美国饮用水化学候选污染物的筛选过程

叶旌，霍立彬，章为静，聂晶磊

环境保护部固体废物与化学品管理技术中心，北京 100029

美国饮用水化学候选污染物的筛选过程

叶旌，霍立彬，章为静，聂晶磊*

环境保护部固体废物与化学品管理技术中心，北京 100029

介绍美国国家环境保护局建立饮用水化学候选污染物清单（contaminant candidate list，CCL）的总体情况。通过第3次化学候选污染物清单的建立过程，详细介绍了CCL3的建立程序和技术内容，对化学候选污染物结合健康危害和暴露程度的筛选方法和分步实施筛选的程序进行了说明，对我国确定管制化学物质的筛选工作提供了实践参考。

饮用水；化学候选污染物；筛选；程序

美国国家环境保护局（US Environmental Protection Agency，US EPA）是美国负责环境保护的联邦执法单位。水环境管理是其职能之一，该项工作由US EPA下的水办公室（Office of Water，OW）承担，其依据《安全饮用水法》（Safe Drinking Water Act，SDWA）和《清洁水法》（Clean Water Act，CWA）实施水环境管理［1-2］。由于饮用水直接入口，事关民众的身体健康，因此，US EPA在该领域投入的力量相对较大，相应的前期基础研究工作也最多，突出体现在最具有特色的饮用水候选污染物清单（contaminant candidate list，CCL）的建立上［3］。CCL的建立工作需要的技术含量高，涉及领域广，步骤复杂，信息需求量大，其技术过程和成功经验对于我国确定管制化学物质的筛选工作有重要参考意义。

1 CCL的总体情况

按1996年《安全饮用水法》修正案要求，US EPA必须定期制订并公布候选污染物清单，为下一步实施水污染物管制提供依据。CCL属于非管制污染物（unregulated contaminants），公布这些污染物并不是对这些污染物实施管制，其制订有3个目的：1）为污染物的进一步管制提供支持和依据；2）可以对CCL中的化学物质提出预警；3）提高US EPA识别最需要管制污染物的技术力量［4-6］。CCL的制订包括化学类候选污染物和微生物类候选污染物2个部分，文中只介绍化学类候选污染物的筛选工作。

目前US EPA公布并确定的CCL共有3次：第1次，1998年3月公布60种候选污染物（其中50种化学候选污染物），简称CCL1；第2次，2005年2月公布51种候选污染物（其中42种化学候选污染物），简称CCL2；第3次，2009年10月公布104种候选污染物（其中93种化学候选污染物），简称CCL3。

对于公布后的CCL，US EPA可以从清单中再挑选进行管制或者明确不实施管制。US EPA对前2次CCL均没有从中提出明确管制的物质，而是明确提出不需要管制的物质。如2003年7月18日，US EPA对CCL1中9种污染物确定不实施管制。2008年6月，US EPA对CCL2中11种污染物确定不实施管制。CCL1和CCL2建立及行动的时间进程如表1和表2所示［7-8］。

表1 第1次CCL建立的行动时间进程Table 1 CCL1 working schedule

表2 第2次CCL建立的行动时间进程Table 2 CCL2 working schedule

2 CCL3的建立程序

在总结前2次经验基础上CCL3的建立主要经过4个步骤［9］：1）建立CCL3最外围候选物的相关数据库，确定最外围化学物质（6 053种）；2）建立筛选标准，从最外围化学物质中筛选出化学物质构成CCL3的初步群，也称PCCL（532种）；3）依托强大的科学技术和调查基础，采用结构化分类方法和专家评判，从PCCL筛选评估出CCL3草案（93种）；4）公示CCL3草案和相关内容，收集各方意见进行修订，最终正式发布CCL3（104种）。

前面3个步骤主要为技术研究工作，最后一步为行政和技术工作的结合。研究工作的主要内容与流程如图1所示。

CCL的发布意味着污染物技术识别工作的结束，也意味着制订管制法规工作的开始，进入监管决定和相关文件的正式制订。后续的工作如图2所示。

图1 研究CCL的主要内容和流程Fig.1 CCL research content and flow chart

3 CCL 3建立的4步技术内容

3.1 广泛库的确定

图2 CCL制定和监管过程的各阶段Fig.2 Supervision stages after CCL established

在美国国家科学研究院（National Research Council，NRC）的支持下，其下的国家研究委员会于2001年提交了饮用水候选污染物分类考虑的报告，以指导该项工作开展［10］。在国家饮用水咨询委员会和美国自来水工程协会的协助下，US EPA初步选择了284个数据库，这些数据库涉及信息巨大，因此有必要根据相应因素对其进行评估。US EPA在评估数据库时，考虑4个因素：1）相关性，即数据库是否包括候选污染物的健康信息；2）完整性，即数据库中的数据是否有清楚的来源，这只针对数据库本身，并不针对具体的数据；3）重复性，即数据库之间是否重复；4）可检索性，即数据库是否建立了自动检索的功能。通过这4个因素，US EPA从284个数据库中确定了39个数据库用于构建候选污染物的广泛库，其中25个数据库集中于健康效应数据和存在数据（健康12个，暴露13个），其余为美国相关行业现有的物质清单，如美国食品与药物管理局的食品级物质清单，US EPA高产量化学物质清单等［11］。

数据库选择完成后，进入了化学物质的选择阶段。该阶段分2步：1）从数据库中选择合适的化学物质，得出7 720种化学物质（图3）；2）对选出的化学物质进行识别，将不适合归入的化学物质从中剔除（图4）。经此2步，确定了6 053种外围的化学物质，其集合也称CCL的广泛库，这些化学物质均具有相对完备的健康数据和存在情况的暴露数据。

图3 第1步：CCL3外围清单的数据评估和选择过程Fig.3 First step：data evaluation and selection process for chemicals

3.2 初步库的确定

该步骤是建立CCL的核心阶段，根据各化学物质的健康效应数据（health effects data）和存在数据（occurrence data elements）进行筛选。

健康效应数据可分为有剂量效应关系的数据和有风险分类的数据2类。有剂量效应关系的数据主要包括具有参考剂量（RfD），未观察到有害作用剂量（NOAEL），最低观察到有害作用剂量（LOAEL）的信息。这些数据来自于综合风险信息系统（integrated risk information system，IRIS）、危害数据资料库（hazardous substances data bank，HSDB）、有毒物质和疾病登记局毒性数据库（ATSDR toxicity profiles）中的内容。有风险分类的数据主要包括了国际癌症研究机构（IARC）以及美国国家癌症研究所（NCI）的分类结果。根据这2类数据情况，US EPA将健康效应设定为5类，分别为毒性类别1～5，毒性类别1的毒性最强，依次降低，毒性类别5毒性最低。其中，具有风险分类数据的物质只能在毒性类别1～3中划分。

图4 第2步：CCL外围清单的细化初始编制Fig.4 Second step：further refining process for the first step

对于存在数据，US EPA主要考虑4类信息：1）化学物质在终端出水（finished water）中的检出频率与浓度水平；2）化学物质在环境水体（ambient water）中的检出频率与浓度水平；3）环境总释放量；4）化学物质的生产量，如果是农药则考虑其施用量。上述4个指标体现的存在程度依次降低。

此外，US EPA于1988—1997年开展了2次非管制污染物监测项目（unregulated contaminant monitoring，UCM），对服务于500人以上的公共水系统（public water systems，PWSs）开展了监测。1996年修订的SDWA要求US EPA每5年监测收集不超过30种污染物的实际存在信息，并建立国家污染物存在 数 据 库 （nationalcontaminantoccurrence database，NCOD）。1996年后，US EPA开展了3次非管制污染物监控规则（unregulated contaminant monitoring rule，UCMR）工作，UCMR 1（2001—2005年）涉及24种化学物质，UCMR 2（2007—2011年）涉及新的25种化学物质。目前正在开展的UCMR 3（2012—2016年）对28种化学物质进行监测。这些动态更新的水体监测数据，对掌握饮用水的实际环境状态和化学物质的实际存在情况提供了基础。而美国的有毒物质释放报告（TRI）和名录更新报告（IUR）也为确定CCL的存在数据提供了大量的排放量或者产量等基础性暴露信息。

在综合了健康效应数据和存在数据2种因素后，US EPA最终确定了532种初步库（PCCL），如图5所示。值得一提的是，消毒副产物（disinfection by products，DBPs）和饮用水处理化学品（drinking water treatment chemicals）因其直接用于饮用水，因此无论其存在数据如何都直接列入CCL初步库（PCCL）。这一筛选充分体现了化学物质风险由化学物质的暴露与其危害所共同表征的思想。

图5 确定PCCL与健康效应和存在/暴露数据间的关系Fig.5 PCCL diagram between health effect and exposure data

3.3 草案库的确定

US EPA确定CCL草案库（draft CCL）时，采用原型分类模型（prototype classification model）和专家评判相结合的决策方式。该技术路线如图6所示。

CCL草案库的确定可以细分为5个步骤［12］：1）设定评估属性和评分标准，统一在PCCL中涉及的健康效应数据和存在数据，使这些来自不同数据库的数据之间具有可比性。对于健康效应数据，规范了效力和严重度；对于存在数据，规范了量级和流行性。2）建立训练样本（training data set），以便分类模型的结果尽可能符合目标要求。US EPA根据相关原则，选择了202种化学物质列为训练样本。3）训练样本评分与分类，该步主要依托专家力量，经过反复评估和修订，尽量在专家内达成一致，并建立了列入CCL（L），可能列入CCL（L？），可能不列入CCL（NL？），不列入CCL（NL）4种类别。4）模型的训练与验证，US EPA根据人工神经网络（ANNs）、分类回归树（CART）、快速无偏高效统计树（QUEST）、线性模型（LM）和多元自适应样回归（MARS）等5种模型进行模型的训练与验证，最终去除了CART和 MARS。5）模型应用及模型后续评估，将PCCL中各化学物质的信息输入第4步确定的3个模型进行分类，按模型分类后，再找专家对模型输出结果进行评估并修正模型。通过反复修正模型确定了93种化学物质的CCL草案库。

图6 构建CCL草案库的技术路线Fig.6 Technical steps of establishing draft CCL

3.4 最终库的确定

CCL最终库的确定基于CCL草案库的公开征求意见。在公开征求93种草案库中化学物质的意见，并综合了各方面的建议后，US EPA从93种化学物质中去除了2种农药（乙硫磷和除草醚），理由是基于可得数据表明，这2种农药不可能出现在饮用水源中。同时增加了10种药物，包括1个抗生素红霉素和9个激素，分别是17-α-雌二醇、17-β-雌二醇、马萘雌酮、马烯雌酮、雌三醇、雌酚酮、炔雌醇、炔雌醇甲醚和炔诺酮。这是因为有新的健康数据和存在于周围水的暴露信息显示这些化学物质有相应的风险需要注意。此外，基于有新的健康和存在数据，还增加了2种消毒副产物——溴氯甲烷和氯酸盐。基于有新的健康和在公众水体中的存在数据增加了全氟辛烷磺酸（PFOS）。最终确定公布的第3次CCL的化学物质共有104种，称为最终库［13］，其名单见表3。

表3 CCL3最终库物质清单Table 3 The list of final CCL3

（续表3）

4 CCL的工作总结

US EPA至今已经完成了3次CCL建立工作（第4次已于2012年开始），CCL3的建立积累了前2次的经验，相对比较成熟，其最终形成的报告文件内容充实而具体，是从大范围化学物质中寻找少量需要管制化学物质的经典参考文件。但由于CCL的目标性很强，故在参考时要充分理解其筛选过程中的技术考虑和饮用水管理的特点［14-15］。

此外，CCL的建立是一项十分繁复的系统性工作，其以数据为核心，结合广泛化学物质的健康数据和暴露情况进行识别。整个工作流程的设计充分体现透明和可重复性，并有专门的报告记录每一步筛选过程，体现了逐步深入细化的模式。部分数据缺失的情况需完全借助专家的力量进行补充。这项工作是管理前开展的基础性研究，集成各项已有研究的数据库信息并随时结合管理目标开展研究的重要示范。最大特点是目标导向，在大量数据的基础上配合饮用水污染物的控制，只要不可能存在于饮用水中，即使毒性高也不会纳入该候选清单。这避免了管理的盲目性，提高了管理的针对性，为后续落实管理奠定了可操作的坚实基础。可以说，CCL的建立工作充分体现了美国对化学污染物实施细化管理，分类管理，递进管理的科学性思路。研究CCL的建立机制为我国开展从现有化学物质或者危险化学品中挑选重点环境管理危险化学品提供了参考。

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［13］ US Environmental Protection Agency.EPA 815-R-09-008 CCL3 chemicals：classification PCCL to CCL［EB/OL］.（2009-08-03）［2013-10-23］.http：//water.epa.gov/scitech/drinkingwater/dws/ ccl/upload/CCL3_PCCLtoCCL_08-31-09_508.pdf.

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［15］ 宋国君，沈玉欢.美国水污染物排放许可体系研究［J］.环境与可持续发展，2006（1）：20-22.▷

Screening Procedure of Drinking Water Contaminant Candidate in US

YE Jing，HUO Li-bin，ZHANG Wei-jing，NIE Jing-lei
Solid Waste and Chemicals Management Center of Ministry of Environment Protection，Beijing 100029，China

Contaminant candidate lists（CCLs）for the drinking water that US EPA established were overviewed. The technique and procedure for CCL3 establishment were introduced in detail，and the screening methods and step-by-step implementation procedure of contaminant candidates combined with health hazard and exposure information were illustrated.The analysis can provide reference for the screening of controlled chemicals in China.

drinking water；chemical candidate pollutant；screening；procedure

X－01

A

10.3969/j.issn.1674-991X.2014.04.056

1674－991X（2014）04－0346－07

2013－10－29

环境保护公益性行业科研专项（201109037）

叶旌（1978—），女，副研究员，博士，主要从事化学品环境管理工作，yejing＠mepscc.cn

*责任作者：聂晶磊（1972—），男，副研究员，硕士，主要从事化学品环境管理工作，niejinglei＠mepscc.cn