新污染物的调查监测需求分析

新污染物的调查监测需求分析

王燕飞，蒋京呈 * ，林军 #

生态环境部固体废物与化学品管理技术中心,北京 100029

摘要： 从新污染物治理的角度,研究不同国家和地区在污染物调查监测中的通行做法,梳理我国已有基础,系统分析新污染物治理中的监测类型分层划分依据、监测目标物质来源、监测布点及信息基础、环境介质的相关性选择原则以及监测频次等,提出可以服务新污染物筛查、评估和管控的监测需求,为开展新污染物调查监测提供支撑。

关键词： 新污染物;筛查;评估;管控;调查监测

新污染物的主要来源是生产使用的有毒有害化学物质。全球最大化学信息数据库(CAS)登记的化学品超过1亿种,当前能商品化应用的化学品超过4 000万种,《中国现有化学物质名录》中的化学物质超过4.6万种。化学物质种类多,数量大,对环境与人体健康的危害程度不同,产生的环境与健康风险也不同。基于化学物质的危害与暴露情况进行环境风险筛查与评估,逐步聚焦确定重点管控对象,可以为新污染物治理提供有力的技术支撑。

开展化学物质调查监测,掌握化学物质的环境赋存情况,是科学评估环境风险,精准识别具有较大环境风险新污染物的重要手段。日本以1973年《化学物质审查与生产控制法》(简称《化审法》)的发布为契机,开始系统构建服务于化学物质风险评估的调查监测体系 [1] 。随着对地表水、地下水中的新污染物关注度不断提高,美国的多部法规授权美国环境保护局(US EPA)和各州处理全氟和多氟烷基化合物(PFAS)等特定新污染物 [2] ,其中,基于1996年《安全饮用水法》(Safe Drinking Water Act, SDWA)及其修正案的要求,US EPA发布了未受管控污染物监测项目(Unregulated Contaminant Monitoring Rule, UCMR),为供水商提供未受管控污染物清单,以通过监测确定未受管控的污染物在饮用水中的检出频率和检出浓度 [3] 。欧盟具有代表性的监测体系是在《水框架指令》(Water Framework Directive, WFD)下的水体监测 [4] ,此外,欧盟委员会还资助了新兴环境物质监测的参考实验室、研究中心和相关组织网络(Network of Reference Laboratories, Research Centres and Related Organisations for Monitoring of Emerging Environmental Substances, NORMAN),以促进新兴环境物质的信息交流,当前,NORMAN的重要研究方向就是环境中的新污染物监测 [5] 。我国已有研究中对发达国家和地区生态环境监测发展经历、监测体系进行了分析,并从宏观层面提出了对我国生态环境监测的启示 [6] 。

本文充分围绕新污染物治理的“筛查”“评估”“管控”需求,分析研究日本、欧盟、美国等国家或地区关于污染物监测的技术体系,尤其是监测类型的分层划分依据,监测项目来源,监测布点的信息基础以及环境介质的相关性选择原则等,并梳理分析我国已有的相关基础和可服务于区域尺度及局部尺度环境质量监测系列标准,提出可以支撑开展新污染物“筛、评、控”的调查监测需求,可以为开展新污染物调查监测提供有效支持。

1 国内外污染物监测体系分析(Analysis of pollutant monitoring system at home and abroad)

1.1 日本化学物质环境状况调查

日本从发布《化审法》以来,开始监测一般环境中化学物质残留,以有效制定化学物质管控措施。从1979年开始,日本开展了以10年为期的2次化学物质环境安全综合监测调查,第1次调查的化学物质约2 000种,第2次调查的物质约1 100种。为了应对化学物质环境形势的变化和相关政策问题,日本还对历次调查进行了审查,并重新规划调查体系。除了对《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的履约需求,还用于满足不同环境管理要求下的化学物质或污染物的环境风险评估或管控(图1)。

图1 相关管理政策下的化学物质调查需求 Fig. 1 Survey requests arising from chemicals related policies

根据2020年最新修订的《化学物质环境状况调查实施指南》 [7] ,日本环境状况调查体系中有3种监测类型,按照监测的目标化学物质不同划分层次,包括初期环境调查(Initial Environmental Survey)、详细环境调查(Detailed Environmental Survey)、环境监测(Environmental Monitoring)。初期环境调查的目标化学物质范围相对较广,主要针对预计有较高环境浓度的化学物质,目的是收集基本数据以确定暴露的可能性;详细环境调查主要目标是优先评估化学物质,目的是获得全国暴露评估信息;监控调查主要针对《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的管控化学物质和拟增列化学物质,目的是掌握逐年的环境残留水平变化(图2)。

图2 2020年度日本化学品环境调查监测示意图 Fig. 2 Schematic of Environmental Survey and Monitoring of Chemicals in Japan in 2020

3种监测类型涉及的监测区域及点位不同,详细环境调查的监测区域覆盖范围最广。日本在化学物质环境状况调查中引入“一般环境”的概念,主要是指不包括特定排放源附近(如工厂或工作场所的场地边界和排放口)的区域。初期环境调查的监测区域选择一般环境中预计具有高浓度的区域,水和沉积物的采样点位基本布设在排放源下游;详细环境调查的监测区域选择全国各地区有代表性的一般环境,包括不考虑排放源的一般环境、考虑排放源的一般环境和存在风险的一般环境,水和沉积物的采样主要也是在排放源下游进行;监控调查监测主要在一般环境中的已有监测点位进行连续监测,采样点一般固定不变。日本是一个弧形岛国,但在进行水体采样点位选择时,重点考虑水体置换量小的水域,例如湖泊、海湾、内海或河流等封闭水域,更容易反应水域内化学物质的使用状况。

自1974—2020年,日本共对1 497种化学物质开展过环境状况调查监测 [8] ,监测介质主要涵盖表水、沉积物和大气,考虑到化学物质的生物累积性,还进行环境生物体、食品的检测,此外,还包括少量雨水、室内空气样本的检测。不同样本中的化学物质检出率达61%,食品中的检出率最高(表1)。化学物质环境调查的监测结果在暴露评估中是用于说明环境赋存水平的重要实测数据,调查监测结果还会用于环境风险管理。

表1 化学物质环境调查检出状况(1974—2020年) Table 1 Stocktaking of the detection in the environmental survey and monitoring of chemicals (1974—2020)

1.2 欧盟水框架指令下污染物监测

欧盟WFD规定,应通过进行地表水分析,评估水体不符合环境质量目标的可能性,判断应开展的水环境监测类型,制定灵活的监测计划,以分析流域内的生态和化学物质状况,在每个流域内建立一个连贯且全面的水体状态分布图,为水环境管理提供依据(图3)。在水污染物治理方面,欧盟WFD旨在促进逐步减少有害物质向水中的排放,最终目的是消除“优先有害物质”(priority hazardous substances)。其中,开展地表水分析时,需要进行流域内人为影响的识别,即对流域内城市、工业和农业等设施与活动的点源污染与面源污染进行分析,关注WFD附件污染物指示性清单中化学物质在流域内的排放 [4] 。

图3 欧盟水框架指令下的水体分析与监测 Fig. 3 Identifying and monitoring of surface water in EU Water Framework Directive

根据欧盟WFD的监测技术指南 [9] ,欧盟的地表水监测体系中有3种监测类型,包括调查型监测(surveillance monitoring)、合规监测(operational monitoring)和研究型监测(investigative monitoring),监测项目包括但不限于化学污染物。调查型监测的目的:(1)为了补充和验证根据WFD条款5对地表水的表征与影响评估的程序;(2)高效地设计随后的监测方案;(3)评估自然条件的长期变化;(4)评估因广泛的人类活动导致的长期变化,调查型监测结果可用于确定当前和后续流域管理计划中监测方案的需求。合规监测的目的:(1)确定可能不满足环境质量目标的水体;(2)评估此类水体的环境变化状况。研究型监测则仅在必要时开展,(1)对于经监督监测发现环境质量不达标,且未开展运行监测的水体,分析环境质量不达标原因;(2)对于事故污染,确定其污染程度和影响,以制定实现环境质量目标的措施计划或意外污染的补救措施。

WFD的3种监测类型内在联系如图3所示。其中,合规监测的监测点位选择与化学污染物密切相关,对我国新污染物调查监测有一定借鉴价值。对于存在环境质量标准的优先清单物质(WFD附录10),合规监测的点位布设应涵盖所有可能不满足环境质量目标的水体,以及优先清单中化学物质的受纳水体;对于没有环境质量标准的优先清单物质,监测点位的布设除了需包括因水文条件存在潜在风险的水体,还有2种类型:(1)因点源排放存在潜在风险的水体,如果有多个点源存在,可作为整体进行综合考虑;(2)因面源排放存在潜在风险的水体。其中,对城市、工业、农业和其他设施和活动涉及的重大点源,根据关于城市废水处理 [10] 和污染综合防治 [11] 2条指令收集相关污染资料;对于重大面源污染,则主要根据农业源硝酸盐的水污染防护 [12] 、植物保护产品市场投放 [13] 及杀菌剂产品市场投放 [14] 的3条欧盟理事会指令收集相关污染资料。

WFD的监测介质以水、沉积物和生物体为主,主要根据辛醇水分配系数( K ow )、生物放大因子(BMF)和生物富集因子(BCF)进行判断。NORMAN作为欧盟WFD的政策技术支持机构,其对水和沉积物的监测介质相关性的判断更加全面 [15] ,可以使用逸度模型,与 K ow 、有机碳吸附系数( K oc )和溶解度进行相互印证,但NORMAN对监测介质的判别未涉及生物累积性指标,判别标准如表2所示。

表2 介质相关性判别标准 Table 2 The cut-off values applied for check of the relevant matrix

1.3 美国饮用水中未受管控污染物监测及数据应用

美国的清洁水法和饮用水法中均涉及对新污染物的管理要求 [2] ,具有代表性的新污染物监测项目是未受管控污染物监测项目UCMR。根据美国SDWA要求,US EPA应为饮用水中未受管控的污染物制定监测计划,以提供数据,用于确定污染物的检出频率、检测浓度,以便进一步分析和研究潜在的人体健康影响。SDWA还要求US EPA每5年发布一次饮用水的污染物候选清单(Contaminant Candidate List, CCL),以确定未来可能会监管的物质。CCL的筛选有一套严格的工作流程 [16] (图4),需要基于健康效应指标和污染物的赋存指标,其中,UCMR的监测数据可以作为CCL赋存指标的数据支撑。UCMR监测的污染物如果具有高检出频率和检出浓度水平,可能会被列入CCL;而CCL会对污染物进一步监测或者为可能的监管设定优先级,因此,可以发现UCMR和CCL会出现污染物的重叠,而且污染物不限于化学物质。2021年底,US EPA发布了第5批UCMR(UCMR5),PFAS类化学物质也被建议纳入了UCMR5,进行全国范围的饮用水监测;2022年10月,US EPA签发了第5批CCL(CCL5)。

图4 第5批饮用水污染物候选清单筛选程序 注:HRLs表示健康参考水平,CCL表示污染物候选清单,fHQs表示最终危害商。 Fig. 4 Screening procedures for the fifth Contaminant Candidate List Note: HRLs means health reference level; CCL means contaminant candidate list; fHQs means final hazard quotient.

虽然UCMR仅限于对饮用水的监测,但监测点位涉及不同类型的饮用水水源地,监测频率根据地表水、地下水的不同有所区别,对我国开展相同类型环境介质监测有借鉴意义。US EPA要求对于地表水、受地表水直接影响的地下水以及前述2种情形的混合点位,应按季度进行采样。例如,如果第1个样本在1月采集,则第2个样本在4月采集,第3个样本在7月采集,第4个样本在10月采集;而对于地下水点位,一年应进行2次采样,例如,如果第1个样本在4月采集,则第2个样本在9月、10月或11月采集。虽然收到过降低采样频率的建议,但是US EPA认为,过少的采样频率会影响数据完整性,导致数据不足,不能满足支撑监管决策的需求。

1.4 中国新污染物监测基础

我国发布的《新污染物治理行动方案》 [17] 中要求建立新污染物环境调查监测制度。其中,新污染物监测主要依托现有生态环境监测网络,监测的区域以重点地区、重点行业和典型工业园区为主开展试点监测。虽然当前我国新污染物监测工作基础和能力相对薄弱,监测技术体系尚未健全,但也已具备一定基础。

监测项目方面,我国目前主要针对已纳入常规管理的污染物进行监测,但有少数持久性有机污染物、挥发性有机污染物已发布行业监测标准,抗生素、内分泌干扰物和全氟化合物等部分新污染物的监测标准已开始制定。生态环境监测网络方面,我国已组织建成覆盖所有建制区县的国家、省、市、县4级环境质量监测网络,国家层面的城市环境空气自动监测站1 734个,地表水监测断面3 641个,地下水监测点位1 912个,土壤监测点位22 427个;省级层面的地表水监测断面5 115个。

此外,在监测区域及布点方面,我国已发布了系列环境质量监测标准和针对生产使用设施的环境影响评价系列技术标准(表3),还为不同行业排污单位的自行监测制定系列指南文件,虽然已有标准是为了规范对地表水、地下水、环境空气和各类土壤的质量监测,以及评价建设项目污染物对环境的影响,但是,从新污染物调查监测的角度,环境质量监测标准可以为区域尺度及局部尺度的监测布点提供原则性指导,而排污单位作为潜在的排放点源,标准中对其周边环境质量影响的监测布点及监测频率等要求也可以为开展污染源周边局部尺度的加密监测提供方法学参考。

表3 区域尺度及局部尺度环境质量监测相关代表性标准 Table 3 Representative standards for environmental quality monitoring at regional and local scales

2 我国新污染物治理监测需求分析(Analysis of monitoring requirements for controlling of new pollutants)

为落实新污染物治理工作,有效建立新污染物环境调查监测体系,首先应明确定位,清晰需求。在调研国际通行做法的基础上,结合我国新污染物治理要求,从监测指标、区域及点位、介质和频次等角度分析新污染物调查监测需求。

2.1 新污染物治理工作中监测的定位

根据《新污染物治理行动方案》,需要通过调查监测获取可以支撑开展化学物质风险筛查、评估和管控所需的环境端暴露数据,因此,调查监测需围绕新污染物治理“筛、评、控”的风险管控体系,对应设置3个层次。第1类是筛查监测,目的是从“高关注、高产(用)量、高环境检出率、分散式用途的化学物质”中筛选并“动态制定化学物质环境风险优先评估计划”,需要以一般环境的环境检出率、环境检出浓度等指标为主开展风险筛查。第2类是评估监测,为“科学评估环境风险”并“动态制定优先控制化学品名录”,需要以局部尺度和区域尺度的代表性环境监测浓度等指标为主,开展服务风险评估的暴露评估。第3类是管控监测,为评估“优先控制化学品名录”“重点管控新污染物清单”的管控措施落实效果,需要以相对固定点位上的环境监测浓度变化趋势为主的指标,开展评估管控的成效。

2.2 新污染物治理调查监测需求分析

2.2.1 监测项目

从筛查监测到管控监测,是从环境端逐步聚焦监测目标的过程。第1类筛查监测的目标化学物质一方面是根据我国已发布的《优先评估化学物质筛选技术导则》 [18] ,从我国现有的化学物质中重点筛选属于持久性、生物累积性和毒性(PBT)或高持久性和高生物累积性(vPvB)化学物质,具有致癌、致突变或生殖毒性(CMR类)化学物质,同时具有持久性和毒性(PT)或同时具有生物累积性和毒性(BT)的化学物质,应优先关注的其他危害性高的化学物质,已经有证据表明存在环境暴露的化学物质,或是应优先关注的具有潜在环境暴露的化学物质;另一方面,由于新污染物种类繁多、来源广泛,适宜应用非靶向监测方法,直接从环境端筛查发现存在环境暴露的化学物质。第2类评估监测宜重点聚焦拟优先开展环境风险评估的化学物质,我国生态环境部于2022年7月份向社会公开征集第一批化学物质环境风险优先评估计划建议,预计于2022年底发布第一批优先评估计划。第3类筛查监测目标以管控类化学物质为主,我国已经发布2批《优先控制化学品》名录,第1批重点管控新污染物清单已于2022年9月向社会公开征求意见,并于11月29日通过生态环境部部务会审议,即将发布。

根据新污染物治理行动的进展情况,具体监测项目每年会有所不同,应统筹结合化学物质的生产使用、危害、风险和管理等具体情况进行合理性调整。

2.2.2 监测区域和点位

新污染物的3种监测类型与日本的化学物质环境状况调查监测类型有相似之处。根据新污染物治理行动方案要求,调查监测应依托现有生态环境监测网络开展。

第1类筛查监测的监测区域应选择最有可能存在环境暴露的重点流域或重点区域(例如:化学物质生产、使用或排放量大或者分布集中的区域),其中,地表水及沉积物监测点位应根据重点行业企业、典型工业园区、污水处理厂的排污口信息,选择江河、湖泊、水库和渠道等受纳水体的能反映其水污染状况的断面(如控制断面、靠近饮用水水源地等敏感区域的关心断面)。

第2类评估监测用于评估化学物质在区域尺度和局部尺度的环境暴露水平,原则上,监测区域应选择全国范围具有代表性的流域或区域,监测点位的选择应兼顾在排放源附近、不在排放源附近,例如,地表水及沉积物的监测点位可选择在受纳水体的调查断面、对照断面、消减断面、排污口断面和靠近饮用水水源地等敏感区域的关心断面等。为更准确地掌握局部尺度化学物质环境暴露程度,可在排放源附近开展加密监测,排放源附近的布点需要有排污口信息、化学物质详细信息调查数据的支撑。

第3类管控监测,原则上应选择相对固定的背景点,以及根据风险评估结论,存在不合理环境风险的代表性点位。背景点的选择可参考履约成效评估监测的背景点位,代表性点位的选择理论上需根据排污口信息、化学物质详细信息调查数据确定。

2.2.3 监测介质

环境介质的选择可综合参考欧盟WFD、NORMAN以及加拿大开展其国内化学物质分类时的介质选择原则 [19] ,优先根据化学物质的熔点、蒸气压、水溶解度、辛醇-水分配系数(log  K ow )、有机碳吸附系数(log  K oc )以及环境半衰期等参数,应用多介质分布预测模型,预测化学物质在不同环境介质的分布比例。选择具有一定环境分布比例的环境介质为监测介质。监测介质重点考虑通过模型预测环境分布比例超过5%的环境介质。对于无法根据模型预测环境分布的化学物质,根据化学物质的理化与归趋特性,选择建议监测的环境介质。

生物体监测的选择原则可参照我国新化学物质登记申报指南要求 [20] ,根据BCF是否超过2 000以及log  K ow 是否超过4.5,作为化学物质是否具有生物累积性的判断标准,对于具有生物累积性的化学物质,开展生物体监测。

2.2.4 监测频次

我国环境影响评价系列技术标准和排污单位自行监测系列技术指南中,对周边环境质量的监测频率均有明确要求,例如涉水重点排污单位地表水每年丰、平、枯水期至少各监测1次;涉气重点排污单位空气质量每半年至少监测1次;涉重金属、难降解类有机污染物等重点排污单位土壤、地下水每年至少监测1次等。

新污染物调查监测频次建议参考我国已有系列标准和技术导则,并结合实际,地表水每年监测2次,分别在枯水期和丰水期开展;土壤、沉积物和生物体监测可每年监测1次;大气监测可取不利季节进行监测,或者视情1年多次监测,以体现季节性。

3 讨论(Discussion)

制定国家层面的新污染物专项环境调查监测工作方案须在新污染物治理行动方案的顶层设计下,充分了解新污染物治理中化学物质筛查、评估和管控的业务需求,分别从服务发现问题、分析问题和解决问题的角度,分阶段、分步骤设计调查监测任务,使调查监测数据可以有效支撑新污染物治理工作。建立新污染物环境调查监测体系还需要整体谋划,按照一体化调查监测理念,充分研究并结合国家生态环境监测方案中已有的常规监测、专项监测等,设计提出总体架构,既做到补足缺失监测指标,又避免指标重复监测,例如,已淘汰的持久性有机污染物,可以依托现有的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》履约成效评估获取环境监测数据。在重点地区、重点行业和典型工业园区开展新污染物环境调查监测试点必须坚持上下联动,以国家层面的新污染物环境调查监测工作方案为指导,结合地方经验,统筹地方试点监测资源,体现布局差异化,实现合理覆盖、精准监测。新污染物多数是未纳入常规管理的污染物,其调查监测技术难度大,对监测能力要求高,积极建立新污染物环境调查监测制度,是切实有效支撑我国新污染物治理,服务生态环境管理的重要保障。