水务一线 |【收藏】美国安全饮用水法案及主要规则|地表水|大肠菌群|安全饮用水法案|水务一线|美国

栏目导读

中国科技核心期刊《净水技术》关注我国供排水和工业水处理生产一线的实际问题，打造一线生产技术人员实战经验的分享平台。本栏目内容主要选自发表于《净水技术》“供排水企业运行及管理成果专栏”的原创论文或由《净水技术》情报资讯板块精选翻译的国外经典文献，供同行交流参考。

本期摘要

在美国，每一家水务企业都需要了解联邦和州的法律，以及适用于水处理系统的相关标准。美国的水务企业还应该了解饮用水法规的执行方式，并且充分理解为什么遵守法规对于向公众提供安全的饮用水至关重要。本文很详细地概括介绍了美国水质监管和水质分析检测发展的历史，对于我国同行而言也是一个比较有阅读价值的“历史”读本。

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水务企业需要了解联邦和州法律以及适用于水处理系统的标准。他们还应该了解饮用水法规的执行方式以及为什么遵守法规对于向公众提供安全的饮用水至关重要。

这是两部分系列文章的第二篇，该系列文章延续了“水务企业需要知道”系列，并讨论了水质监管的历史及其对美国水质分析的直接影响。上一篇文章详细介绍了美国水处理和水质分析的早期就像狂野的西部。了解水质如何影响公共卫生和环境还处于起步阶段，这一时期是将疾病爆发与水质联系起来的第一步。

到 20 世纪 60 年代，水质很重要的观念越来越被广泛接受。1970 年，当美国环境保护署 (EPA) 成立时，美国的水质面临严峻挑战。工业排放和废水处理不充分导致了大面积污染。像凯霍加河这样的河流着火凸显了监管的迫切需要。1972 年的《清洁水法案》(CWA) 标志着解决和改善国家水质的关键一步。在接下来的几十年里，联邦立法的大规模改革塑造了我们今天所知道的行业。

联邦授权：1974 年至 1990 年

《安全饮用水法案》（1974 年）。环境保护公共卫生的下一步是 EPA 的《安全饮用水法案》（SDWA），该法案开启了公共供水领域的新纪元。SDWA 允许对任何可能用作水源的水进行监管，并制定基于健康的国家主要饮用水法规 (NPDWR)，为所有受管制污染物设定自来水的最低标准。这些要求推动了许多新方法的发展，特别是使用气相色谱-质谱法分析挥发性有机化合物 (VOC)。

1974 年新奥尔良研究和 1975 年国家有机物勘察调查。1974 年环境保护基金报告将新奥尔良的癌症死亡归因于饮用了密西西比河下游的受污染饮用水，这些水曾暴露于污水和工业废物中。该报告促使路易斯安那州和新奥尔良市向 EPA 第 6 区管理员提出请求，要求确定新奥尔良三家水厂的成品饮用水中有机物质的种类和浓度。初步鉴定出 82 种化合物，其中 55 种已确认。令人惊讶的是，氯仿的检测浓度为 133 µg/L。它最初被认为是三氯乙醛的降解产物；后来才发现其来源与腐殖质的氯化有关。

1974 年 11 月，在新奥尔良调查进行的同时，EPA 管理员 Russell Train 下令对其他 80 个城市的成品饮用水设施进行全国调查。这一行动与 SDWA 的通过同时进行，SDWA 指示 EPA“对公共供水和饮用水源进行全面调查，以了解化学物质或其他疑似致癌物质的污染性质、程度、来源和控制手段。”调查主要关注四种三卤甲烷 (THM)、四氯化碳和 1,2-二氯乙烷。报告得出结论，THM 在成品饮用水中普遍存在，它们的存在是由于氯化作用，测量的浓度与水中的有机物含量之间存在很强的相关性。这份报告最终导致《联邦法规》第 40 章第 141 部分对 THM 进行了监管。

资源保护和回收法案和超级基金。20 世纪 70 年代中期，纽约的 Love Canal、肯塔基州的“鼓谷”和密苏里州的 Times Beach 等地被认定为危险废物处置不当的典型案例（照片 1），这导致了 1976 年《资源保护与回收法案》（RCRA）和 1980 年《综合环境反应、补偿和责任法案》（俗称“超级基金”）的出台。虽然这两项法律都侧重于危险废物，但很明显地下水污染也是一个重大问题。与其他法规一样，EPA 设立了项目办公室来实施法规，以解决包括监测在内的技术问题。

在 RCRA 计划中，固体废物办公室方法团队发布了一本手册SW-846《固体废物评估测试方法：物理/化学方法汇编》。该汇编采用了 EPA CWA 计划中的方法，对其进行了重新编号，然后进行了大量编辑，但没有任何方法验证研究。例如，SW-846 方法 8420 最初是方法 624 的副本，但分析物的数量从 31 种扩展到 76 种。该汇编最初由 EPA 为内部使用而开发，但它很快就被受监管行业广泛使用，以努力遵守新的 RCRA 法规，尤其是对于地下水监测。

超级基金计划办公室，即应急响应办公室，采取了不同的方法。由于 EPA 负责在废弃危险废物场进行测试，因此该办公室采用了 CWA 方法，并根据其目的对其进行了“调整、改进和标准化”，将其纳入“工作说明书”，然后创建了合同实验室计划 (CLP)，目的是将测试分包给商业实验室。虽然这些方法从未接受过实验室间研究，但 EPA 每年都会举行“核心小组会议”，让实验室社区分享最佳实践。这些方法的原始分析物清单是优先污染物加上在 Love Canal 发现的特定化合物，如 C-55（五氯环戊二烯）和 C-56（六氯环戊二烯）。CLP 很快成为事实上的国家认证计划，因为它包括实验室检查、性能评估样本和数据验证。

如表 1-3 所示，由于 EPA 各项目办公室的努力，到 1980 年，该机构已拥有四个独立的方法组。虽然技术几乎相同，但每个方法组都在编写自己的水分析方法，并采用自己独特的分析物清单和质量控制要求。

《水质法案》（1987 年）。《水质法案》指示各州使用《清洁水法》中规定的 EPA 国家水质标准来制定污染物的数值标准。此外，该立法推动了方法、仪器和生物监测的进步。

《清洁空气法案修正案》（1990年）。1970 年的《清洁空气法案》规范了固定和移动源的空气排放，1990 年的修正案允许对污水处理厂的空气排放进行更严格的监管。《清洁空气法案》与水质间接相关，因为水中的 VOC 和其他化合物会在处理过程中挥发并排放。

水质检测复兴：1989 年至 2006 年

随着主要联邦法规的停止，当 EPA 颁布规则以执行相对较新的法规时，水行业经历了水质检测的复兴。表 4 总结了这些规则，它们是 EPA 执法的监管机构，它们解释了满足其要求所需的技术、操作和法律细节。规则附带由 EPA 内部审查的相关方法，并且通常每次实施都会推动科学的发展。

总大肠菌群规则 (1989)。总大肠菌群规则 (TCR) 是一项 NPDWR，于 1989 年发布，旨在通过监测配送系统中总大肠菌群的存在来保护人类健康。TCR 设定了健康目标、最大污染物水平目标 (MCLG)和法定限值——饮用水中总大肠菌群的最大污染物水平 (MCL)。EPA 将总大肠菌群的 MCLG 设定为零，MCL 则基于总大肠菌群（每月 MCL）或总大肠菌群和大肠杆菌或粪大肠菌群（急性 MCL）的阳性检测结果。根据 TCR，所有公共供水系统 (PWS) 都必须以与服务人口规模相关的频率监测总大肠菌群。

2014 年，修订后的总大肠菌群规则作为 TCR 的修订版发布。规则的三个主要更新包括将大肠杆菌的 MCLG 和 MCL 设定为零、用总大肠菌群处理技术取代总大肠菌群的 MCLG 和 MCL，以及将监测频率更改为针对每个 PWS 的采样站点计划和时间表。地表水处理规则 (1989)。EPA 于 1989 年制定了地表水处理规则，以减少由饮用水病原体（包括军团菌、贾第鞭毛虫和隐孢子虫）引起的疾病。

该规则适用于所有使用地表水源或受地表水直接影响的地下水 (GWUDI) 的 PWS。大多数 PWS 都需要过滤和消毒来自地表水源的水，并制定了针对病毒、细菌和 G. lamblia 的 MCLG。该规则进行了许多更新，最后一次是 2006 年的长期 2 增强地表水处理规则 (LT2ESWTR)。与原始规则一样，这适用于所有使用地表水或 GWUDI 的 PWS。由于隐孢子虫对氯和氯胺具有抗性，因此该规则侧重于从源水监测中检测到的卵囊数量较多的系统中去除隐孢子虫。最后，LT2ESWTR 要求采取措施降低无盖成品水储存设施的污染风险，并要求 PWS 在减少消毒副产物形成的同时保持微生物保护。

铅和铜规则（1991年）。1991 年颁布的《铅和铜规则》（LCR）旨在帮助控制客户管道中铅和铜的浸出。铅的 AL 为 0.015 毫克/升，铜的 AL 为 1.3 毫克/升。如果超出 AL，则系统必须满足其他要求，包括水质参数监测、腐蚀控制处理、水源水监测/处理、公众教育和铅服务线更换。

2021 年，EPA 宣布修订 LCR，以更好地保护社区免受饮用水中铅的侵害。修订内容包括要求在学校和托儿所进行检测、对每个采样点检测第一升和第五升样品、教育公众了解铅服务线的位置、使用基于科学的协议寻找饮用水中的更多铅源以及完成铅服务线更换。

消毒剂和消毒副产物规则 (1998)。EPA 于 1998 年发布了第一阶段消毒剂和消毒副产物规则 (DBPR)，以解决处理过程中产生的有害副产物问题。总三卤甲烷 (TTHM) 的 MCL 为 0.080 mg/L，五卤乙酸 (HAA5) 的总和为 0.060 mg/L，亚氯酸盐为 1 mg/L，溴酸盐为 0.010 mg/L。此外，还规定了氯（4 mg/L）、氯胺（4 mg/L）和二氧化氯（0.8 mg/L）的最大消毒残留水平。该规则还要求采用总有机碳 (TOC) 处理技术，TOC 是一种消毒副产物前体材料。

第 2 阶段 DBPR 于 2006 年发布，重点是加强对 TTHM 和 HAA5 的合规性监测要求。该规则的两个主要变化是 (1) 将合规值的计算方式从系统运行年平均值更改为位置运行年平均值，以及 (2) 更改监测位置以代表最有可能形成的区域。

不受管制的污染物监测规则 (1999)。1996 年对 SDWA 的修订要求 EPA 制定标准，以制定一项计划，从每五年监测一次的多达 30 种污染物清单中收集不受管制污染物的全国发生数据。每个不受管制的污染物监测规则 (UCMR) 上的化学污染物可以分为三个清单。清单 1 中的污染物可以使用成熟且广泛使用的分析方法进行测量。清单 2 中的污染物使用仍在完善的分析方法。清单 3 中的污染物使用仍在开发中的分析方法。

UCMR 的目标是建立一个监测饮用水中观察到的优先不受管制污染物的计划。每五年，该规则都会进行更新，以根据健康参考水平 (HRL) 查看新污染物。UCMR 监测了服务人数少于 3,300 人的 PWS、服务人数为 3,300 至 10,000 人的所有小型 PWS 以及服务人数超过 10,000 人的所有大型 PWS 的代表性样本。每次调查的结果都存储在国家污染物发生数据库中。如果污染物不受 NPDWR 监管、预计会在 PWS 中发生并且可能需要根据 SDWA 进行监管，则将其选为 UCMR。

UCMR 1 在 2001 年至 2003 年期间监测了 26 种污染物。检测到的五种污染物中有三种（四氯对苯二甲酸二甲酯和甲基叔丁基醚的两种降解物）在多个位置多次被检测到。

从 2008 年到 2010 年，UCMR 2 在 PWS 中监测了 25 种污染物。有 12 种污染物至少被检测到一次。检测次数最多的污染物是 N-亚硝基二甲胺，所有检测结果均高于 HRL 0.0006 µg/L。

UCMR 3 采样发生在 2013 年至 2015 年之间，监测了 28 种化学物质和 11 种病毒和指示性微生物。检测到了一些天然存在的化学物质，但没有超过 HRL。仅在超过 1% 的水系统中发现 1,2,3-三氯丙烷、1,4-二氧六环、钒、锶和氯酸盐的浓度高于 HRL。

UCMR 4 的采样发生在 2018 年至 2020 年，监测了 30 种污染物。浓度高于 HRL 的前三种污染物包括 9.1% 的 PWS 中的 HAA5、2.1% 的锰和 1.5% 的喹啉。

目前，EPA 正在积极开展 UCMR 5 的工作，采样时间为 2023 年至 2025 年。将对样品中的 30 种污染物进行监测，重点是 29 种全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 和锂。

地下水规则 (2006)。2006 年的地下水规则旨在改善饮用水质量并防止微生物污染。该规则适用于所有使用地下水作为饮用水源的系统。地下水规则有四个组成部分。首先，系统的常规卫生调查需要评估 PWS 的八个要素并确定重大缺陷。其次，对于在总大肠菌群监测期间有阳性样本的系统，需要触发源水监测。第三，对于任何有重大缺陷（例如，位于泄漏化粪池系统附近的水井）或粪便污染的系统，都需要采取纠正措施。最后，需要进行合规性监测，以确保安装的用于处理水的处理技术可靠地实现 99.99% 的去除或灭活。

持续的挑战

如前所述，联邦法规已经建立了一个强大的系统来监测已知健康威胁的污染物。然而，美国环保署在 20 世纪 70 年代和 80 年代开发的方法的快速发展和颁布，已经形成了一个系统，在这个系统中，水质专家可能不会被咨询，新方法也不是通过共识开发的，例如通过标准方法。水行业必须能够共同努力，快速解决新兴污染物问题，开发和验证新方法，以识别水中的未知污染物（非目标分析）、降低检测限，并了解新技术或新工艺（如废水监测）如何适应。水行业在未来面临许多挑战，应该能够依靠自己的资源和专业知识来做出影响新法规的决策。

监管新兴污染物。新兴污染物一词是指已知存在于水中的任何化合物（例如水源、工厂内工艺、成品水龙头），可能对健康产生负面影响，但目前不受法律监管。随着仪器的进步和相应新方法的开发，这一科学领域正在迅速发展。监管新兴污染物的难度可能受到多种因素的影响，包括基于新技术开发和验证新方法所需的时间；开展研究以了解它们如何影响公众健康和在全国范围内的流行程度所需的时间；以及编写、审查、评论和颁布新法规所需的时间。

非靶向分析。一个快速发展的领域是非靶向分析。非靶向分析的目标是表征样品的化学成分以检测和识别未知污染物。例如，众所周知，有超过 700 万种 PFAS，而且经常会发现更多。人们普遍认为它们会对健康产生负面影响。然而，人们对 PFAS 等新兴污染物的兴趣增长如此之快，以至于没有可以检测所有污染物的标准化方法，甚至只有少数所需的分析标准可用。

需要技术进步。随着测量科学提高了我们通过非靶向分析识别未知新兴污染物的能力，我们越来越需要快速接受用于检测这些污染物的新技术。通常可以使用具有更高选择性和更高灵敏度的新仪器，这些仪器能够检测比以往更低浓度的污染物，但不允许用于环境测试，因为使用这些新技术开发共识方法要么受到 EPA 的抵制，要么正在等待 EPA 的批准。考虑到许多这些污染物分布广泛，即使这些污染物的浓度较低，污染也可能是一个严重的问题。保护公众健康和环境的步伐不应因 EPA 拒绝接受新的和改进的技术而放缓。

污水监测。污水监测并不是一项新做法，它曾用于抗击 2013 年以色列的脊髓灰质炎疫情，但由于 COVID-19 疫情，它已成为新资金来源的前沿。国疾病控制与预防中心和美国卫生与公众服务部建立了国家废水监测系统，以追踪 COVID19 的传播，许多大型供水系统都参与了采样和数据收集。然而，如果数据不可操作，那么收集数据就只是为了历史目的，而不是为了近乎实时的决策。这是一个重要的领域，目前正在标准方法中作为新方法和新实践进行评估，这将使利用分子检测和下一代测序技术快速监测污水系统的公共卫生状况成为可能。

到了20世纪60年代，水质很重要的观点越来越被广泛接受。1962年，雷切尔·卡森的《寂静的春天》一书的出版让广大读者了解了过量使用杀虫剂对环境的危害。当时,《标准方法》已经是第11版了，私人研究正在推动对水中污染物的了解，Leal和Fuller对氯化法的实施已经风靡全国。在接下来的二十年里，如图1和图2所示，环境保护局成立了，联邦立法的大规模改革塑造了我们今天所知道的产业现状。

水质监管与分析的未来

展望未来的水质法规，可以肯定的是，随着时间的推移，法规会越来越多。UCMR 将成为宝贵的数据来源，因为即使某些污染物在特定的 UCMR 周期内不被视为威胁，这并不意味着水行业的理解将保持不变。随着行业检测和量化未知物的能力不断提高，持续存在的问题将是“x 污染物是否会影响公众和环境的健康，如果是，那么什么浓度才是威胁？”在制定法规之前，应评估污染物，以寻找有意义的健康风险降低机会。

应重新考虑现行法规，例如，用大肠杆菌代替 NPDES 监测中的粪大肠菌群，用 TOC 等更实时的指标代替生化需氧量监测。正如水务专业人士于 1889 年开始研究水污染的影响并建立第一种标准化测试方法一样，保证高质量、合法数据的新标准和方法将变得更加严格和重要。虽然未来的努力必须得到联邦政府的更多支持以资助项目，但也必须继续依靠水资源专业人士的专业知识和共识，这样他们才能继续做好世界重要自然资源的管理者。

来源：原文出自AWWA的J Opflow，原文标题《OPERATORS NEED TO KNOW THE HISTORY OF US WATER QUALITY REGULATION AND ANALYSIS: PART 2》。

作者：JERRY PARR, WILLIAM LIPPS, HUNTER ADAMS, ALYSSA FERRI, STEVE ASH, AND MARK SOUTHARD

翻译：由上海《净水技术》杂志社实习编辑张龙龙翻译，汇编于，欢迎订阅。

排版：《净水技术》编辑李滨妤

审核：《净水技术》社长/执行主编阮辰旼

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