基于风险评估的水源监测方案探讨

作者:梁涛 牛晗
单位:中国城市规划设计研究院
摘要:根据基于健康影响、存在水平与去除效果建立的水源突发污染风险识别与监测管理方法,结合相关案例,从特征污染物的饮用水短期暴露健康风险因素入手开展水源风险评估,并提出了应急期和恢复期的水源水水质监测方案,可为相关地区开展水源水质监测提供支持。
关键词:水源风险评估短期暴露健康影响水质监测尾矿泄露
作者简介:作者简介:梁涛,女,1977年出生,副研究员,中国城市规划设计研究院水务院公用事业研究中心副主任,主要研究方向为城镇供排水管理。;
基金:基金:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07402002);

 

0 引言

近年来,按照《水污染防治法》《水污染防治行动计划》的要求,各地相继开展了集中式饮用水水源地环境保护行动,进一步明晰水源保护区范围、整治环境违法问题,促进了城镇集中式供水水源的风险防控和环境改善。但从全国范围来看,城镇供水水源面临的突发污染风险仍未做到全面性可防可控,一些地区供水水源安全仍然存在风险隐患,受到突发事件污染的情况时有发生。同时,由于污染风险具有触发因素多、短时破坏性强、影响范围广、社会关注度高等特点,一直是以地表水为供水水源的城镇长期以来面临的严峻问题。

“十二五”期间,水专项设立了“突发事件供水短期暴露风险与应急管控技术研究”课题(2015ZX07402002,简称“应急管控课题”),对城市供水水源风险应急管控技术开展了相关研究。本文以2020年春季发生的伊春“3.28”鹿鸣矿业尾矿砂泄露事件为例,借鉴课题成果,为本次事件受影响地区供水水源的风险评估、水质监测方案提供参考。

1 事件概况

1.1 应急响应

2020年3月28日13:40,黑龙江省伊春鹿鸣矿业有限公司钼矿尾矿库4号溢流井发生倾斜,泄漏伴有尾砂的污水253万m3,流入依吉密河,并威胁下游呼兰河水环境质量。3月29日,黑龙江省政府启动了环境应急二级响应,制定了《伊春“3·28”鹿鸣矿业尾矿砂泄漏事故环境应急监测方案》,组织对事故发生地及下游点位地表水环境质量开展监测,共设置13个监测断面。同时在依吉密河上实施“污染物控制工程”;在呼兰河上实施“污染物清洁工程”,采取絮凝沉降方法,对进入河道的污染物进行削减。

1.2 环境监测数据

根据每日公开的相关断面特征污染物监测数据,本次应急监测指标为钼、石油类和COD共3项。其中钼为本次事件的特征污染物,对3月31日~4月9日的监测数据进行跟踪,见表1。从表中可以看出,污染团随着水流下行,下游监测断面有明显出峰和过峰过程,见图1。之后由于自然稀释和应急处置等因素浓度逐渐降低,至4月9日,各断面中除事发地由于清污工程扰动钼仍然超标外,其余断面的监测浓度已基本达标或仅轻微超标。

3 应对突发污染风险的水源监测思路

发生突发性水源污染事故后,相关地区的供水单位需要密切关注水源变化。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中将水质指标分为常规指标和非常规指标、感官性状和一般性化学指标及毒理指标等,进行了分组,《城市供水水质标准》(CJ/T 206-2005)基于上述分组规定了日常开展水质检测的实施要求,其中钼作为非常规指标其在水源中检测频率为“每月不少于一次”,在突发水源污染后应急期和恢复期的水质检测如何实施没有具体规定。但对污染相关地区的供水单位而言,一方面在社会高度关注时期需要更加确保安全稳定供水,同时还要防止污染“复现”或水源水质不稳定对净水工艺造成冲击甚至破坏,因而仅以“每月不少于一次”的频率开展检测是难以满足实际需要的。综上,供水单位需要基于风险对特征污染物精准施策,进一步细化分组、科学评估,跟据评估结果确定监测点位置、监测频率、监测方式及工作机制等,在CJ/T206的基础上持续对地表水和地下水水源开展针对性监测。

表1 地表水中钼的监测超标结果(超标倍数)
Tab.1 Monitoring results of molybdenum in surface water(exceeding multiples)   

表1 地表水中钼的监测超标结果(超标倍数)

注:数据来源黑龙江省生态环境厅网站http://www.hljdep.gov.cn/。

图1 各断面水中钼的监测超标结果(超标倍数)

图1 各断面水中钼的监测超标结果(超标倍数)

Fig.1 Monitoring results of molybdenum in various cross-sections in water(exceeding multiples)

借鉴“应急管控课题”的研究成果,对供水水源可从危害程度、应对能力、影响可能性3方面开展综合研判进而评估风险。对上述3方面各选取具有代表性的一项要素纳入评估:(1)污染物的短期暴露健康效应评价结果;(2)水厂净水工艺及应急工艺条件;(3)水源位置及受影响程度。根据评估结果开展水源监测,以指导启用备用水源、实施原水预处理、调整净水工艺、发布用水公告、开展送水服务等应急处置措施。在应急期和恢复期的水质监测应根据其不同应对要求有所区别,应急期主要关注特征污染物及其降解产物、综合性表征指标、感观指标等,监测频率较高;恢复期可根据具体情况适当调整。应急水源水质监测的基本思路见图2。

图2 应急水源水质监测工作的基本思路

图2 应急水源水质监测工作的基本思路

Fig.2 The basic idea of emergency water quality monitoring

在本次评估中选择“短期暴露健康效应评价结果”作为污染物危害程度的评价要素,主要是基于以下原因:

(1)饮用水水质标准值的基本设定原则之一为“终身安全”。生活饮用水必须保证终身饮用安全。根据世界卫生组织定义,所谓“终身”是按人均寿命70岁为基数,以2L/(人·d)计算。所谓“安全”是指即使终身饮用不会对健康产生危害。根据上述安全性原则,我国现行的饮用水水质标准中各类指标限值的安全性主要基于保证流行病学安全、保证化学物质和放射性物质安全和保证水的感官性状良好。对于大部分水质指标,保证化学物质和放射性物质安全主要基于慢性中毒及潜在的远期危害(致癌、致畸、致突变)。当然也有少数指标如硝酸盐,考虑到婴幼儿是变性血红蛋白血症的敏感人群,其限值是基于短期健康影响设定的[1]

(2)对供水行业还需要从风险管控出发关注短期安全浓度。但是,按照上述原则设定的指标限值,对于绝大多数毒理学指标是依据其慢性、长期、终生暴露毒理学试验结果确定的,没有区分污染物不同暴露时长的健康效应。我国的饮用水卫生标准中也没有提供短期饮水的安全浓度,在发生突发性或短时饮水问题时对于健康影响程度缺乏科学的评判依据[2]。对于供水行业,之前曾经出现由于水源出现突发污染停止取水、供水后被认为“响应过度”的情况,主要是由于突发事态下,对特征污染物的健康影响评价只能采用慢性、长期影响的限值进行评估,缺少短期影响、风险控制的考虑。

对此类问题,美国已制定了与饮用水国家标准相配套的短期暴露健康参考值,供政府、企业和公众参考[3]。短期暴露健康影响时间可分为“一日”、“十日”、“三十日”等,其中供水行业关注的重点是“十日饮水安全浓度”,即“在连续10d饮水条件下,不会对健康造成不良影响的某种污染物的上限浓度”[4]。这主要是由于2个方面原因:一是更短时间的供水影响一般会通过改变饮水方式如应急送水或改用瓶装水解决,更长时间则可能会采用更换水源或对净水工艺进行较大调整等措施解决,饮用水水质已发生根本性变化,特征污染物的影响也就不复存在了;二是根据长期以来对水源突发污染对供水的影响案例分析,多数案例在一周之内得到解决供水可恢复正常,因此出于偏安全考虑采用十日饮水安全浓度。以本次伊春尾矿泄露事件为例,3月28日事件发生,至4月8日特征污染物在各断面的监测浓度已接近或符合标准限值,4月9日和10日仅事发地监测点受清污工程扰动影响超标,但浓度也由最高峰的超标16.3倍降低到3倍左右,风险明显降低;4月11日起全部监测点均符合标准要求。

4 本次事件特征污染物风险评估

4.1 评估方法

“应急管控课题”研究并建立了水源中各类水质指标的风险评估方法,钼属于毒理学指标,对毒理学指标的评估方法见表2。风险等级可划分为高、较高、中度和较低四级[5]

4.2 短期健康风险(10d)评估

本次污染的主要特征污染物为钼(molybdenum),元素符号为Mo。钼是一种人体必需的微量元素,成年人每日所需摄入量约为0.1~0.3 mg。钼在饮用水中的浓度通常低于0.01mg/L。国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer,IARC)没有对钼进行分组,USEPA将钼分为“D组,不列为人类致癌物”。钼的急性毒性为:LD506.1mg/kg(大鼠经口)。在相关水质标准中钼的标准值见表3。

表2 水源中毒理学水质指标风险评估
Tab.2 Risk assessment of water quality indicators of water toxicology   

表2 水源中毒理学水质指标风险评估

表3 相关水质标准中钼的限值
Tab.3 Limits of molybdenum in relevant water quality standards   

表3 相关水质标准中钼的限值

对于人通过饮水暴露钼的健康影响,终生暴露的健康效应表现为尿酸增加、产生类痛风症状。世界卫生组织第4版《饮水卫生准则》中指出,由于钼在饮用水中浓度很低,因此认为没有必要为其设定正式的准则值[5]。根据“应急管控课题”的研究成果,钼通过饮水暴露的10d的健康参考值(HA)为0.08mg/L。

4.3 净水工艺去除能力

目前,我国城镇供水厂普遍不具备应对突发水源污染的去除能力,深度处理净水工艺也仅能应对常态下部分超标的污染物,一般水厂处理设施在设计中对水源突发性污染造成的超标污染物一般未留有重组的处理能力余量。在“十一五”期间,针对可能影响供水安全的常见污染物,清华大学等单位通过研究实践已经初步建立了城市供水系统应急技术体系,主要包括5类应急净水技术[6]。对于金属和类金属污染物主要采用化学沉淀技术。水中的钼通常以MoO42-的形态存在,适用于铁盐混凝剂吸附去除。但《城市供水系统应急净水技术指导手册》(第二版)中也指出,对含钼污水,投加混凝剂的处理能力有限,不能通过单极混凝沉淀有效去除,必须经过多级混凝沉淀,为此只依赖水厂应对高浓度含钼污水时不能满足去除要求,还需要从河道稀释等方面考虑[7]。因此,即使下游供水企业具备相关应急处理工艺,能够发挥的作用也很有限,对于钼的去除更多应依靠源头减量。

4.4 水源位置及影响范围分析

本次事件发生后,主要影响市县为依吉密河流域的包括铁力市、绥化市和安庆县。其中铁力市共有3座水厂,一水厂为地表水源水厂,水源地为依吉密水源地,受影响最大,于3月29日21∶30停止取水,并启动了水源更换改造工程;二水厂为地下水源,正常供水;三水厂为应急备用水厂,也为地下水源,在应急期启用后正常供水。绥化市共有2座水厂,均以地下水为水源,供水未受影响。庆安县使用地下水水源,供水未受影响。

4.5 评估结果

参考上述评估方法,钼的饮用水短期暴露健康风险(10d)为0.8 mg/L,《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)限值0.7mg/L,比值为1.1,且常规净水工艺难以去除,因此本次事件中以地表水为水源的城市风险评估结果为“高”,以地下水为水源的城市根据含水层水力条件确定其风险评估结果为“较高”或“中等”。供水单位可据此在CJ/T 206的基础上持续对地表水和地下水水源实施针对性监测。

5 水源特征污染物监测方案

5.1 监测原则

(1)信息共享原则。从课题调研情况看,绝大多数供水企业并不掌握其水源上游受影响范围内的风险污染源分布情况与发生特征,仅依赖自身在取水口及附近一定范围开展的水质监测无论从监测频率到监测指标都难以具有针对性,无法及时捕捉突发风险。但对于城市供水系统,从发现突发污染到启动应急取水、调水、净水、供水方案需要一定研判后才能确定,假如供水企业启动应急预案时间不足,就有可能在仓促之下将临时停止取水供水作为应对措施,对社会稳定运行造成影响。因此在第一时间获取污染信息是供水企业有效应对、尽量降低影响的重要前提,对取水口上游至污染事发地中的处置动态、影响程度、流量流速、含水层信息、水质监测数据等信息应通过信息共享机制从生态环境部门、水利部门、国土资源部门等相关单位获取。

(2)全面性原则。本次事件的应急期主要对依吉密河和呼兰河设置监测断面开展水质监测,但同时注意到周边部分市县采用地下水为水源,虽然在应急期地下水受到的影响可能较小,但也应予以关注。在长期开采地下水的地区可能形成降落漏斗,地下水位下降时特别是低于地表水水位时,水位坡度加大,地表水可通过含水层渗入补充地下水。以位于本次事发地下游的绥化市为例,绥化市以地下水作为供水水源。根据相关研究,绥化市区地下水开采漏斗影响范围约180km2,2007年以来一直处于一般超采状态,2011年漏斗中心在绥化市自来水公司[8]。绥化市分布在松花江、呼兰河及其支流的河谷漫滩的地下水位埋藏较浅,一般小于3m,以大气降水及丰水期河水补给为主。地下水与河水互相补排,丰水期河水补给地下水,枯水期地下水补给河水[9,10]。目前呼兰河仍处于春季枯水期,但之后的恢复期正值呼兰河融冰和夏汛等水量变化较大的时期,呼兰河对地下水的补给量也随之变化,因此应加强对绥化市地下水水质的监测,特别应密切关注饮用水源的水质变化。

(3)动态性原则。监测指标应根据不同风险污染物各自的发生条件和规律及时调整,对于风险高发时期应特别予以关注,并适当增加监测指标。对于本次事件,钼为主要特征污染物,根据省生态环境部门的监测数据,部分断面的COD和石油类2项指标也阶段性发生超标,因此应纳入特征污染物监测范围。

同时,考虑到污染事态的不确定性及对污染发展的认识逐步深入,结合各地监测能力状况,监测水平较高的地区还可增加部分能够充分表征其水质风险特点或具有关联的综合性指标开展监测,一旦发现异常波动应立即对可能存在的相关指标开展监测,进一步确定特征污染物。

5.2 监测实施方案

根据上述原则,对本次事件的特征污染物及相关指标钼、石油类和COD,应跟踪其在公共供水水源中的浓度变化,在事件应急期和恢复期开展针对性监测,监测方案见表4。其余指标应按照相关标准要求的频次进行监测,发现异常时应随时调整。

表4 水源中钼、石油类和COD监测方案
Tab.4 Molybdenum,petroleum and COD monitoring schemes in water sources   

表4 水源中钼、石油类和COD监测方案

6 小结

针对目前全国城镇供水行业存在日常检测频次和突发性原水污染风险监测不匹配等共性问题,根据相关研究建立的基于健康影响、存在水平与去除效果的水源突发污染风险识别与监测管理方法,将饮用水短期暴露健康风险因素纳入水源风险评估,可显著提升现有水源水水质监测项目和频次的针对性,为有效进行水源水质风险监管提供支持。

作者图片

 

梁涛

 

 

Discussion on water source monitoring scheme based on risk assessment
Liang Tao Niu Han
(China Academy of Urban Planning and Design)
Abstract: Based on the health impact,existence level and removal effect,the water pollution risk identification and monitoring management method was established.Combines relevant cases,this paper carried out water source risk assessment from the short-term health risk factors of drinking water exposure of characteristic pollutants and proposes.The water quality of water source monitoring program during the emergency period and recovery period can provide support for water quality monitoring in relevant areas.
Keywords: Water source; Risk assessment; Short-term exposure to health effects; Water quality monitoring; Tailing leakage;
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