地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)綜述(二)
——國外地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、基準(zhǔn)介紹及分析

王以堯,王雅潞，韓永旺，李 君

(1.成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,成都 610065；2.成都通威水產(chǎn)種苗有限責(zé)任公司,成都 610000)

前 言

一個完整的水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系須包括標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)兩部分。水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是以水質(zhì)基準(zhǔn)為依據(jù)，在考慮自然條件和國家(地區(qū))的社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素的基礎(chǔ)上，經(jīng)過一定的綜合分析后所制定的，是由國家有關(guān)管理部門頒布的具有法律效力的限值，一般具有法律強(qiáng)制性[1-2]。水質(zhì)基準(zhǔn)是指環(huán)境中污染物對特定對象(人或其他生物)不產(chǎn)生不良或有害影響的最大劑量(無作用劑量)或濃度，它是一個科學(xué)實(shí)驗(yàn)的客觀記錄和科學(xué)推論，不具備法律效力，但它是制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、評價水質(zhì)和進(jìn)行水質(zhì)管理的科學(xué)依據(jù)[3-4]。

1 美國標(biāo)準(zhǔn)介紹與分析

1.1 標(biāo)準(zhǔn)分類

地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，美國[5]和中國[6]、歐盟[7]都為五級體系。不同點(diǎn)是：美國對農(nóng)業(yè)用水要求比較嚴(yán)格，必須為優(yōu)質(zhì)(對應(yīng)Ⅲ類)等級要求；中國的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)(以下簡稱《國標(biāo)》[6])對魚蝦類越冬場、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域要求更加嚴(yán)格，必須是Ⅲ類水，但根據(jù)實(shí)際情況來看，Ⅲ類中的一些指標(biāo)對漁業(yè)(如TN、TP)要求有些過保護(hù)。另外，《國標(biāo)》[6]對工業(yè)用水要求較高(Ⅳ類)，而美國要求相對較低(V類即可)(表1)。

表1 中國和美國不同水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類

1.2 標(biāo)準(zhǔn)限值

1.2.1 基本指標(biāo)

《國標(biāo)》[6]是24個指標(biāo)，美國標(biāo)準(zhǔn)基本指標(biāo)(以華盛頓州為例)[9]為6個指標(biāo)，分別為溶解氧、溶解性氣體、水溫、細(xì)菌(腸球菌)、pH、濁度，《國標(biāo)》沒有濁度、總?cè)芙鈿怏w指標(biāo)。針對細(xì)菌指標(biāo)，美國華盛頓州規(guī)定的是腸球菌，而《國標(biāo)》是大腸桿菌。另外，從5級分類限值來講，美國要求相對國標(biāo)靈活，對平均值、單次測定和背景值都有分別要求(表2)。

表2 美國華盛頓州地表水水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本標(biāo)準(zhǔn)限值

續(xù)表2

1.2.2 有毒有害、放射性、非常規(guī)指標(biāo)

美國華盛頓州[5]有毒有害指標(biāo)涉及危害人類健康、危害水生生物和飲用水三個方面(表3)，《國標(biāo)》[6]只涉及基本項(xiàng)目指標(biāo)和飲用水指標(biāo)二個方面。

表3 美國華盛頓州地表水有毒、放射性、非常規(guī)或有害物質(zhì)指標(biāo)體系

1.2.2.1 影響人類健康共涉及122個指標(biāo)，濃度限值從“飲水+食物”和“食物”兩方面進(jìn)行要求，前者對濃度限值要求更為苛刻。

1.2.2.2 影響水生生物健康共涉及60個指標(biāo)，限值分淡水和海水兩個方面，每個方面又包括慢性毒性和急性毒性兩類。

1.2.2.3 美國飲用水水源地涉及一級限定指標(biāo)、二級限定指標(biāo)、候選清單指標(biāo)和需要建立監(jiān)測規(guī)范的污染物指標(biāo)四個方面，前兩類指標(biāo)有相應(yīng)的濃度限值，其中一級限定指標(biāo)還進(jìn)行了濃度限定目標(biāo)值和允許最大濃度值兩個要求[8-9]。一級限定指標(biāo)通過限制飲用水中的污染物水平來保護(hù)公眾健康，共計(jì)88個指標(biāo)，涉及微生物及相關(guān)指標(biāo)7個，消毒和消毒副產(chǎn)物指標(biāo)7個，無機(jī)化合物指標(biāo)17個，有機(jī)化合物指標(biāo)53個，放射性元素指標(biāo)4個；二級飲用水指標(biāo)為15種污染物設(shè)定了非強(qiáng)制性的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)用以協(xié)助公共供水系統(tǒng)管理，以滿足感官方面的考慮，如味道、顏色和氣味；污染物候選清單指標(biāo)是一份已知或預(yù)計(jì)會在公共供水系統(tǒng)中發(fā)生的飲用水污染物清單，目前不受EPA飲用水法規(guī)的約束，共計(jì)指標(biāo)50個；需要建立監(jiān)測規(guī)范的污染物指標(biāo)是1996年的《安全飲用水法》修正案要求環(huán)保局每5年發(fā)布一份新的清單，列出公共供水系統(tǒng)(PWSs)監(jiān)測的不超過30種不受管制的污染物，為今后保護(hù)公共衛(wèi)生的監(jiān)管行動提供了基礎(chǔ)[10]。

美國華盛頓州對湖泊進(jìn)行了單獨(dú)要求，水溫、pH、溶解氧、濁度4個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值與特定水資源標(biāo)準(zhǔn)要求一致，細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)要求與良好(Ⅳ)標(biāo)準(zhǔn)一致，有毒有害物質(zhì)要求與非特定水資源標(biāo)準(zhǔn)要求一致[11]。

2 美國基準(zhǔn)介紹與分析

水質(zhì)基準(zhǔn)指標(biāo)包含兩大部分，一是影響人體健康的指標(biāo)；二是影響水生生物的指標(biāo)[12]。

2.1 影響人體健康

影響人體健康指標(biāo)分為兩類，一類是有毒有害物質(zhì)，一類是微生物及其衍生的毒素。

2.1.1 有毒有害物質(zhì)

影響人類健康的水質(zhì)基準(zhǔn)含義是水體中化學(xué)物質(zhì)或條件的特定水平，預(yù)計(jì)不會對人類健康造成不利影響。美國EPA分別從“水+食物”和“食物”兩個方面為人類健康標(biāo)準(zhǔn)提供基準(zhǔn)值參考，供各州和授權(quán)部落制訂標(biāo)準(zhǔn)時使用。如人體健康同時受到水和污染食物的雙重影響，對指標(biāo)濃度的限值要求就會更高[13]。1980年至2015年共確定122種物質(zhì)的基準(zhǔn)值(表4)，其中包括有機(jī)化合物類104個，重金屬類14個，其他類4個。

表4 EPA人類健康水質(zhì)基準(zhǔn)

2.1.2 微生物

美國EPA認(rèn)為游泳或參加其他水上娛樂活動時，細(xì)菌和藻類衍生毒素可以直接影響人體健康[14]。

大腸桿菌和腸球菌：美國EPA將大腸桿菌和腸球菌都納入有害細(xì)菌內(nèi)，給出基于發(fā)病率(1 000個人首次接觸導(dǎo)致36/32人發(fā)病)的海洋和淡水細(xì)菌數(shù)量的幾何平均值和統(tǒng)計(jì)閾值范圍(表5)。

表5 娛樂水體微生物基準(zhǔn)要求

微囊藻毒素和肝毒素：美國EPA已經(jīng)確定了微囊藻毒素(4μg/L)和肝毒素安全濃度限值(8μg/L)的建議草案，以保護(hù)人們在水中游泳或參加其他水上娛樂活動時的健康。各州可以考慮將這些標(biāo)準(zhǔn)納入其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，或者使用這些來發(fā)布海灘上游泳警告。

2.2 影響水生生物

2.2.1 有毒有害物質(zhì)

美國EPA從1985年起逐漸完善水生生物制定環(huán)境水質(zhì)基準(zhǔn)(AWQC)[15]。該指南針對傳統(tǒng)污染物的急性風(fēng)險(短期影響，如生存和生長)和慢性風(fēng)險(長期影響，如繁殖)進(jìn)行了設(shè)定，一般急性風(fēng)險限值顯著高于慢性風(fēng)險。有毒有害共涉及淡水和海水63個指標(biāo)(表6)，其中包括有機(jī)化合物31個，重金屬類14個，其他類指標(biāo)18個。

2.2.2 營養(yǎng)鹽

在過去的20年里，美國EPA鼓勵各州和部落利用數(shù)字營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)來減少營養(yǎng)污染[16～18]。2011年，環(huán)保署發(fā)布了南?！に雇{(Nancy Stoner)題為《合作伙伴關(guān)系》(Working in Partnership)的備忘錄與各州一起解決磷和氮污染問題，通過使用州營養(yǎng)鹽框架實(shí)施。2016年Joel Beauvais備忘錄的標(biāo)題為“再次呼吁采取行動減少營養(yǎng)污染和支持漸進(jìn)行動”。營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)值限定包括湖庫和河流二大類別，為了體現(xiàn)基準(zhǔn)值的差異性，美國劃定了13個不同生態(tài)區(qū)(環(huán)境資源的類型、水環(huán)境質(zhì)量和水量大致相似的區(qū)域)進(jìn)行區(qū)分[19]。湖庫基準(zhǔn)值涉及TN、TP、Chla和透明度4個指標(biāo)(表7)，河流基準(zhǔn)值涉及TN、TP、Chla和濁度4個指標(biāo)(表8)，透明度和濁度分別針對湖庫和河流[20]。

表7 湖庫不同生態(tài)區(qū)營養(yǎng)鹽及相關(guān)指標(biāo)基準(zhǔn)值

表8 河流不同生態(tài)區(qū)營養(yǎng)鹽及相關(guān)指標(biāo)基準(zhǔn)值

2.2.3 生態(tài)學(xué)指標(biāo)

美國通過生物評價來判斷水體健康程度，從水體中采集不同生物進(jìn)行評估，主要涉及生物群落，包含魚類、底棲生物、浮游生物、兩棲生物、水草、鳥類棲息遷移[21]。通過6級生物情況梯度來反應(yīng)流域生態(tài)壓力，級別越大反映生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能遭受破壞程度越重[22]。

2.2.4 懸浮物和沉積物

與有毒化學(xué)物質(zhì)相比，懸浮物和沉積物是一個獨(dú)特的水質(zhì)問題，根據(jù)美國EPA2000年全國水質(zhì)清查報(bào)告顯示，過量的沉積物是罪魁禍?zhǔn)祝窃斐蓢宜蚴軗p的原因，發(fā)現(xiàn)美國大約40%的河流里程因懸浮物和沉積物受到損害或影響。美國一些州對濁度進(jìn)行了一些要求，用高于背景值的限值及濁度閾值來限定，分嚴(yán)格基準(zhǔn)值和寬松基準(zhǔn)值兩個類別要求(表9)。加拿大哥倫比亞州對飲用水源、觀賞娛樂、水生生物以及其他使用功能的水體進(jìn)行了濁度限值規(guī)定和沉積物顆粒組成結(jié)構(gòu)的規(guī)定(表10)[23]。

表9 美國濁度基準(zhǔn)值設(shè)定統(tǒng)計(jì)

表10 加拿大哥倫比亞州關(guān)于濁度、懸浮物、沉積物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定

2.2.5 其他方面

2.2.5.1 流量

美國EPA和美國地質(zhì)調(diào)查局2016年發(fā)布了一份報(bào)告《Final EPA/USGS Technical Report:Protecting Aquatic Life from Effects of Hydrologic Alteration》，該報(bào)告對河流自然流量進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述，描述了水流變化對水生生物的潛在影響，如自然流量變化引起生物信息響應(yīng)閾值變化情況。該報(bào)告描述了一個靈活的技術(shù)框架，屬于非強(qiáng)制性[24]。

2.2.5.2 pH變化引起海洋酸化

EPA在2009年發(fā)布了有關(guān)海洋酸化的信息，并征求可能對解決海洋酸化問題有用的其他相關(guān)數(shù)據(jù)或科學(xué)信息，在2016年后逐步解決導(dǎo)致海洋酸化的各個問題[25]。

2.2.5.3 微塑料

微塑料對水生生物的影響除物理因素外，目前還沒有全面的報(bào)道。EPA在2016年發(fā)表了一份白皮書，目的是投入更多的研究來確定塑料及其相關(guān)化學(xué)物質(zhì)對水生動物、水生生物的毒理學(xué)影響，以及對整個食品網(wǎng)絡(luò)的潛在毒性影響[26]。

3 國際飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)介紹與分析

《飲用水質(zhì)量指南》(GDWQ)是世界衛(wèi)生組織(WHO)的出版物[27]，第一版于1958年誕生，目前是2018年更新的第四版，是國家或地區(qū)水安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的重要參考。涉及無機(jī)參數(shù)、有機(jī)參數(shù)、感官參數(shù)、放射性參數(shù)、微生物參數(shù)和其他參數(shù)六大類，為水和健康的監(jiān)管機(jī)構(gòu)、政策制定者及顧問提供了標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)協(xié)助和管理方法。2015年收集了104個國家和地區(qū)的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，針對每個指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)全面綜述，包括WHO推薦值、使用的最大值、最小值、中位數(shù)值，含該指標(biāo)的國家數(shù)量，各國指標(biāo)限值與WHO推薦值比較后的結(jié)果(高于、低于、等于WHO推薦值的國家數(shù)量)[28]。

將GDWQ和國標(biāo)比較后發(fā)現(xiàn)：WHO標(biāo)準(zhǔn)中包含了157個指標(biāo)，比國標(biāo)多46個指標(biāo)，其中WHO涉及而國標(biāo)中沒有的指標(biāo)為83個(表11)，國標(biāo)中涉及而WHO中沒有的指標(biāo)為46個(表12)。WHO標(biāo)準(zhǔn)中16個指標(biāo)的推薦值高于國標(biāo)(銅、氟化物、錳、汞、鎳、硒、阿特拉津、苯并[a]芘、四氯化碳、三氯甲烷、硼、游離氯、硝酸鹽、鎘、氰化物、酚類)，國標(biāo)中有5個指標(biāo)(砷、樂果、三氯乙烯、大腸桿菌)限值高于WHO推薦值。

表11 WHO中涉及而GB 3838-2002中沒有的指標(biāo)

續(xù)表11

表12 世衛(wèi)組織WHO中未涉及而GB 3838-2002中涉及的指標(biāo)

續(xù)表12

4 結(jié)論與建議

美國地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)體系、基準(zhǔn)體系以及國際飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)體系相對完善、分類更加細(xì)致，值得我國地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)參考。

4.1 美國和中國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)同為5級體系，但美國指標(biāo)限值要求更加靈活，增加了單次值和背景值。并且細(xì)分成3類：危害人類健康、危害水生生物和飲用水水源，國標(biāo)只有常規(guī)和飲用水水源2類。

4.2 美國建立了完善的基準(zhǔn)體系，整體分為影響人體健康和影響水生生物兩類。另外，對生態(tài)學(xué)指標(biāo)、懸浮物、沉積物、流量、微塑料進(jìn)行了前沿探索研究。

4.3 國際飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)包含了完善的6類指標(biāo)，國標(biāo)指標(biāo)數(shù)量總體少于國際標(biāo)準(zhǔn)，但限值濃度與國際推薦濃度基本相當(dāng)。

感謝：生態(tài)環(huán)境部張波總工程師，水生態(tài)環(huán)境司郭鵬副司長、王謙處長等專家給予文章寫作過程中的幫助與指導(dǎo)。