美国“六年审查”机制与饮用水污染物水平对我国供水行业的启示

阮辰旼

(1.上海《净水技术》杂志社，上海 200082；2.上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司，上海 200082)

随着我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的修编工作全面启动，上海《生活饮用水水质标准》(DB 31/T 1091—2018)[1]、深圳《生活饮用水水质标准》(DB 4403/T 60—2020)、江苏《江苏省城市自来水厂关键水质指标控制标准》(DB 32/T 3701—2019)[2]等一批地方标准的先后出台，我国供水行业已从满足供水安全需要，逐步向满足人民高品质生活目标的方向探索。近年来，对标美国安全饮用水法案、欧盟、WHO、日本等国外领先水质标准的研究已较为普遍，但系统对标供水领先国家实际水质情况的研究仍相对有限。本文通过对美国环保总署(EPA)发布的公开资料开展初步分析，提出若干对我国供水行业发展的启示。

1 资料与分析方法

1.1 消费者信任度报告(CCR)

1.1.1 消费者信任度报告(CCR)概况

EPA要求美国的供水系统服务商根据服务规模的不同，应按照书面送达、网站公开、电子邮件或通知用户自取等方式，向客户提供消费者信任度报告(consumer confidence reports, CCR)，CCR包括了有关当地饮用水水质的信息和服务的相关信息。EPA通过网站提供了CCR在线查询功能[1]，并对达到相应规模要求的供水系统服务商添加CCR的访问链接。该在线查询功能汇总了全美50个州、1个特别行政区和2块外海领土的全部供水系统服务商信息，提供了各个供水系统服务商的联系方式、服务人口、水源等基本信息。

1.1.2 分析方法

按行政区划，收集全美各行政单元供水系统的水源情况和服务人口情况，分类汇总和统计美国供水系统、水源信息和服务人口的基本信息。

1.2 饮用水污染控制指标六年审查数据库(SYR)

1.2.1 SYR数据库概况

美国《安全饮用水法》(SafeDrinkingWaterAct, SDWA)要求EPA至少每6年审查1次《国家一级饮用水标准》(NationalPrimaryDrinkingWaterRegulations，NPDWRs)，即“六年审查”(Six-Year Review，SYR)。EPA通过SYR获取并评估6年间各州立供水系统水质检测实验室和其他一些主要实验室的水质数据，主要达到7项目的：(1)发现在当前6年周期中存在不合理的标准内容；(2)审查污染物的健康风险，发现需要修改的最大污染物限值目标(maximum contaminant level goal, MCLG)和最大污染物限值(maximum contaminant level, MCL)；(3)分析污染物风险发生的频率、程度和地理分布，以确定公共供水系统升级所需的合理成本；(4)对水质检测方法的改进效果进行评估，以判断是否需要对MCL的限值进行优化；(5)对水处理工艺进行实效审查，以筛选有哪些技术可以满足更高水平MCL的要求；(6)对某些用于强化去除个别污染物的新技术所带来的对供水系统的其他影响进行综合风险平衡分析；(7)使标准内容的编写能更好地结合联邦和各州的实际情况。

2018年下半年，EPA已正式启动了第4次SYR的数据收集工作，预计结果将于2023年上半年公布。目前，EPA最新发布的是统计周期为2006年1月—2011年12月的第3次SYR(下称SYR3)数据库。

1.2.2 分析方法

SYR3共包括NPDWRs中无机物、有机物、放射性物质、消毒副产物、微生物等74项指标近3 000 000条水质数据[3]，各指标的水质数据均采集自联邦各州不同供水系统的不同采样点，采样点分布包括原水、水厂(进厂水、过程水、出厂水等)、输配系统(中间采样点、末端采样点等)和其他(储水池等)。为初步了解美国供水的实际水质现状，本文不区分采样点，对照NPDWRs中各污染物指标的MCL限值[4]，对指标在不同水源条件下的超标率、平均值占标率进行了统计和分析。

对于行业关注重点的消毒副产物，本文进一步区分数据采样点，对其在供水系统中不同环节的变化规律进行了统计和分析。

2 美国供水系统概况分析

根据EPA对美国水源地的划分，美国水源可大致分为地表水(SW)、地下水(GW)和混合水(CU)3大类。其中，主要为地表水和地下水，混合水所占比例很小。结合CCR查询系统包含的数据进行分析，共统计供水系统129 428个，服务人口约3亿，3种水源对应的供水系统和服务人口情况如表1所示。

表1 3种水源对应的供水系统和服务人口情况Tab.1 Serving Population and Water System Amount Corresponding to Three Raw Water Sources

由表1可知，美国供水系统中，多达89.90%为以地下水为原水的供水系统，但服务人口仅占31.22%，而数量仅有9.28%的地表水源供水系统却覆盖了全美67.74%的服务人口，地表水供水系统量大且集中、地下水供水系统量小但分散，与美国地广人稀、产业分布等有密切关联。

从各州水源单一性角度分析，地下水源和地表水源占比情况(按服务人口计算)如表2所示。进一步分析可以发现，根据CCR查询系统中显示的5个供水系统服务人口超过1 000万的州中，只有威斯康辛州主要以地下水为水源，其他4个州(加利福尼亚州、得克萨斯州、纽约州、俄亥俄州)均以地表水为主要水源，如表3所示。说明，在地理环境许可的前提下，人口密集、产业密集的地区更倾向于以地表水为主的水源。

表2 美国各州水源单一性排序Tab.2 Unity Sequence of Raw Water Source of States in US

3 基于SYR3的美国饮用水水质情况初探

3.1 美国饮用水水质情况分析

基于SYR3数据库，分别对美国饮用水的化学污染物、放射性污染物和消毒副产物3类指标进行分析，通过统计最大值、平均值等指标，计算对照NPDWRs的MCL限值的超标率和占标率情况。

3.2 有机和无机化学污染物情况分析

NPDWRs中共有有机物指标60项，无机物指标16项，SYR3中可统计的有机和无机化学污染物共65项。统计各污染物指标的总超标率，并区分不同水源，统计各供水系统中相应污染物指标的超标率[式(1)]和平均值占标率[式(2)]，结果如表4所示。

(1)

(2)

从有机和无机化学污染物的实际情况来看，所统计的65项指标总体的超标率为4.42%，平均值占标率为29.20%。其中，混合水源供水系统总体超标率为2.66%，平均值占标率为25.02%；地下水源供水系统总体超标率为4.77%，平均值占标率为28.45%；地表水源供水系统总体超标率为2.58%，平均值占标率方面，由于毒杀芬中有一个检测数据出现不合理的异常，超出MCL限制350多倍，在不确定该数据准确性的前提下未进行计算。总体而言，对照NPDWRs的MCL限值要求，美国绝大部分供水系统均能实现较好的控制，平均值占标率均不超过30%，且超标率也均控制在5%以下，地表水水源供水系统相对优于地下水水源供水系统。

需要指出的是，由于SYR3的数据采样点覆盖了水源、水厂、输配系统和用户各个环节的数据，不同环节之间的同一指标数据并不具备对比性，但本节仅用于判断大致概况，在数据量较大的前提下(平均每个指标拥有20 000个数据)，未对采样点进行区分。

和我国《生活饮用水卫生标准》相比，NPDWRs的无机物指标多了硝酸盐、亚硝酸盐2项，有机物指标多了1,2-二溴-3-氯丙烷(DBCP)、环氧七氯、甲氧滴滴涕、氯丹、西玛津、2,4,5-涕丙酸、甲草胺、地乐酚、敌草快、草藻灭/菌多杀、异狄氏剂、草氨酰、毒莠定、毒杀芬、茅草枯、涕灭威、涕灭威砜、涕灭亚威砜、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、多氯联苯(总量)、1,1,2-三氯乙烷、氯乙酸、发泡剂、六氯环戊二烯共28项。其中，对亚硝酸盐的关注已得到了我国供水行业的认可和吸收，上海地方标准和最新发布的深圳地方标准中也已增列，而有机污染物方面，美国标准更多地关注农药类的指标，这和美国农业发达且分布广的特点有一定关联。

表4 SYR3中有机和无机污染物情况Tab.4 Data of Organic and Inorganic Chemicals in SYR3

(续表4)污染物总体情况混合水源地下水源地表水源超标率平均值占标率超标率平均值占标率超标率平均值占标率超标率平均值占标率草甘膦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%七氯环氧化物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%六氯环戊二烯0.35%1.36%0.000.26%0.000.92%0.57%1.64%汞(无机)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%硝酸盐2.24%29.38%0.51%23.50%2.50%29.68%0.74%27.97%亚硝酸盐5.73%35.20%4.76%43.18%5.95%36.47%2.94%16.81%邻二氯苯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%多氯联苯18.18%69.71%0.003.70%19.44%76.27%16.67%52.33%对二氯苯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%吡咯仑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%铊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%毒杀芬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 放射性污染物情况分析

NPDWRs中放射性污染物共有5个指标，对SYR3中可统计的3个放射性污染物进行了超标率和平均值占标率分析，结果如表5所示。

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

从放射性污染物的实际情况看，所统计的3项指标总体的超标率为10.79%，平均值占标率为48.35%。其中，混合水源供水系统总体超标率为1.40%，平均值占标率为21.81%；地下水源供水系统总体超标率为1.16%，平均值占标率为49.96%；地表水源供水系统总体超标率为4.24%，平均值占标率为33.63%。可以看出，美国放射性污染物的超标率一般在10%左右，平均值占标率在50%左右，地表水源供水系统优于地下水源供水系统。

和我国《生活饮用水卫生标准》相比，NPDWRs的放射性污染物指标多了镭226和镭228、铀、氡4项指标。

3.4 消毒副产物情况分析

消毒副产物是目前供水行业研究的热点，和人体健康密切相关。NPDWRs共包括12项消毒副产物指标，对SYR3中消毒副产物的主要指标(溴酸盐、亚氯酸盐、卤乙酸<总>、三卤甲烷<总>)进行超标率和平均值占标率分析，结果如表6所示。

表6 SYR3中主要的消毒副产物情况Tab.6 Data of DBPs in SYR3

由表6可知，美国消毒副产物的超标率和平均值占标率均高于有机和无机污染物等污染物，由于原水水质和臭氧-活性炭深度处理工艺的特点，溴酸盐的总体超标率为10.02%，平均值占标率高达74.2%，地下水源供水系统的情况更为严峻。

作为消毒副产物中最受关注的卤乙酸和三卤甲烷，根据SYR3的数据，进一步分析2项指标总量和各分量的实际情况。在初步分析的基础上，通过区分采样点，每1个指标分别统计2组数据，一组为水厂出厂水数据，一组为输配系统最大停留时间点数据，以同时分析消毒副产物在输配管网中变化的一般规律。

3.4.1 三卤甲烷

分析三卤甲烷(总)，以及二溴氯甲烷、溴二氯甲烷、溴仿、氯仿共5个指标，超标率和最大值情况如表7所示。

表7 美国饮用水中三卤甲烷情况Tab.7 THMs Concentration in US Water System

NPDWRs对三卤甲烷的限值为0.08 mg/L。根据数据分析发现，绝大部分消毒副产物指标在出厂水环节均能有较高的达标率，且超标率最高仅3%左右，说明美国水厂工艺对消毒副产物的控制能力较好。

进入输配管网后，三卤甲烷的含量和超标率明显上升，三卤甲烷(总)由出厂水的3.02%上升到管网末端处的13.79%，这是因为受氯化和水解反应影响[6-7]，三卤甲烷浓度在管网内随停留时间的增加而升高。

3.4.2 卤乙酸

分析卤乙酸(总)，以及二溴乙酸、二氯乙酸、一溴乙酸、一氯乙酸、三氯乙酸共6个指标，超标率和最大值情况如表8所示。

表8 美国饮用水中卤乙酸情况Tab.8 HAAs Concentration in US Water Supply System

NPDWRs对卤乙酸的MCL限值为0.06 mg/L，绝大部分消毒副产物指标在出厂水环节均能有较高的达标率，地表水供水系统的控制情况更优，超标率最高为2%左右，说明美国水厂工艺对消毒副产物的控制能力较好。进入输配管网后，卤乙酸在管网中的变化规律与三卤甲烷不同，部分指标呈现衰减趋势。一方面，余氯与水中有机物继续反应生成卤乙酸；另一方面，部分卤乙酸在残余消毒剂浓度较低时被生物降解[8-9]。

通过对照水厂出厂水和管网中三卤甲烷和卤乙酸的浓度变化规律，发现SYR3的分析结果与理论情况基本吻合，也说明美国SYR3对于重现美国供水实际情况以及对NPDWRs的优化有较好的参考价值。

3.5 小结

通过对SYR3中污染物检测数据的分析发现，所涉及的污染物指标的平均超标率为4.53%，平均值占标率为29.94%。区分不同水源，地下水源的超标率为5.15%，地表水源的超标率为2.69%。可以看出，美国饮用水水质的实际占标率和平均值占标率都处于较低水平，说明美国供水系统对污染物限值的控制水平较好，且地表水源水质相对优于地下水源水质。由于地下水为水源的供水系统呈现量大且分布广的特点，全面提升地下水源供水系统的污染物限值控制水平难度较大。

但从初步分析也发现，部分指标的超标率和平均值占标率相对较高，如化学污染物中的锑、砷、镉、乙二溴、七氯、毒杀芬、氯乙烯等，以及消毒副产物中的一氯乙酸等，这些指标可能会成为美国供水系统下一步重点关注的内容。而部分超标率和平均占标率均趋向于0的指标，结合健康风险的评估，则可能是NPDWRs下一步标准优化中相对次要的内容。

4 美国供水对我国供水的启示

(1)与国际领先水平国家和城市相比，我国的水质信息公开工作仍存在较大差距[10]。美国的CCR制度为用户提供了丰富、透明的供水系统信息和水质情况报告，而且水质情况报告要求尽可能详尽，涵盖自水源到龙头水全过程的水质情况，既方便专业人员了解相关信息，也保证了普通用户获取水质真实情况的知情权。通过CCR制度进行信息公开，使美国供水水质情况透明化，有助于消除一些不实信息通过舆论发酵的可能，也有利于提高供水系统运营商和用户之间的互信关系，值得我国供水行业主管部门和各地方供水企业借鉴。

(2)美国以6年为周期对NPDWRs开展的审查工作，很好地提高了NPDWRs对各污染物指标限值开展修订的时效性，体现出美国水质标准“动态”更新的优势，有利于水质标准更好地为指导供水水质保障服务。而我国标准修编周期较长，难以与行业技术发展和管理水平的提升与时俱进，容易产生滞后性，在标准的审查机制上可进行参考。此外，美国对SYR的公开，也便于国内外相关研究机构从中针对性地获取数据，详尽的数据标签也便于不同需求的研究人员对海量数据进行合理的筛选和分析，帮助国内外研究机构从中发现有价值的数值规律和信息，有利于在行业的规划、技术、运营和管理提升中，发挥各方的主观能动性，共同推动行业的发展。

(3)国内包括上海、深圳等城市，均已开展了在国标基础上更高标准的供水水质地方标准的研究，SYR3中丰富的各污染物数据信息，可为相关标准的研究工作提供指导性的基础数据积累，为相关指标或限值的提出提供依据。

(4)美国供水系统中，地表水源供水系统量大且集中，地下水源供水系统量小但分散。但总体而言，地下水源供水系统各污染物的超标率和平均值占标率略高于地表水水源供水系统，这和地下水源供水系统分散、处理工艺相对难以提升、运行管理难以全面覆盖有关。相似的是，我国城镇供水系统普遍采用集中供水的模式，近年来，管理能力和水质提升显著，而相对更为分散的农村供水的水质仍存在一定的短板，说明未来我国需要加大对分散性农村供水系统的提升力度，开展应对地下水源水质变化的处理技术储备研究，切实强化我国的供水安全保障能力。