阮辰旼

(1.上?！秲羲夹g》雜志社，上海 200082；2.上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司，上海 200082)

隨著我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)的修編工作全面啟動，上?！渡铒嬘盟|標準》(DB 31/T 1091—2018)[1]、深圳《生活飲用水水質標準》(DB 4403/T 60—2020)、江蘇《江蘇省城市自來水廠關鍵水質指標控制標準》(DB 32/T 3701—2019)[2]等一批地方標準的先后出臺，我國供水行業(yè)已從滿足供水安全需要，逐步向滿足人民高品質生活目標的方向探索。近年來，對標美國安全飲用水法案、歐盟、WHO、日本等國外領先水質標準的研究已較為普遍，但系統(tǒng)對標供水領先國家實際水質情況的研究仍相對有限。本文通過對美國環(huán)?？偸?EPA)發(fā)布的公開資料開展初步分析，提出若干對我國供水行業(yè)發(fā)展的啟示。

1 資料與分析方法

1.1 消費者信任度報告(CCR)

1.1.1 消費者信任度報告(CCR)概況

EPA要求美國的供水系統(tǒng)服務商根據(jù)服務規(guī)模的不同，應按照書面送達、網(wǎng)站公開、電子郵件或通知用戶自取等方式，向客戶提供消費者信任度報告(consumer confidence reports, CCR)，CCR包括了有關當?shù)仫嬘盟|的信息和服務的相關信息。EPA通過網(wǎng)站提供了CCR在線查詢功能[1]，并對達到相應規(guī)模要求的供水系統(tǒng)服務商添加CCR的訪問鏈接。該在線查詢功能匯總了全美50個州、1個特別行政區(qū)和2塊外海領土的全部供水系統(tǒng)服務商信息，提供了各個供水系統(tǒng)服務商的聯(lián)系方式、服務人口、水源等基本信息。

1.1.2 分析方法

按行政區(qū)劃，收集全美各行政單元供水系統(tǒng)的水源情況和服務人口情況，分類匯總和統(tǒng)計美國供水系統(tǒng)、水源信息和服務人口的基本信息。

1.2 飲用水污染控制指標六年審查數(shù)據(jù)庫(SYR)

1.2.1 SYR數(shù)據(jù)庫概況

美國《安全飲用水法》(SafeDrinkingWaterAct, SDWA)要求EPA至少每6年審查1次《國家一級飲用水標準》(NationalPrimaryDrinkingWaterRegulations，NPDWRs)，即“六年審查”(Six-Year Review，SYR)。EPA通過SYR獲取并評估6年間各州立供水系統(tǒng)水質檢測實驗室和其他一些主要實驗室的水質數(shù)據(jù)，主要達到7項目的：(1)發(fā)現(xiàn)在當前6年周期中存在不合理的標準內容；(2)審查污染物的健康風險，發(fā)現(xiàn)需要修改的最大污染物限值目標(maximum contaminant level goal, MCLG)和最大污染物限值(maximum contaminant level, MCL)；(3)分析污染物風險發(fā)生的頻率、程度和地理分布，以確定公共供水系統(tǒng)升級所需的合理成本；(4)對水質檢測方法的改進效果進行評估，以判斷是否需要對MCL的限值進行優(yōu)化；(5)對水處理工藝進行實效審查，以篩選有哪些技術可以滿足更高水平MCL的要求；(6)對某些用于強化去除個別污染物的新技術所帶來的對供水系統(tǒng)的其他影響進行綜合風險平衡分析；(7)使標準內容的編寫能更好地結合聯(lián)邦和各州的實際情況。

2018年下半年，EPA已正式啟動了第4次SYR的數(shù)據(jù)收集工作，預計結果將于2023年上半年公布。目前，EPA最新發(fā)布的是統(tǒng)計周期為2006年1月—2011年12月的第3次SYR(下稱SYR3)數(shù)據(jù)庫。

1.2.2 分析方法

SYR3共包括NPDWRs中無機物、有機物、放射性物質、消毒副產物、微生物等74項指標近3 000 000條水質數(shù)據(jù)[3]，各指標的水質數(shù)據(jù)均采集自聯(lián)邦各州不同供水系統(tǒng)的不同采樣點，采樣點分布包括原水、水廠(進廠水、過程水、出廠水等)、輸配系統(tǒng)(中間采樣點、末端采樣點等)和其他(儲水池等)。為初步了解美國供水的實際水質現(xiàn)狀，本文不區(qū)分采樣點，對照NPDWRs中各污染物指標的MCL限值[4]，對指標在不同水源條件下的超標率、平均值占標率進行了統(tǒng)計和分析。

對于行業(yè)關注重點的消毒副產物，本文進一步區(qū)分數(shù)據(jù)采樣點，對其在供水系統(tǒng)中不同環(huán)節(jié)的變化規(guī)律進行了統(tǒng)計和分析。

2 美國供水系統(tǒng)概況分析

根據(jù)EPA對美國水源地的劃分，美國水源可大致分為地表水(SW)、地下水(GW)和混合水(CU)3大類。其中，主要為地表水和地下水，混合水所占比例很小。結合CCR查詢系統(tǒng)包含的數(shù)據(jù)進行分析，共統(tǒng)計供水系統(tǒng)129 428個，服務人口約3億，3種水源對應的供水系統(tǒng)和服務人口情況如表1所示。

表1 3種水源對應的供水系統(tǒng)和服務人口情況Tab.1 Serving Population and Water System Amount Corresponding to Three Raw Water Sources

由表1可知，美國供水系統(tǒng)中，多達89.90%為以地下水為原水的供水系統(tǒng)，但服務人口僅占31.22%，而數(shù)量僅有9.28%的地表水源供水系統(tǒng)卻覆蓋了全美67.74%的服務人口，地表水供水系統(tǒng)量大且集中、地下水供水系統(tǒng)量小但分散，與美國地廣人稀、產業(yè)分布等有密切關聯(lián)。

從各州水源單一性角度分析，地下水源和地表水源占比情況(按服務人口計算)如表2所示。進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)CCR查詢系統(tǒng)中顯示的5個供水系統(tǒng)服務人口超過1 000萬的州中，只有威斯康辛州主要以地下水為水源，其他4個州(加利福尼亞州、得克薩斯州、紐約州、俄亥俄州)均以地表水為主要水源，如表3所示。說明，在地理環(huán)境許可的前提下，人口密集、產業(yè)密集的地區(qū)更傾向于以地表水為主的水源。

表2 美國各州水源單一性排序Tab.2 Unity Sequence of Raw Water Source of States in US

3 基于SYR3的美國飲用水水質情況初探

3.1 美國飲用水水質情況分析

基于SYR3數(shù)據(jù)庫，分別對美國飲用水的化學污染物、放射性污染物和消毒副產物3類指標進行分析，通過統(tǒng)計最大值、平均值等指標，計算對照NPDWRs的MCL限值的超標率和占標率情況。

3.2 有機和無機化學污染物情況分析

NPDWRs中共有有機物指標60項，無機物指標16項，SYR3中可統(tǒng)計的有機和無機化學污染物共65項。統(tǒng)計各污染物指標的總超標率，并區(qū)分不同水源，統(tǒng)計各供水系統(tǒng)中相應污染物指標的超標率[式(1)]和平均值占標率[式(2)]，結果如表4所示。

(1)

(2)

從有機和無機化學污染物的實際情況來看，所統(tǒng)計的65項指標總體的超標率為4.42%，平均值占標率為29.20%。其中，混合水源供水系統(tǒng)總體超標率為2.66%，平均值占標率為25.02%；地下水源供水系統(tǒng)總體超標率為4.77%，平均值占標率為28.45%；地表水源供水系統(tǒng)總體超標率為2.58%，平均值占標率方面，由于毒殺芬中有一個檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)不合理的異常，超出MCL限制350多倍，在不確定該數(shù)據(jù)準確性的前提下未進行計算?？傮w而言，對照NPDWRs的MCL限值要求，美國絕大部分供水系統(tǒng)均能實現(xiàn)較好的控制，平均值占標率均不超過30%，且超標率也均控制在5%以下，地表水水源供水系統(tǒng)相對優(yōu)于地下水水源供水系統(tǒng)。

需要指出的是，由于SYR3的數(shù)據(jù)采樣點覆蓋了水源、水廠、輸配系統(tǒng)和用戶各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，不同環(huán)節(jié)之間的同一指標數(shù)據(jù)并不具備對比性，但本節(jié)僅用于判斷大致概況，在數(shù)據(jù)量較大的前提下(平均每個指標擁有20 000個數(shù)據(jù))，未對采樣點進行區(qū)分。

和我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》相比，NPDWRs的無機物指標多了硝酸鹽、亞硝酸鹽2項，有機物指標多了1,2-二溴-3-氯丙烷(DBCP)、環(huán)氧七氯、甲氧滴滴涕、氯丹、西瑪津、2,4,5-涕丙酸、甲草胺、地樂酚、敵草快、草藻滅/菌多殺、異狄氏劑、草氨酰、毒莠定、毒殺芬、茅草枯、涕滅威、涕滅威砜、涕滅亞威砜、1,2-二氯丙烷、二(2-乙基己基)己二酸酯、二溴乙烯、二噁英(2,3,7,8-TCDD)、石棉、多氯聯(lián)苯(總量)、1,1,2-三氯乙烷、氯乙酸、發(fā)泡劑、六氯環(huán)戊二烯共28項。其中，對亞硝酸鹽的關注已得到了我國供水行業(yè)的認可和吸收，上海地方標準和最新發(fā)布的深圳地方標準中也已增列，而有機污染物方面，美國標準更多地關注農藥類的指標，這和美國農業(yè)發(fā)達且分布廣的特點有一定關聯(lián)。

表4 SYR3中有機和無機污染物情況Tab.4 Data of Organic and Inorganic Chemicals in SYR3

(續(xù)表4)污染物總體情況混合水源地下水源地表水源超標率平均值占標率超標率平均值占標率超標率平均值占標率超標率平均值占標率草甘膦0.003.35%0.000.51%0.00%3.81%0.00%1.03%七氯55.22%34.07%0.003.00%58.82%40.65%46.67%13.75%七氯環(huán)氧化物1.57%29.18%0.0032.50%1.64%28.50%0.0044.00%六氯苯2.00%20.77%0.000.99%2.44%19.50%0.0029.43%六氯環(huán)戊二烯0.35%1.36%0.000.26%0.000.92%0.57%1.64%汞(無機)2.76%34.00%0.0010.50%2.94%33.00%1.87%39.90%甲氧氯0.002.26%0.000.03%0.003.73%0.000.43%硝酸鹽2.24%29.38%0.51%23.50%2.50%29.68%0.74%27.97%亞硝酸鹽5.73%35.20%4.76%43.18%5.95%36.47%2.94%16.81%鄰二氯苯0.000.52%0.000.06%0.000.52%0.000.72%草酰0.004.62%0.000.28%0.002.36%0.0018.13%多氯聯(lián)苯18.18%69.71%0.003.70%19.44%76.27%16.67%52.33%對二氯苯0.16%3.56%0.000.62%0.18%3.74%0.001.49%五氯苯酚3.97%55.90%0.0037.45%3.80%58.38%5.26%41.40%吡咯侖0.75%0.48%0.000.07%0.81%0.51%0.000.11%硒1.85%22.12%0.69%22.20%2.11%24.27%0.42%9.62%辛嗪1.10%9.66%0.0018.50%0.23%4.95%1.47%11.64%苯乙烯2.94%2.89%0.000.40%3.12%3.02%0.000.93%四氯乙烯4.10%49.18%5.19%29.50%4.57%48.49%1.94%52.65%鉈4.34%69.00%7.14%29.62%4.31%76.20%4.38%29.56%甲苯0.05%0.53%0.000.16%0.05%0.54%0.000.49%毒殺芬20.37%178.83%0.007.00%20.00%67.39%25.00%11 692.33%反式1,2-二氯乙烯0.001.60%0.000.41%0.001.25%0.002.03%三氯乙烯4.34%47.78%0.0023.99%5.26%49.05%1.54%44.09%氯乙烯17.24%113.23%0.0019.50%18.57%119.90%0.0028.00%二甲苯0.000.10%0.000.05%0.000.10%0.000.08%

3.3 放射性污染物情況分析

NPDWRs中放射性污染物共有5個指標，對SYR3中可統(tǒng)計的3個放射性污染物進行了超標率和平均值占標率分析，結果如表5所示。

表5 SYR3中放射性污染物情況Tab.5 Data of Radionuclides in SYR3

從放射性污染物的實際情況看，所統(tǒng)計的3項指標總體的超標率為10.79%，平均值占標率為48.35%。其中，混合水源供水系統(tǒng)總體超標率為1.40%，平均值占標率為21.81%；地下水源供水系統(tǒng)總體超標率為1.16%，平均值占標率為49.96%；地表水源供水系統(tǒng)總體超標率為4.24%，平均值占標率為33.63%?？梢钥闯?，美國放射性污染物的超標率一般在10%左右，平均值占標率在50%左右，地表水源供水系統(tǒng)優(yōu)于地下水源供水系統(tǒng)。

和我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》相比，NPDWRs的放射性污染物指標多了鐳226和鐳228、鈾、氡4項指標。

3.4 消毒副產物情況分析

消毒副產物是目前供水行業(yè)研究的熱點，和人體健康密切相關。NPDWRs共包括12項消毒副產物指標，對SYR3中消毒副產物的主要指標(溴酸鹽、亞氯酸鹽、鹵乙酸<總>、三鹵甲烷<總>)進行超標率和平均值占標率分析，結果如表6所示。

表6 SYR3中主要的消毒副產物情況Tab.6 Data of DBPs in SYR3

由表6可知，美國消毒副產物的超標率和平均值占標率均高于有機和無機污染物等污染物，由于原水水質和臭氧-活性炭深度處理工藝的特點，溴酸鹽的總體超標率為10.02%，平均值占標率高達74.2%，地下水源供水系統(tǒng)的情況更為嚴峻。

作為消毒副產物中最受關注的鹵乙酸和三鹵甲烷，根據(jù)SYR3的數(shù)據(jù)，進一步分析2項指標總量和各分量的實際情況。在初步分析的基礎上，通過區(qū)分采樣點，每1個指標分別統(tǒng)計2組數(shù)據(jù)，一組為水廠出廠水數(shù)據(jù)，一組為輸配系統(tǒng)最大停留時間點數(shù)據(jù)，以同時分析消毒副產物在輸配管網(wǎng)中變化的一般規(guī)律。

3.4.1 三鹵甲烷

分析三鹵甲烷(總)，以及二溴氯甲烷、溴二氯甲烷、溴仿、氯仿共5個指標，超標率和最大值情況如表7所示。

表7 美國飲用水中三鹵甲烷情況Tab.7 THMs Concentration in US Water System

NPDWRs對三鹵甲烷的限值為0.08 mg/L。根據(jù)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，絕大部分消毒副產物指標在出廠水環(huán)節(jié)均能有較高的達標率，且超標率最高僅3%左右，說明美國水廠工藝對消毒副產物的控制能力較好。

進入輸配管網(wǎng)后，三鹵甲烷的含量和超標率明顯上升，三鹵甲烷(總)由出廠水的3.02%上升到管網(wǎng)末端處的13.79%，這是因為受氯化和水解反應影響[6-7]，三鹵甲烷濃度在管網(wǎng)內隨停留時間的增加而升高。

3.4.2 鹵乙酸

分析鹵乙酸(總)，以及二溴乙酸、二氯乙酸、一溴乙酸、一氯乙酸、三氯乙酸共6個指標，超標率和最大值情況如表8所示。

表8 美國飲用水中鹵乙酸情況Tab.8 HAAs Concentration in US Water Supply System

NPDWRs對鹵乙酸的MCL限值為0.06 mg/L，絕大部分消毒副產物指標在出廠水環(huán)節(jié)均能有較高的達標率，地表水供水系統(tǒng)的控制情況更優(yōu)，超標率最高為2%左右，說明美國水廠工藝對消毒副產物的控制能力較好。進入輸配管網(wǎng)后，鹵乙酸在管網(wǎng)中的變化規(guī)律與三鹵甲烷不同，部分指標呈現(xiàn)衰減趨勢。一方面，余氯與水中有機物繼續(xù)反應生成鹵乙酸；另一方面，部分鹵乙酸在殘余消毒劑濃度較低時被生物降解[8-9]。

通過對照水廠出廠水和管網(wǎng)中三鹵甲烷和鹵乙酸的濃度變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)SYR3的分析結果與理論情況基本吻合，也說明美國SYR3對于重現(xiàn)美國供水實際情況以及對NPDWRs的優(yōu)化有較好的參考價值。

3.5 小結

通過對SYR3中污染物檢測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，所涉及的污染物指標的平均超標率為4.53%，平均值占標率為29.94%。區(qū)分不同水源，地下水源的超標率為5.15%，地表水源的超標率為2.69%?？梢钥闯觯绹嬘盟|的實際占標率和平均值占標率都處于較低水平，說明美國供水系統(tǒng)對污染物限值的控制水平較好，且地表水源水質相對優(yōu)于地下水源水質。由于地下水為水源的供水系統(tǒng)呈現(xiàn)量大且分布廣的特點，全面提升地下水源供水系統(tǒng)的污染物限值控制水平難度較大。

但從初步分析也發(fā)現(xiàn)，部分指標的超標率和平均值占標率相對較高，如化學污染物中的銻、砷、鎘、乙二溴、七氯、毒殺芬、氯乙烯等，以及消毒副產物中的一氯乙酸等，這些指標可能會成為美國供水系統(tǒng)下一步重點關注的內容。而部分超標率和平均占標率均趨向于0的指標，結合健康風險的評估，則可能是NPDWRs下一步標準優(yōu)化中相對次要的內容。

4 美國供水對我國供水的啟示

(1)與國際領先水平國家和城市相比，我國的水質信息公開工作仍存在較大差距[10]。美國的CCR制度為用戶提供了豐富、透明的供水系統(tǒng)信息和水質情況報告，而且水質情況報告要求盡可能詳盡，涵蓋自水源到龍頭水全過程的水質情況，既方便專業(yè)人員了解相關信息，也保證了普通用戶獲取水質真實情況的知情權。通過CCR制度進行信息公開，使美國供水水質情況透明化，有助于消除一些不實信息通過輿論發(fā)酵的可能，也有利于提高供水系統(tǒng)運營商和用戶之間的互信關系，值得我國供水行業(yè)主管部門和各地方供水企業(yè)借鑒。

(2)美國以6年為周期對NPDWRs開展的審查工作，很好地提高了NPDWRs對各污染物指標限值開展修訂的時效性，體現(xiàn)出美國水質標準“動態(tài)”更新的優(yōu)勢，有利于水質標準更好地為指導供水水質保障服務。而我國標準修編周期較長，難以與行業(yè)技術發(fā)展和管理水平的提升與時俱進，容易產生滯后性，在標準的審查機制上可進行參考。此外，美國對SYR的公開，也便于國內外相關研究機構從中針對性地獲取數(shù)據(jù)，詳盡的數(shù)據(jù)標簽也便于不同需求的研究人員對海量數(shù)據(jù)進行合理的篩選和分析，幫助國內外研究機構從中發(fā)現(xiàn)有價值的數(shù)值規(guī)律和信息，有利于在行業(yè)的規(guī)劃、技術、運營和管理提升中，發(fā)揮各方的主觀能動性，共同推動行業(yè)的發(fā)展。

(3)國內包括上海、深圳等城市，均已開展了在國標基礎上更高標準的供水水質地方標準的研究，SYR3中豐富的各污染物數(shù)據(jù)信息，可為相關標準的研究工作提供指導性的基礎數(shù)據(jù)積累，為相關指標或限值的提出提供依據(jù)。

(4)美國供水系統(tǒng)中，地表水源供水系統(tǒng)量大且集中，地下水源供水系統(tǒng)量小但分散。但總體而言，地下水源供水系統(tǒng)各污染物的超標率和平均值占標率略高于地表水水源供水系統(tǒng)，這和地下水源供水系統(tǒng)分散、處理工藝相對難以提升、運行管理難以全面覆蓋有關。相似的是，我國城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)普遍采用集中供水的模式，近年來，管理能力和水質提升顯著，而相對更為分散的農村供水的水質仍存在一定的短板，說明未來我國需要加大對分散性農村供水系統(tǒng)的提升力度，開展應對地下水源水質變化的處理技術儲備研究，切實強化我國的供水安全保障能力。