随着人口的增加、城镇化进程的加快以及气候变化对水资源可利用量的影响, 水资源短缺已成为制约经济社会发展的重要因素。到2025年, 全球将有一半以上的人口生活在缺水地区。目前, 全球约20亿人缺乏安全饮用水源。由水源污染引起的水传播疾病, 如腹泻等每年约导致50万人死亡^[1]。同时, 水环境污染和水生态破坏问题不容忽视。近年来, 我国废水排放总量持续增加, 2016年废水排放总量达711亿m³, 部分农村面源废水和工业废水未经适当处理排入江河湖泊, 导致受纳水体污染日趋严重, 水污染治理难度增大^[2,3]。根据环境保护部发布的《2016中国环境状况公报》, 全国地表水考核断面中, Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面占15.5%;全国地下水水质监测点中, 水质为较差级的观测点占比达到45.4%^[4]。据估算, 2014年天津市水生态破坏损失, 包括地下水超采引起的地面沉降经济损失及河道、水库淤积损失等总计超过25亿元^[5]。

　　 污水再生利用是缓解供水紧张和水环境问题的有效途径之一, 也是保障水资源可持续利用的重大需求。在许多情况下, 再生水可作为一种现实可靠的饮用水水源。一方面, 城市污水获取方便、水量相对稳定、受气候因素的影响较小且水源靠近主要的人口中心^[6,7];另一方面, 随着污水再生处理技术的发展, 再生水水质不断提高, 应用于补充饮用水水源的案例也持续增多。从最初1962年美国加州Montebello Forebay的再生水间接饮用 (IPR) 和1969年纳米比亚Windhoek的再生水直接饮用回用 (DPR) 项目开始, 再生水饮用回用案例已广泛扩展到非洲、亚洲、澳大利亚、欧洲和北美等世界多个国家和地区。我国国务院颁布的“水污染防治行动计划” (2015年4月) 中特别指出, 要加快开展水污染对人体健康影响、新型污染物风险评价、高品质再生水补充饮用水水源等研究, 到2020年, 缺水城市再生水利用率达到20%以上, 京津冀区域达到30%以上^[8]。

　　 鉴于再生水饮用回用水质安全保障和风险控制的重要性, 为获得优质安全的饮用水, 世界卫生组织 (WHO) 分别于1983~1984年, 1993~1997年, 2004年和2011年出版了《WHO饮用水水质准则》的第1~4版, 并于2017年发行了第4版补充版 (在第4版基础上首次补充附录) 。在《WHO饮用水水质准则》的基础上, 2017年WHO首次发布了《再生水饮用回用:安全饮用水生产指南》 (以下简称指南) ^[9,10]。该指南旨在帮助各国制定与再生水饮用回用有关的安全管理办法, 为决策者, 包括饮用水生产商、监管部门和从事环境与人体健康评价和水资源管理相关的专业人士, 提供再生水饮用回用项目规划、设计、运行、管理和系统评价等方面的指导, 保障以再生水为水源的饮用水安全。该指南主要针对再生水的有计划补给, 包括再生水直接饮用 (DPR) 和间接饮用 (IPR) , 再生水的无计划间接补给不在该指南的讨论范围内。

　　 再生水饮用回用管理应当遵循《WHO饮用水水质准则》中提出的安全饮用水框架 (见图1) ^[9,11,12], 该框架的实施是确保饮用水安全性的基础和必要条件。安全饮用水框架是一种预防性管理方法, 由基于健康的目标所构成, 通过充足且适当的管理系统 (足够的基础设施、适当的监测、有效的计划和管理) 以及独立的监督系统所建立。支持信息包括微生物、化学物、放射性和可接受性方面的指标与相关信息, 可为安全饮用水框架提供补充和建议性指导。

　　 在安全饮用水框架基础上, 再生水饮用回用管理主要针对与饮用回用相关的问题和特征, 包括识别污水中可能存在的多种化学污染物和高含量的病原微生物、污水管理、再生水深度处理、环境缓冲或人工储存单元控制措施等方面。此外, 由于再生水饮用回用的水源来自城市污水, 再生水饮用回用管理也应当参考《WHO卫生安全计划:污水与排泄物安全利用和排放指南》^[13]。

　　 污水中可能存在的高含量肠道致病菌, 为再生水的安全饮用回用带来高风险。指南中列举了污水中可能存在的病原微生物及其在污水中的浓度范围 (见表1) ^[10], 包括细菌、病毒、致病原虫 (寄生虫) 等, 并比较了病原微生物的常规检测方法。这些病原微生物最有可能的健康风险暴露途径是人体通过摄入肠道致病菌引起胃肠道疾病感染, 其他暴露途径例如吸入气溶胶或皮肤接触也可能导则疾病的发生。指南中还提到污水中可能存在的新兴致病菌、抗生素耐药菌和抗生素抗性基因等问题, 但一般来讲这些微生物在再生水饮用回用中的含量非常低。

　　 污水中存在种类繁多的化学污染物, 主要来自工业废水、商业和市政污水。指南中列举了污水中可能存在的15类化学污染物及其潜在来源 (见表2) 。污水中化学污染物浓度一般在ng/L至mg/L级别。

　　 再生水饮用回用项目化学污染物主要来自污水水源, 可通过水源污染控制、污水再生处理、再生水与饮用水混合等方法实现再生水饮用回用过程化学危害的管理^[12]。

　　 一般来讲, 污水经过再生处理后, 绝大多数化学污染物只有经过长期暴露后才会引起人们的关注, 但也有一些有害化学物经短期连续暴露就会产生影响。因此, 设置科学合理、切实可行的化学污染物基准值可对公众 (易感人群和普通人群) 健康起到保护作用。

　　 指南还提到了需进一步关注有毒蓝藻和藻毒素、再生水消毒过程中产生的消毒副产物和新兴化学污染物, 如全氟烷基和多氟烷基类物质以及纳米颗粒物。

　　 污水中还可能存在放射性污染物。指南中列举了污水中放射性污染物的种类和潜在来源。一般来讲, 再生水饮用回用过程中所涉及的处理技术和方法可有效地去除放射性污染物。

　　 此外, 指南还描述了水质感官指标和公众可接受性问题, 包括色、嗅、味、浊度、盐度和外观等指标, 涵盖了引起问题的生物和化学因素及相应问题的处理方法。

　　 针对污染物控制和水质安全保障, 指南指出应采取从再生水水源到最终饮用水输配和利用的全流程控制措施来预防危害或使危害降至可接受水平。控制措施和处理单元的具体选择可能受多种因素影响, 指南强调应采用多屏障安全保障方法来保障再生水补给饮用水的安全性, 包括源头控制 (如控制工业废水的排放和雨水的混入) 、再生水深度处理、环境缓冲或人工储存单元等一系列措施和单位。

　　 有关再生水的处理和净化, 指南描述了二级处理、土壤含水层处理 (SAT) 、高级氧化过程、活性炭吸附、膜过滤和消毒等处理方法的特点和处理效果并列举了美国、纳米比亚、新加坡、比利时、澳大利亚等国家和地区典型再生水饮用回用案例所采取的主要工艺。目前较广泛采用的处理工艺为微滤/超滤—反渗透和高级氧化的组合工艺。指南还指出应采用环境缓冲或人工储存单元作为IPR和DPR项目的重要屏障之一, 并描述了缓冲单元的结构配置和实际应用中应注意的问题。

　　 再生水饮用回用的输配环节, 应当考虑再生水与饮用水的混合位置、混合区域、水质稳定性 (如RO出水离子强度很低) 、消毒副产物前体物、管网腐蚀性、水中自然元素的迁移 (如含水层中砷和六价铬的迁移) 等潜在影响因素。

　　 为确保再生水饮用回用系统能够稳定持续可靠达到处理目标和健康保障要求, 可通过控制措施和手段的实施或联合使用 (如多屏障处理单元、备用设施、监测控制、人工储存单元等) , 增强系统的可信赖性、冗余度、鲁棒性和回弹性 (见图2) ^[9,14]。

　　 为保障控制措施的有效性, 还需对控制措施进行验证, 验证过程可通过对现有数据的评价、具体过程实施效果的评价和现场测试等方式实现。根据激发试验和运行监测数据, 指南总结了不同处理过程对病原微生物和化学污染物指示指标或替代指标的验证性去除效果。

　　 运行监测是水安全计划的核心, 它是指按照计划开展观察或测量, 来评定对再生水饮用回用系统的控制措施是否操作适当。为应对再生水饮用回用系统中可能存在的水源水量或水质大幅波动情况和相对高含量的微生物和化学污染物, 指南指出需要在再生水饮用回用系统全流程的关键控制点实施运行监测, 并建议尽量采用在线监测仪器进行数据实时监测和记录。运行监测过程需要确定监测指标、基准值 (或限制范围) 、监测频率和监测周期等信息。

　　 针对病原微生物和化学污染物的控制, 指南分别列举了不同处理过程建议选取的监测指标、监测频率、监测点和注意事项。除运行监测外, 再生水饮用回用系统的水质监测还应包括对化学污染物指标和病原指示微生物去除率效果的验证性测试, 确认水质已达到安全要求。此外, 有效的管理、文件记录和意见交流也是水安全计划的重要部分。

　　 指南还描述了再生水饮用回用项目应对应急预案和突发事件的基本框架结构和内容、管理和操作人员的管理与交流职责以及事后审查和修改程序等内容。

　　 基于健康的目标是安全饮用水框架中的重要组成部分, 目标的制定可为污水中可能存在的病原微生物、化学污染物和放射性污染物的风险评估提供基础。基于健康的目标有4种主要类别:健康结果目标 (如可容许的疾病风险水平) 、水质目标 (如化学危害的基准值) 、去除目标 (如特定病原微生物的对数去除) 和特定的技术目标 (如特定处理工艺的应用) 。再生水饮用回用的安全性评价最常采用的目标形式为去除目标和水质目标。针对病原微生物去除目标, 该指南采用《WHO饮用水水质准则》中设定的每人每年10^-6的残疾调整寿命年的可容许的疾病风险水平, 见式 (1) 。针对微量化学污染物, 该指南未设定基准值 (基准值并不是强制性的限值, 而是为国家或地区制定水质数值标准提供科学依据) 。针对常量化学污染物和放射性污染物, 基准值参考《WHO饮用水水质准则》, 该指南未设定新的指标和基准值。

　　 再生水饮用回用系统监管和相关管理条例的设置有助于进一步保障公众健康安全, 也是对供水企业质量控制功能的补充。指南指出, 再生水饮用回用系统监管应明确责任、加强水安全计划和卫生安全计划的实施和水质准则的建立、明确测试和报告要求、独立监督要求并注重结果交流和定期检查。此外, 获得公众的信任和信心是再生水饮用回用项目顺利执行的关键。公众参与计划的内容可包括信息获取、信息计划、交流策略、信息评估和案例分析等。

　　 针对再生水饮用回用过程中可能面临的新兴有毒有害化学污染物和高风险病原微生物所带来的安全保障新挑战, 指南指出目前的知识鸿沟与今后研究方向包括:

　　 (1) 探究环境缓冲单元对再生水中病原微生物浓度的影响 (如缓冲单元距离设置、稀释程度等对微生物传染性削减和灭活的影响) , 获取更多有关再生水中病原微生物浓度和传染性方面的相关信息。

　　 (2) 开发对人工储存单元有效性测试的快速测试手段或方法 (如生物测定方法) , 进一步支撑再生水健康风险评价。

　　 (3) 提升运行监测的灵敏性和可靠性, 进一步支撑膜生物反应器 (MBR) 和反渗透 (RO) 处理过程的有效性验证, 提高再生水饮用回用项目的应急预案制定和管理水平。

　　 我国水资源问题日益突出, 特别是在北方地区, 水资源短缺已成为制约社会可持续发展的主要瓶颈。再生水饮用回用是解决饮用水危机的有效方法之一, 国际上已有超过50年的研究和工程实践。我国再生水研究起步较晚, 进一步研发再生水技术、拓展再生水利用空间和途径将为我国“十三五”水回用规划的顺利实施提供坚强保证。

　　 指南的颁布和实施, 可从系统设计、工艺选择、危害识别和风险控制、监管要求等方面为我国开展再生水饮用回用研究和工程实践提供重要指导和技术支撑。