于风险评估的饮用水水质标准制定方法
文章回顾了国际上饮用水水质标准制定方法及其历程，分析了中国现阶段水质标准存在的问题与挑战，并重点介绍了在“水专项”连续三个五年计划支持下开展饮用水水质标准研究取得的成果：包括在全国重点城市及重点流域开展水质调查，提出中国饮用水高风险污染物清单；建立适合中国人群暴露特征的水质标准制定技术。
01、国内外饮用水水质标准的发展
科学的饮用水水质标准是水质安全的保障，通常采用“终生持续饮用自来水不会对人类健康产生影响”为目标推导出饮用水卫生标准基准值。由于该基准值只考虑在该阈值下不会对人体产生任何已知的或可能的健康影响，未将达到该浓度值所需的经济成本等因素考虑入内，所以一般将该限值作为标准的终极目标值，通常并非现行的标准值。因此，在制定饮用水水质标准时要进行适用性评估，如综合考虑成本-效益分析、可行性分析等，并且须使其尽可能接近目标值。常用的适用性评估方法有：
（1）成本-效益分析：在削减风险的过程需要消耗成本的分析。效益分析主要有三种方法：净现值收益法；现值指数法；内含报酬率法。其中净现值法是目前应用较多的一种方法，其利用净现金效益量的总现值与净现金投资量之差算出净收益，然后根据净收益的大小来评价投资方案。净现值为正值，投资方案是可以接受的；净现值是负值，投资方案就是不可接受的。净现值越大，投资方案越好。计算方法见式（1）:
式中，Bi为某一项目i所可能产生的净收益总值；T为项目建造和投入使用的第t年；bi(t）为项目i在第t年所产生的收益（注：健康收益也可折算成现金）；ci(t）为项目i在第t年所支出的成本；1/(1+r）为利息率为r时的折现系数；N为所分析项目的存在期间；Ki为项目i最初的投入资本。
（2）最佳可行性技术：为了达到标准的要求，应列出可行的水处理工艺、技术或其他方法、检测技术方法的可行性，最终标准值要考虑达到目标时大部分的水厂改造成本。
（3）检测分析方法可行性：应对每种污染物指标的检测提出要求，包括取样点、取样频率、水样的保存技术、最大保存时间以及需检测的成分。同时提供分析方法，该检测方法应对绝大部分水厂都有经济承受能力（包括自行检测或者委托检测），该分析过程应由经过认证的实验室来执行。
世界卫生组织（WHO）根据污染物毒性数据与饮用水贡献率制定《饮用水水质准则》，为世界各国制定和更新水质标准提供基础。1984年WHO出版了《饮用水水质准则》第一版，该版本中规定了 31 项水质指标（微生物2项、无机物9项、有机物18项和放射性2项），此外还提出了12项感官性状指标。此后，分别于1993年、2004年和2011年发布《饮用水水质准则》第二版（157项指标）、第三版（201项指标）和第四版（218项指标），并于2017年发布《饮用水水质准则》第四版的第一次修订版，主要更新内容包括：更新或者修订钡、灭草松等指标的风险评估内容以及健康指导值等。
美国在水质标准制定方面起步最早，体系比较完善。1914年美国颁布了最早的《公共卫生署饮用水水质标准》。1974年美国国会通过《安全饮用水法》（SDWA)，并于1975年首次发布了强制性的《饮用水一级规程》，1979发布了非强制的《饮用水二级规程》。1986年，美国环境保护署（US EPA）对SDWA进行了重大修正，提出至少每6年对《饮用水一级规程》进行一次修订。同时，US EPA开始采用美国国家科学院（United States National Academy of Sciences，NAS）于1983年提出的风险评价方法制定水质标准，一项指标是否纳入标准需要考虑健康危害、饮用水暴露水平和检测及处理技术可行性等方面。
欧盟于1980年发布饮用水水质指令（80/778/EEC），该指令是欧洲各国制定本国水质标准的主要依据。1994年荷兰政府和民间组织共同开发了EUSES系统（European Union System for the Evaluation of Substances），此后欧盟对该系统进行完善，包含了“人类健康”和“生态环境”两个方面，成为欧洲各国政府制定相关法规的重要工具。1998年欧盟通过了新的《饮用水水质指令》（98/83/EC）。该版水质指令中污染物指标数量从66项减少至48项，包括微生物学指标2项、化学指标26项、放射性指标2项、感官性状等指标18项。该版水质指令强调了与WHO《饮用水水质准则》的一致性。2015年10月7日，欧盟发布（EU）2015/1787号法规，修订98/83/EC的附录II和III，并要求于2017年10月27日起各成员国的法律、法规、行政规章必须符合该指令要求。
日本基于《水道法》于1957年颁布了饮用水水质标准，2004年结合WHO准则对本国的饮用水水质标准体系进行了大幅调整，标准包括法定项目（51项）、水质管理目标设定项目（26项）和要关注项目（47项）三部分。其中水质管理目标设定项目主要是毒性数据还不充分的污染物指标，要关注项目主要是毒性数据、水中暴露数据都还不充分，但值得关注的污染物。
1956年，中国首次颁布了包含15项指标的饮用水水质标准，此后历经1959、1976和1986年三次修订，水质管控指标数量增至35项。2006年卫生部联合国家标准化管理委员会对中国水质标准进行了修订，指标数达到106项，包括微生物指标6项、饮用水消毒剂4项、毒理指标74项、感官性状和一般理化指标20项以及放射性指标2项。
总体来看，饮用水水质标准的制定经历了从最早重点关注病原微生物到重金属、农药等大宗化学品和消毒副产物等，到现在关注新型污染物。
02、现阶段中国水质标准存在的问题分析
保障饮用水安全是一项重大的民生工程，水质安全涉及国计民生，引起了国家的高度关注。与国际上其它发达国家相比，我国饮用水水质标准制定研究起步较晚。在过去的标准修订过程中，主要参照US EPA、欧盟、WHO、俄罗斯、日本等国家或组织的现行标准。近40年来，中国是全球经济发展速度最快的国家，成为名副其实的“世界工厂”，其中2016年仅化工产能已经接近全球40%。中国还是世界上农药使用大国，每年新批准达1 700个品种，每年投放总量曾高达180万吨。高强度工业排放导致水源水质快速下降，威胁饮用水安全。另外，与发达国家直接饮用龙头水不同，我国居民饮水还有喝开水喝茶的习惯，相当于二次消毒。
近年来中国供水行业业态也发生了重大变化，部分地区采取购买服务的方式，导致供水模式和体制的多样化，加上人民群众对于饮用水安全的要求也越来越高，对供水行业的监管能力与水平提出了新的要求。
在这种情况下，根据我国污染现状和居民生活习惯的制定饮用水水质标准成为国家的需求，明确水源污染特征、开发风险评价方法、获取标准制定所需的关键参数成为重要研究内容。
03、基于风险评估的标准制定方法和实践
国际上对水质标准的制定已经形成了成熟的流程，通常包括四个步骤：①饮用水污染物筛选；②风险评估；③优先控制污染物筛选；④标准制定。美国很早就建立了候选污染物清单（Contaminant Candidate List CCL）制度，为候选污染物筛选奠定了基础。然后通过风险评估选定非法定监测污染物（Unregulated Contaminant Monitoring Rule，UCMR），并进行持续调查，最终形成列入标准的优先控制污染物清单。
2008年，根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，我国设立了“水体污染控制与治理科技重大专项”（水专项），其中的饮用水安全保障主题围绕水质标准的更新规划了三个阶段目标。第一阶段设立《饮用水水质风险评价方法及其应用研究》课题，针对全国重点城市开展水源污染特征调查，并开发饮用水水质风险评价方法；第二阶段启动了《重点流域水源污染特征及饮用水安全保障策略研究》，在重点流域开展水源污染调查，并获取了标准制定所需的关键基础参数；第三阶段完成“城市供水全过程监管技术系统评估及标准化课题”，涵盖761项污染物指标，进一步拓展了调查区域，建立了饮用水水质标准制定方法，系统支撑《生活饮用水卫生标准》的修订。
3.1 污染物筛查清单
我国一直缺乏针对饮用水中污染物的系统全面调查数据。水专项饮用水主题从“十一五”开始开展了为期近十五年的水质调查，涵盖中国长江、黄河等七大流域，以及西南、浙闽、西北等6个小流域重要断面，完成超过15万条有效水质数据，水质指标覆盖了大部分国际上关注的污染物以及我国特有的部分污染物。
调查结果显示，我国水源中农药类污染较为普遍，多种农药共存，其中以标准外乙草胺的污染最为普遍；此外，全氟化合物、高氯酸盐等新污染物的检出率较高。其中，高氯酸盐在长江一带饮用水中的浓度平均达到16.7 μg/L，最高浓度高达117 μg/L（如图1所示）。污染物种类数量由高到低依次为长江、松花江、黄河、珠江、淮河、东南沿海、海河、辽河、澜沧江流域。
3.2 污染物健康风险评估
风险评估分为暴露评估、毒性评估和风险定量三个部分。暴露评估主要考虑饮用水中污染的浓度水平和摄入量。毒性评估数据主要来自文献、流行病调查、毒理学实验和计算毒理学等。风险定量通常选择熵值法、相对风险法和概率法，也可选择以疾病负担/社会负担为终点的风险评价方法。疾病负担/社会负担终点具有风险可加性，在毒性数据充分情况下使全指标累计风险和比较风险评价成为可能。对调查的污染物进行健康风险评估的方法有：①采用左删失数据混合处理模型对污染物在水源水和饮用水中的暴露浓度进行概率分布估计，完成各污染物的饮用水贡献率及水厂去除率等关键参数的计算。②统合不同来源的毒性数据，采用无影响安全阈值概率分布方法推导基准值。③根据污染物数据结构不同，分别采用伤残调整寿命年方法、概率法、风险熵或相对风险法等进行风险定量。
基于三个五年计划水质调查结果，将全国污染物中浓度除以其对应标准限值或者无影响作用效应对应浓度，求得各污染物的相对健康风险值，如图2所示。结果表明中国饮用水中有29种物质相对风险值超过0.1，其中PFOA风险值最大，为1.76，其次为高氯酸盐，风险值为1.67，此外，风险超过1的物质还有乙草胺，风险值为1.01。风险值在0.4左右的物质有三种，分别为PFOS、砷和锑。风险值在0.1~0.4之间的物质有锌、钒、林可霉素、钡、铅、镍、莠去津、硒。此次检测大部分物质的风险均低于0.1，其中排名靠前的物质有钴、钼、铋、对氨基苯磺酰胺、氟化物、铬、青霉素、氧氟沙星、溴酸盐、锶、三唑磷、啶虫脒、阿奇霉素、克林霉素、三环唑。
3.3 污染物优控清单制定
通常饮用水中优先控制污染物选择要考虑两个因素：风险值和控制成本。制定污染物水质标准限值需要两个关键参数：水质基准和饮用水贡献率。饮用水贡献率是关键指标，但我国过去标准制定过程中一直缺乏贡献率数据。通常有两种估算法方法：暴露数据充分的污染类型采用外暴露模型进行估算；对于外暴露数据匮乏的污染物则采用检测体内组织样品（血液等）和饮用水途径浓度水平，采用生理药理（PBPK）模型进行估算。如果饮用水中污染暴露途径贡献率很低，制定饮用水水质标准意义就不大。因此，我们提出了从总风险和饮用水贡献率两个维度选择优先控制污染物的思路，根据管理目标将象限分成三个不同优先级分区，如图3所示。总风险高且饮用水途径贡献大的污染物为优先控制污染物，总风险很小的污染物列为低风险污染物，其他列为关注指标。该方法为解决标准制定过程中污染指标增删问题提供了一种新的思路。
根据全国重点流域饮用水中污染物相对风险排序结果（图2）及上述双维方法筛查我国饮用水中优先控制污染物，发现高氯酸盐、乙草胺、全氟化合物等应列为优先控制污染物，其他已经禁用多年的农药，如DDT、六六六等风险已经很低。
3.4 饮用水中污染物水质标准限值的推导
针对优控污染物，需要进一步确定其基准值。污染物通常分为致癌物质、非致癌物质和影响感官类物质，不同效应物质基准值制定的方法也不同。致癌污染物通常以10-6到10-4的终生癌症风险为依据确定其饮用水基准值；非致癌物质一般通过可接受每日摄入量（ADI）和饮用水途径分配系数推导其基准值。影响感官类指标物质，则要求低于感官阈值，如果该物质还有其他健康效应，则需要综合考虑选择阈值更低的浓度。
上述饮用水基准值是管理的目标值，并不是标准的最终值。该目标值的制定过程中没有考虑经济因素，即不考虑达到该浓度值所需的成本。因此在制定饮用水水质标准时要综合考虑成本-效益分析、最佳可行性技术和检测分析方法可行性等。基于以上流程，制定了优先控制污染清单中的高氯酸盐和乙草胺的饮用水水质标准限值。
04、结语
在“水专项”的支持下,项目团队经过近十五年的努力,初步明确了我国饮用水水源的污染特征,建立了针对不同类型污染物的饮用水健康风险评价方法,并对一些重点污染物进行了风险排序, 建立基于风险和饮用水贡献双因子的优先控制污染物筛选方法,为我国饮用水水质标准制定提供了数据和方法学基础。
