美国的硝酸盐习惯既昂贵又危险

预防是解决办法，但自愿行动是不够的

通过Anne Weir Schechinger，高级分析师，经济学和Craig Cox，农业和自然资源高级副总裁

2018年10月2日，星期二

美国的饮用水硝酸盐污染问题很严重，最严重的是那些最无力解决问题的小社区。

硝酸盐，主要来自被污染的农田径流，污染了几乎所有的公共水源全国1700个社区国家癌症研究所称其水平会增加患癌症的风险。

联邦数据显示，其中约三分之二(1155个系统为300多万人服务)没有处理系统，无法将硝酸盐浓度降低到安全水平。在没有进行硝酸盐处理的系统中，每10个系统中有6个为500人或更少的人服务，近9个系统为不到3300人服务。

从自来水中去除硝酸盐是昂贵的。一个城市可以将治疗费用分摊到更大的客户基础上。但在小社区，根据使用的技术，每人每年增加的治疗费用可能是数百或数千美元。

从一开始就不让硝酸盐进入饮用水比去除它要便宜得多。但是所谓的志愿者方法，比如向改变耕种地点和方式的农民提供税收资助，并没有起到作用。如果没有积极的、有针对性的和可执行的保护措施，美国的硝酸盐问题将变得更糟，更多的美国人将面临饮用受污染水的风险。

氮能提高作物产量，但会污染水源

硝酸盐污染的来源多种多样，但迄今为止，农业是造成这一问题的最大因素。

数百万吨美国各地的农田每年都要施用大量的商业肥料和粪肥。肥料和粪肥中的氮能提高作物产量。但当它以硝酸盐的形式流出时，它会污染地表水和地下水，其有害影响远远超出了使用它的领域。1

根据联邦《安全饮用水法》，饮用水中硝酸盐含量的法定上限是百万分之十。这一限制是在1962年设立的，以防止蓝婴综合症这是一种潜在的致命疾病，如果婴儿摄入过多硝酸盐，就会缺氧。2

但是美国国家癌症研究所最新的研究发现，饮用水中含有5ppm的硝酸盐——法定限量的一半——会增加患结肠癌、肾癌、卵巢癌和膀胱癌的风险。3.其他研究表明，如果母亲在怀孕期间每天从饮用水中摄入5ppm的硝酸盐，婴儿的出生缺陷就会更频繁。4

根据美国环境保护署2014年和2015年的数据，至少有1155个平均硝酸盐含量在5ppm或以上的社区没有相应的处理系统来降低硝酸盐的安全水平。5

虽然缺乏硝酸盐处理的水系统集中在中西部和加利福尼亚的农业地区，但在总共43个州都有。环保署将超过60%的供水系统归类为“非常小”的供水系统，供500人或更少的居民使用。另有四分之一属于“小餐馆”，服务人群在501至3300人之间。

治疗方案很昂贵

为了去除饮用水中的硝酸盐，美国环保署建议使用离子交换或反渗透处理系统。

离子交换系统含有一种树脂，当水通过时可以去除硝酸盐。在反渗透系统中，加压水被推过一层膜，过滤掉硝酸盐和其他污染物。对于这两种系统，硝酸盐浓度越高，去除成本越高。群落通常只在需要除去硝酸盐以外的其他污染物时才使用反渗透。

处理成本取决于系统的大小、水中硝酸盐的浓度和处理的浓度目标。这些变量使得确定一个特定社区可能面临的治疗费用变得更加困难。例如:

• 2017年10月，堪萨斯州海华沙。他开始建设一个新的水处理厂，其中包括一个离子交换系统。几个月前，海华沙的硝酸盐含量达到百万分之十一，这是该镇多次警告居民不要饮用自来水的其中一次。6这座核电站将耗费该镇3300人的大约350万美元。
• 在加州奇诺，2005年之前，硝酸盐的含量在百万分之9到百万分之45之间。那一年，这座人口约7.5万的城市花了460万美元(约合人民币462万元)建造了一个离子交换系统。7

不能进行直接比较，因为人口和用水人数不同，污染水平也不同。但很明显，更大的Chino系统的人均成本比Hiawatha低得多。

加州大学戴维斯分校(University of California at Davis)的研究人员想出了一种方法，对每1000加仑水的硝酸盐处理成本范围进行了知情估计。8在此基础上，EWG计算出，在一个非常小的社区中，建造和维护一个离子交换处理系统的成本可能会使每人每年增加高达666美元的饮用水成本。一套反渗透系统每年可增加2776美元。(加州大学戴维斯分校的研究人员和EWG的计算细节见附录。)

水费通常是按家庭计算，而不是按个人计算。由于缺乏关于每个社区的家庭数量的数据，环境工作组使用人均费用作为衡量额外治疗费用可能给社区带来负担的指标。

根据加州大学戴维斯分校的研究人员的基本估计和EWG的分析，下图显示了几乎所有硝酸盐污染超过5ppm，但缺乏硝酸盐处理系统的社区的每个人的高端成本估计。两个被列为“非常大”的供水系统的成本无法计算，这两个系统有10万或更多居民。点击一个位置查看安装和操作离子交换系统的人均成本。

图1所示。自来水的硝酸盐污染大多发生在小型或非常小的社区。

下表显示，离子交换系统的人均额外费用范围很广。低端估计范围从最大社区每人每年28美元到最小社区每人每年90美元不等。高端估计从大社区每人每年229美元到小社区每人每年666美元不等。

表1:建造和运行离子交换处理系统的每人每年的成本。

社区规模	离子交换
	低成本	高成本
非常小(< 501)	＄90	666美元
小(501 - 3300)	47美元	378美元
中(3301 - 10000)	48美元	273美元
大(10001 - 100000)	28美元	229美元

如果2014年和2015年所有美国社区的硝酸盐浓度在5ppm或以上，但缺乏硝酸盐处理，增加离子交换系统，总额外成本将在每年1.02亿美元到近7.65亿美元之间。如果这些没有进行硝酸盐处理的社区都选择增加反渗透系统，每年的额外成本可能高达14.7亿美元。

考虑到处理系统的费用，一些社区尝试了其他方法来减少硝酸盐污染:将受污染的水与清洁的水混合，关闭季节性硝酸盐含量高的井，挖新的或更深的井，或者连接另一个没有硝酸盐问题的供水系统。

但这些选择仍然很昂贵。要挖一口新井、操作一口旧井或加深一口旧井，一个小型供水系统每年需要支付4.6万至33万美元。9

哪里的问题最严重

硝酸盐污染了全国的饮用水，但在几个州的几个县高度集中。

在硝酸盐含量达到或超过百万分之五但没有处理系统的社区中，几乎有一半位于五个州:加利福尼亚州、德克萨斯州、堪萨斯州、宾夕法尼亚州和俄克拉荷马州。另外五个州——华盛顿、亚利桑那、伊利诺伊、内布拉斯加和纽约——几乎覆盖了70%的社区。

在2014年和2015年，加州有142个社区的硝酸盐水平达到或超过5ppm，但没有进行硝酸盐处理——是全国最多的。其中超过40%的社区位于洛杉矶、克恩县和图拉雷县。2016年，这些县的贫困率都高于州平均水平，家庭收入水平低于州平均水平。

根据加州大学戴维斯流域科学中心的数据，Tulare湖盆地和萨利纳斯山谷大约22万名加州人的饮用水来自长期受硝酸盐污染困扰的小型供水系统。10据估计，长期解决这些地区硝酸盐问题的成本是每年3400万美元，这将使加州一些最贫穷的人每年的饮用水成本增加近150美元。

少数收入较低的县的集中污染模式与此类似，在其他最高的州甚至更糟。例如，在亚利桑那州，79%没有进行硝酸盐处理的社区位于三个县，而在宾夕法尼亚州，三个县几乎有一半的社区没有进行硝酸盐处理。在排名靠前的三个州中，有三分之二以上的县的家庭收入低于州平均水平。

私人油井不受法律限制

私人水井不需要遵守10ppm的法定硝酸盐含量限制。超过4300万美国人的饮用水来自私人水井。11美国地质调查局2009年的一项研究发现，所有私人油井中有4%的硝酸盐含量高于法定上限，12但是这个问题在农业地区更加严重。

科茨,明尼苏达州。这里居住着大约160人。达科他县周围一半以上的土地被用来种植玉米和大豆。明尼苏达州农业部的数据显示，在科茨供水的私人油井中，超过一半的油井的硝酸盐含量可能高于联邦法律规定的上限。13

目前尚不清楚全国有多少口硝酸盐含量高于癌症下限的私人井，但这个数字会高得多。据估计，内布拉斯加州17%的地下水区域和加州10%的地下水区域受到了百万分之五以上的硝酸盐污染。14

志愿项目不够

将硝酸盐从饮用水中去除比通过处理去除要便宜得多。硝酸盐浓度高的社区的水处理成本比没有问题的社区高4到5倍。15

但是，除了规模最大的畜牧业以外，农业在很大程度上不受联邦《清洁水法》标准的约束。减少受污染的农田径流的努力几乎完全依赖于所谓的自愿项目，这些项目向农民支付费用，让他们采取措施防止污染。

这种方法有固有的弱点。最大的缺陷是:土地所有者自愿开始采取预防污染的措施也可以阻止他们．

在20世纪90年代，明尼苏达州的埃哲顿。这个人口不到1200人的城市建造了一座处理厂来处理不断上升的硝酸盐含量，每个居民的成本约为3500美元。16该市还制定了一项自愿计划，帮助农民管理肥料和退休农田。供水中的硝酸盐含量下降了一半，处理费用也降低了。17但当2005年农作物价格上涨时，农民们又开始在闲置的土地上种植作物。硝酸盐含量增加了，治疗费用也增加了。

大多数自愿的保护措施实际上并不能帮助清洁饮用水。农业部每年花费数十亿美元在鼓励农民采取保护措施的项目上。然而,EWG的研究揭示了在最受威胁地区保护饮用水所需的实践方面的投资严重不足。

例如，保护管理计划和环境质量激励计划向农民支付报酬，让他们种植覆盖作物，这是防止地下水受到硝酸盐污染的关键做法。但几乎40%的受硝酸盐污染的社区都位于没有农民通过这些项目获得覆盖作物补贴的县。

显然，现在有一个巨大的机会，可以更紧密地集中这些联邦计划，以防止农村社区可能面临的清洁饮用水的金融危机。

然而，自愿的做法并不是一个长期的解决方案。随着保护措施的实施和消失，纳税人的钱花在鼓励农民实施污染预防措施上，往往无法取得持久的进展。在我们地图上的县，2015年通过环境质量激励计划花费了近3000万美元来鼓励更好的做法，但严重的硝酸盐污染仍然存在。18

必须通过制定针对最具破坏性行为的强制性基本农场标准来支持自愿做法。这些标准应该针对不同的景观、流域和耕作系统而量身定制——但它们必须是必需的。

自愿项目可以作为这些基本标准的补充，以在正确的农场、正确的地方采取最有效的污染预防措施为目标。如果针对高污染地区实施志愿项目，效果会更好。19新的流域水平工具，如农业部的农业保护规划框架，利用数据来确定保护措施将发挥最大作用的地点。20.

还有时间让一些硝酸盐含量较高的社区免于承担建造污水处理厂的成本。在我们的地图上，几乎四分之三没有进行硝酸盐处理的社区的平均硝酸盐含量在5ppm到7.5 ppm之间。现在就采取行动，实施有效的农场保护措施，可能会避免未来对巨额资本支出的需求。

将常识标准与税收投资相结合，鼓励采取更多措施，这比将全部负担放在为资源有限的小社区服务的饮用水公用事业上，是获得清洁饮用水的更好途径。

附录

加州大学戴维斯分校(University of California at Davis)的研究人员根据系统的大小，估计了使用离子交换去除硝酸盐的水系统的年总成本。经济学家经常使用年化成本来评估长期建筑项目的成本。对于水处理而言，离子交换过程的年化成本是一个系统每年要支付的用于偿还基本建设项目贷款的费用，以及20多年来操作和维护处理过程的成本。

加州大学戴维斯分校的研究人员估计的成本包括资本成本、运营和维护成本。研究人员为每个系统大小提供了低成本和高成本估计，从非常小的系统到大的系统。这些估计是每处理1 000加仑的美元。由于不同系统的水处理成本差异很大，因此成本估算范围较大。当硝酸盐浓度增加时，去除它们的成本也会增加。

为了计算没有经过硝酸盐处理的1153个社区每年建造和维护离子交换或反渗透系统的成本，EWG根据加州大学戴维斯分校估算的系统规模乘以了每年需要处理的水量。硝酸盐通常只在一年中的某些时候污染饮用水，而不是一年中的每一天。然而，每个系统每年究竟需要多少水来处理硝酸盐是无法预测的，而且每年都在变化。因此，EWG计算了从一年中产生的总水量中去除硝酸盐的成本。然后，我们将这些成本除以供水系统所服务的人口，从而确定每人每年的成本。在确定硝酸盐处理的费用时，考虑了膨胀因素。

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参考文献

1. 互动图形:从农田到水龙头的农场污染。2017年8月。可以在www.wbgpm.com/tapwater/troubled-water.php .WyA-9KczqUk
2. EWG,硝酸。EWG的自来水数据库，2017年7月。可以在www.wbgpm.com/tapwater/reviewed-nitrate.php .WsJdr4hzaUk
3. 国家癌症研究所，硝酸盐。2018年2月。可以在progressreport.cancer.gov /预防/硝酸
4. Jean D. Brender等，国家出生缺陷预防研究参与者的产前饮水硝酸盐摄入量与后代出生缺陷的选择。《环境健康展望》，2013年9月。可以在ehp.niehs.nih.gov / 1206249 /
5. 环境保护署，SDWIS模型。Envirofacts。可以在www.epa.gov enviro / sdwis-model
6. 海华沙市发布高硝酸盐预警。海华沙世界，2017年7月11日。可以在www.hiawathaworldonline.com/news/city-of-hiawatha-issues-high-nitrate-warning/article_71208a3a-b98e-54a4-bc20-1c4b9bdd7a10.html
7. Vivian B. Jensen等人，技术报告6:饮用水硝酸盐处理。加州大学戴维斯分校流域科学中心，2012年7月。可以在groundwaternitrate.ucdavis.edu/files/139107.pdf
8. 同前。
9. Kristin Honeycutt等人，《技术报告7:硝酸盐污染的替代供水方案》。加州大学戴维斯分校流域科学中心，2012年7月。可以在groundwaternitrate.ucdavis.edu/files/139108.pdf
10. 加州大学戴维斯流域科学中心，解决加州饮用水中的硝酸盐问题。可以在watermanagement.ucdavis.edu/files/2214/5886/6964/Harter_et_al._2012_Addressing_Nitrate_in_CA_Drinking_Water.pdf
11. Leslie A. DeSimone等人，1991-2004年美国主要含水层的生活水井水质。美国地质调查局，2009年3月。可以在pubs.usgs.gov /保监会/ circ1332 /
12. 同前。
13. 艾琳·阿德勒，小达科塔镇有一个大问题:水污染。《明星论坛报》，2018年7月28日。可以在www.startribune.com/tiny-coates-has-a-big-problem-polluted-water/489428861/
14. 环境保护署，饮用水地下水中硝酸盐浓度的估计。可以在www.epa.gov nutrient-policy-data / estimated-nitrate-concentrations-groundwater-used-drinking
15. 明尼苏达卫生部和农业部，硝酸盐污染，成本是多少?2004.可以在http://www.nesc.wvu.edu/ecommerce/products/DW_PublicEducation/DWFSPE347DL.pdf
16. 2016年明尼苏达州饮用水年度报告。
17. 2014年明尼苏达州饮用水年度报告。
18. 美国环境质量激励计划(EQIP)。EWG的保护数据库。可以在conservation.ewg.org/eqip.php ? fips = 00000 ®ionname =美方
19. 爱荷华州农业和土地管理系，爱荷华州自然资源系和爱荷华州立大学农业和生命科学学院，爱荷华州营养减少战略:以科学和技术为基础的评估和减少爱荷华水域和墨西哥湾营养的框架。2017年12月更新。可以在www.nutrientstrategy.iastate.edu/documents
20. 中北部地区水网，农业保护规划框架(ACPF):流域规划工具。美国农业部，2018年。可以在northcentralwater.org/acpf/