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饮用水水质风险评价技术

饮用水水质风险评价技术

作者:杨敏 等
出版社:科学出版社出版时间:2017-06-01
开本: B5 页数: 148
本类榜单:工业技术销量榜
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饮用水水质风险评价技术 版权信息

饮用水水质风险评价技术 本书特色

本书系统全面地介绍了饮用水水质风险评价的方法和案例,汇集了在“水专项”支持下饮用水水质风险评价科学领域的前沿成果,重点论述了饮用水水质风险评价方法及其案例应用。本书具有以下特点:①操作性强,全面介绍饮用水中病原微生物和化学物质的健康风险评价方法和案例,可为卫生、环境和市政专业学生学习环境风险评价提供了具体操作性范例;②可读性强,本书论述,数据图文并茂,深入浅出,简明易懂;③实用性强,强调方法的应用,兼顾教学与自学。

饮用水水质风险评价技术 内容简介

本书以"饮用水水质风险评价方法及其应用研究"课题的研究成果为基础,在第二章对风险评价方法进行总体介绍,然后在第三、四、五章分别以隐孢子虫、卤乙酸和全氟化合物为代表,详细介绍病原微生物、致癌污染物和非致癌污染物的定量风险评价过程。并在第六章以若干消毒副产物以及砷氟等具有不同作用终点的污染物为例,基于疾病负担方法进行了风险排序的尝试。

饮用水水质风险评价技术 目录

目录 第1章 概述 1 1.1 饮用水的风险管理 1 1.2 污染物的暴露数据 3 1.3 风险评价在饮用水水质标准制定中的作用 3 参考文献 6 第2章 饮用水水质风险评价方法 9 2.1 健康风险评价的方法概述 9 2.2 危害识别 10 2.3 暴露评价 13 2.4 剂量-效应评价 20 2.5 风险表征 24 参考文献 30 第3章 饮用水隐孢子虫健康风险评估 34 3.1 病原微生物隐孢子虫研究现状 34 3.2 原水中隐孢子虫污染分布情况 37 3.3 隐孢子虫暴露评估 40 3.4 隐孢子虫毒性评价 47 3.5 隐孢子虫风险计算 48 参考文献 52 第4章 饮用水中消毒副产物卤乙酸健康风险评价 57 4.1 卤乙酸的研究现状 57 4.2 卤乙酸的健康风险评价 62 4.3 对我国卤乙酸饮用水标准修订的建议 70 4.4 结论 77 参考文献 77 第5章 饮用水中全氟化合物健康风险评价 82 5.1 全氟化合物研究现状 82 5.2 全氟化合物暴露评价 86 5.3 全氟化合物毒性评价方法 89 5.4 健康指导值制定 92 5.5 全氟化合物风险计算 93 5.6 结论 95 参考文献 96 第6章 基于DALYs的饮用水中污染物的风险估算和排序 100 6.1 风险排序在饮用水水质管理中的应用现状 100 6.2 消毒副产物的DALYs计算 101 6.3 氟化物的DALYs计算 110 6.4 饮水砷的DALYs计算 117 6.5 污染物的风险排序 123 6.6 结论 128 参考文献 130 缩略语 138 文摘 第1章 概述 1.1 饮用水的风险管理 工业革命极大地促进了人口向城市集中,也催生出了将饮用水通过管道输送到千家万户的现代自来水系统。欧洲是工业革命的发源地,也是现代自来水系统的发源地[1]。然而,人们很快就发现,这种将饮用水通过管道输送到千家万户的现代自来水系统在给人们生活带来极大便利的同时,也给病原微生物的大规模、广范围传播提供了良好条件[2]。病原微生物包括病毒、细菌、真菌和原生动物等,可通过生活或畜禽废水排放及暴雨径流等途径进入水源,成为影响饮用水安全的*主要问题。为了切断病原微生物通过现代自来水系统传播的途径,19世纪末英国和法国等一些欧洲国家率先在自来水厂设置专门的消毒工艺。当时主要的消毒剂是氯气,也使用了臭氧[2]。100多年前,我国在上海市、天津市、台北市和北京市等城市开始建设由英国工程师设计的这种使用了消毒工艺的现代自来水系统。日本、美国的学者指出,这种具有消毒功能的现代自来水系统的普及对各国水系传染病的控制发挥了极为重要的作用[3]。 然而,美国国家环境保护局(United States Environmental Protection Agency,USEPA)在20世纪70年代中期发现氯消毒饮用水中存在三卤甲烷(THMs)类消毒副产物(disinfection byproducts,DBPs)[4],这些DBPs有可能与流产和膀胱癌患病率上升有关[5]。由此,饮用水中的DBPs成为当时人们关注的一大热点问题。随后大量研究发现,氯会同水中残留的天然有机物及多种人工化学品进行反应,生成种类繁多的DBPs。据报道[6],饮用水中已经得到确认的DBPs多达600种以上,而且,至少还有上千种含1~2个氯原子的有机物的结构和毒性有待确认。因此,以病原微生物控制为首要选择就不得不接受一定程度的DBPs的潜在危害,如果放弃氯消毒就得承受一定程度的病原微生物传播的风险,如此,氯消毒这一曾经在保障人类健康和生命安全上发挥重大作用的技术成为饮用水行业一种两难的选择[7],也促使人们重新思考饮用水消毒问题。 以美国为代表的多数国家仍然坚持认为控制病原微生物是饮用水安全保障*优先的任务,饮用水输配过程中需要有余氯来保障生物安全;以德国、荷兰为代饮用水水质风险评价技术表的一些欧洲国家为了彻底避免DBPs的产生,取消了氯消毒工艺,采取过滤和紫外线消毒等多级屏障来消除出厂饮用水中的病原微生物;而对管网水的病原微生物主要通过降低生物可利用有机碳(AOC)、选择生物稳定性高的管材及保障管网完整性等措施来进行控制[8]。然而,无论是哪种方式,都很难保障饮用水的绝对安全。1984年美国得克萨斯州发生通过饮用水传播的耐氯性隐孢子虫群体感染事件[9]后,世界各地不断有关于隐孢子虫群体感染事件的报道。1993年美国威斯康星州密尔沃基市(Milwaukee)发生了历史上规模*大的一次感染事件[10],该市161万人中有约40万人出现了感染隐孢子虫的症状,由此引起了世界各国供水界对通过饮用水系统传播的隐孢子虫导致大规模人群感染问题的高度关注。这一系列的事件表明,仅仅依靠氯消毒并不能保障饮用水的生物安全。同时,作为替代消毒剂的氯胺虽然能大幅降低三卤甲烷(THMs)等常规DBPs的产生水平,但在一些前驱体(如某些仲胺)存在的情况下会产生毒性更强的亚硝胺类物质[11]。即使取消氯消毒的供水系统,有些病原菌也可以通过包裹在颗粒或其他生物体内等方式躲避紫外线消毒等各级屏障,进入没有余氯的管网后寻找机会滋生。 近年来,从饮用水中检出的农药、医药品和内分泌干扰物等痕量污染物又引起了人们对各种人工化学品可能导致的健康危害的关注[12]。当前,全世界已经登记注册的化学品超过10万种,进入商品流通的化学品为3万~7万种,而且,每年仍然有大量新的化学品被合成出来。大量人类有意或无意中产生的化学品在生产、流通和消费等过程中逐步向环境,特别是水环境中扩散和积累,*终可能会进入饮用水。通常情况下,这些污染物以10-9g/L~10-6g/L的水平在水中存在,有些物质(如农药和医药品等)具有很高的生物活性,而且常规的水处理工艺去除效率不高。因此,对饮用水中的这类污染物如何进行管理和控制已成为一个新的问题。 综上所述,水源中可能含有各种各样的污染物,同时,在制水过程中还会产生一系列的DBPs,导致饮用水中可能存在成百上千种污染物,而且,随着检测技术的进步,被检出的污染物数量还会不断增加。因此,从现实的角度来看,人类不可能对饮用水中可能出现的各种污染物都进行同样的管理。在这种情况下,利用风险评价的手段进行饮用水水质管理显得非常重要。风险也就是污染可能导致的危害,通常用危害发生的概率来表示。在对污染物进行风险评价时,我们不仅要考虑污染物的毒性强度,还必须考虑人对污染物的暴露途径及暴露量,然后根据风险大小筛选出高风险污染物进行管理和控制。这样,我们才能够采用较小的代价取得更好的饮用水安全保障效果。 1.2 污染物的暴露数据 污染物风险评价的前提是要有充分的污染物暴露数据。如上所述,迄今为止已报道的饮用水污染物高达上千种,对所有污染物全部进行暴露水平调查成本太高,而且也没有必要。通常情况下,不同的工农业产业结构、环境管理水平或水源类型都会导致水源污染存在显著的差异。例如,在规模化、集约化农业生产区域,各种农药和动植物生长促进剂的污染水平较高;在化工业密集的区域,各种有机溶剂、化工中间产物及一些特定的化工产品的污染水平较高;在城市污水处理率较低的区域,水源中耗氧量、病原微生物和氨氮的污染水平较高;在湖库型水源地,藻类代谢产物(如藻毒素和嗅味物质)含量会高于河流型水源;而地下水源可能含有铁、锰、砷和氟等地质构造形成的污染物。 因此,各世界国在开展污染物调查时,都会根据本国的实际情况,结合国际上相关研究的*新结果,确定一份目标污染物清单。我国在“十一五”期间,依托国家“水体污染控制与治理”重大科技专项课题“饮用水水质风险评价方法及其应用研究”,课题组组织了针对全国35个重点城市127座自来水厂的水源水、出厂水和部分管网水的两次水质调查,水质指标除了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定的106项以外,还包括22种全氟化合物[全氟辛磺酸盐(PFOS)、全氟辛酸盐(PFOA)]、标准外大量使用的农药(乙草胺和仲丁威等6种)、新型DBPs(9种亚硝胺类物质、标准外的7种卤乙酸)、标准外的多环芳烃(15种)、雌激素(5种)、主要致嗅物质(二甲基异崁醇和土臭素等)、标准外的邻苯二甲酸酯(2种)及高氯酸盐等指标,总数达到170项。本次水质调查覆盖的供水量占35个重点城市平均公共供水量的54%,获得了迄今为止我国检测指标*多、覆盖面*广的饮用水水质数据,为开展全国饮用水水质风险评价奠定了良好的基础。 1.3 风险评价在饮用水水质标准制定中的作用 饮用水水质标准是世界各国对饮用水水质安全进行管理的主要依据[3]。世界卫生组织(World Health Organization,WHO)所制定的《饮用水水质准则》考虑到了多个国家的水处理条件和*新的毒性数据,提供了一种世界范围内饮用水水质安全的准则。诸多国家中,美国对饮用水水质标准制定*为重视,制定了一套非常严谨的程序,形成了较为完善的饮用水水质标准制定方法,这些程序和方法也是世界各国学习、借鉴的对象。美国*早于1914年颁布了《公共卫生署饮用水饮用水水质风险评价技术水质标准》,当时只有两个细菌学指标。该标准经过1925年、1942年、1946年和1962年的历次修订,截至1962年水质指标增加至28项。1974年美国国会通过了《安全饮用水法》(Safe Drinking Water Act,SDWA)以后,USEPA于1975年首次发布了具有强制性的《饮用水一级标准》,并于1979发布了非强制的《饮用水二级标准》。随着各种污染物不断从饮用水中检出,USEPA于1986年对SDWA进行了重大修正,将83种污染物列为控制目标,要求分年度进行评价和确认。 根据SDWA和《1986年安全饮用水法修正条款》的要求,美国至少每6年要对《饮用水一级标准》进行一次修订,以便能及时吸收*新的科技成果。同时,USEPA开始采用美国国家科学院(National Academy of Sciences,NAS)于1983年提出的风险评价方法制定标准[13],该程序需要经过以下四个方面的评估。 1.3.1 检测技术可行性 对需评价的污染物,必须要求污染物水质判断的结果是可信任的。这对水质检测方法提出了很高的要求:分析方法必须可靠,而且开展水质分析所需的条件在一般的水质检测单位都能满足。决定一种污染物分析方法是否可行,主要考虑以下几个因素:①分析方法的灵敏度和重现性;②方法的抗干扰性(方法专一性);③方法具有普遍适用性,常规的水质检测实验室具备相应的分析条件,技术人员经过简单的培训即可掌握方法;④分析成本合理,要求的检出限不能过于严格,只要充分达到安全阈值范围即可,并且费用在一般的检测单位能够承受的内范围。 方法检出限(method detection limit,MDL)或实际定量限(practical quantitation limit,PQL)通常用来表达方法的灵敏度[14]。仪器对污染物浓度存在一个响应阈值,一旦低于这个限值,仪器就无法检出(浓度值为0)。因此,MDL被定义为“在99%的置信度下,一种物质被检测高于零的*低浓度”,而PQL被定义为“一种化学物在常规实验室条件下以指定的精确度和准确度就可以被可靠地检测出来的*小浓度”。由于操作者、仪器、基质不同,MDL很难在不同实验室之间重复出来,所以,使用PQL比较符合执行标准的要求。 1.3.2 健康影响 对一种污染物是否进行风险评价,首先需要对其污染的健康危害进行甄别,对现有的毒理数据进行整合。污染物主要分病原微生物和化学物质,其中,化学物质的毒性作用终点分类,主要分为非致癌和致癌作用[15]。 非致癌危害效应:参考剂量(reference dose,RfD),即人体终生暴露都不会受到明显危害的日入口暴露量[16]。确定RfD时,需要对动物实验或流行病调查数据进行综合评估。在毒性评价实验中,不会引起毒害效应的*高剂量被称为无影响作用剂量(no observed adverse effect level,NOAEL),而发现有毒害效应的*低剂量被称为*低毒性剂量(lowest observed adverse effect level,LOAEL),LOAEL也被称为临界效应,再根据人体特征折算成RfD[17]。 如果数据比较充分,从可靠性的角度,一般优先考虑采用基准剂量(benchmark dose,BMD)替代NOAEL来估算RfD[18]。BMD是指根据实验数据,采用剂量-效应曲线进行模拟,并外推得到BMD,而BMD的置信下限(95%)值(benchmark dose modelling,BMDL)通常用来替代NOAEL。 致癌效应:致癌效应的数据可以分为定性评估(危害识别)和定量评估(剂量-效应评估)两部分[19]。对致癌物质进行定性评估包括对证据分量的评估,需要从动物致癌数据、人类致癌证据及一些可能的致癌机理三个方面进行综合考虑。 在USEPA的致癌风险评估中,根据污染物对人类致癌可能性程度差异进行了如下分级[20]:A,对人类有致癌性;B,很可能使人类致癌;C,有可能致癌;D,评估致癌信息不足;E,没有人体致癌证据。致癌作用强度量化则由其作用方式决定。如果致癌的潜力是线性的,这种潜力可以用斜率因子(slope factor,SF)来描述。如果癌症是非遗传毒性机制(如再生性增生)作用的结果,而且对剂量来说不存在线性响应,采用一个类似于RfD的阈值来进行量化,该值是根据致癌模式中剂量-
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