水環(huán)境質量基準方法與應用

內容概要

　　本書從環(huán)境污染物的暴露與水環(huán)境質量的生態(tài)安全與相關人體健康保護的角度，系統(tǒng)介紹水環(huán)境質量基準的框架體系與基礎性方法技術。重點闡述近年來我國流域水環(huán)境基準方法體系框架的構建及典型流域特征污染物基準閾值的應用研究。主要包括水環(huán)境質量基準方法概述、國內外水環(huán)境基準研究進展、水環(huán)境特征污染物篩選、水生生物基準、水生態(tài)完整性質量基準、沉積物質量基準、營養(yǎng)物基準、水生態(tài)風險評估方法、混合物聯(lián)合毒性方法等我國流域水環(huán)境質量基準的方法學體系框架，及其在代表性區(qū)域如太湖流域、遼河流域的應用性研究進展。
　　本書可為水環(huán)境保護的基準和標準研究與制定領域的教學、科研及相關管理決策者提供基礎資料和工作參考。

書籍目錄

前言
第1章 緒論
1.1 基本概述
1.2 需求與意義
1.2.1 水環(huán)境基準是實施水環(huán)境管理的基本需求
1.2.2 水環(huán)境標準需要持續(xù)改進和升級
1.2.3 新型污染物需要水質基準理論方法創(chuàng)新發(fā)展
1.2.4 復合污染亟須聯(lián)合作用效應的環(huán)境基準研究
1.2.5 水環(huán)境基準是生物多樣性和水生態(tài)安全的必要需求
1.2.6 水環(huán)境基準研究是提升國家環(huán)境科技水平的重要需求
1.3 主要問題與發(fā)展趨勢
參考文獻
第2章 水環(huán)境質量基準方法概述
2.1 基本理念
2.2 保護水生態(tài)系統(tǒng)的基準方法
2.2.1 水生生物基準
2.2.2 生態(tài)學基準
2.2.3 營養(yǎng)物基準
2.2.4 沉積物基準
2.3 保護人體健康的基準方法
2.3.1 人體健康基準
2.3.2 微生物基準
2.3.3 休閑娛樂用水基準
2.4 存在問題與進展
2.4.1 水生生物基準研究
2.4.2 生態(tài)學基準研究
2.4.3 營養(yǎng)物基準研究
2.4.4 沉積物基準研究
2.4.5 人體健康基準研究
參考文獻
第3章 國外水環(huán)境質量基準研究
3.1 各國水質基準研究概述
3.2 歐盟及日本水質基準研究
3.3 美國水質基準研究
3.3.1 水生生物基準
3.3.2 人體健康水質基準
3.3.3 營養(yǎng)物基準
3.3.4 沉積物質量基準
3.3.5 細菌學基準
3.3.6 生物學基準
3.3.7 野生生物基準
3.3.8 物理基準
3.4 美國各州與區(qū)域特異性水質基準
參考文獻
第4章 我國水環(huán)境質量基準與標準研究
4.1 我國水質標準發(fā)展
4.1.1 地表水環(huán)境質量標準的形成和發(fā)展
4.1.2 海水水質標準
4.1.3 地下水質量標準
4.1.4 農(nóng)田灌溉水質標準
4.1.5 漁業(yè)水質標準
4.1.6 水質標準之間的關系
4.2 我國水質基準研究狀況
4.2.1 我國水質基準研究進展
4.2.2 我國水質基準研究成果
4.3 我國水質基準與標準方法體系現(xiàn)狀與問題
……
第5章 流域水環(huán)境特征污染物篩選與應用
第6章 水生生物基準方法與應用
第7章 水生態(tài)完整性質量基準方法與應用
第8章 沉積物質量基準方法與應用
第9章 營養(yǎng)物基準與標準研究進展
第10章 水生態(tài)風險評價應用
第11章 混合物聯(lián)合毒性方法與水質基準應用
第12章 水生生物基準案例——流域硝基苯水質基準閾值
第13章 水生生物基準案例——流域鎘水質基準閾值
第14章 水環(huán)境基準體系與標準化構建探討

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 基本概述伴隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，近20多年來我國的地表水環(huán)境污染逐漸呈現(xiàn)出復合型、結構型、累積型的特點，這可能成為制約經(jīng)濟和社會發(fā)展的瓶頸，亟須加強水污染防治與整治工作。從“十一五”時期開始，我國的水環(huán)境管理戰(zhàn)略從污染物的目標總量控制向容量總量控制轉變，從點源污染控制向面源污染控制轉變，從單純的水質污染控制向全面的水生態(tài)系統(tǒng)安全保護的方向轉變，這就迫切要求進一步發(fā)展和完善現(xiàn)有的水環(huán)境質量標準體系。環(huán)境基準是制定環(huán)境標準的科學依據(jù)；環(huán)境標準是有效實施環(huán)境管理的行政基礎，也是識別環(huán)境問題、判斷污染風險、評估環(huán)境影響、制定監(jiān)測預警方案、確定污染修復對策及采用污染治理技術等的法規(guī)執(zhí)行依據(jù)。由于不同的環(huán)境基準可產(chǎn)生不同的環(huán)境標準，而管理上實施不同的環(huán)境標準值，可能導致環(huán)境保護管理行為、目標和結果的很大差異［1～3］；所以科學地研究確定適用于實際環(huán)境狀況的環(huán)境基準，進而制定正確合理的環(huán)境標準，在很大程度上將決定環(huán)境風險管理決策是否正確。有關水環(huán)境基準的研究始于19世紀末，1898年俄國衛(wèi)生學家Α.Ф.尼基京斯基在《醫(yī)生》雜志發(fā)表了《石油制品對河流水質和魚類的影響》一文，闡述了原油、重油和其他石油制品對魚類的毒害，提出了環(huán)境質量基準的概念。大約從1905年開始，美國及一些歐洲發(fā)達國家的科研人員不斷發(fā)表有關環(huán)境水質基準方面的毒理學研究結果。如1907～1937年，美國約發(fā)表了114種物質的水生物毒性值，規(guī)范采用金魚、大型?等水生物作為標準試驗物種，1952年美國加利福尼亞州首先從政府層面發(fā)布“水質基準”文件，1965年美國在“公法600”中通過了國家開發(fā)水質基準的計劃。從1968年開始每隔5～10年，美國政府從國家層面相繼頒布了有關水環(huán)境保護的《綠皮書》、《藍皮書》、《紅皮書》、《金皮書》、《白皮書》等水質基準技術文件的持續(xù)修訂升級版本；歐盟等發(fā)達國家也相互參考，相繼建立了相關的水質基準文件［4～17］。1980年美國環(huán)境保護局（USEPA）制定的《環(huán)境水質基準》文件中規(guī)定一個物質的完整水質基準應包括急性最大濃度（CMC）和慢性連續(xù)濃度（CCC）兩個值［12，14］，要求通過水生生物急性毒性試驗來得出最大值，推導平均值時要考慮水生動物的慢性毒性、水生植物毒性和生物積累毒性。1985年在其《環(huán)境水質基準》修訂版中將平均值的時間范圍由24h改為30天，更加突出了平均值與防止慢性毒性效應的關系，同時對環(huán)境濃度偏離平均值的累積時間規(guī)定為96h，以防止較長時間的環(huán)境高濃度對水生生物造成的急性毒性影響。1985年USEPA提出《推導保護水生生物及其用途的國家水生態(tài)基準技術指南》，強調制定水質基準目的在于防止污染物對重要水生生物以及其他的重要物種造成不可接受的長期和短期危害效應；應充分考慮生物多樣性，用于推導基準的毒性數(shù)據(jù)至少涉及3個門、8個科的水生動物，使其能有較好的生態(tài)學代表性，能為大多數(shù)生物（95%以上）提供適當?shù)谋Ｗo，避免“欠保護”；相對歐洲一些國家的方法，USEPA提出的基準方法引入了頻率和急性最大濃度基準值的概念，充分考慮水生態(tài)系統(tǒng)對偶然暴露的耐受能力和恢復能力，防止“過保護”。從1990年開始，USEPA又對水質基準體系增加了營養(yǎng)物基準等水生態(tài)學范疇的基準內容［15～19］；環(huán)境基準經(jīng)約100余年的發(fā)展，國際上相對發(fā)展較為成熟的美國國家水質基準體系主要建立在“科學確定水質基準方法”的基礎上，目前已構建了較為完善的基準推導方法學，形成了較為完整的環(huán)境基準體系，并且制定的環(huán)境標準得到了廣泛的運用［20～29］。美國確立的水環(huán)境質量基準體系主要針對環(huán)境化學物質，以保護水生態(tài)系統(tǒng)的完整性及水生生物安全的水質基準和保護人體飲水與用水安全的人體健康水質基準為核心，還包括防止水體富營養(yǎng)化的營養(yǎng)物基準、保護底棲生物的沉積物基準、與人體健康保護相關的人體感觀基準及病原微生物基準等。水環(huán)境基準是世界各國可互相借鑒的科學資料，由于各國在研究基準時根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，采用的實驗方法或觀測項目可能有所不同，因此同一污染物的基準閾值可以有所不同。隨著水環(huán)境基準體系的日益成熟，大量研究表明，水生態(tài)系統(tǒng)的地理區(qū)域性或流域特征不是由單一的地表要素決定的，而是多種環(huán)境要素共同作用的結果，并且這些要素在各個區(qū)域所發(fā)揮的作用也不盡相同。USEPA于1987年提出了美國水生態(tài)區(qū)劃方案，提出根據(jù)不同空間尺度的地貌、氣候、土壤、生物、水生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的完整性等特征要素，進行國家水生態(tài)分區(qū)的方法體系。該水生態(tài)分區(qū)方案，得到了管理部門的普遍認可并很快應用于水生態(tài)系統(tǒng)的管理之中，特別是用于區(qū)域或流域監(jiān)管點位的選擇和進一步研究建立區(qū)域范圍內受損水生態(tài)系統(tǒng)的恢復標準，以達到基于水生態(tài)風險控制的目的來選擇制定環(huán)境管理的有效措施［27～31］。自美國提出了水生態(tài)分區(qū)的概念和方法后，得到世界許多國家的關注，如英國、奧地利、加拿大等國開始將其應用于本國的水環(huán)境標準研究中［32］。1998年美國根據(jù)不同水生態(tài)區(qū)域的水化學和水生物區(qū)系特點開始制定區(qū)域性水環(huán)境的營養(yǎng)物基準，并于2000年發(fā)布了河流、湖庫的營養(yǎng)物基準制定導則；美國政府至今已逐步更新、充實并頒布了主要基于生態(tài)學和毒理學原理的14個生態(tài)區(qū)域的河流、湖庫、河口、濕地等四種水生態(tài)類型的水環(huán)境基準。當前，我國較全面系統(tǒng)地水環(huán)境基準與標準的理論方法與應用技術研究剛起步，相關區(qū)域性水環(huán)境標準的研究與制定還不完善，還沒有從全國流域尺度上系統(tǒng)地評價水環(huán)境質量的風險特征，還無法準確判斷不同流域特征的水環(huán)境承載力，尚未確立全國的保護水環(huán)境安全的水質量基準，也未明確國家流域或區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展等人類活動對自然水生態(tài)系統(tǒng)影響的輸入響應關系。因此，我國現(xiàn)階段制定的水環(huán)境標準體系還不能較真實地體現(xiàn)我國流域或區(qū)域的水生態(tài)特征，還不能較科學地實現(xiàn)流域污染物的容量與總量控制；在污染源控制與水環(huán)境管理方面，一定程度上存在“一刀切”的盲目性，難以高效實現(xiàn)水環(huán)境管理目標。國務院在《關于落實科學發(fā)展觀加強環(huán)境保護的決定》中，明確提出了“科學確定環(huán)境標準”的要求，將其作為建立和完善環(huán)境保護長效機制的重要內容。因此，建立適合我國國情特點的水環(huán)境質量基準與標準體系，對于保護我國水環(huán)境安全與實現(xiàn)環(huán)境風險管理的戰(zhàn)略目標具有重要價值。1.2 需求與意義1.2.1 水環(huán)境基準是實施水環(huán)境管理的基本需求環(huán)境水質量基準（waterqualitycriteria，WQC）主要指水環(huán)境中污染物對水生生物和人及水生態(tài)系統(tǒng)的完整性不產(chǎn)生有害影響的最大劑量或濃度，它是基于科學實驗的客觀記錄或科學推論。環(huán)境水質量標準（waterqualitystandards，WQS）是以水環(huán)境質量基準為依據(jù)，在綜合考慮國家或地區(qū)的自然和社會、經(jīng)濟、技術等因素的基礎上研究制定，由政府主管部門頒布的具有法律效力的水環(huán)境污染物控制限值?；鶞逝c標準是兩個不同的概念，環(huán)境基準是制定環(huán)境標準的理論基礎，決定著環(huán)境標準的科學性。環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境評價、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境突發(fā)事件應對及污染控制技術應用等環(huán)境技術管理的各個重要環(huán)節(jié)都要依據(jù)環(huán)境質量標準?？萍疾吭凇笆濉逼陂g已提出實施“人才、專利、技術標準”三大戰(zhàn)略，首次從戰(zhàn)略高度把技術標準落實到具體的科技工作中，目前標準專項已取得較大進展，初步形成了各部門、各地方聯(lián)合推動技術標準工作的格局。隨著環(huán)境管理的深化，我國水污染控制在經(jīng)歷了對污染物濃度控制和目標總量控制后，目前正在從化學污染控制向水生態(tài)風險管理方向轉變；要對全國水環(huán)境實行生態(tài)特征分區(qū)、生態(tài)功能分類、生態(tài)屬性分級以及生態(tài)目標分時實現(xiàn)的科學管理模式。在這一過程中，水質基準與標準本身的科學性、合理性、適用性和可操作性成為關系到水環(huán)境污染物的容量總量控制能否全面實施的關鍵要素之一?，F(xiàn)今一些發(fā)達國家和地區(qū)的水環(huán)境基準制定工作已相當成熟，但由于地域和國情的差異，如果照搬國外基準，必然難以制定出符合我國水體特征的水環(huán)境標準。當前我國的水環(huán)境基準研究基礎尚薄弱，缺少科學系統(tǒng)的水環(huán)境標準研究，近年來在應對一些重大環(huán)境污染事件時，已暴露出我國在水環(huán)境基準研究方面薄弱的現(xiàn)狀，亟須從國家層面上長期、系統(tǒng)地開展水環(huán)境基準與標準的研究，為我國環(huán)境戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)提供基礎支持。1.2.2 水環(huán)境標準需要持續(xù)改進和升級改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步方面取得了舉世矚目的成就，同時，伴隨的環(huán)境污染以及由此導致的生態(tài)破壞和人體健康風險也引起社會普遍的關注。高強度的工業(yè)生產(chǎn)和頻繁的人類活動可能直接導致大量的有毒有害化學品進入到水生態(tài)系統(tǒng)中，成為危害水環(huán)境和人體健康的潛在威脅。如依據(jù)當前水環(huán)境質量標準評價，近幾年我國松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、珠江等七大主要河流中約1/4的監(jiān)測斷面水質屬于或低于Ⅴ類水質，一些重要湖泊中約1/3的水質屬于或低于Ⅴ類水質；多個城市飲用水水源地水質較差，水質性缺水情勢較嚴峻，飲用水安全受到威脅。水環(huán)境污染給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活帶來一定危害，可能成為制約我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的因素，亟須從國家層面上系統(tǒng)地開展相關的水環(huán)境基準與標準研究。雖然我國水環(huán)境技術管理體系在改革開放以來取得了長足的進步，建立了一系列相關的管理法規(guī)和水環(huán)境標準，然而相對于有效監(jiān)控水體污染的實際需求，在技術方法與管理體制上都還需較大改進。由于沒有開展過國家層面上系統(tǒng)的水環(huán)境基準體系研究，目前我國的水環(huán)境標準主要參照國外發(fā)達國家及國際組織相關的環(huán)境基準與標準值，或者再根據(jù)我國水體的主要使用功能及專家經(jīng)驗為依據(jù)制定的［1，3，6］。由于我國實際流域水環(huán)境的理化性質、生物種類、生態(tài)學特征等要素與一些發(fā)達國家的情況可能存在較大差異，因此，無論是照搬國外標準或根據(jù)國內專家經(jīng)驗討論的粗放式水環(huán)境標準的制定，都不能很好地符合我國實際的水環(huán)境污染現(xiàn)狀特征；已經(jīng)制定的水環(huán)境標準可能導致我國的環(huán)境保護工作存在著“欠保護”和“過保護”的問題。我國的地表水環(huán)境質量標準自1983年頒布實施以來，修訂過3次，已經(jīng)成為我國水環(huán)境監(jiān)督管理的核心。但目前我國的水質標準與國外發(fā)達國家相比，在基準與標準體系的科學性建設方面存在較大差距，難以滿足我國要面向水生態(tài)安全保護的污染物容量控制與總量控制相結合的戰(zhàn)略目標實施的要求。因此，首先要在建立科學的水環(huán)境基準方法學體系的基礎上，進一步構建和完善適合我國社會管理、經(jīng)濟發(fā)展和技術水平的國家水環(huán)境標準體系。1.2.3 新型污染物需要水質基準理論方法創(chuàng)新發(fā)展在傳統(tǒng)的環(huán)境污染物管理控制中，針對有毒有害污染物的管理與研究主要集中在工業(yè)化學物質和農(nóng)藥上。但隨著科學研究的不斷深入，近20多年來在環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了一些性質相似或是同一類化學物質，但稱謂多樣，包括POPs（持久性有機污染物）、PTS（持久性有毒物質）、PBT（持久生物累積毒性物）、SVHC（高關注物）、環(huán)境激素或稱內分泌干擾物（EDS），如多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）等溴化阻燃劑、全氟化合物［包括全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）、全氟辛酸銨及鹽類（PFOA）］、增塑劑或穩(wěn)定劑雙酚類（BPA）、鄰苯甲酸脂類（PAEs）及藥物和個人防護品污染物（pharmaceuticalandpersonalcareproducts，PPCPs）與一些納米材料（NM）等。在這些物質中，藥物和個人防護品是一類與人類生活密切相關的化學物質，它們主要包括人類用藥和獸藥及其他化學消費品如化妝品、防護用品、麝香類物質，還包括在PPCPs生產(chǎn)和加工過程中使用的添加劑和惰性成分等，以及多種處方藥和非處方藥（如抗生素、類固醇、消炎藥、鎮(zhèn)靜劑、抗癲癇藥、顯影劑、止痛藥、降壓藥、避孕藥、催眠藥、減肥藥等）、香料、化妝品、遮光劑、染發(fā)劑、發(fā)膠、香皂和洗發(fā)水等。由于PPCPs種類繁多，生產(chǎn)和使用數(shù)量龐大，并通過多種渠道直接或間接地進入地表水中，且大多數(shù)PPCPs具有一定的水溶性，有的PPCPs還帶有酸性或者堿性的官能團，其在水環(huán)境中的濃度可能比PBDEs和其他持久性有機污染物濃度高。雖然PPCPs的半衰期一般不長，但是由于個人和畜牧業(yè)長期頻繁使用，導致PPCPs在環(huán)境中長期存在，有“假持續(xù)性”現(xiàn)象。此外，PPCPs常以多種化合物的形式同時存在于水體中，它們共同存在可能會形成多種形式的聯(lián)合作用或與多種環(huán)境因子共存的復合作用，并可產(chǎn)生相應的聯(lián)合毒性或復合效應；同時，化學物質的長期低劑量暴露還可能對水生生物與人體產(chǎn)生不可預見的安全風險，因此，迫切需要了解其對環(huán)境造成的危害。迄今美國的地表水和地下水中已檢測出70多種不同的PPCPs，其濃度范圍為0.01～1μg/L（ppb）。當前我國是PPCPs類化學品的生產(chǎn)和使用大國，如每年生產(chǎn)約28000t的青霉素（占世界生產(chǎn)總量約60%）、10000t土霉素（占世界生產(chǎn)總量約65%）。在不同地區(qū)或不同國家中，由于用藥習慣、消費水平的不同，PPCPs的存在狀況有很大差異。由于國際上對一些新型PTS、NM、PPCPs類化學物的環(huán)境污染風險開始大規(guī)模地研究才十余年［32～41］，許多物質環(huán)境暴露的研究理論方法學尚無突破，其生態(tài)復合作用的毒理學機制還不明確，即使相對簡單的一種化學物質作用于一種生物體，由于其化學物質的作用濃度不同，也會產(chǎn)生不同的毒理學效應機制。而且，絕大部分藥品及化妝品的生理或藥理作用正是在其一定濃度水平條件時，對生物體的各類顯性或隱性的“內分泌調節(jié)”或干擾作用；并且就現(xiàn)代科學儀器的分析檢測能力而言，只要有原料用于各類生產(chǎn)的化學物質并且沒有絕對實現(xiàn)生產(chǎn)過程的零排放，理論上在環(huán)境介質中總可以被檢出。同時在研究報道中，有時也因研究者的設計方法不夠科學，如僅通過數(shù)理假設模型計算，僅進行生物體外試驗，生物種外推無意義，試驗生物無生物學或生態(tài)學代表性，僅在實驗室進行簡單模擬無實際復合作用等，或數(shù)據(jù)來源不可靠，如數(shù)據(jù)無法重復或實際驗證，僅一次檢測的偶然性而無系統(tǒng)測試的可比性，數(shù)據(jù)量少而無統(tǒng)計學意義等，研究也會產(chǎn)生過分放大或縮小一些環(huán)境污染物質在實際環(huán)境中的危害性的“假客觀”現(xiàn)象。就已有的一些實驗室研究來看，當考慮這些污染物急性、慢性環(huán)境暴露效應時，一些實驗模擬往往會產(chǎn)生過分放大此類物質在實際環(huán)境中低濃度水平［一般為ppb（10-9）或以下水平］的危害作用，而可能引起誤導。尤其對一些混合污染物的聯(lián)合毒性或復合作用的研究結果，其學術爭論較大，科學上尚未有明確的結論，導致在實際管理中無法制定相關明確的實施對策方案；發(fā)達國家制定的化學物質的水環(huán)境基準，基本是基于單一化學物對代表性生物物種個體、種群或生態(tài)群落等較為明確可靠（公認度高）的風險效應研究所獲得的結果。目前國際上還沒有國家管理層面的相關PPCPs的成熟環(huán)境標準出臺，USEPA尚未要求對PPCPs進行常規(guī)監(jiān)測，飲用水優(yōu)控污染物名單也不包括PPCPs。但一些發(fā)達國家已開始研究一些PPCPs類化學品如環(huán)境高劑量單一化學物暴露條件的水環(huán)境安全閾值；同時，科學模擬實際自然環(huán)境中多種污染物低劑量暴露或混合物的聯(lián)合作用效應及污染物與其他環(huán)境控制因子的復合作用效應的特征研究，一直是理論方法學需要突破的難點和重點。

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《水環(huán)境質量基準方法與應用》是由科學出版社出版的。

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