌两个效应终点来确定，最终选用较低值作为基准值。因此，我国硝基苯的保护人体健康的水质基准值为11.79μg/L。
上述例子仅作为说明的目的，本发明的范围并不受此限制。对本领域的技术人员来说进行修改是显而易见的，本发明仅受所附权利要求范围的限制。

Claims (10)

1.一种保护人体健康的水质基准推导方法，其包括如下步骤：
判断污染物是否为致癌物，当污染物质为非致癌物时，采用如下公式(1)进行推导：
式中，AWQC—水质基准，μg/L；
RfD—参考剂量，mg/(kg·d)；
RSC—相关源贡献率，％，即饮水暴露占总暴露之比；
BW—人体体重，kg；
DI—饮水量，L/d；
当污染物质为致癌物，且致癌物质的作用模式呈线性剂量-效应关系时，选用线性法进行水质基准推导，推导公式如下式(2)：
式中，RSD—特定风险剂量，mg/(kg·d)；
当污染物质为致癌物，且致癌物质的作用模式呈非线性剂量-效应关系时，选用非线性法进行水质基准推导，推导公式如下式(3)：
式中，POD—起算点，mg/(kg·d)；
UF—不确定性系数，无量纲；
当致癌物质的线性和非线性两种作用模式同时存在时，先分别采用线性和非线性法推导水质基准，再选择较小值作为基准值。
2.根据权利要求1所述的方法，采用基准剂量法BMD获得所述参考剂量RfD的步骤如下：
(1)收集非致癌物质的动物毒性数据，并在此基础上确定剂量-效应关系曲线；
(2)分析剂量-效应关系曲线，引起10％效应对应的剂量即为基准剂量值BMD值，BMD值的95％置信区间下限为BMDL值；
(3)选择最小的BMD和BMDL值；
(4)根据实验条件与数据质量，分析不确定性系数UF；
(5)根据公式(4)计算RfD，
式中，RfD—参考剂量，mg/(kg·d)；
BMDL—BMD值的95％置信区间下限值，mg/(kg·d)；
UF—不确定性系数，无量纲。
3.根据权利要求1所述的方法，采用NOAEL/LOAEL法按以下公式(5)计算得到参考剂量RfD：
式中，NOAEL—不可见有害作用浓度，mg/(kg·d)；
LOAEL—最低可见有害作用浓度，mg/(kg·d)；
UF—不确定性系数，无量纲，
MF—修正因子，无量纲。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，获得参考剂量RfD所需的动物毒性数据应至少包括：
1)2种哺乳类动物且其中之一必须是啮齿类动物的慢性毒性试验数据；
2)1种哺乳类动物多代生殖毒性试验数据；
3)2种哺乳类动物在给药途径相同条件下的发育毒性试验数据。
5.根据权利要求1所述的方法，所述特定风险剂量RSD按以下公式(6)计算得到：
式中，
RSD—特定风险剂量，mg/(kg·d)；
TICR—目标增量致癌风险，取值范围10-6～10-4；
q—致癌斜率系数，是坐标原点和致癌效应点连线的斜率，
[mg/(kg·d)]-1。
6.根据权利要求5所述的方法，当以动物实验数据为致癌斜率系数q的依据时，q可通过以下公式(7)计算得到：
式中，
q—致癌斜率系数，[mg/(kg·d)]-1；
BMR—1％～10％，致癌效应对应的污染物质的剂量；
BMDL—BMD值的95％置信区间下限值，mg/(kg·d)；所述BMD值为引起10％效应对应的剂量。
7.根据权利要求5所述的方法，所述致癌斜率系数q以LED10作为效应点计算得到，计算公式如下公式(8)：
<mrow> <mi>q</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>0.10</mn> <mrow> <msub> <mi>LED</mi> <mn>10</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中：
q—致癌斜率系数，[mg/(kg·d)]-1；
LED10—10％致癌效应对应剂量的95％置信区间下限，mg/(kg·d)。
8.根据权利要求1所述的方法，当可获得致癌污染物质剂量-效应关系曲线时，所述致癌效应起算点POD＝BMDL；所述BMDL值为BMD值的95％置信区间下限，所述BMD值为引起10％效应对应的剂量。
9.根据权利要求1所述的方法，在基准值推导前进行数据的收集、评价与筛选，所述数据至少包括污染物质的剂量-效应数据、暴露参数数据、理化性质数据和环境污染数据。
10.一种饮用水水质安全评价方法，其包括如下步骤：按上述权利要求1-9任一项所述的保护人体健康的水质基准推导方法获取人体健康水质基准值；检测待检测饮用水源地污染物质的浓度值，若浓度值低于水质基准值，则表明饮用水水质安全，反之，则为不安全水质。
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