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发布时间:2020-07-18 02:51:22

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作者:贾瑞宝、孙韶华 等编著

出版社:化学工业出版社

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城市供水水质检测技术

城市供水水质检测技术试读:

前言

随着我国工业化进程的快速推进及经济社会的迅猛发展,水源污染日益严重,水质突发污染事件屡禁不止。我国90%城市地下水源受到严重污染,50%以上地表水源水质无法达到饮用要求。另一方面,我国饮用水净化和输配技术设施相对落后,水质监测预警及应急能力不足,供水水质安全隐患突出。目前,我国有3.2亿农村人口和近1亿城市人口饮水不合格,严重威胁着城乡居民的人体健康,饮用水安全保障形势不容乐观。

本书针对我国饮用水水质检测技术落后、检测方法烦琐低效、检测标准不健全等现状,以作者近几年在水质检测技术方面的主要工作成果为基础,结合国内外该领域相关的研究进展,系统地介绍了多层次饮用水水质检测关键技术,以期为从事环境监测特别是水质监测的技术人员、科研人员提供参考与指导。

本书共分5章:第1章阐述了我国饮用水安全现状,介绍了国内外水质标准的发展历程,分析了我国水质检测技术方法存在的问题;第2章从方法原理、仪器装置、应用现状及发展趋势等方面系统介绍了适用于水样前处理的各类前处理技术,主要包括液液萃取法、固相萃取法、在线固相萃取法、固相微萃取法、吹扫捕集法、加速溶剂萃取法等;第3章详细介绍了适合于不同种类污染物检测的各类高通量检测技术及其应用,即气相色谱法、液相色谱法、色谱-质谱联用法、离子色谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体发射光谱-质谱法,对各类方法的适用范围、原理、应用进行了全面介绍;第4章阐述了个体水平(鱼类急性毒性检测技术)、细胞水平(发光细菌毒性检测技术、化学诱导荧光素酶表达生物分析方法)、DNA水平(SOS/umu检测技术、微核测定技术、单细胞凝胶电泳技术、Ames技术)的生物/毒理检测技术及其应用发展;第5章结合作者的科研成果,全面介绍了针对不同检测指标的在线监测、快速检测技术及其研究进展。

本书由贾瑞宝、孙韶华等编著。各章节编著分工如下:第1章由贾瑞宝、辛晓东、王明泉编著;第2章由孙韶华、孙莉、辛晓东、姚振兴编著;第3章由辛晓东、孙莉、孙韶华编著;第4章由姚振兴、张诺、孙莉、辛晓东编著;第5章由贾瑞宝、马中雨、李玲玲、陈发明编著。

本书的出版得到了国家水体污染控制与治理科技重大专项饮用水主题山东项目、山东省“饮用水安全保障”泰山学者岗位建设工程和济南市优秀创新团队的资助。

编著者在编著过程中注意吸取国内外许多有关专著的优点并参考了大量文献资料,因而使本书编著的系统、内容和形式都具有自己的风格和特色。

饮用水水质检测方法涉及面广,限于编著者的专业和文字水平,对诸多问题的认识还不够深刻,难免存在疏漏和不足之处,敬请读者批评指正。编著者2013年4月

1 绪论

水是人类赖以生存和发展的物质基础,饮水安全则是影响人体健康和国计民生的重大问题。近年来,水质污染事件频繁发生,饮水安全和卫生问题引起了全球的关注,饮水安全已成为全球性的重大战略性问题。世界卫生组织的调查表明,在发展中国家,有80%疾病是因为饮用了不卫生的水而引起并传播的,每年大约有2000万人死于饮用不卫生的水,饮水安全问题严重地威胁着人类生命。

饮用水安全问题关系到广大人民群众的生命健康和社会的和谐稳定,党中央和国务院对饮用水安全问题的重视程度越来越高,2006年颁布了新版《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)并于2007年7月1日起实施。新国标对水质提出了更加全面、严格的要求,标准补充了农药、微生物指标、消毒剂、放射性指标等71项指标,指标数量由35项(GB 5749—1985)增至106项。为满足新国标的检测需求,保障城镇供水安全,亟须弥补当前我国检测技术方法的不足,建立全面高效、高灵敏度、高通量、高选择性的水质检测技术。

1.1 饮用水安全现状

随着我国工业化、城镇化进程的快速推进和经济社会的快速发展,水资源开发利用程度不断加大,水体污染日益严重,水源水质不断下降。与此同时,饮用水的净水处理、输配送技术相对落后,水质监测监管不到位,供水管网末梢水质不达标现象明显增加,供水系统各个环节存在的安全隐患,已经严重威胁到城乡居民的饮用水安全。根据有关部门的调查统计,按1985年的《生活饮用水卫生标准》的35项指标评价,目前全国有3.2亿农村人口和近1亿城市人口的饮水不合格。如果按照2006年颁布的新的《生活饮用水卫生标准》,不合格饮用水的影响人数将可能增加1倍。饮用水安全问题关系到广大人民群众的健康、生命安全和社会的和谐稳定,党中央和国务院对饮用水安全高度重视。

1.1.1 水源污染严重

随着我国工业化、城镇化进程快速推进和经济社会的快速发展,水环境污染日益严重。根据2012年《中国环境状况公报》,长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西北诸河和西南诸河等十大流域的国控断面中,Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为68.9%、20.9%和10.2%。主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和高锰酸盐指数。其中,西南诸河、西北诸河水质优,长江、珠江、浙闽片河流水质良好,松花江、黄河为轻度污染,海河、辽河、淮河为中度污染(见图1-1)。图1-1 2012年我国十大水系水质类别比例

2012年,62个国控重点湖泊(水库)中,Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的湖泊(水库)比例分别为61.3%、27.4%和11.3%。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。

除密云水库和班公错外,其他60个湖泊(水库)开展了营养状态监测。其中,4个为中度富营养状态,占6.7%;11个为轻度富营养状态,占18.3%;37个为中营养状态,占61.7%;8个为贫营养状态,占13.3%(见表1-1)。表1-1 2012年重点湖库水质类别

重点引水水利工程中,三峡库区水质良好。监测的3个国控断面均为Ⅲ类水质。南水北调(东线)长江取水口夹江三江营断面为Ⅲ类水质。输水干线京杭运河里运河段、宝应运河段、宿迁运河段、鲁南运河段和韩庄运河段均为Ⅲ类水质;梁济运河段为Ⅳ类水质。洪泽湖湖体为Ⅴ类水质,主要污染指标为总磷;营养状态为轻度富营养状态。骆马湖湖体为Ⅲ类水质,营养状态为中营养状态。汇入骆马湖的沂河为Ⅲ类水质。南四湖湖体为Ⅳ类水质,主要污染指标为总磷和化学需氧量;营养状态为轻度富营养状态。汇入南四湖的11条河流中,老运河(济宁)和洸府河为劣Ⅴ类水质,洙赵新河为Ⅴ类水质,泗河、白马河、老运河微山段、西支河、东渔河和洙水河为Ⅳ类水质,沿河和城郭河为Ⅲ类水质。东平湖湖体为Ⅲ类水质,营养状态为中营养状态。汇入东平湖的大汶河为Ⅲ类水质。南水北调(中线)中,丹江口水库总体为Ⅱ类水质,营养状态为中营养状态。入丹江口水库的9条支流中,汉江、金钱河、天河、堵河、官山河、丹江、淇河和老灌河水质均为优,浪河水质良好。南水北调(中线)取水口陶岔断面为Ⅱ类水质。

2011年,全国共200个城市开展了地下水水质监测;共计4727个监测点。优良-良好-较好水质的监测点比例为45.0%,较差-极差水质的监测点比例为55.0%。

地下水污染情况也不容乐观。2012年,全国198个地市级行政区开展了地下水水质监测,监测点总数为4929个,其中国家级监测点800个。依据《地下水质量标准》(GB/T 14848—93),综合评价结果为水质呈优良级的监测点580个,占全部监测点的11.8%;水质呈良好级的监测点1348个,占27.3%;水质呈较好级的监测点176个,占3.6%;水质呈较差级的监测点1999个,占40.5%;水质呈极差级的监测点826个,占16.8%(见图1-2)。主要超标指标为铁、锰、氟化物、“三氮”(亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氨氮)、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物等,个别监测点存在重(类)金属超标现象。图1-2 2012年地下水监测点水质类别比例

1.1.1.1 生活污染

生活污水是指居民在日常生活中产生的废水,包括厕所粪尿、洗衣洗澡水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐场所的排水等。人类生活过程中产生的污水,是水体的主要污染源之一。目前,我国城市的生活污水中有很多污水未经处理直接排入河流,这些污水进入河流后容易引发水体富营养化、水质污染进而对饮用水的安全构成威胁。

生活污水中含有大量有机物,如纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等;也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵;无机盐类,如氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐、钠、钾、钙、镁等。主要特点是氮、硫、磷含量高,在厌氧细菌作用下,易生恶臭物质。2011年,全国城镇排放的生活污水中,COD排放量为938.2万吨,氨氮为147.6万吨。城镇生活污水排放系数和人均排污指标呈现出由北向南、由西向东增加的趋势。

生活垃圾也是主要的生活污染源。现今生活垃圾的无害化处理率仅为2%~5%,其余未经任何处理就直接露天堆放,导致地下水硬度的提高和硝酸根含量的增加。垃圾堆放场可改变水-土系统的氧化还原条件,导致地下水中有害离子浓度增高;而且垃圾堆放场是一个适宜各种微生物繁殖的环境,这些微生物对氮化物及铁、锰、铜、铅、锌、镉、铬等无机元素和有机物的迁移、富集有较大影响。

1.1.1.2 农业污染

农业污水是指农作物栽培、牲畜饲养、农产品加工等过程中排出的、影响人体健康和环境质量的污水或液态物质。其来源主要有农田径流、饲养场污水、农产品加工污水。污水中含有各种病原体、悬浮物、化肥、农药、不溶解固体物和盐分等。农业污水数量大、影响面广。污水中氮、磷等营养元素进入河流、湖泊、内海等水域,可引起富营养化;农药、病原体和其他有毒物质能污染饮用水源,危害人体健康;造成大范围的土壤污染,破坏生态系统平衡。

我国是农业大国,农药和化肥的生产使用量位居世界前列,养殖业也处于快速发展阶段。农药、化肥和动物的粪便中含有大量氮和磷,这些物质进入水中后很容易使得水体发生富营养化,水质恶化。农业生产中使用大量的化肥和农药,且呈逐年上升趋势。残留在土壤中的农药、化肥随雨水流失或随灌溉水进入各类水体,造成面源污染。对太湖、巢湖、滇池三大湖泊富营养化成因的分析表明,造成水体富营养化的污染源主要来自生活污水和农田的氮磷流失,二者对总氮、总磷的贡献率占84%~90%。农村的畜禽养殖、水产鱼类养殖产生的污水往往未经处理就直接排放,严重地污染了水资源。特别是畜禽养殖业废水浓度很高、恶臭严重并含有多种微生物(如细菌、病原真菌),若人体接触到这些微生物,则易感染上各种疾病。

1.1.1.3 工业污染

工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。工业废水造成的污染主要有有机需氧物质污染、化学毒物污染、无机固体悬浮物污染、重金属污染、酸污染、碱污染、植物营养物质污染、热污染、病原体污染等。随着工业的迅速发展,废水的种类和数量迅猛增加,对水体的污染也日趋广泛和严重,威胁人类的健康和安全。

工业污染的特点是毒性大、成分复杂、不易净化。长期以来我国经济一直是粗放式增长,地方政府片面追求经济发展,做大区域GDP,盲目引进高污染、高排放企业,使得地区环境污染日益严重,水质迅速恶化。而某些企业的偷排偷放行为使得水源污染问题更加严重。

工业废水由于各种工厂的工艺过程、使用原料、用水成分不同,因此工业废的水质差异很大。大部分工业废水会对水生生物和人体健康造成直接的危害。工业废水造成的污染主要有有机需氧物质污染、化学毒物污染、无机固体悬浮物污染、重金属污染等。

1.1.2 净化工艺落后

常规净水工艺即传统净水工艺,在我国水处理中广泛应用。常规净水工艺系统主要由混凝、沉淀、过滤和消毒等组成,以降低浊度、去除病原体为主要目的。混凝、沉淀工艺主要去除水中悬浮物和胶体物质。该过程对水中难溶物和胶态有机物等去除率很高,但对溶解性有机物去除率却很低。由于难以有效地去除水中有机物污染物,常规净水工艺系统只适用于一般比较清洁的原水处理,如果水源水被污染,则处理效果将很不理想。主要表现在以下3个方面:a.水中有机污染物大多是带负电荷的化合物,它们的存在使水的Zeta电位升高,要保证一定的出水水质,需要投加过量的混凝剂和氯,从而增加了水处理成本,同时有机污染物还可在氯化消毒过程中生成更加有害的物质;b.现有的常规净水系统对有机物的去除率一般为20%~50%,对氨氮的去除率为15%左右,出水中有机物含量仍然很高,并且其中某些有机物具有致癌性;c.有机污染物在输水管网中被管壁上附着的微生物所利用,这些微生物相较于一般的微生物具有更大的危害性,在出水管网中形成非生物稳定的水,具有“三致”特性(致畸、致癌、致突变)。而生物过滤法用于净水工艺可脱除天然有机物中的那些生物可降解部分,可用来控制消毒副产物的产生以及微生物的再繁殖等。传统的饮用水净化方法,只适用于处理未受严重污染的水源。随着水源污染的加剧,传统的净水工艺无法彻底去除水中的污染物。

2007年7月1日,经我国国家标准化管理委员会和卫生部联合修订的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)正式实施。指标由原标准的35项增至106项,增加了71项。标准规定全部指标最迟于2012年7月1日实施。但截止至2011年5月底,全国2290座水厂中达到《生活饮用水卫生标准》106项指标达标的水厂仅有405座,达标形势不容乐观。

2010年8~10月,住建部城市供水水质监测中心对全国20个省104个城镇的284个水厂进行了调研:284个水厂中采用常规处理工艺(混凝、过滤、消毒)的水厂272个,采用深度处理工艺的水厂6个,采用简单处理工艺(仅过滤或仅过滤消毒)水厂3个,另外有3个水厂常规处理工艺和深度处理工艺同时运行。由此可见,我国绝大部分水厂仍然以常规处理工艺为主,水处理工艺相对落后。

在被评估的总共284个水厂出厂水水样中,有51个水厂出厂水样品不合格,合格率为82%。不合格的水样集中在安徽、福建、广东、贵州、河南、黑龙江、湖北、湖南、吉林、江苏、山东、上海市等省市。在不合格的水样中,有92.2%来自采用常规处理工艺的水厂。272个常规处理工艺水厂中,原水和出厂水均不合格的水厂[原水合格指达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)对Ⅲ类水体的要求]共有25个,主要集中在上海、湖北、湖南、广东、黑龙江、江苏等地区,原水中超标物主要是铁、锰、高锰酸盐指数、氨氮、汞等物质,出厂水中超标物质主要是浊度、氨氮、高锰酸盐指数、锰、铝等物质;原水不合格而出厂水合格的水厂共有93个,主要集中在湖南、湖北、福建、江苏、重庆、浙江、广东、江西、黑龙江、上海等地,原水中超标物质主要是铁、锰、铅、汞、高锰酸盐指数、铊等;原水合格而出厂水不合格的水厂共有20个,主要集中在湖北、湖南、河南、黑龙江、吉林等地,出厂水中主要不合格指标是浊度、余氯、高锰酸盐指数、氨氮、三氯乙醛等。

参加评估的284个水厂的绝大部分指标低于标准限值,在评估指标中,有21项指标存在不同程度的不合格现象,超标指标分别有浊度、氨氮、高锰酸盐指数、铝、铊等。目前我国水厂出厂水不达标还主要集中在浊度、氨氮、高锰酸盐指数等指标。此外,个别水厂对金属、臭和味、色度的处理能力有限,有些水厂在消毒过程中用药量或用药种类不妥导致消毒副产物超标。

目前,较为先进的深度处理技术有:预氧化、生物活性炭吸附和强化混凝等方法。净水水厂的工艺改造有以下几种方法:a.增加深度处理构筑物,如活性炭吸附技术、臭氧-活性炭联用技术等;b.增加预处理构筑物,如生物预处理等;c.在现有工艺基础上改造,如强化混凝、强化过滤、优化消毒等;d.综合采用上述几种技术。先进的深度处理技术也只能从一定程度上提高供水水质的安全。

1.1.3 管网二次污染

在净水水厂经过处理后,出厂水各项指标均已达到国家标准。饮用水在输配水管网中会受管道腐蚀、结垢、末端管网余氯量不足等方面因素的影响,使得水质发生劣化,形成管网水质二次污染。

20世纪70年代,美国及荷兰的研究人员发现,水加氯后引起一系列的副产物,先后发现了700多种有机化合物,其中21种具有致癌性,从而引起了对消毒剂和消毒副产物的重视。1991年1月,拉丁美洲霍乱大流行,130万人生病,1.2万人死亡,主要原因之一是氯的副产物不断形成导致消毒能力削弱甚至完全丧失,而使各种微生物在管网中滋生繁殖。1993年4月,美国密尔沃基市供水系统发生隐孢子虫事故,使该市超过150万居民感染,40.3万人生病,4400人住院,近百人死亡,其主要原因是管网水中浊度偏高。

我国供水管网系统的二次污染现状也不容乐观。据20世纪90年代不完全统计,我国有将近79%的人正在饮用二次污染水,其中7亿人饮用大肠杆菌污染水,1.7亿人饮用高氟水,8000万人饮用有机物含量相当高的水。由此可见,自来水二次污染非常广泛。近年来,由于其造成的传染性疾病,如介水传染病、水型地方病、化学中毒等也在不断发生,严重地危害着人们的健康和安全。

2003年,美国的IWA年会报告中指出给水管网中出现的各种水质问题将是21世纪面临的一大难题。饮用水在输水、储水系统中遭受二次污染直接影响了城市市民的生命安全。据调查饮用水在城镇供水系统中,在老化和锈蚀的管道发生水质劣化约占32%,在水池(箱)等二次加压供水系统发生劣化的占68%。部分城市的实测资料表明:净水厂出水经供水管网和二次供水设施后水质合格率下降了10%~60%。

城市供水管网及配套设施是城市基础设施的重要组成部分。供水管网建设是一个长期的建设过程。目前我国各城市都在快速的发展之中,地方政府对地块开发强度空前巨大,城市的面积迅速扩张,越来越多的乡村土地被划入到城区范围之内。这就使得供水需求也在急剧增加,而新规划的供水系统尚未建设到位,导致现行的供水主管道超负荷运转,造成管道锈蚀严重、爆管事件频发进而影响了饮用水的水质。

目前我国661个城市的供水管网共计39.38万千米,其中灰口铸铁管等材质低劣的管网占68%,部分供水管网尤其是老城区的管网长期超限运行,6%的管网使用年限超过50年,改造需求达5万千米。供水管网老化破损使得水质化学稳定性和水质生物稳定性下降,导致了比较严重和普遍的二次污染。由净水厂流经管网到水龙头时,水质合格率大幅下降。据建设部(现住建部)对36个重点城市的实际监测,管网水水质合格率比出厂水平均下降了10%,超标指标主要是浑浊度、色度、微生物、消毒副产物、铁等。据对184个城市的不完全统计,2000~2003年因各类管网事故造成的局部停水达4324次,其中相当数量的停水事故是由于水质二次污染。各城市尚有不少高层水箱和蓄水池,近两年由创建国家卫生城市时形成的每年清洗消毒水箱工作和相关管理制度不能落实,水质安全得不到保证。

饮用水安全问题已引起了人们的高度关注,给供水行业带来了更大的挑战。我国已经认识到了供水安全的重要性,制定了一系列相关的法律、法规以保护水资源、保障饮水安全。对供水系统全流程实施水质监控、对突发性水质风险进行准确预警,是城市供水实行精细化管理和提高供水应急能力的基础,是建立健全饮用水安全保障体系的关键环节,也是各级政府应当履行的一项公共服务职责。

1.2 水质标准发展历程

饮水安全是影响人体健康和国计民生的重大问题,保障饮水安全、维护人的健康生命是当前经济社会发展对水利工作的第一需要。而饮用水水质标准是评价饮用水质量优劣程度和供水企业供水水质好坏程度的尺度,也是卫生、水利、城建等部门和相关行业、单位进行水质与卫生管理、监督执法的基础依据。

由于水与人类健康密切相关,因此,饮水的每个环节其安全质量要素都必须严格控制。为有效地监测和控制饮水的安全质量要素,世界卫生组织(WHO),欧盟,美国、日本等发达国家以及我国政府都先后颁布或制定了适合区域特色或各国国情的饮用水水质(卫生)标准(准则/指令/规范)。目前,世界上最具代表性的饮用水水质标准有三部:WHO的《饮用水水质准则》、欧盟(EU)的《饮用水水质指令》及美国环保局(USEPA)的《国家饮用水水质标准》。虽然三者在制定目的、原则和应用范围上有所不同,但它们具有共同的控制指标21项,多属毒理性较强物质,并都将有机物作为重点控制指标。我国从1955年起也开始了水质标准制定的探讨,现已进行了七次修改,水质指标从最初的16项已经扩充至106项,指标范围涉及感官及化学指标、毒理学指标、细菌学指标、放射性指标及消毒剂指标等。

1.2.1 国际水质标准的发展

饮用水的安全性对人体健康至关重要。世界有很多国家制定了不同的饮用水水质标准。国际上主要的水质标准是世界卫生组织(WHO)制定并颁发的《饮用水水质准则》(以下称“准则”),另外,国际上比较有影响的水质标准还有《欧共体饮水指令》(EC Directive)和《美国安全饮用水法案》(Safe Drinking Water Act),其他国家或地区的饮用水标准大都以这三种标准为基础或重要参考来制订本国国家标准。如东南亚的越南、泰国、马来西亚、印度尼西亚、菲律宾、中国香港,以及南美的巴西、阿根廷,还有南非、匈牙利和捷克等国家都是采用WHO的饮用水标准;欧洲的法国、德国、英国(英格兰和威尔士、苏格兰)等欧盟成员国和中国澳门则均以EU指令为指导;而其他一些国家如澳大利亚、加拿大、俄罗斯、日本同时参考WHO、EU、USEPA标准。

1.2.1.1 WHO标准

2011年7月4日世界卫生组织在新加坡发布了第四版的《饮用水水质准则》。“准则”较第三版根据科研进展进行了不少更新,包括制定了关于新出现的污染物的准则值。它还首次收入一些有价值的建议,涵盖从雨水收集、储存到政府决策的各个层面,甚至还有与全球气候变化相关的内容。这个版本的“准则”通过建立以健康为基础的目标,输配水到用户的饮用水安全计划和独立的监督机制,详细阐述了风险识别和风险管理的实施办法。对比之前的几版,第四版明确地阐述了针对收入较低、收入中等和高收入国家应实施的各种不同措施。目的是在过度城市化、水源缺乏和气候变化等背景下,防止不安全饮用水引发的健康风险。“准则”呼吁世界各国和地区政府转变思路,以预防为主,加强饮用水质量管理,降低饮用水遭污染的风险。

第四版“准则”共12章,分为四个部分,第一部分为总体介绍的第1、2章,介绍了“准则”主要考虑的因素,涉水相关部门及机构和消费者对安全饮用水管理所扮演的角色和职责;第二部分为安全饮用水框架,包括第3~第5章,涵盖了总体框架布局介绍,基于健康的水质目标确定,水安全计划及如何进行监督;第三部分为特殊情况下如何保障饮用水安全及应用“准则”,涉及气候变化、雨水收集、脱盐淡化、医疗机构、飞机船舶、紧急状态等;第四部分为支持性资料,即具体的微生物、化学物、放射性及可接受性等指标的具体介绍,占“准则”篇幅的3/4。

微生物方面,“准则”共评估了19种致病菌,7种病毒,11种致病原虫(寄生虫),也对有毒蓝藻和蓝藻毒素进行了关注,同时对8类微生物安全质量的指示生物的应用进行了阐述。“准则”共评估了187种化学物,其中25种不大可能在饮用水中出现的农药认为不需要建立准则值;72种因现有数据不足或饮用水中不大可能出现对人体健康产生危害的浓度水平而没有建立准则值的化学物;以及已经建立了准则值的化学物90项。放射性方面就辐射来源及危害、筛查和检测程序,饮用水中常见核素的指导值,普遍含有的天然放射性核素氡的相关问题,具体放射性核素的分析方法和补救措施,特别是新增问题出现后如何与公众就放射性风险进行沟通的内容。可接受性主要指臭味和外观,涵盖了引起问题的生物和化学因素,及臭味问题的处理。

1.2.1.2 欧盟标准

欧盟由25个发达国家组成,经济富裕,生活水平高,因此它们的生活水质标准应具有一定的代表性。欧盟生活水质标准共56项,分为五类。其中感官指标3项,物理化学指标18项,生物指标3项,不良或有毒物28项,微生物指标4项。在指标量值方面规定有最大值、最小值和建议值三种。欧盟的生活水质标准与美国的相比,主要差别在于项目分类、项目成分及指标量值。项目名称相同、量值相同的仅8项;项目名称相同、但量值不同的有18项,其中有5项高于美国,13项低于美国。其余项目(名称)、成分均不同。在项目总数中,有机物6项,无机物为37项。可见,欧盟的生活水质标准尽管在项目数量上与美国相当、在指标量值上略低于美国,但有机物数量太少。世界卫生组织的生活水质标准,基本上与欧盟的一致,在项目名称、数量、分类方面均相同,仅在量值方面有5项不同,其中,4项高于欧盟标准、1项低于欧盟标准。

1.2.1.3 美国标准

美国是世界上最早制定生活水质标准的国家之一。从1914年开始制定,当时的标准只有两项。到1986年,先后进行过6次修订,每次修订后标准项目都大幅增加。1974年美国还制定了《安全饮水法》,此后又制定了《国家暂行饮用水基本规则》,以保证生活水质标准的执行和实施。1986年又制定了《饮用水标准修正规则》,使生活水质标准的修订形成一种制度,每三年修订一次。美国现行生活水质标准共有52项。分为两大类,即美国国家一级饮用水规程,是法定强制性的标准;国家二级饮用水规程,为非强制性准则,其中各项指标又分为有机物、无机物、放射性核素及微生物四小类。总标准中有机物27项,无机物18项,放射性3项,感官指标及pH指标2项,微生物(细菌)指标2项。在《安全饮用水法》中,美国强调开展进行水中各种成分对人体健康影响的研究,然后再根据研究结果对生活水质标准再进行修订。到目前为止,通过研究,生活水质标准中一些项目的量值降低了,还有少数项目的标准量值提高了。如原标准中氟化物为2mg/L、硒为0.001mg/L,现标准中修定为氟化物4mg/L,硒为0.05mg/L等。还有一些原来的项目被去掉了,如钠、锌;一些新的项目又被列入,如苯乙烯、乙苯、亚硝酸盐等。

1.2.1.4 日本标准

日本卫生部于1955年7月首次颁布了日本饮用水水质标准。之后先后于1957年、1959年对此标准进行了两次修改。于1985年颁布了包括微生物学指标、无机物及感官性项目等26个指标在内的饮用水水质国家标准。此标准一直沿用到1992年。在1985年到1992年期间内,颁布了几次临时标准。日本厚生省于1992年12月21日公布了新修订的生活饮用水水质标准(厚生省令第69号)。1993年对其进行了大规模的修改,并于1993年12月1日正式施行。新标准包括46项基本水质指标,其中铅29项是与人体健康有关的指标,以保证饮用水的安全性和可靠性。后17项是生活饮用水所必须具有的性状指标,以满足人们对饮用水感官上的要求及给水设施管理上的要求。此外,还包括13项快适水质项目和26项水质监视项目。快适水质项目是作为水质管理的目标而设定的,以求饮用水舒适爽口。水质监视项目是为进一步保证生活饮用水的远期安全可靠性而制定的。

1998年进行了标准修订,增加了铀和亚硝酸盐氮两个监测项目,1999年增加了苯达松、卡巴呋喃等四种除草剂和二英监测项目,2000年又重新修改了水质标准,主要增加了监视性项目,从1992年的26项增加到了35项。其中包括了两种与代替氯气消毒剂(二氧化氯、亚氯酸离子)有关的项目及4种农药等。2004年,检测标准又进行了新的修订,包括50项基准项目和27项年水质管理项目,水质管理目标不仅要求保证各检测项目达标,而且要求各自来水公司根据自身存在的问题积极改善其现有处理工艺,并积极采用实用的深度净水技术。

1.2.1.5 加拿大标准

加拿大现行饮用水水质标准为第六版加拿大饮用水水质指导。该标准中包括微生物学指标、理化指标和放射性指标,共139项,其中最有特点的是该标准中规定的放射性指标有29项之多。上述指标值是基于危险管理概念制定的,并包括以下几个严格的步骤:确认、评价、定值、核准和标准的颁布和公布。在此过程中,很重要的一步是由加拿大卫生部对人体由饮用水中吸收某种物质对人体所造成的健康危险进行科学的评估,并推荐出适合的指标值。

1.2.1.6 法国标准

法国现行饮用水水质标准(95-368),主要参照欧共体80/778/EC指令而制定,它是在《法国生活饮用水水质标准》(89-6)的基础上,经过1990年、1991年和1995年修订而成。大部分指标值采用的是EC标准的最大允许浓度值,有的指标要求高于EC的标准(如色度、浊度等),并增加了农药和氧化副产物等项目。标准中微生物学指标较全面,分别为耐热大肠菌、粪型链球菌、亚硫酸盐还原梭菌、沙门氏菌、致病葡萄球菌、粪型噬菌体、肠道病毒,这7项指标并不包含在EC最新饮水指令中。标准(95-368)与(89-3)相比,增加了多环芳烃,细化了氟化物的规定。

1.2.1.7 德国标准

德国现行饮用水水质标准共43项。该标准包含在饮用水及食品企业用水条例中。该条例对在饮用水处理中可以使用的药剂也做了明确的规定,包括允许投加浓度、处理后的极限值等。此外,对各种指标的检验范围与频率也有明确的规定。

1.2.1.8 澳大利亚标准

澳大利亚现行饮用水水质标准(1996)综合了WHO、EEC和USEPA三大标准,包括微生物指标、不规则检测微生物项目指标、物理学指标、无机化学物质指标、有机消毒副产物指标、其他有机化合物指标、农药、饮用水中的放射性指标,总共248项,其中有些项目未列出指标值。该标准考虑项目全面,特别是微生物学项目分为细菌、原生动物、病毒和毒藻等几类,共有22项,农药也列出了多达121项。在确定指标值时,不仅考虑了所列项目可能对健康、设备管道的影响,还考虑到人们感官上的要求,分列了健康指标值和感官指标。

1.2.1.9 俄罗斯标准

俄罗斯的水质标准独具特色,其现行标准(1996年版)比1982版增加了数十项指标,指标值比WHO要求的更高(如汞,WHO的指标值为0.001mg/L,俄罗斯要求为0.0005mg/L),而且列出了47项感官性参数,其中的碲、钐、铷、铋、过氧化氢、剩余臭氧等指标项目在其他国家的水质标准中未曾出现。

1.2.1.10 其他标准

东南亚国家和南美一些国家的饮用水标准是以世界卫生组织水质准则为基础制订的,代表一般发展中国家水平。如马来西亚于1990年10月修订的国家水质标准,分别列出了原水和饮用水水质标准及检测频率。其中原水的检测频率因水源而异分为三类,以便选择合适的处理工艺,使出厂水达到饮用水水质标准。该标准参考了WHO《饮用水水质准则》,某些指标值还参考了英国、加拿大和澳大利亚的标准,指标项目较为完整。巴西和阿根廷基本上是以WHO《饮用水水质准则》1984年第一版为参考,但其根据本国的国情,考虑气候、用水总量和水源等条件做了一些调整。如在氟化物指标的规定上,并未采用WHO的标准,巴西是要求依据每日最高气温而推荐的氟化物值应该符合现行法规;阿根廷则专门列表,分六个温度段,分别列出了上下限值。

匈牙利、捷克等东欧国家,虽已提出加入欧盟的申请,但它们的水质标准相当一部分是在此之前制订的,所以它们并没有以EC指令为标准框架。如匈牙利和捷克都是使用1989年制订的《饮用水水质标准》,从项目和指标值来看,很大程度是以WHO(1984年)《饮用水水质准则》为参考制订的,但有些指标比WHO要求更加严格,他们对嗅和味都做了稀释倍数上的量化规定;捷克的标准中微生物及生物指标有9项,较WHO的标准还多列了7项,如粪型链球菌、无色菖蒲等,且指标值分为MLV(最大限定值)、LV(限定值)、IV(指标值)和RV(推荐值)四种,以适应将来的水质提高。

1.2.2 我国水质标准的发展

上海是我国最早制定地方性饮用水标准的城市之一,《上海市饮用水清洁标准》于1928年10月修订公布。1954年我国卫生部拟订了一个自来水水质暂行标准草案,有16项指标,于1955年5月在北京、天津、上海等十二个大城市试行,这是新中国成立后最早的一部管理生活饮用水的技术法规。五十多年来,生活饮用水卫生标准颁布了7次,从开始的16项指标增加到106项,每次标准的修改制定都增加了水质检验项目和提高了水质标准。在此期间,国家还先后颁布了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)、《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)和《生活饮用水水源水质标准》(CJ 3020—93)等饮用水水源标准,对供水的源头水质进行控制。标准种类的不断丰富、检测指标的不断增加,检测指标重点从简单污染物的控制向复杂有机污染物控制转变,这些变化表明了我国的水质监测技术在不断进步,国家对饮用水安全的重视程度不断加强。

1.2.2.1 水源水质标准

目前,我国饮用水水源水质评价标准分别是《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)、《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)和《生活饮用水水源水质标准》(CJ 3020—93),其中《生活饮用水水源水质标准》(CJ 3020—93)对生活饮用水水源水质作了专门规定,是迄今为止我国唯一一部专门针对水源水的专业水质标准。此外,《城市供水水质标准》(CJ/T 206—2005)和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)也规定了生活饮用水水源水质应符合《地表水环境质量标准》和《地下水质量标准》的要求。《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)是评价我国地表水环境质量状况的基本依据,该标准按照地表水环境功能分类和保护目标,规定了水环境质量应控制的项目和限值,以及水质评价、水质项目的分析方法和标准的实施与监督。《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)规定了地下水的质量分类、地下水质量检测、评价方法和地下水质量保护,是地下水勘察评价、开发利用和监督管理的依据。《生活饮用水水源水质标准》(CJ 3020—93)主要是作为生活饮用水净化设施生产工艺的参考标准。从总体上看,目前我国关于饮用水水源水质标准还不完善。

1.2.2.2 供水水质标准

上海是我国最早制定地方性饮用水标准的城市之一,于1928年10月修订公布了《上海市饮用水清洁标准》。1950年上海市人民政府颁布了《上海市自来水水质标准》。《自来水水质暂行标准》是新中国成立后的第一部国家颁布的管理生活饮用水的技术法规,其监控的水质指标共15项:透明度、色度、臭和味、细菌总数、总大肠菌群、剩余氯、总硬度、氟化物、铅、砷、铜、锌、酚、总铁、pH值。先由卫生部发布,于1955年5月首先在京、津、沪等12个城市试行。而后经国家建设委员会和卫生部共同审查批准,于1956年12月1日起在全国实施。

1959年11月1日开始,实行由建筑工程部和卫生部批准发布的《生活饮用水卫生规程》。其中水质的监测指标由原来的15项增加到17项,即去掉了透明度,增加了浑浊度、大肠菌值、不得含有肉眼可见的水生生物及令人厌恶的物质的规定。

1976年12月1日起试行由国家建设委员会和卫生部批准的《生活饮用水卫生标准》(TJ 20—76)(试行)。其水质检验指标又由原17项增至23项,即去掉1项大肠菌值,新增7项指标为:锰、阴离子合成洗涤剂、氰化物、硒、汞、镉和铬(六价)。遗憾的是此“试行”标准,竟一直试行了9年,终未见有正本标准出台。

1985年由卫生部批准并发布,自1986年10月1日起实施的《生活饮用水卫生标准》(GB5749—85),将水质检验指标由原来的23项增至35项。所增加的12项指标为:硫酸盐、氯化物、溶解性总固体、银、硝酸盐、氯仿、四氯化碳、苯并[a]芘、滴滴涕、六六六、总α放射性和总β放射性。首次列入了与人体健康有关的有机化合物标准限值和放射性指标的参考水平。随着经济的发展,人口的增加,不少地区水源短缺,有的城市饮用水水源污染严重,居民生活饮用水安全受到威胁。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—1985)已不能满足保障人民群众健康的需要。

1992年,建设部组织国内专家提出我国“城市供水行业2000年技术进步发展规划”,按供水企业所在城市的性质及供水量将供水企业分为4类,提出了不同的2000年水质目标。第3、4类水司仍按《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—1985)的35项水质指标要求,第2类水司(供水量大于50万立方米/天)则以1984年世界卫生组织“饮用水水质准则”为基础,增加了我国国家环保局提出的“水中优先控制污染物黑名单”所列酚类、卤代烃类及农药类化合物、无机物指标、粪型大肠菌等16个指标,即第2类水司水质目标含有51个指标;而第1类水司(供水量大于100万立方米/天)则以1980年欧洲共同体的水质指标为基础,再较第2类水司增加了37个指标,其中无机物指标16个,多环芳烃类6个,酚类4个,有机氯7个,其他有机物2个,粪型链球菌及亚硫酸还原菌1个,并要求每年进行Ames致突变试验1~2次,且规定了水质目标对浊度的限值以及各指标的合格率。

2001年6月,卫生部拟定了“生活饮用水水质卫生规范”(属于《生活饮用水卫生规范》的附件1),分“常规检验项目”和“非常规检验项目”,提出了124项水质指标及其限值。规范增加了铝、耗氧量、微囊藻毒素、亚氯酸盐以及一些卤代消毒副产物项目,对提高我国饮用水水质标准起到积极的促进作用,然而,对国际上十分关注的亚硝酸盐、溴酸盐及贾第虫和隐孢子虫,该规范未做出相应规定;同时,规范是以卫生部文件的形式下发的,不具备国家标准的效力。2005年,建设部发布了《城市供水水质标准》(CJ/T 206—2005),并于同年6月1日施行。《标准》主要对供水水质要求、水质检验项目及其限值做了规定,适于城市公共集中式供水、自建设施供水和二次供水。《标准》对供水水质保障的系统性做出明确规定,水质评价点是“龙头水”。因此,从水源、水厂、配水管网到二次供水设施的各个环节必须严格控制。标准检测项目共93项,常规检验项目为42项,非常规检验项目为51项,包括分量检测,总项目达103项,主要增加了有机污染物项目、耗氧量以及微囊藻毒素的检验。

2006年,卫生部和国家标准化管理委员会对《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—85)进行了修订,联合发布新的强制性的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)(下称“新标准”)。新标准已于2007年7月1日起实施。水质指标由GB 5749—85的35项增加至106项,增加了71项;修订了8项;其中:微生物指标由2项增至6项,增加了大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫;修订了总大肠菌群;饮用水消毒剂由1项增至4项,增加了一氯胺、臭氧、二氧化氯;毒理指标中无机化合物由10项增至21项,增加了溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、锑、钡、铍、硼、钼、镍、铊、氯化氰;并修订了砷、镉、铅、硝酸盐;毒理指标中有机化合物由5项增至53项,增加了甲醛、三卤甲烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、三溴甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、环氧氯丙烷、氯乙烯、1,1-二氯乙烯、1,2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯丁二烯、二氯乙酸、三氯乙酸、三氯乙醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、2,4,6-三氯酚、氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯苯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、丙烯酰胺、微囊藻毒素-LR、灭草松、百菌清、溴氰菊酯、乐果、2,4-滴、七氯、六氯苯、林丹、马拉硫磷、对硫磷、甲基对硫磷、五氯酚、莠去津、呋喃丹、毒死蜱、敌敌畏、草甘膦;修订了四氯化碳;感官性状和一般理化指标由15项增至20项,增加了耗氧量、氨氮、硫化物、钠、铝;修订了浑浊度;放射性指标中修订了总α放射性。各个时期供水水质指标变化情况见表1-2。表1-2 我国供水水质标准指标发展历程

新标准颁布之前,我国农村饮用水一直参照《农村实施〈生活饮用水卫生标准〉准则》进行评价。此次修订中将标准适用范围扩大至农村。新版标准适用范围为城乡集中式供水和分散式供水的的生活饮用水。然而,由于我国地域广大,城乡发展不均衡,乡村地区受经济条件、水源及水处理能力等限制,尚难达到与城市相同的饮用水水质要求。因此,考虑到标准执行的现实情况,新标准一方面在城乡统一3饮用水水质要求,另一方面对农村日供水在1000m以下(或供水人口在1万人以下)的集中式供水和分散式供水采用过渡办法,在保证饮用水安全的前提下,对10项感官性状和一般理化指标、1项微生物指标及3项毒理学指标,放宽限值要求。

中国台湾省规定有自己的饮用水水质标准,它并没有采用WHO、EEC和EPA的水质标准。根据所了解到的资料,其最近修订为1998年,共有指标54项,其中大肠杆菌标准值很高,为6CFU/mL或6MPN/100mL。台北市也有自己的饮用水水质标准,共有42项,比台湾省标准少农药指标9项和钡、锑、镍。

1.3 我国水质检测存在的问题

我国水质检测工作经历了50多年的发展,如今随着政府的重视、我国科学技术的发展和相关人员综合素质的提高,水质检测工作取得了很大的进步,然而对比欧美和日本等发达国家的水质检测发展情况和我国水污染情况的严重性、急迫性,我国水质检测仍然存在一些问题。

(1)检测标准滞后

目前,水环境状况现行水质监测的主要水质参数有无机物、重金属离子、营养物和微生物。传统的分析检测方法仅仅对其浓度进行测定,并不能够对于水质进行综合评价和健康评估。而且,很多有机污染物并没有得到足够的重视,表征有机污染物的指标较少,并不能反映所有污染物的危害程度。

全面梳理《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)、《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)和《地下水质量标准》(GB 14848—93)等标准及相关检测方法、规范、导则发现,部分重要水质指标尚未列入常规检测项目。近年的研究表明,新型环境污染物频现,有机污染物污染已成为我国城市河流及各大水系的主要污染物,这已被管理部门和专家一致认可。目前,已发现的新型环境污染物包括农兽药残留、环境雌激素、抗生素类药物、消毒副产物、苯并三唑类化合物、全氟有机化合物等。多数新型环境污染物会对人体造成不同程度的致癌、致畸、致突变,严重影响了人类的健康。因此,在我国急需全面开展水中有机污染物检测方面的研究,从而进一步地确定我国主要的有机污染物种类及其检测技术,并加快立法的脚步,实现水质的综合风险评价。

此外,标准间还存在不成体系,相互衔接不够等问题。如水源水质标准,最根本的作用是为供水企业提供原料标准和依据,最终使出厂水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的要求,而无论是《地表水环境质量标准》还是《地下水质量标准》都与生活饮用水卫生标准衔接不够,各自为政,标准不成体系。《地表水环境质量标准》中集中式生活饮用水地表水源地的水质常规项目有29项,特定项目有80项,而《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中常规指标和非常规指标分别为42项和64项,并分为微生物学指标、毒理学指标、感官性状和一般化学指标、放射性指标,两标准在指标的选取及限值上存在诸多差异,需进一步衔接。

(2)检测方法不完善

随着环境科学的深入发展,环境污染物呈现出一些特点:污染物种类增多,且许多污染物结构类似;有毒有害污染物浓度水平不一,许多低浓度污染物依然具有较高的浓度。

科研人员逐渐意识到,某些物质虽然在结构上差别微小,但往往具有相差悬殊的毒性。要分离和识别微小结构差别的物质,就要求检测方法要具有很好的选择性。此外,许多污染物的毒害作用强,许多-9-12ppb级(×10)甚至ppt级(×10)的污染物依然具有较高的毒性,因此要求分析检测的污染物浓度越来越低。因此,研制灵敏度高、检出限低的分析检测技术是水质检测技术的发展目标之一。水质检测技术的选择性和灵敏度一方面依赖于检测仪器本身的性能,另一方面依赖于方法建立者的专业技术水平。而在我国,由于科研人员的专业技术水平有限,经费投入力度小,因此建立的许多标准方法的灵敏度无法满足检测要求。此外,在我国,水质检测技术/方法自动化程度低。许多样品前处理方法依然依赖手动操作,如固相萃取法、液液萃取法等;在仪器分析方面,自动进样,手动操作会带来较大误差,结果平行性不好;同时由于需要使用有机试剂或酸、碱试剂,难以保障操作人员的安全。

评判一个水质检测技术、方法的优劣与否,可从四个方面考察:准确度、灵敏度(检出限)、选择性、自动化程度。与国外发达国家的检测技术/方法相比,我国的水质检测分析技术/方法在灵敏度、选择性及自动化水平上都有待提高。

(3)检测手段单一

与国外一些水质检测工作较早的发达国家相比,我国水质检测技术仍然较为落后。目前我国所进行的水质检测主要以传统的实验室常规化学检测为主,生物检测、在线预警监测和现场快速检测技术都相对滞后。这些非传统的监测手段能够从很大程度上弥补传统检测手段的不足。如生物检测能够对痕量污染物的综合毒性进行检测,还可以检测水域的长期累积生物毒性,对保证饮水健康有很重要的意义;在线预警监测可以对水质进行实时监测,提供更加及时、宏观的监测信息,在水源水质的预警预报方面具有重要作用,对于环境决策有很大的指导意义;现场快速检测技术可迅速判定污染物的种类、浓度、范围、扩散速度、危害程度,为正确决策提供科学依据,为有效控制污染范围、妥善处置水质污染事件争取时间。

在我国,尚未建立较为完善的、从日常到应急、从宏观到微观、从个体到整体的水质监测系统。

(4)检测设备材料落后

近年来,我国水质检测分析仪器在开发研制、生产规模、仪器种类等方面均有了长足的发展。但是,从目前的研究状况来看,与国外先进仪器设备相比,国产检测分析仪器仍存在较大差距,尚不能满足我国饮用水水质检测工作的需求。主要存在的问题有以下几种。

① 仪器可靠性差,国产的各类监测分析仪器在原理、结构上与国外先进仪器的差别不大,但是由于工艺落后、加工水平有限、主要零部件质量不过关等问题,导致仪器的可靠性差、灵敏度低。

② 仪器自动化水平低,随着电子、自动化技术的不断提高,我国在仪器自动化方面也有了较大进步,但由于技术水平薄弱、技术力量分散,与国外仪器相比,国产仪器的自动化水平低。

③ 更新换代速度慢,科研成果转化为产品的速度慢,研发、生产、市场三者脱节。

④ 品种不齐全,不少大型仪器,如电感耦合等离子体质谱仪、气质联用仪等高技术监测分析仪器在国内尚属空白,有待开发。

⑤ 高、中、低档不配套,由于使用要求和目的不同,对仪器的档次要求也不同,现在的国产仪器居多,高、低档仪器缺乏,不能满足特殊场合的需求。

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