美國飲用水化學候選污染物的篩選過程

葉旌，霍立彬，章為靜，聶晶磊

環(huán)境保護部固體廢物與化學品管理技術中心，北京 100029

美國飲用水化學候選污染物的篩選過程

葉旌，霍立彬，章為靜，聶晶磊*

環(huán)境保護部固體廢物與化學品管理技術中心，北京 100029

介紹美國國家環(huán)境保護局建立飲用水化學候選污染物清單（contaminant candidate list，CCL）的總體情況。通過第3次化學候選污染物清單的建立過程，詳細介紹了CCL3的建立程序和技術內(nèi)容，對化學候選污染物結(jié)合健康危害和暴露程度的篩選方法和分步實施篩選的程序進行了說明，對我國確定管制化學物質(zhì)的篩選工作提供了實踐參考。

飲用水；化學候選污染物；篩選；程序

美國國家環(huán)境保護局（US Environmental Protection Agency，US EPA）是美國負責環(huán)境保護的聯(lián)邦執(zhí)法單位。水環(huán)境管理是其職能之一，該項工作由US EPA下的水辦公室（Office of Water，OW）承擔，其依據(jù)《安全飲用水法》（Safe Drinking Water Act，SDWA）和《清潔水法》（Clean Water Act，CWA）實施水環(huán)境管理［1-2］。由于飲用水直接入口，事關民眾的身體健康，因此，US EPA在該領域投入的力量相對較大，相應的前期基礎研究工作也最多，突出體現(xiàn)在最具有特色的飲用水候選污染物清單（contaminant candidate list，CCL）的建立上［3］。CCL的建立工作需要的技術含量高，涉及領域廣，步驟復雜，信息需求量大，其技術過程和成功經(jīng)驗對于我國確定管制化學物質(zhì)的篩選工作有重要參考意義。

1 CCL的總體情況

按1996年《安全飲用水法》修正案要求，US EPA必須定期制訂并公布候選污染物清單，為下一步實施水污染物管制提供依據(jù)。CCL屬于非管制污染物（unregulated contaminants），公布這些污染物并不是對這些污染物實施管制，其制訂有3個目的：1）為污染物的進一步管制提供支持和依據(jù)；2）可以對CCL中的化學物質(zhì)提出預警；3）提高US EPA識別最需要管制污染物的技術力量［4-6］。CCL的制訂包括化學類候選污染物和微生物類候選污染物2個部分，文中只介紹化學類候選污染物的篩選工作。

目前US EPA公布并確定的CCL共有3次：第1次，1998年3月公布60種候選污染物（其中50種化學候選污染物），簡稱CCL1；第2次，2005年2月公布51種候選污染物（其中42種化學候選污染物），簡稱CCL2；第3次，2009年10月公布104種候選污染物（其中93種化學候選污染物），簡稱CCL3。

對于公布后的CCL，US EPA可以從清單中再挑選進行管制或者明確不實施管制。US EPA對前2次CCL均沒有從中提出明確管制的物質(zhì)，而是明確提出不需要管制的物質(zhì)。如2003年7月18日，US EPA對CCL1中9種污染物確定不實施管制。2008年6月，US EPA對CCL2中11種污染物確定不實施管制。CCL1和CCL2建立及行動的時間進程如表1和表2所示［7-8］。

表1 第1次CCL建立的行動時間進程Table 1 CCL1 working schedule

表2 第2次CCL建立的行動時間進程Table 2 CCL2 working schedule

2 CCL3的建立程序

在總結(jié)前2次經(jīng)驗基礎上CCL3的建立主要經(jīng)過4個步驟［9］：1）建立CCL3最外圍候選物的相關數(shù)據(jù)庫，確定最外圍化學物質(zhì)（6 053種）；2）建立篩選標準，從最外圍化學物質(zhì)中篩選出化學物質(zhì)構成CCL3的初步群，也稱PCCL（532種）；3）依托強大的科學技術和調(diào)查基礎，采用結(jié)構化分類方法和專家評判，從PCCL篩選評估出CCL3草案（93種）；4）公示CCL3草案和相關內(nèi)容，收集各方意見進行修訂，最終正式發(fā)布CCL3（104種）。

前面3個步驟主要為技術研究工作，最后一步為行政和技術工作的結(jié)合。研究工作的主要內(nèi)容與流程如圖1所示。

CCL的發(fā)布意味著污染物技術識別工作的結(jié)束，也意味著制訂管制法規(guī)工作的開始，進入監(jiān)管決定和相關文件的正式制訂。后續(xù)的工作如圖2所示。

圖1 研究CCL的主要內(nèi)容和流程Fig.1 CCL research content and flow chart

3 CCL 3建立的4步技術內(nèi)容

3.1 廣泛庫的確定

圖2 CCL制定和監(jiān)管過程的各階段Fig.2 Supervision stages after CCL established

在美國國家科學研究院（National Research Council，NRC）的支持下，其下的國家研究委員會于2001年提交了飲用水候選污染物分類考慮的報告，以指導該項工作開展［10］。在國家飲用水咨詢委員會和美國自來水工程協(xié)會的協(xié)助下，US EPA初步選擇了284個數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫涉及信息巨大，因此有必要根據(jù)相應因素對其進行評估。US EPA在評估數(shù)據(jù)庫時，考慮4個因素：1）相關性，即數(shù)據(jù)庫是否包括候選污染物的健康信息；2）完整性，即數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是否有清楚的來源，這只針對數(shù)據(jù)庫本身，并不針對具體的數(shù)據(jù)；3）重復性，即數(shù)據(jù)庫之間是否重復；4）可檢索性，即數(shù)據(jù)庫是否建立了自動檢索的功能。通過這4個因素，US EPA從284個數(shù)據(jù)庫中確定了39個數(shù)據(jù)庫用于構建候選污染物的廣泛庫，其中25個數(shù)據(jù)庫集中于健康效應數(shù)據(jù)和存在數(shù)據(jù)（健康12個，暴露13個），其余為美國相關行業(yè)現(xiàn)有的物質(zhì)清單，如美國食品與藥物管理局的食品級物質(zhì)清單，US EPA高產(chǎn)量化學物質(zhì)清單等［11］。

數(shù)據(jù)庫選擇完成后，進入了化學物質(zhì)的選擇階段。該階段分2步：1）從數(shù)據(jù)庫中選擇合適的化學物質(zhì)，得出7 720種化學物質(zhì)（圖3）；2）對選出的化學物質(zhì)進行識別，將不適合歸入的化學物質(zhì)從中剔除（圖4）。經(jīng)此2步，確定了6 053種外圍的化學物質(zhì)，其集合也稱CCL的廣泛庫，這些化學物質(zhì)均具有相對完備的健康數(shù)據(jù)和存在情況的暴露數(shù)據(jù)。

圖3 第1步：CCL3外圍清單的數(shù)據(jù)評估和選擇過程Fig.3 First step：data evaluation and selection process for chemicals

3.2 初步庫的確定

該步驟是建立CCL的核心階段，根據(jù)各化學物質(zhì)的健康效應數(shù)據(jù)（health effects data）和存在數(shù)據(jù)（occurrence data elements）進行篩選。

健康效應數(shù)據(jù)可分為有劑量效應關系的數(shù)據(jù)和有風險分類的數(shù)據(jù)2類。有劑量效應關系的數(shù)據(jù)主要包括具有參考劑量（RfD），未觀察到有害作用劑量（NOAEL），最低觀察到有害作用劑量（LOAEL）的信息。這些數(shù)據(jù)來自于綜合風險信息系統(tǒng)（integrated risk information system，IRIS）、危害數(shù)據(jù)資料庫（hazardous substances data bank，HSDB）、有毒物質(zhì)和疾病登記局毒性數(shù)據(jù)庫（ATSDR toxicity profiles）中的內(nèi)容。有風險分類的數(shù)據(jù)主要包括了國際癌癥研究機構（IARC）以及美國國家癌癥研究所（NCI）的分類結(jié)果。根據(jù)這2類數(shù)據(jù)情況，US EPA將健康效應設定為5類，分別為毒性類別1～5，毒性類別1的毒性最強，依次降低，毒性類別5毒性最低。其中，具有風險分類數(shù)據(jù)的物質(zhì)只能在毒性類別1～3中劃分。

圖4 第2步：CCL外圍清單的細化初始編制Fig.4 Second step：further refining process for the first step

對于存在數(shù)據(jù)，US EPA主要考慮4類信息：1）化學物質(zhì)在終端出水（finished water）中的檢出頻率與濃度水平；2）化學物質(zhì)在環(huán)境水體（ambient water）中的檢出頻率與濃度水平；3）環(huán)境總釋放量；4）化學物質(zhì)的生產(chǎn)量，如果是農(nóng)藥則考慮其施用量。上述4個指標體現(xiàn)的存在程度依次降低。

此外，US EPA于1988—1997年開展了2次非管制污染物監(jiān)測項目（unregulated contaminant monitoring，UCM），對服務于500人以上的公共水系統(tǒng)（public water systems，PWSs）開展了監(jiān)測。1996年修訂的SDWA要求US EPA每5年監(jiān)測收集不超過30種污染物的實際存在信息，并建立國家污染物存在 數(shù) 據(jù) 庫 （nationalcontaminantoccurrence database，NCOD）。1996年后，US EPA開展了3次非管制污染物監(jiān)控規(guī)則（unregulated contaminant monitoring rule，UCMR）工作，UCMR 1（2001—2005年）涉及24種化學物質(zhì)，UCMR 2（2007—2011年）涉及新的25種化學物質(zhì)。目前正在開展的UCMR 3（2012—2016年）對28種化學物質(zhì)進行監(jiān)測。這些動態(tài)更新的水體監(jiān)測數(shù)據(jù)，對掌握飲用水的實際環(huán)境狀態(tài)和化學物質(zhì)的實際存在情況提供了基礎。而美國的有毒物質(zhì)釋放報告（TRI）和名錄更新報告（IUR）也為確定CCL的存在數(shù)據(jù)提供了大量的排放量或者產(chǎn)量等基礎性暴露信息。

在綜合了健康效應數(shù)據(jù)和存在數(shù)據(jù)2種因素后，US EPA最終確定了532種初步庫（PCCL），如圖5所示。值得一提的是，消毒副產(chǎn)物（disinfection by products，DBPs）和飲用水處理化學品（drinking water treatment chemicals）因其直接用于飲用水，因此無論其存在數(shù)據(jù)如何都直接列入CCL初步庫（PCCL）。這一篩選充分體現(xiàn)了化學物質(zhì)風險由化學物質(zhì)的暴露與其危害所共同表征的思想。

圖5 確定PCCL與健康效應和存在/暴露數(shù)據(jù)間的關系Fig.5 PCCL diagram between health effect and exposure data

3.3 草案庫的確定

US EPA確定CCL草案庫（draft CCL）時，采用原型分類模型（prototype classification model）和專家評判相結(jié)合的決策方式。該技術路線如圖6所示。

CCL草案庫的確定可以細分為5個步驟［12］：1）設定評估屬性和評分標準，統(tǒng)一在PCCL中涉及的健康效應數(shù)據(jù)和存在數(shù)據(jù)，使這些來自不同數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)之間具有可比性。對于健康效應數(shù)據(jù)，規(guī)范了效力和嚴重度；對于存在數(shù)據(jù)，規(guī)范了量級和流行性。2）建立訓練樣本（training data set），以便分類模型的結(jié)果盡可能符合目標要求。US EPA根據(jù)相關原則，選擇了202種化學物質(zhì)列為訓練樣本。3）訓練樣本評分與分類，該步主要依托專家力量，經(jīng)過反復評估和修訂，盡量在專家內(nèi)達成一致，并建立了列入CCL（L），可能列入CCL（L？），可能不列入CCL（NL？），不列入CCL（NL）4種類別。4）模型的訓練與驗證，US EPA根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANNs）、分類回歸樹（CART）、快速無偏高效統(tǒng)計樹（QUEST）、線性模型（LM）和多元自適應樣回歸（MARS）等5種模型進行模型的訓練與驗證，最終去除了CART和 MARS。5）模型應用及模型后續(xù)評估，將PCCL中各化學物質(zhì)的信息輸入第4步確定的3個模型進行分類，按模型分類后，再找專家對模型輸出結(jié)果進行評估并修正模型。通過反復修正模型確定了93種化學物質(zhì)的CCL草案庫。

圖6 構建CCL草案庫的技術路線Fig.6 Technical steps of establishing draft CCL

3.4 最終庫的確定

CCL最終庫的確定基于CCL草案庫的公開征求意見。在公開征求93種草案庫中化學物質(zhì)的意見，并綜合了各方面的建議后，US EPA從93種化學物質(zhì)中去除了2種農(nóng)藥（乙硫磷和除草醚），理由是基于可得數(shù)據(jù)表明，這2種農(nóng)藥不可能出現(xiàn)在飲用水源中。同時增加了10種藥物，包括1個抗生素紅霉素和9個激素，分別是17-α-雌二醇、17-β-雌二醇、馬萘雌酮、馬烯雌酮、雌三醇、雌酚酮、炔雌醇、炔雌醇甲醚和炔諾酮。這是因為有新的健康數(shù)據(jù)和存在于周圍水的暴露信息顯示這些化學物質(zhì)有相應的風險需要注意。此外，基于有新的健康和存在數(shù)據(jù)，還增加了2種消毒副產(chǎn)物——溴氯甲烷和氯酸鹽?；谟行碌慕】岛驮诠娝w中的存在數(shù)據(jù)增加了全氟辛烷磺酸（PFOS）。最終確定公布的第3次CCL的化學物質(zhì)共有104種，稱為最終庫［13］，其名單見表3。

表3 CCL3最終庫物質(zhì)清單Table 3 The list of final CCL3

（續(xù)表3）

4 CCL的工作總結(jié)

US EPA至今已經(jīng)完成了3次CCL建立工作（第4次已于2012年開始），CCL3的建立積累了前2次的經(jīng)驗，相對比較成熟，其最終形成的報告文件內(nèi)容充實而具體，是從大范圍化學物質(zhì)中尋找少量需要管制化學物質(zhì)的經(jīng)典參考文件。但由于CCL的目標性很強，故在參考時要充分理解其篩選過程中的技術考慮和飲用水管理的特點［14-15］。

此外，CCL的建立是一項十分繁復的系統(tǒng)性工作，其以數(shù)據(jù)為核心，結(jié)合廣泛化學物質(zhì)的健康數(shù)據(jù)和暴露情況進行識別。整個工作流程的設計充分體現(xiàn)透明和可重復性，并有專門的報告記錄每一步篩選過程，體現(xiàn)了逐步深入細化的模式。部分數(shù)據(jù)缺失的情況需完全借助專家的力量進行補充。這項工作是管理前開展的基礎性研究，集成各項已有研究的數(shù)據(jù)庫信息并隨時結(jié)合管理目標開展研究的重要示范。最大特點是目標導向，在大量數(shù)據(jù)的基礎上配合飲用水污染物的控制，只要不可能存在于飲用水中，即使毒性高也不會納入該候選清單。這避免了管理的盲目性，提高了管理的針對性，為后續(xù)落實管理奠定了可操作的堅實基礎?？梢哉f，CCL的建立工作充分體現(xiàn)了美國對化學污染物實施細化管理，分類管理，遞進管理的科學性思路。研究CCL的建立機制為我國開展從現(xiàn)有化學物質(zhì)或者危險化學品中挑選重點環(huán)境管理危險化學品提供了參考。

［1］ 王一彧.美國《水污染法》和中國《水污染防治法》比較研究［C］//水污染防治立法和循環(huán)經(jīng)濟立法研究：2005年中國環(huán)境資源法學研討會（年會）.北京：中國法學會環(huán)境資源法學研究會，2005：220-223.

［2］ 任春霞.美國水污染防治法律及其啟示［J］.江淮水利科技，2007（4）：11-12.

［3］ 仇永勝，黃環(huán).美國水污染防治立法研究［C］//水污染防治立法和循環(huán)經(jīng)濟立法研究：2005年中國環(huán)境資源法學研討會（年會）.北京：中國法學會環(huán)境資源法學研究會，2005：47-51.

［4］ 周揚勝，安華.美國的環(huán)境標準［J］.環(huán)境科學研究，1997，10（1）：57-62.

［5］ 徐祥民，于銘.美國水污染控制法的調(diào)控機制［J］.環(huán)境保護，2005（12）：70-73.

［6］ 汪云崗，周軍英，錢誼.美國水環(huán)境標準及其實施體系述評［J］.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，1999，15（3）：49-53.

［7］ US Environmental Protection Agency.Basic information on CCL and regulatory determinations［EB/OL］.（2012-5-9）［2013-10-23］. http：//water. epa. gov/scitech/drinkingwater/dws/ccl/ basicinformation.cfm.

［8］ US Environmental Protection Agency.Drinking water contaminant candidate list 3：final［EB/OL］.（2009-08-03）［2013-11-21］. http：//www.regulations.gov/＃！documentDetail；D＝EPA-HQOW-2007-1189-0168.

［9］ 胡偉，劉光遜，朱興旺，等.美國飲用水備選污染指標清單構建程序解析［J］.給水排水，2009，35：42-47.

［10］ National Research Council. Classifying drinking water contaminants for regulatory consideration［M/OL］.Washington DC：The National Academies Press，2001：（2009-08-03）［2013-10-23］.http：//www.nap.edu/catalog/10080.html.

［11］ US Environmental Protection Agency.EPA 815-R-09-006 CCL3 chemicals：identifying the Universe［EB/OL］.（2009-08-03）［2013-10-23］.http：//water.epa.gov/scitech/drinkingwater/dws/ ccl/upload/CCL3_Chemicals_Universe_08-31-09_508_v3.pdf.

［12］ US Environmental Protection Agency.EPA 815-R-09-007 CCL3 chemicals：screening to a PCCL［EB/OL］.（2009-08-03）［2013-10-23］.http：//water.epa.gov/scitech/drinkingwater/dws/ccl/ upload/CCL3Chem_Screening_to_PCCL_08-31-09_508v2.pdf.

［13］ US Environmental Protection Agency.EPA 815-R-09-008 CCL3 chemicals：classification PCCL to CCL［EB/OL］.（2009-08-03）［2013-10-23］.http：//water.epa.gov/scitech/drinkingwater/dws/ ccl/upload/CCL3_PCCLtoCCL_08-31-09_508.pdf.

［14］ 陳海宏.美國水污染的法律控制機制及對我國的啟示［C］//水資源可持續(xù)利用與水生態(tài)環(huán)境保護的法律問題研究.2008年全國環(huán)境資源法學研討會.北京：中國法學會環(huán)境資源法學研究會，2008：527-532.

［15］ 宋國君，沈玉歡.美國水污染物排放許可體系研究［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2006（1）：20-22.?

Screening Procedure of Drinking Water Contaminant Candidate in US

YE Jing，HUO Li-bin，ZHANG Wei-jing，NIE Jing-lei
Solid Waste and Chemicals Management Center of Ministry of Environment Protection，Beijing 100029，China

Contaminant candidate lists（CCLs）for the drinking water that US EPA established were overviewed. The technique and procedure for CCL3 establishment were introduced in detail，and the screening methods and step-by-step implementation procedure of contaminant candidates combined with health hazard and exposure information were illustrated.The analysis can provide reference for the screening of controlled chemicals in China.

drinking water；chemical candidate pollutant；screening；procedure

X－01

A

10.3969/j.issn.1674-991X.2014.04.056

1674－991X（2014）04－0346－07

2013－10－29

環(huán)境保護公益性行業(yè)科研專項（201109037）

葉旌（1978—），女，副研究員，博士，主要從事化學品環(huán)境管理工作，yejing＠m(xù)epscc.cn

*責任作者：聶晶磊（1972—），男，副研究員，碩士，主要從事化學品環(huán)境管理工作，niejinglei＠m(xù)epscc.cn