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水环境的质量直接关系到人类的健康和生态的安全。然而,随着工业化、城市化和农业化的快速发展,水环境面临着越来越严重的污染问题。除了传统的有机物、无机物和重金属等污染物外,还出现了一些新型的污染物,如药物、个人护理用品、工业添加剂、纳米材料等,这些污染物被称为新污染物(Contaminants of Emerging Concern,CECs)。
新污染物是指一些在自然环境中不常见或不应存在的化学物质或微生物,它们具有以下特点:
来源复杂,种类繁多,包括医药品、农药、消毒剂、阻燃剂、塑料添加剂、激素、抗生素等;
地球化学行为独特,可能在水环境中发生转化、降解、吸附、富集等过程,形成新的代谢产物或转化产物;
生物毒性、环境持久性和生物累积性等特征不明确,可能对水生生物和人体健康造成潜在的急性或慢性影响;
环境监测和风险评估方法不完善,缺乏相关的标准和规范。
水质基准是指水环境中的污染物或有害因素对人群健康和水生态系统不产生有害效应的最大剂量或水平。水质基准是制定环境标准的科学依据,是生态环境质量评估和风险管控的科学基础,也是多学科交叉和国际科学前沿领域。
对于新污染物而言,由于其环境行为和生态效应尚不清楚,目前还没有相关的水质基准和标准。这就给新污染物的监测、评价和管理带来了困难。因此,开展新污染物的水质基准研究,是解决当前环境问题和挑战的迫切需要,也是促进环境地球科学发展,为清洁美丽中国和健康中国建设提供有力的科技支撑。
根据我国《淡水水生生物水质基准制定技术指南》,淡水水生生物水质基准的制定包括方案制定、数据获取、基准推导、不确定性分析、报告编制和质量保证与质量评价六个步骤。具体如下:
方案制定是指明确工作要求、确定研究对象和保护目标、选择推导方法等内容。工作要求包括研究目的、范围、内容、进度、预期成果等。研究对象是指需要制定水质基准的新污染物,可以根据其来源、用途、环境行为、生态效应等因素进行筛选和确定。保护目标是指水质基准所要保护的水生生物或水生态系统的特定功能用途,如饮用水源、养殖水域、游泳区域、生态保护区等。推导方法是指根据不同的数据类型和数量,选择合适的数学模型或统计方法,从毒性数据中推导出水质基准值。
数据获取是指收集和筛选与新污染物的环境行为和生态效应相关的数据,主要包括以下内容:
物理化学性质数据,如分子式、分子量、溶解度、沸点、熔点、蒸汽压、辛醇-水分配系数等。这些数据可以反映新污染物的基本特征和在环境介质中的迁移转化规律,为环境风险评估提供基础参数。
环境监测数据,如新污染物在不同水体中的浓度分布、变化趋势、来源和归趋等。这些数据可以反映新污染物的环境暴露水平和时空变化规律,为环境风险评估提供实际依据。
水生生物毒性数据,如新污染物对不同水生生物(如藻类、浮游动物、底栖动物、鱼类等)的急性或慢性毒性效应浓度(如LC50, EC50, NOEC, LOEC, MATC等)。这些数据可以反映新污染物对水生生态系统的潜在危害程度和敏感性差异,为环境风险评估提供效应指标。
人体健康效应数据,如新污染物对人体的暴露途径、暴露量、毒性效应和致毒机制等。这些数据可以反映新污染物对人体健康的潜在影响和风险因素,为环境风险评估提供健康指标。
数据获取的主要来源包括国内外的科学文献、数据库、标准规范等。例如,可以通过检索国内外权威的文献数据库(如Web of Science, Scopus, CNKI等),获取相关的研究论文、综述文章、专著等;可以通过访问国内外专业的数据库(如PubChem, ECHA, EPA, C&L Inventory等),获取相关的物理化学性质数据、毒性数据等;可以通过参考国内外相关的标准规范(如GB, ISO, ASTM, OECD等),获取相关的监测方法、毒性测试方法等。
数据获取应遵循相关的技术规范,并进行质量评价和可靠性分级。例如,可以通过参考《水质-水生生物急性毒性试验技术规范》(GB/T 15441-2019)和《水质-水生生物慢性毒性试验技术规范》(GB/T 15442-2019),对水生生物毒性数据进行质量控制和有效性判断;可以通过参考《化学品环境风险评估技术导则》(HJ 25.3-2014)中的可靠性分级方法,对各类数据进行可靠性评价,并给出相应的可靠性分级代码(A, B, C, D, E)。
基准推导
基准推导是指根据方案制定中选择的推导方法,利用获取的数据计算出水质基准值。根据保护目标的不同,可以分为生态系统水质基准和人体健康水质基准。
生态系统水质基准是指对水生生物及其生态功能不产生有害效应的水体中污染物或有害因素的最大剂量或水平。根据效应程度的不同,又可以分为短期水生生物水质基准(SWQC)和长期水生生物水质基准(LWQC)。SWQC是指对水生生物及其生态功能不产生急性有害效应的水体中污染物或有害因素的最大剂量或水平;LWQC是指对水生生物及其生态功能不产生慢性有害效应的水体中污染物或有害因素的最大剂量或水平。
人体健康水质基准是指对接触或饮用受污染水体的人群健康不产生有害效应的水体中污染物或有害因素的最大剂量或水平。
常用的基准推导方法有以下几种:
物种敏感度分布法(SSD法),是一种基于概率统计模型,利用多种受试物种对同一污染物的毒性数据,建立物种敏感度分布曲线,并从中确定能保护一定比例(如95%)物种的污染物浓度(HC5),作为水质基准值。
评估因子法(AF法),是一种基于单一物种对同一污染物的毒性数据,利用评估因子对毒性数据进行调整,得到水质基准值的方法。评估因子是根据毒性数据的质量和数量,以及保护目标的不同,确定的一个修正系数。一般来说,评估因子越小,数据越可靠,保护目标越宽松;评估因子越大,数据越不充分,保护目标越严格。
急慢性毒性比法(ACR法),是一种基于同一物种对同一污染物的急性和慢性毒性数据,利用急慢性毒性比(ACR)对急性毒性数据进行调整,得到水质基准值的方法。急慢性毒性比是指某一物种对某一污染物的急性毒性效应浓度(如LC50)与慢性毒性效应浓度(如NOEC)之比。一般来说,急慢性毒性比越大,表示污染物的慢性毒性越强;急慢性毒性比越小,表示污染物的慢性毒性越弱。
内外暴露风险评估模型(IEHRAM),是一种基于人体内外暴露和健康效应之间的关系,确定水质基准值的方法。内外暴露风险评估模型是指将人体内暴露剂量与健康效应阈值进行比较,计算出能保护人体健康的安全水平的模型。内外暴露风险评估模型需要考虑人体内暴露剂量的影响因素,如污染物在水体中的浓度、人体摄入水量、人体体重、生物利用度等。
不确定性分析是指对水质基准推导过程中存在的不确定因素进行识别、定量或定性描述、传播和归纳的过程。不确定因素包括数据不完整、数据变异、数据可靠性、模型适用性等。不确定性分析可以帮助评估水质基准的可信度和敏感度,为决策提供参考。
报告编制是指将水质基准推导过程和结果以规范和透明的方式呈现出来的过程。报告内容应包括以下方面:
研究目的、范围、内容和方法;
数据获取、筛选和评价;
基准推导过程和结果;
不确定性分析;
结论和建议;
参考文献。
质量保证与质量评价是指在水质基准制定过程中采取有效措施,确保数据和信息的质量和可靠性,以及推导方法和结果的科学性和合理性。质量保证与质量评价应遵循以下原则:
数据来源应具有权威性、时效性和适用性;
数据处理应符合相关技术规范和标准;
推导方法应选择最合适的模型或统计方法;
推导结果应进行必要的验证和比较;
不确定性应进行充分的分析和说明;
报告应进行专家评审和公开征求意见。
新污染物的水质基准研究是一个新兴的领域,目前还处于起步阶段,国内外的研究成果较少,存在很多挑战和问题。例如:
新污染物的种类繁多,数据缺乏,难以获取可靠的毒性和暴露信息;
新污染物的环境行为和生态效应复杂,难以确定合适的保护目标和评估因子;
新污染物的水质基准缺乏统一的制定方法和标准,难以进行比较和应用;
新污染物的水质基准受到不确定性的影响,难以评估其可信度和敏感度。
为了促进新污染物的水质基准研究的发展,可以从以下几个方面进行工作:
加强新污染物的环境监测和毒理学研究,扩大数据来源和数据量;
开展新污染物的筛选和识别,确定优先控制的新污染物清单;
发展新污染物的水质基准制定方法和技术,提高推导结果的科学性和合理性;
建立新污染物的水质基准数据库和信息平台,提高推导结果的可用性和透明度;
加强新污染物的水质基准应用和管理,提高推导结果的有效性和实用性。
目前来看,新污染物是一种具有长期、隐形高风险的环境问题,对人类健康和生态安全构成潜在威胁。制定新污染物的水质基准,是保护水环境质量、预防水环境风险、实现水资源可持续利用的重要手段。希望通过本文的介绍,能够让大家对新污染物的水质基准有一个初步的了解,并引起大家对这一领域的关注。
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