《美国安全饮用水法》中关于砷的规定对砷含量的影响?

《Environmental Science & Technology》：Impacts of the U.S. Safe Drinking Water Act Arsenic Rule on Arsenic Occurrence ?

　　2001年美国《安全饮用水法案》砷规则首次对公共饮用水系统中砷浓度进行回顾性因果分析，采用差分差分法对比受控系统与曾超标处理系统（2001年前砷浓度≥10 μg/L）的浓度变化。结果显示处理系统年均砷浓度从13.0 μg/L降至8.8 μg/L，降幅达38%，且效果持续至2019年。分析表明小型地下水系统受益最大，区域差异显著，并验证了平行趋势假设。

　　这项研究提供了一项对2001年美国《安全饮用水法》（SDWA）中砷（As）规则的因果影响进行回顾性分析，首次揭示了该规则对美国公共饮用水系统中砷含量的显著影响。通过分析公开的SDWA合规数据，研究者采用了一种“双重差分”（Difference-in-Differences, DD）方法，比较了在规则颁布前后，受规则约束的系统与未受约束的系统中砷浓度的变化情况。该方法以系统是否在规则颁布前曾检测到砷浓度超过10微克每升（μg/L）为依据来界定“处理组”（treatment group）和“对照组”（control group）。研究结果表明，处理组在2001年之后的年度平均砷浓度相比对照组下降了约5 μg/L（p < 0.01），相当于下降了约38%，这一降幅远高于规则颁布前的水平。

砷是一种广泛存在于自然环境中的元素，如土壤、岩石和火山活动产生的矿物中。此外，一些工业和农业过程，如玻璃和半导体制造、农药和除草剂的使用等，也会导致砷进入环境中。无机砷对人类健康具有重大影响，它是一种已知的人类致癌物，并与多种健康问题有关，包括缺血性心脏病、糖尿病、不良的妊娠和出生结果以及神经发育问题。由于这些健康风险，多个国家都对饮用水中的砷浓度进行了监管。世界卫生组织（WHO）在1993年制定了饮用水中砷的指导值为10 μg/L，截至2022年，已有136个国家制定了不超过或等于该指导值的国家标准，40个国家的标准高于该值，19个国家尚未制定明确的国家标准。

在美国，饮用水中的砷浓度由SDWA进行监管。2001年1月22日，美国环境保护署（EPA）颁布了砷规则，将砷的最大污染物浓度（MCL）从50 μg/L降低到10 μg/L，与WHO的指导值一致，要求在2006年1月23日前完成合规。此外，该规则还对砷的合规监测进行了调整。在规则颁布前，如果一个系统违反了较宽松的50 μg/L标准，必须在一个月内提供额外的三次样本，且在两次连续低于该标准的样本后恢复到默认的监测频率。而根据砷规则，如果系统违反了10 μg/L标准，则需要进行季度监测。此外，一些州可以选择比联邦标准更严格的地方标准，自2001年以来，新罕布什尔州和新泽西州已实施了5 μg/L的更严格标准，这一问题将在论文后续部分进一步探讨。

尽管该规则在颁布时引发了一定的争议，部分原因在于其预期的经济利益被认为低于预期成本，尤其是在为小社区供水的系统中，合规成本可能较高。在争议之后，EPA将规则的生效日期推迟了一年，至2002年2月22日，并在此期间请求公众进一步反馈并组建专家小组重新评估新标准。该研究提供了一个关于规则实施后影响的初步评估，为后续的回顾性利益-成本分析提供了基础。

由于SDWA要求对新修订的MCL进行严格的前瞻性利益-成本分析，但并未规定需要进行回顾性评估。因此，回顾性分析对于评估一项政策对受监管实体（在这种情况下是公共和私人饮用水供应商）的因果影响至关重要，同时也能够评估该政策对健康和其他结果的影响。自砷规则通过以来，已有研究探讨了其可能的效果。例如，Foster等人发现，在2006年（规则实施后的第一年）到2008年期间，违反标准的系统数量有所上升，随后逐渐下降。这些研究还表明，大多数违反标准的系统出现在小规模系统和以地下水为主要水源的系统中。然而，由于标准变得更加严格，违反标准的系统数量仍高于规则颁布前的水平。此外，研究者指出，考虑到违反标准的变化，很难准确判断砷含量和暴露水平是否发生了变化。

由于历史数据中仅有的可用数据是违反标准的记录，而这些记录只能显示系统是否违反了MCL，但无法反映实际的砷含量变化，因此这些数据存在噪音和不完整性。因此，研究者指出，违反标准的记录并不能准确反映饮用水质量的变化。由于这种局限性，回顾性分析变得尤为重要。该研究使用了SDWA合规数据，这些数据包含了从1995年至2019年期间，美国各地的砷含量数据，包括用于规则制定的原始数据以及EPA进行的三次六年期饮用水标准审查数据。这些数据不仅记录了系统在规则实施前后的砷含量变化，还提供了系统在不同时间点的样本记录，使研究者能够构建一个面板数据集，以比较系统在规则实施前后的砷含量变化。

在研究过程中，研究者特别关注了那些在规则实施前已连续多年检测到砷含量超过10 μg/L的系统，这些系统被定义为“处理组”。对照组则指那些在规则颁布前从未检测到砷含量超过该阈值的系统。通过比较这些组别在规则实施前后的砷含量变化，研究者试图估算规则对砷含量的因果影响。这种估算方法排除了环境变化、人为释放和经济活动等潜在的混杂因素，从而更准确地反映了政策的影响。

研究者还发现，由于SDWA合规数据是自报的，某些系统可能会采用策略性采样以应对规则的合规要求。这种策略性采样可能会影响研究结果的准确性，因为如果处理组的系统在规则实施后开始采用这种策略性采样，那么实际的砷含量可能被低估。因此，研究者对这些影响进行了敏感性分析，以检验其对估算结果的影响。此外，由于部分系统在规则实施前后的样本记录中没有区分“原始水”和“处理后水”，研究者选择保留所有原始水样本以避免时间上的不一致性。这种做法可能导致估算结果偏高，因为原始水通常含有更高浓度的污染物。

通过构建一个包含处理组和对照组的系统-年份面板数据，研究者能够估算规则对砷含量的因果影响。在规则实施前，处理组的系统平均砷含量为13.0 μg/L，而对照组的平均含量为0.7 μg/L。在规则实施后，处理组的平均含量下降至8.8 μg/L，而对照组的平均含量则为1.0 μg/L。这种下降趋势表明，规则的实施显著降低了处理组的砷含量，但与规则颁布前的水平相比，这一降幅在处理组中更为明显。研究者还发现，不同类型的系统在规则实施后的砷含量下降幅度存在差异。例如，小规模系统（服务人口少于10,000人）的下降幅度更大，而大规模系统（服务人口超过100,000人）的下降幅度较小。这种差异可能与不同规模系统在规则实施后的合规成本有关。

此外，研究者还对不同地区的系统进行了分析。结果显示，处理组中位于美国西部和中部的系统的砷含量下降幅度与处理组中位于东部和南部的系统相比更为显著。这种地区差异可能与各地区地下水和地表水的使用比例、地理特征以及经济活动等因素有关。研究者还对不同的时间点进行了分析，发现规则实施后的不同年份中，处理组的砷含量下降趋势逐渐稳定，表明该规则对砷含量的影响具有持续性。

研究者还采用了“诚实双重差分”（HonestDiD）方法，以检验规则实施后处理组和对照组之间的趋势是否符合平行趋势假设。这种方法通过统计上允许的偏差范围，来检验处理组和对照组在规则实施前后的趋势是否一致。研究者发现，从2006年开始，处理组和对照组之间的趋势差异逐渐减小，表明规则的实施对砷含量的影响在这一时期变得更为显著和稳健。这一发现为研究者提供了信心，认为规则的实施对砷含量的影响具有长期性和显著性。

研究者还发现，不同类型的水系统在规则实施后的砷含量下降幅度存在显著差异。例如，以地下水为主要水源的系统的下降幅度几乎是使用部分地表水系统的两倍。此外，不同规模的系统在规则实施后的下降幅度也存在差异，小规模系统的下降幅度更大，这可能与它们在规则实施后的合规成本有关。研究者还发现，处理组中的某些系统可能在规则实施后改变了水源，从而降低了砷含量。这一发现表明，规则的实施不仅影响了现有的水源，还促使一些系统寻找更安全的水源。

综上所述，这项研究通过回顾性分析，提供了对2001年美国《安全饮用水法》中砷规则的因果影响的证据。研究结果表明，该规则显著降低了美国社区饮用水系统中的砷含量，且这种影响在规则实施后的不同时间段内逐渐显现。尽管该规则在颁布时引发了争议，但通过回顾性分析，研究者能够更准确地评估其实际影响。此外，研究者还发现，不同类型的系统在规则实施后的下降幅度存在差异，这可能与它们的水源、规模以及经济活动等因素有关。研究者认为，这些结果为未来的政策制定和健康影响评估提供了重要依据。