《城镇污水处理厂污染物排放标准》与《地表水环境质量标准》的比较和发展趋势探索
01 两大标准的出发点截然不同
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（以下简称《污水标准》）和《地表水环境质量标准》（以下简称《地表水标准》）是两种不同类型的标准，其出发点和考虑因素有很大不同。《地表水标准》是国家环境保护标准体系的重要组成部分，1983年首次发布后，已于1988年、1999年、2002年进行了三次修订，适时进行第四次修订。该标准适用于江河、湖泊、运河、水库等具有使用功能的地表水区域，是针对存在于人类社会中、与人类关系密切的一部分水体专门制定的标准。根据地表水使用功能的不同层次，分为五类标准。从环境与健康风险管理的角度看，该标准不仅尊重环境毒理学试验数据，以环境基准为依据，还综合考虑了经济社会发展状况。 该标准的制定和实施，对维护人类健康具有重要作用，这是制定该标准的出发点。
《污水标准》也是国家标准，现行版本是首次发布的2002年版，2015年底发布的征求意见稿是对2002年版的修订，一经发布就引发了学术界的热烈讨论。该标准主要针对城镇污水处理厂，其制定的出发点是水、气、污泥、噪声四大类污染物在污水处理厂经过妥善处理后排入接受环境，其污染指标的限值浓度由接受环境允许的污染吸收能力推算而来。该标准对水、气分别设定了三级标准，一级污水标准又分为甲、乙级标准。
从考虑范围来看，《地表水标准》考虑范围更广，共有109个控制项。它把环境作为一个系统、一个整体来考虑。由于环境包括自然和非自然部分，城镇化加剧后，污染物排放主要由非自然的人类活动引起。此外，自然界还有很多其他自然现象和活动，如人类以外的动物、植物和微生物的活动，风、雨、雷电等自然现象，都会引起整个环境的变化。因此，环保工作者在制定《地表水标准》时，考虑的是整个生态系统。《地表水标准》关注的是某一氮指标的浓度变化及其对水生态系统的贡献。《污水标准》考虑范围相对较窄，共有62个控制项，其中19个为基础控制项，且只考虑城镇污水处理厂的污染物排放及其与受纳环境的关系。综上所述，两个标准的出发点和侧重点有较大不同。
02 两标准指标对应关系及相关性分析
2.1 废水标准与地表水标准控制项目的对应关系
2.1.1 基本控制项对应关系
现将《污水标准》中的62项控制指标分解，与《地表水标准》进行对比。污水排放标准中共有19项基本控制项目，其中表1列出了12项。这12项中，除了悬浮物、动植物油和色度3项未列入外，其余9项均包含在《地表水标准》的24项基本控制项目中。未列入的3项中，色度和悬浮物是污水排放应控制的，不应列入《地表水标准》。动植物油的指标是根据污水排放的特点而设定的，它虽然无毒，但在水中会形成油膜，阻碍氧气的输送，所以污水排放必须加以控制。表2列出了部分一级污染物的控制排放浓度。所谓一级污染物，是指危害严重，容易对环境造成很大破坏，必须严格控制的物质。 这一概念是我国环保部在《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）中提出的。其中一级污染物共计13项，包括总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并（a）芘、总铍、总银、总α放射性、总β放射性。《污水标准》中，表2限制的一级污染物共计7项，分别是总汞、总镉、六价铬、总砷、总铅、烷基汞和总铬，其中前5项被纳入《地表水标准》的基础控制项目。 烷基汞在《地表水标准》中并未一一对应出现，而是在表3集中式饮用水地表水水源地具体项目中以甲基汞项目的形式出现。这是因为污水排放中除了甲基汞外，还有其他有机汞化合物，考虑烷基汞更为合适；只有“总铬”在《地表水标准》中没有对应项目。《地表水标准》只将六价铬列为基础控制项目，因为六价铬是致癌物，三价铬无毒，三价铬在自然条件下不会氧化为六价铬。本节指标分析表明，两标准总体相关性较好。
2.1.2 选择相应的控制项
《污水标准》表3中列出了43个选择性控制项目，主要是有机污染物，包括一些重金属。除放射性项目外，表2中未包括的其他项目均反映在表3中。对比发现，43个项目中，总银、总硝基化合物、有机磷农药、对硝基氯苯、苯酚、间甲酚、可吸附有机卤化物等7个项目与《地表水标准》中没有一一对应关系。银没有出现在《地表水标准》中的原因很容易理解，它是一种回收价值很高的贵金属，在工艺处理中总是尽可能地回收利用。硝基苯、二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4,6-三硝基甲苯、硝基氯苯、2,4-二硝基氯苯等6个特定化合物与《污水标准》中的“总硝基化合物”相对应。 有机磷农药出现在《地表水标准》表3中，分类项目更细，如敌敌畏、敌百虫、甲基硫菌灵等。硝基氯苯也出现在表3中，包括对硝基、间硝基、邻硝基三种构型，而《污水标准》表3的控制项目只有对硝基氯苯一种构型。可吸附有机卤化物情况比较复杂，主要来自化工、塑料、皮革、造纸、医疗、农药等行业排放的废水，毒性较大，生物降解难度大。有机卤化物主要有三卤甲烷，即氯仿、溴仿、一氯二溴甲烷、二氯溴甲烷、二碘氯甲烷、一碘二溴甲烷、二碘一溴甲烷等，此外还有卤代芳烃和卤代脂肪烃（有机氯农药等）。 在这些有机物中，有些物质在《地表水标准》中有对应的，如三氯甲烷和溴仿属于三卤甲烷类，甲基硫菌灵属于有机氯农药。但作为一个大类，《地表水标准》中却没有单独的AOX指标。对比分析这部分指标，两标准之间的相关性有待进一步增强，尤其是《污水标准》中的两种酚类和可吸附有机卤化物，在《地表水标准》中却没有对应的指标。由于人类活动排放了大量的AOX，《地表水标准》中没有相应的指标，似乎有些不妥。同样，《地表水标准》在表3的具体项目中对五氯苯酚也有控制。五氯苯酚是一种高效、廉价、广谱的杀虫剂、防腐剂和除草剂，是氯酚中毒性最大的一种。 但目前其尚未在污水标准中列为控制项目，较为遗憾。
基于以上讨论，建议在《污水标准》和《地表水标准》中增加个别控制项目，如表1所示，以使两项标准具有更科学的相关性。
2.2 地表水标准与污水标准控制项目的对应关系
《地表水标准》109个控制项目中，表1中的水温、溶解氧、高锰酸盐指数、氟化物等24个基础控制项目和表2中的硫酸盐、氯化物、硝酸盐、铁等5个项目，在《污水标准》中均无对应项目，为《地表水标准》特有的控制项目；《地表水标准》表3中的80个项目中，包括了集中式饮用水地表水水源地特定项目的标准限值，其中50个项目不是《污水标准》的控制项目要求。
2.3 总结
从以上对比可以看出，两个标准关系比较密切，很多控制项目都有重叠，尤其是《污水标准》中的绝大部分控制项目在《地表水标准》中都能找到。可见《地表水标准》在一定程度上是《污水标准》的基础，但两者毕竟是两个不同系列的标准。一个是处理后的尾水，多数情况下需要进入循环后才能使用；另一个是地表水，是可以直接接触人类等生态系统消费者的洁净水。为保证维持人类健康的要求，控制项目的范围会更广。不同的行业特点导致两个标准制定的出发点和侧重点也有所不同。两个标准之间的相关性总体较好，特别是在基础控制项目方面。在控制项目的选取上，相关性还可以进一步提高。
03 比较研究引发的科学思考
3.1 两标准部分指标控制限值的分析与讨论
通过对两标准全部指标的对比发现，对于同一指标，规律性趋势是《污水标准》的控制限值高于或等于《地表水标准》的控制限值。这可以理解为进入受纳水体的污染物被系统稀释，发挥系统的自净能力，进一步将污染物浓度降低到地表水标准的控制值。表2为《污水标准》和《地表水标准》表3中部分选定重金属项目的浓度限值对比。
但在标准中，总铜、总锌两个控制项却出现了相反的情况，即《污水标准》的控制阈值低于《地表水标准》的控制阈值。如果在控制工业点源污染的同时，考虑部分农业面源污染的无组织排放，那么似乎地表水指标的控制浓度要高于污水处理厂排放的控制浓度，这既合情合理，也有可能。总铜、总锌在两个标准中的差异趋势与其他控制项的差异趋势相反，似乎也合情合理。但即便如此，对这些重金属来源的分析发现，总铜、总锌、总锰三个控制项主要来自工业和农业，来源相同，按逻辑，它们在两个标准中的差异趋势应该是一致的。但总锰却出现了不同的趋势，即地表水指标的控制浓度要远低于污水处理厂排放的控制浓度，控制浓度相差一个数量级。 考虑到金属锰各种离子价态均有颜色，总锰的控制与颜色的控制密切相关，地表水中对总锰控制更严格是合理的，而污水排放标准中对该值的控制过于宽松，在标准修订中对其进行更严格的控制是非常必要的。
3.2 两套标准比较研究引发的思考
除了总铜、总锌、总锰三项指标在两大标准中的限值尚在讨论中外，通过分析《地表水标准》表3的控制项目不难发现，有机氯化物种类繁多。不得不承认，城镇污水处理工艺中的氯消毒是有机氯化合物排放的重要来源之一。污水处理本身的目的是减少和消除污染物，保护环境，如果造成二次污染，其工艺设计的科学性和整体思路值得怀疑。在国内污水处理厂尾水消毒工艺中，比较常用的是氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒。其中，只有紫外线消毒工艺在减少污染的同时，不会产生二次污染，绿色环保，在紫外线照射时通过破坏生物体内的核酸来杀死微生物，不留任何残留。 通过紫外波段调整、灯管合理布局、灯管防垢考虑、停留时间合理设计等工艺优化，将大大提高工艺效率。
在上海，新一轮污水处理厂升级改造项目正在如火如荼地进行中。在工艺设计上，由于业主、设计单位的理念不同，消毒工艺也各有不同。如竹园一、竹园二污水处理厂消毒工艺和新建虹桥污水处理厂消毒工艺均采用紫外线作为主要消毒工艺，次氯酸钠作为辅助消毒工艺，更加环保。但石洞口污水处理厂升级改造和新建泰和污水处理厂仍采用次氯酸钠消毒工艺。因此，这方面的政策和法规引导非常重要。
另一方面，不少地方环保以瞬时样品作为执法依据，作为运营管理单位，势必以出水100%瞬时达标为处理目标，而紫外光+次氯酸钠的工艺选择正是基于这样的考虑。如果不考虑瞬时样品达标，运营单位可以放心地采用紫外线消毒作为首选工艺。在探讨标准的科学性时，粪大肠菌群等指标是否需要实现100%瞬时达标，是很有争议的。毕竟排放的是污水处理尾水，不直接接触人体，不能直接饮用，这种污染物在自然界自然降解后会获得新的平衡值。此外，对比研究还发现，《地表水标准》中，一类水体粪大肠菌群为200个，二类水体粪大肠菌群为2000个。 该指标对应《排污标准》一级A的值为1000，介于I类水（水源水、国家级自然保护区）和II类水（集中式饮用水地表水一级保护区）之间，横向比较，明显过于严格。
04 标准发展趋势分析
4.1 各系统都有自己的发展
从以上分析可以看出，《污水标准》和《地表水标准》两个标准虽然有关联，但毕竟是两个不同体系的两个不同标准。从标准的科学发展角度看，它们还会在各自的体系中不断发展、修订，彼此之间应该还是有科学联系的，但不存在合并的可能。因此，《地表水标准》中将《污水标准》提高为IV类水或准IV类水的说法是不科学的。只能说，如果《污水标准》进一步完善，其中部分指标的限值浓度将与《地表水标准》中相应指标的限值浓度保持一致或相当。
4.2 以国家标准为基础，地方标准为主
分析《排污标准》的发展趋势发现，十几年前，标准制定的思路是限制耗氧污染物的浓度，对一些对环境危害极大的污染物进行浓度限制。以BOD、COD为代表的有机污染物在降解过程中会消耗大量的氧气，造成受纳水体黑臭，是必须控制的污染物。但该类有机物毕竟可以在环境中降解，毒性比不上那些难降解、易生物累积的物质。在水动力条件好、环境容量大的受纳水体中，该类污染物的控制不需要太严格。以COD为例，二级标准限量浓度为100mg/L，一级A为50mg/L，如果能达到一级A处理标准，COD就按比例减半了，绝对数量上控制了大量耗氧污染物的排放。 我国地域辽阔，各地经济技术发展水平参差不齐，现阶段进一步提高国家标准，降低传统的有机物控制浓度，以消耗能源、物力、财力换取的新的环保效益总量有限，是否经济，目前尚无详细的环境经济分析数据可供参考。因此，建议对此类污染物的控制应放缓步伐。更为合理的做法是地方政府因地制宜制定、修订城镇污水处理厂污染物排放地方标准。事实上，目前许多地方已经出台地方标准，对控制污染、保护水环境起到了良好的作用。
就上海本地情况而言，上世纪80年代建设合流制污水一期工程时，世界银行委托的国际咨询专家建议终端污水处理厂采用一级强化排放工艺，当时也是根据当时大水体稀释能力强、经济发展水平有限、环保要求还不是那么高的具体情况而制定的。随着经济技术的不断进步，人们对环境的要求也越来越高，上海城镇污水处理厂的污水排放标准不断提升，从上世纪80年代的一级强化，到21世纪初完成二级处理改造，“十三五”期间由一级B快速提升到一级A，虹桥、太和污水处理厂的设计标准均高于一级A的标准。排水建设在环保标准的催促下不断推进，一些建设项目比较幸运，在前期调研或设计阶段就得到了新的标准要求和指示。 更新设计标准只需要多花一点时间，但有些项目已经进入建设阶段，知道建成后将面临新一轮的改造，无论是人力、财力还是物力，他们就没那么幸运了。如果上海有城镇污水处理厂污染物排放地方标准，排水建设将逐步扭转被动局面。
4.3 加强有机污染物和新兴污染物的控制
以上讨论仍是对BOD、COD等传统耗氧有机物的控制。从环境科学角度看，与一类污染物相比，环境毒性大、降解难度大、出现频率高、生物累积性强、具有三害性的污染物毒性更大，更应加以控制。因此，作为国家标准，在现阶段经济发展、技术进步、环保要求更高、倡导可持续发展的背景下，《排污标准》的修订方向应重点关注我国环境优先控制污染物黑名单中列出的14种主要化学物质，即挥发性卤代烃、苯系物、氯苯类、多氯联苯、酚类、硝基苯类、苯胺类、多环芳烃、邻苯二甲酸酯类、农药类、丙烯腈、亚硝胺类、氰化物、重金属及其化合物，共计68种有毒化学物质。 68种被列入黑名单的化学物质中，大部分为有机物质，其中有20多种是2002版《污水标准》中没有收录的，随着环境检测手段的完善，可以及时补充到国标中，使国标在指标体系上更加全面。
此外，新兴污染物的环境影响不容忽视，应加强和重视科技储备工作。目前，值得关注的新兴污染物（ECs）包括全氟化合物（PFOS、PFOA）、内分泌干扰物（EDCs）、药物和个人护理品（PPCPs）、致癌多环芳烃（PAHs）、溴系阻燃剂等有毒物质。随着环境分析水平的提高，这些物质在国内外城镇污水、地表水、饮用水中频繁被检出，虽然其检出浓度仅在ng/L~μg/L，但化学性质稳定，易生物累积，对生态和健康构成潜在威胁。欧盟、美国、澳大利亚、瑞士等一些发达国家已率先将一些新兴污染物纳入部分水环境保护标准。 瑞士在2016年版《水保护法》中对污水处理厂排放的EC设定了限值，并要求污水处理厂进行改造和增加深度处理工艺，以厄贝沙坦等12项指标EC作为评价标准。以此为风向标的新一轮污水处理厂升级改造提醒我们在新兴污染物控制中，应给予足够的重视和加强科学研究，并有长期、合理布局的技术储备，为标准制定提供坚实的科学基础。
4.4 地表水标准建议制定双值体系标准
对于我国《地表水标准》而言，更为科学的发展趋势应该是标准制定由单值体系走向双值体系，即为保护水生生物和保护人类健康两大目标设定基准值。美国的《推荐性水质标准》（）和日本的《水污染环境质量标准》（）都是已经沿用几十年的双值体系标准，其中的经验教训可以作为借鉴。从食物链的角度看，双值体系更为科学。因为人类作为最上层的消费者，完全有可能食用水生生物。如果水生生物没有得到严格保护，受到污染甚至致畸、致突变，一旦人类食用，通过食物链的积累，环境危害将不断增加，对人类健康的危害是毋庸置疑的。 从试验方法上看，制定水生生物水质基准的方法是基于3项和8项水生生物毒性试验结果，最终通过统计学方法得出基准限值；而健康基准则主要基于哺乳动物毒性试验结果，结合人体暴露特征定量风险评估结果，得出基准限值。可以看出，二者的试验原理和方法不同，并无实质性联系，必须通过完全独立的试验得到基准限值。另外，针对地表水中新兴污染物的研究和技术储备也必须跟上。这是由新兴污染物可能带来的生态和健康威胁决定的，在前文已有阐述，这里不再赘述。
05 结论
《污水标准》与《地表水标准》是属于两个不同体系的标准，虽然两个标准的控制项目有相当大的重叠，但标准制定的不同出发点和考虑因素决定了两个标准之间存在相当大的差异，不存在衔接的可能。从两个标准的比较研究发现，《地表水标准》在一定程度上是《污水标准》的基础，两个标准在发展中应建立更加科学的衔接。通过比较分析发现，两个标准中对总铜、总锌、总锰三个控制项设定的限量浓度需要探讨。鉴于《地表水标准》中需要控制的有机氯化物种类繁多，建议污水处理厂尾水消毒采用绿色环保的紫外消毒工艺，减少环境中有机氯化物的排放。分析和展望标准的发展趋势，有机污染物和新兴污染物的控制应是发展方向。 对于《污水标准》，建议减缓常规有机污染物的控制，更加注重对我国环境优先控制污染物黑名单中污染物的控制，以国家标准为基础，地方标准为主，大力推进和加强地方标准的制（修）订，因地制宜、因地制宜地治理环境；对于《地表水标准》，建议逐步由单一的保护人体健康价值体系向保护水生生物和保护人体健康的双重价值体系发展。