饮用水污染物及其风险指标的阐述

                                                                   天津市自来水集团公司 杨福才
1、饮用水污染物及风险指标的规定
　　当前世界上由于工业发达使饮用水中污染物增多、由于对饮用水污染物质检测技术的进步、也同时由于人类生活水平日益提高，对饮用水水质提出更高要求，因此对饮用水标准要求比以前更为严格，尤其是对新发现的污染物事更是这样。为了维护人体健康，更好地对饮用水中污染物的去除，美国于安全饮用水法（Safe Drinking Water Act SDWA）规定的饮用水水质标准中，提出饮用水中污染物质的关键性风险指标-目标最大许可值（Mazimum Contaminant Level Goal MCLG）和最大许可值（Mazimum Contaminant Level MCL）。
　　美国从开始建立饮用水水质标准以来，一直在这方面作了大量工作。逐年不断地对原有污染物提出新的风险指标，且也对新出现的污染物提出风险指标。实际上美国提出的水质标准，在国际给水界上订阅其本国的饮用水标准，尤其是订立风险标准，一直是一个主要的依据，为了我国给水蜀能以更好地了解这方面的情况起见，现将美国逐年订立饮用水水质情况，特别是订立饮用水两个风险指标规定的状况予以阐述。
　　美国于1914年订立的饮用水水质标准，主要以大肠菌为主，到1974年添加了对化学物质、放射性物质及有机物质的水质标准。以后美国再在规定上确立了83种污染物质，还根据具体情况，增加了25种新的污染物质（含微生物等）。在这几次增加项目中都根据当时的具体情况，制定了MCLG和MCL指标，并根据饮用水种类和MCLG、MCL指标每3年修改1次。然而由于订立当时存在的现实情况，饮用水水质好坏有损于人体健康，还不象现在这么极端重要，因此，所定规定引起了一些争论，一部分人认为所定规定尚不够严格，没有多为对水中物质有敏感的人着想，还有许多人认为规定订的过高，处理费用太大，也有一些地方政府对所定标准，认为不切合当地实际情况，且科学性不足，因此该规定在执行上受到限制，造成执行MCLG、MCL指标的相当困难。
　　1996年美国环保局（USEPA）再次修定SDWA，由美国供水协会、州政府、地方自来水公司等共同参加完成。该规定修改处为：确定标准处理技术；修订保护水源法则；设立饮用水周转资金；加强对用户供应水情资料；并特别提出在每次订立饮用水标准时，及时权衡当时情况，订立限定出现的污染物风险的MCLG、MCL的新的要求值。在1996年所制定的规定中，对已规定的氟化物、挥发性有机物、全大肠菌、地表水处理、国家饮用水主要污染物国家标准第2阶段和第5阶段合成有机物和无机污染物以及，铅、铜等要求值不变。对砷、硫酸盐、氢、消毒剂和消毒付产物、增强地表水处理和地下水消毒等项目，都提出新的水质规定要求。也同时对MCLG、MCL着重的作了再高要求的修改。在这次修改中，EPA特别提出。如果发现对人体健康有严重威胁的污染物质时，无论在何时出现，都就立即制定消除该污染物的饮用水暂行规定，提出MCLG、MCL新的要求指标并予以公布。还规定修订的标准在颁布后的不迟于5年时间，EPA应予进行评定，使成为正式规定。也指出如果在执行当中达不到新规定的MCLG、MCL要求的风险指标时，应以人的生命为第1要素，提高处理技术标准使达到去除目的，不应再过多的考虑处理费用问题。这个规定是与1996年以前规定的极大的不同点。因此MCLG、MCL对饮用水水质标准来说，是极其应于特别注意的问题。

2、MCLG和MCL的区分
　　MCLG是基于饮用水中物质对人类全然无害的概念而设定的理想值，不受加以约束的规定。MCL则是以当前的现实情况而规定的可能实现的标准值，它是以MCLG和处理费用、处理技术、许可风险等为基础而设定的，根据1996年修定的标准规定，许可风险MCL应放在第1位，在人类生命受到威胁时，不受处理费用限制。

3、目标最大许可值（MCLG）
（1）评定MCLG
　　评定MCLG基于以下4个条件：
　　①危害鉴定-水中有害物质造成的不良结果的定量测定；
　　②（药剂-回应评估）-水中有害物质投入不同药剂处理结果的定量测定；
　　③接触量（暴露量Human Exposure）评估-人体接触量及接触方式的测定；
　　④风险特性-设想和不确定系数的风险评估结果的描述。
(2)订立MCLG
　　MCLG根据饮用水中污染物的毒性订立，评定的参数由污染物对人体传播或化学物质对人体危害和，对动物发生的毒性研究而得。评定的参数还可由特定污染物的毒性及对敏感居民的有害物质传染而得。由于对人体传染病的参数，当前一般尚不能定出其原因和结果及，许多传染物对人体影响的参数尚没有取得过，因此污染物对人体潜在危险结果还都依赖实验室用高剂量污染物对动物实验所得参数估计而家。如果要真正的把此结果用在人体上，为保险起见，政治家需要将此参数千喂上不确定系数（Uncertainly Factor）来评定该污染物对人体接触危害程度。不确定系数估计的非常大，有时候比实际情况大几个等量级。动物接触量所得参数，用于评估对人类影响是探讨的主题。EPA对此提出以下几个需要探讨的因数：
　　①对动物躯体的影响 如果评估合理，可用于人体；
　　②通过有毒高剂量污染物对动物接触量的执行方法，可发现对人体出现癌症必须的有效的检验方法；
　　③污染物质通过对人体实验风险评估，而不是根据对人体安全与否角度评估。一般MCLG参数由病理学参数和动物实验结果而得。但病理学参数，由于特殊的因果关系得来困难，所以能够得到应用的参数很少，而以用动物试验的结果预测MCLG的多。如果测定化学物质对动物的影响结果，对人体有同样作用的话，可以应用该方法。
（3）MCLG类型
　　1986年，EPA根据出现癌症的不同情况，暄出污染物分类规定，并根据科学家及一些科学团体的意见，制定出属于3种类型的污染物。为了规定每种污染物类型，EPA曾汇集了危害人体健康状况的大量毒性资料，利用该资料提出潜在的有害人体的污染物，指出其毒性参数以计算MCLG。一般情况是吸附到人体的病原菌微生物会导致癌症，因此对病原菌微生物的陷孢子虫和贾第虫来说，应设定MCLG为零。
①类型A 造成癌症物质的MCLG类型
　　类型A 包括a. 判明对人类有造成癌症物质的类型；b. 对人体很可能有造成癌症物质的类型；c. 判明在动物实验中，动物躯体有癌症情况出现，但尚对人体未发现有癌症物质出现的证明等的3种类型。在类型A中规定已知的和极可能癌症未列于SDWA中，但EPA必须考虑上述污染物质叠加、长期或多级接触累积量及，更多在敏感人群的居民中存在等的诸多影响。订阅的MCLG必须阻止已知的和预知的有害污染物的存在和要订立足够的安全制限（没有设定安全阈的除外）。处于这样情况，MCLG应订为零。然而也有少数例外，因为有科学家们不能够指出癌症阈值的级别，这就使得EPA对癌症需要利用接触量等极的对策，以示出风险级。这些对策依据着已知癌症潜能来说，在极低接触量时没有意义。根据SDWA已往立法所规定，如果没有安全阈值，MCLG应定为零。且由于立法单位已明确安全二字并不意味着与风险无关，因此EPA认为对一些极可能癌症类型设定MCLG不为零的可有一些灵活性。EPA对挥发笥有机污染物和对国家饮用水主要污染物国家标准第2阶段的有机物和无机物规定MCLG有两种方法：a. 对所有污染物质MCLG都设定为零，或者b. 根据无关毒性风险级别设定。
　　由于绝大多数极可能癌症阈值缺少依据和，由于EPA作为意向的目的来解释MCLG等的原因，EPA选定此类型为零，表现出EPA对于饮用水水质要求一定不能有传染癌症的物质的意图。从此角度上看，零不是一个数目（如为0.00mg/L），它是一个“没有”两字的设想语言。总之，MCLG为零的说法，并不是一定就意味着接触的污染量稍微比零大一点，就实际上对人体有害。
②类型C 非致癌物质的类型
　　类型C包括a. 致癌参数不充分；b. 很难说有否致癌物质和c. 对人体致癌物质全无等3种情况的类型。对此类型EPA制定一个“终生无作用等级（No Effect Level）阈值即共知的参考剂量或RID。RID（Reference Dose）为在一个特定时间阶段内，人体全日嗫取的污染物质对人体无显著风险（包括敏感的局部居民）的接触量。RID根据以下设想而定，即容许一种有机体的毒性在人体内达到一个相当剂量（阈值）对人体无害。阈值超过，则生物回应（Biologic Response）与投加剂量等和接触时间成正比。可根据污染物对人类和动物躯体的毒性影响，来认证最高不起作用量（NOAEL No-observed-adverse-effect）和最低起作用量（LONEL Lowest-observed-adverse-effect）。 RID以每日内每人体重（mg/kg）计算
　　RID=（NOAEL或LONEL）/不确定系数
　　不确定系数的订立为由于污染物毒性对动物躯体和人体不同和，由于动物试验采用高剂量污染物质，而用于人体则是低剂量的污染物情况不同，因此在人体使用上需增加安全修正系数。在RID计算饮用水等效位级（DWEL-Drinking Water Equivalent Level）预期不会有对人体健康的有害污染物的情况下，饮用水定为100%的接触量。
　　DWEL（mg/L）=RID× 人体体重（kg）/饮用水量（L/d）
　　为了达到规定目标，成年人体重设为70kg、饮水量2L/d，幼儿10kg、饮水量1L/d。在以类型C污染物计算MCLG时，也要把由其他途径如食品等嗫来的污染物质计算在内。一般人体嗫取饮用水所含污染物质量为人体由其他途径嗫取的同样污染物量的（20—80）%，据当前规定提示，一般为20%。EPA用饮用水所含污染物质实际百分数计算的MCLG，由下式表示。
　　MCLG=DWEL×（饮用水含有物质的%）
③类型B 认为癌物质不明确存在的类型
　　类型B污染物不能归诸为极可能致癌物质的类型A（零NCLG），然而在处理上和类型C污染物相比则是可以说是较安全的类型，即位于MCLG设定为零值和用非致癌物质所得值的中间值。此种类型订立的MCLG比其他类型复杂。有两种计算意见，a. MCLG根据RID加不确定系数1-10计算，以得出订为可能有的癌症。 bMCLG根据终生风险情况，以10-5到10-6计算，这是一个稳妥的方法。因为这种方法不会对实际的风险低估。当采用物质有足够毒性参数计算RID时，用a方法计算。如果认为采用的物质参数用RID计算保险率小，MCLG可根据b意见计算。
动物地终生接触量的剂量-回应参数，采用线性多极剂量-回应模式（Linearized Multistage Model LMS）方法，以外插入低剂量计算上限（Upper Bound）超量的癌症风险。由于癌症机理到现在尚不清楚，还不能证明线性多极模式比其他外推模式更佳。但是，由于LMS有着一致性，能够结合无阈值癌症模式，且一般比其他模式更安全。
　　LMS采用通过研究癌症所得最恰当剂量-回应参数，得出人体潜在因数q，因数q结合上限超量终生癌症风险的10-4、10-5和10-6计算出饮用水含量。
饮用水含量=（10-X）（70kg）/q×2L/d
　　式中10-X是风险级别（x=4、5、6）70kg是成人体重，q是人体潜在因数（μg/kg×d）以LMS决定。2L/d是人日用水量。根据以上计算，MCLG建立理论超量癌症风险范围为105和10-6。

4、MCL评定
　　MCLG用来评定风险参数，MCL用来决定处理风险参数或决定处理技术要求值。MCLG和MCL在风险特性上重叠。MCLG定出的假设污染物的风险状况（用剂量-回应模式），常会影响分析的最终效果，因此，MCLG的假设必须精细。EPA最近再度复核了有关风险的内规定，该规定包括表现处理结果和不确定系数内容、使得制定MCL者能以了解MCLG评估假设情况。EPA所属每一单位可建立复核风险特性的企划。建立企划必须弄清楚风险特性、强调科学分析、MCLG不确定性、整个处理风险单位的科学对策。
　　SDWA要求EPA，在已制定的MCLG污染物的基础上订立MCL或设定处理技术。订立MCL必须尽量在能用到的最佳技术（Best Available Technology -,BAT）和合理费用的可行情况下，靠近MCLG目标。由于MCLG有着不确定系数且还是假设参数的情况，故一般MCLG都是极为安全的值。
　　EPA经过多少次会议以后，最后同意设定类型A的MCLG为零。由于零是用BAT一般不能测定出和不能获得的，而MCL值对这些污染物来说不是零值，设定的MCL是实际数量值（Pratical Quantitiation Level PQL）。在一般运行条件下，MCL实际试验证实的值或用BAT得到的值为10-4—10-6风险范围的值，EPA认定用上述风险范围的值足以能保护人全健康。类型A污染物的MCLG定为零，而EPA所订立的MCL在10-4—10-6范围中的值，则有着一定灵活性。如果MCLG定成一个特定风险值，MCL也得为一个特殊风险值。MCLG如果为零，订立的MCL尽可能的接近零。
　　因为类型A的MCLG为零，MCL在分析技术提高的状况下，可不考虑减低递增的风险值，使要求的MCL下降。继续加强提高分析技术，使风险范围得以降低到10-7—10-8。MCL降低，需要处理污染物质数量降低且要增加处理设施。因此，要增加处理费用。在一般情况下，如果是大型自来水公司接受低于一般要求风险标准是安全的，但对人体健康收益并不是太多，且增加建设成本。大型自来水公司有条件执行此严格要求，小型自来水公司则难以接受。

5、结语
　　EPA所订类型A的MCLG为零的规定，已讨论多年，意见始终得不到一致，反对者认为这是一种臆断作用，而非科学态度，MCLG风险为零标准在技术上是能够做到零值的，然而实际上不需要这样要求，且处理费用过大，是否值得。加之零MCLG并不能反应真实污染情况，也并没有考虑过对出现风险时的折衷处理办法。支持者认为其是一个非强制性指标，且提出自来水中不应有癌症出现。根据1996年EPA所修订规程，认为如果出现的污染物对人类的生命有危害，望洋兴叹能考虑处理费用问题，饮用水一不定期不允许有癌症物质存在。
　　属于类型C污染物的MCLG，一般高过PQL，可采用BAT得到，其MCL绝大多数与MCLG相等。类型B的MCL是根据计算MCLG、PQL和应用BAT所得的值，一般与MCLG相等，因此在考虑了类型A和类型B处理风险的几个主要原因后，将其等的MCL与MCLG看作同等值是可以的。实际上有许多这样情况，美国于1996年8月对美国修改的饮用水污染物的国家标准中，已有将近一半的污染物的MCL与MCLG要求的标准一致。