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美国给水净水处理方面的动向
 
慧聪网   2005年2月1日10时45分      

  摘要:一般净水设施的设计,直到十五年以前,还是由土木工程师按照现有基本的模式进行设计,没看到有显著的变化。最近,由于对杀菌处理随之而产生的副生成物致癌性的恐惧,美国的环境保护局在进行饮用水的水质容许标准大幅修正的同时,将杀菌剂、杀菌处理的标准、怀疑有致癌性物质的量的限制,滤后水浊度的降低,以及为防止给水管腐蚀的水质调整等,也规定为对公共给水系统应做的工作。因而满足这些条件的净水处理系统和与其相配合的计量仪表设备及净水管理是必要的,也需要将化学、化学工程学、微生物学、计量仪表工程学等广泛领域的专业知识加入到土木工程学系中去。

    主题词:
美国环境保护局、安全饮用水法、深度净水处理、三卤代甲烷、防止腐蚀     介绍   在最近二十年间,美国给水界关于净水处理的想法和设计标准的变动,是相当频繁的。成为这个动向直接动机的是美国环保局在1974年报告书中发表的关于新奥尔良市在净水中发现66种致癌的有机物质的警告。
  从六十年代中期到七十年代后半期,直接过滤的净水方式,在原水水质好的情况下很多被采用,美国供水协会在每年的年会中也有很多这方面的报告。但在最近各州的健康保健单位(Department of Health Service简称DHS)可以说几乎不许可采用这种方式,其理由是因为在1989年颁布的地表水处理规则(SWTR),指定净水处理的可靠性不足。水处理的可靠性必须由多段处理实现,才是美国最近在净水处理法方面的基本方针。
  最近首要的问题是伴随着杀菌处理产生有机和无机的致癌性的副生成物事件。从1980年初到中期,认为除臭氧处理外没有解决这个问题的手段的想法强烈,到1990年后半期也有人在学会刊物上发表文章说将有90%以上的净水厂进行臭氧处理。但是,其后因为在臭氧处理下检出了致癌性物质,所以如不是在特别的条件下,对在原有净水厂或新建净水厂,增加臭氧处理问题犹疑不决。主要理由是臭氧处理产生致癌性的副产物,特别是溴酸盐(Bromate)的最大容许浓度有极低的可能性。
  因此,在适应地表水处理规则的情况下选定净水方式时,选择既能充分的杀菌处理又要考虑致癌性的副产物为最少的杀菌法和氧化处理剂是重要的。
  美国环境保护局最近要求对给水处理至少有三个要点:净水浊度为0.5NTU;消毒应满足规定的CT值;(C——剩余消毒剂浓度:mg/l)T——消毒接触时间:min)。而且消毒产生的致癌性副产物的限界值按如下值所示:
  关于副生成物的种类和数量,在目前只能规定三卤代甲烷,在0.1mg/l下。三卤甲烷含有三溴甲烷(溴仿)、二溴氯代甲烷、溴甲叉二氯、三氯甲烷(氯仿)等四类物质。目前,美国环境保护局将于1996年12月,对下列物质的最大容许值预定为:
  三卤代甲烷:0.08mg/l
  溴乙酸:0.06mg/l
  溴酸盐:0.01mg/l
  氯 酸:1.0mg/l
  作者最近得到参观日本大城市净水厂的机会,并学到很多东西,同时也知道了一些知之甚少的关于美国在净水处理方面最近的动向。因此想介绍一下如题目所写的内容。
1、地表水处理规程(SWTR)
  根据1986年生效的安全饮用水法,在1989年地表水处理规程建立了关于施工的公共给水设施的基本方针。
  其中首要的是,以地表水做水源的情况除特例外,必须进行过滤和杀菌处理。然而,地表水的定义是指流经地面的表流水和水面与大气接触的所有贮留水。因此,河流、湖泊、水库全是地表水。即使是浅井水、泉水、伏流水那样的地下水,但有可能因地表或地层内的病原菌而污染的水源,也被视为地表水。
  地表水处理规程的主要指针项目,在目前有下列五项:
  ①杀菌处理标准;
  ②杀菌处理产生的副产物规定;
  ③从配水系统采取水样次数规定;
  ④配水系统考虑金属管道防腐蚀措施;
  ⑤提高对净水厂处理的可靠性。
  因美国国土广大,故各州的地表水处理规程均有其地方特性,例如应考虑气候条件、水源的水质特性等而决定通用于各州的净水设施和饮用水的水质标准。因此各州的标准与美国环保局的地表水处理规程及水质标准多少有差别,只要是在这个州工作就必须服从这个州长的基准。
1.1杀菌处理标准
  根据美国地表水处理规程,在净水处理过程中,必须要杀死或除去99.9%(3Log)的肠兰伯氏鞭毛虫包囊及99.99%(4Log)的病毒。至于仅靠杀菌处理,能杀减百分之多少,那要根据净水处理的型式而定。表-1所示为美国环保局的标准。此表上所谓快速过滤处理,是由混凝、沉淀、快滤构成的处理方式,所谓直接过滤是指,从快速过滤处理中减掉沉淀的处理方式。因此,在进行一般的快速过滤处理的净水场,在杀菌处理阶段,必需要杀减0.5log的肠兰伯氏鞭毛虫和2log的病毒那样的净水场设计和净水管理。但是,如果因净水厂的设计和管理不充分,而使过滤的前处理不充分,以其州的保健单位(DHS)评价的场合,在杀菌处理过程,需要杀减1.0log的肠兰伯氏鞭毛虫和3.0log的病毒。保健单位(DHS)是每年一次对各净水场进行抽查。大肠菌和一般细菌没有在表-1上列出是因为在能够杀减肠兰伯氏鞭毛虫和病毒的条件下,这些细菌是不能存活的。然而最近隐子囊孢子(Cyptosporidium)对杀菌处理的抵抗力增强的情况引人注目。
杀菌处理需要的最小除去率和净水处理方式    表-1
净水方式由净水处理的平均去率(Log)用杀菌处理需要的除去率(Log)
肠兰伯氏鞭毛虫病毒肠兰伯氏鞭毛虫病毒
快速过滤处理2.52.00.52.0
直接过滤处理2.01.01.03.0
慢速过滤处理2.02.01.02.0
硅藻土过滤处理2.01.01.03.0
  至于说用杀菌处理在哪种条件下可否达到必要的去除率,需要由消毒剂的水中剩余浓度C(mg/l)和其接触时间T(min)的乘积CT值在一定的水温和PH值的条件下保持某一定值以上。其值如表-2、3、4所示。
0.5Log(68%)的肠兰伯氏鞭毛虫去除率的CT值   表-2
杀菌剂PH水    温
0.5℃5℃10℃15℃20℃25℃
游离余氯*6251813974
73525191396
851362718149
9735239262013
臭  氧6-90.480.320.230.160.120.08
二氧化氯6-9104.343.22.52
氯  胺6-9635365310250185125

*此表仅为游离余氯为1.0mg/l时的CT值
1.0Log(90%)的肠兰伯氏鞭毛虫去除率的CT值  表-3
杀菌剂PH水    温
0.5℃5℃10℃15℃20℃25℃
游离余氯*649352618139
7705037251912
81017254362718
914610478523926
臭  氧6-90.970.630.480.320.240.16
二氧化氯6-9218.77.76.353.7
氯  胺6-91270735615500370250
*此表仅为游离余氯为1.0mg/l时的CT值
2.0-4.0Log的病毒除去率的CT值     表-4
杀菌剂Log*
去除率
水      温
0.5℃5℃10℃15℃20℃25℃
游离余氯*2.0643211
3.0964321
4.01286432
臭  氧2.00.90.60.50.30.250.15
3.01.40.90.80.50.40.25
4.01.81.21.00.60.50.3
二氧化氯2.08.45.64.22.82.11.4
3.025.617.112.88.66.44.3
4.050.133.425.116.712.58.4
氯  胺2.01243857643428321214
3.0206314231067712534356
4.0288319881491994746496
紫外线
(mw·sec/cm)
2.0
3.0
21
36
紫外线的杀菌效果与水温无关
*此表的log去除率适用于PH值在6~9的范围内。
  计算CT值必要的接触时间T,在管路的场合,于几乎没有水流短路的情况下充许使用以最大时间流量计算的停留时间。可是在没有设置有效的阻流墙的清水池的情况,由于水流短路是显著的,是否使用计算停留时间的10%的值,要进行示踪物实验,由实验结果实际的流过时间决定。示踪物实验对决定设有导流壁水箱的设计,以防止水流短路的清水池等的停留时间T明显的有利。在这种场合也是在最坏条件下的停留时间,亦即清水池在水位最低、最大流量流进来的场合下必要作示踪物实验。
  示踪物有氯化锂和氟化钠,特别是前者对人体没有影响,在普通的水中几乎不含有氯化锂,而且示踪物本身也难于形成短路,故美国环保局许可使用。
  随着CT标准而规定的是净水浊度和大肠菌(Coliform)。净水浊度一个月间的连续浊度测定值的95%以上在0.5NTU以下,浊度不能超过5NTU的规定。这是基于不在此规定内对存在于构成浊度物质粒子中的微生物有杀菌剂不起作用的可能性。净水浊度的测定,只要不是小规模的净水厂连续测定是必要的。同时,各州多在各个过滤方法中的出水管上设置浊度计进行连续测定。对大肠菌,首先进行使用5支或10支试验管的推定试验之后,再进行和以前同样方法的确定试验。然而美国环保局指示从1992年9月实施推定试验的结果,不以推定值(MPN)表示而只报告阳性或者阴性。与以前的细菌试验相比,简单的在24小时后判定结果的克里拉特法,美国环保厅从1992年6月正式认可。
  给出表-2,-3,-4的使用例,说明怎样利用这些表。
  首先设定以下各条件:
  ①净水处理方式:混凝、沉淀、过滤、消毒的标准快速过滤法;
  ②最高和最低水温:25℃、5℃;
  ③净水的PH:PH7.0;
  ④杀菌处理法:在清水池内进行的游离余氯杀菌法;
  ⑤清水池计算的停留时间(满水时):3小时。(基于设计流量)
  问题:夏季和冬季必要的游离剩余氯的计算。
  美国环保局指示,在整个处理过程中,对肠兰伯低鞭毛虫要去除到3Log,对病毒要去除到4Log,然而用上述的标准快速过滤法的净水场,充其量能完成的处理效果,可认为是肠兰伯氏鞭毛虫的去除率是2.5Log、病毒的去除率是2Log,因此,表1所示的杀菌处理过程中,必要去除肠兰伯氏鞭毛虫0.5Log和去除病毒2Log。
  清水池的停留时间,如最坏情况,假定水位下降三分之一,在夏季是1小时,在冬季,用水因是处理水量的一半为2小时。但是在表-2所示CT中的T(min),只要承认计算值的10%,在夏季是6min,在冬季为12min。对肠兰伯氏鞭毛虫的CT值,由于PH值为7,水温为5℃情况下CT值是25,PH为7,水温为25℃的情况下是6,所以剩余氯的必要量在冬季是25/12=2.1mg/l,在夏季是6/6=1mg/l。
  同样对于病毒表-4示出的CT值,冬季是4,夏季是1,所以剩余氯的必要量,在冬季是0.33mg/l,在夏季是0.17mg/l。
  不言而喻杀灭肠兰伯氏鞭毛虫必要的和剩余氯浓度,就成为实际的杀菌处理条件。
  冬季2.4mg/l的剩余氯是过多的,如担心市民有不满的意见,可在清水池内设导流墙,以防止水流短路,并用示踪物试验,示得实际停留时间,采用其10%的值作为T值为好。如采用此方法T值至少成为三倍。所以,剩余氯的浓度能够在1mg/l以下。
  还有净水厂内清水池的剩余氯的最大容许值,美国环保局在今年五月考虑,游离有效剩余氯气为3.5~4.0mg/l,在氯胺的场合为4.0mg/l。也研究了二氧化氯情况剩余浓度为0.8~1.0,但没做出结论。
  为判断杀菌效果的细菌试验,美国环保局对从配水系统取水样的次数作了下述规定:
人口(人)一周内最少取水样次数
<500
501-3300
3301-10000
10001-2500
>25000
1
2
3
4
5
  上述规定适用于净水浊度在0.5NTU以下,超过1NTU时,不管多少给水人口数,必要至少每天一次采取水样。
  如果浊度在5NTU以上,要直接向各州的保健单位(DHS)报告,健康单位可责成公共水道通过广播或电视向市民发布饮用水要煮沸后再用的警告。
  对于配水系统的剩余氯,美国环保局要求在净水厂出厂时,至少要保持0.2mg/l,在配水管末端要能检出剩余氯。此时的剩余杀菌剂游离余氯、氯胺、二氧化氯是哪一种都可以。但是多数州的保健单位要求在管网末端的剩余氯为0.2mg/l。建议剩余氯的最大值在配水管的始端保持2mg/l的游离氯,而在氯胺的情况要在配水系统中保持2mg/l,其最大值为3mg/l。
  和剩余氯的规定的同时,美国环保局允许的还有根据细菌试验的一部分Hetelotrophic Plate Count(简称HPC)的结果来评定杀菌效果,如果在配水管的起点的HPC的结果,在1ml的试水中,为10个以上,在配水管系统的试水中平均1ml在500以下,剩余氯的值即使在规定值以下也是可以的。
  美国环保局关于杀菌处理的指针,为过滤以前的杀菌处理法,例如如果满足滤前氯剂规定的CT值,而不管水的浊度值如何,都认为是满足的,所以,这和规定的滤后水浊度的理论是予盾的。
  美国环保局特别注意的肠兰伯氏鞭毛虫、军团菌属、隐子囊孢子、病毒等,鉴于在日本给水技术界尚不太清楚的情况,作如下简单介绍。
  肠兰伯氏鞭毛虫(Giaidia lamblia)
  是长有鞭毛的原生动物,具有长9-20um,宽5-15um,厚2-4um的驱体,在显微镜下观看,是具有猿脸外表的成虫。但如生活在不适合的环境下,作成强的被膜,为囊状体,成8-14um的卵形。肠兰伯氏鞭毛虫在人类、野生动物或家畜中能引起伴有腹泻和发烧的贾第虫病,但还没有因此病而死亡的病例。特别是小孩发病率高,病人的一次大便最多能排出1亿多包囊。肠兰氏鞭毛虫,约在300年以前被发现,很难想象直到2-30年前竟成为传染病的病源。但根据最近的统计,在美国有报告说,此病患病率儿童是4-22%,成年人是2-15%。从1971年至1978年间曾记录有24次集体感染此病。贾第虫病不仅是美国,就是东南亚诸国和欧洲,特别是俄国旅行的人们,也有多数感染。贾第虫病俗称旅行者病,不限于国外旅行,在美国国内野营和钩鱼旅行等因饮用未经充分处理的水而发病的病例也很多。肠兰伯氏鞭毛虫包囊之所在水处理方面成为问题,是因为对氯杀菌的抵抗力强和在混凝沉淀不充分的情况下,在滤池内不能滤除的性质造成。根据Jarroll等人的试验,10min杀菌时间的场合,水温如是25℃用1.5ml/l的游离剩余氯,在PH值为6、7、8的条件下能杀死,但水温在15℃时,用2.5mg/l剩余氯在PH值等于6时也能杀死,PH等于7和8时,即使给与30min的杀菌时间,还有少数的包囊生存着。水温在5℃时,1mg/l的剩余氯,用60min的杀菌时间,不管PH值是多少,也不能使包囊全部死亡的报告也有。另外,Rice和Hoff的试验,对紫外线的抵抗力强,即使给与42000Uws/cm2的照射,包囊的生存统治仍是73-95%。
  隐子囊孢子(Cryptosporidium)
  和肠兰伯氏鞭毛虫一样的是原生动物的一种,它不仅在人类,也在牛、家畜、鸟、鱼、虫类大部分动物体内寄生。人们引起泻肚,一般2-3天可恢复,但有报告说,五岁以下的儿童和成人爱滋病患者等失去免疫力者也有致命的病例。这种原生动物的存在从数十年前就已知道,但成为人类传染病的病源到1970年的中期还没有被确认下来,直到现在才认识到,成为隐子囊孢子病的病源。
  隐子囊孢子以包囊的形式从患病的动物体排出,以牛为例,历经十四天,每天都检出100亿之多的包囊,人的病例也有与上述相似的数字发表。这种包囊有非常强的抵抗力,已经知道它在湿地中存活数月,在低浊度的水源地可存活一年。特别成问题的是它对清水中的游离余氯的抵抗力比肠兰伯氏鞭毛虫强,由于包囊的体积更小(4-6um),所以水处理若不是在最好的条件下进行,完全去除是困难的。另外,根据将滤池冲洗水的上清水送回配水池的英国某净水厂的记录,有在1ml中最多检出10万个隐子囊孢子的例子,这引起了在返还的清水中杀菌的必要性。集体感染隐子囊孢子病的最早记录是1986年7月在美国得克萨斯州,患者6千,其次是在1987年1月的佐治亚州,患者1万3千人,1992年在俄勒冈州,有100人左右,1993年4月在美国密尔沃基市,竟有25万人患病,在英国1988年4月和1989年3月也集体感染,在1989年有报告称,其病例合计有9000件。问题是不论在哪种情况下,配水管内剩余氯都要保持0.2mg/l。密尔沃基市的情况是由于混凝剂从硫酸铝更换成聚合氯化铝,滤水的PH值接近8,氯杀菌的效果低下,和滤后水的浊度屡屡超过0.5NTU造成的。作为有效的杀菌处理可以列举出的有臭氧、二氧化氯以及有高剩余氯的氯处理等。
  再有,隐子囊孢子还没有被列入美国环保局杀菌的优先名单。
  军团菌属病(Legionellosis)
  细菌的一种,叫做军团菌属病的能引发类似肺炎的病原菌,最近才确认其存在。在美国推断每年有5-10万人患此病,特别是老人,有慢性病的人,有严重烟瘾者和酒精中毒者等易患此病,致命的病例也不少。军团菌属菌在地表水中多有存在,而在地下水中,其数是很少的。致病的途径主要是由于呼吸了空气的烟雾中所含的细菌引起,从被污染的水传染的可能性也有。至今集体感染的病例多在旅馆或医院,由于不卫生的空调和热水系统致病。美国环保局对这种细菌虽进行了注意,但因为这种细菌检出困难,同时为检验这种菌需要大量的费用,还有这种细菌的传染途径与饮用水是否有关系还不太清楚等理由,尚未被列入作为杀菌对象的名单。
  病毒:
  病毒在美国读音为Virus。是依存于其他动物的细胞繁殖的微生物,其尺寸大小约0.015um左右,病毒有数百种,给水工作者关心的是肠道病毒(Enteric Visuses),也就是能在人体内繁殖并可能引起疾病的那些种类的病毒。主要有A型肝炎病毒(HAV)轮状病毒、脊髓灰质炎病毒、腺病毒伴随卫星病毒、肠道病毒、瘤病毒等。这些当中特别是A型肝炎病毒可引发肝炎,重症的情况下,可以致命。轮状病毒,可引起肠胃炎,儿童感染时有不少是致命病例。脊髓灰质炎病毒能引起小儿麻痹症是众所周知的。腺病毒伴随卫星病毒、肠道病毒、瘤病毒是能给呼吸器官和肠道带来疾病的病毒,从被下水污染的地表水为水源的给水中也有发现,但是不是从给水的途径感染的尚不清楚。
  这些病毒的去除,有报告称进行充分的混凝沉淀处理,能得到80-95%的去除率,进而将滤池的去除率也包括在内,去除率达99.5%以上是可能的。在混凝剂方面与硫酸矾土(粗制硫酸铝)相比,氯比铁的效率稍高一些,如果加添高分子混凝剂,只是混凝沉淀处理,病毒的去除率就可达到96%以上。
1.2地下水配水系统杀菌处理标准
  目前对地下水的杀菌处理,美国环保局没有规定,而多数州的保健单位都设定了和地表水同样的规定。但是美国环保局于1993年6月提出新标准,并预定在1996年9月公布规定。
  美国环保局让标准细则,于各州保健单位考虑其地方特性下设立。在各地特性之中,地层中自净作用是焦点。大体构想是,配水系统开始点剩余氯至少为0.2mg/l,供水人口3.3千人以上,必要连续测定剩余氯。若在4小时内剩余氯低于0.2mg/l的情况,各州的保健单位有责任尽速提出报告。
  井水用紫外线(UV)杀菌,其消毒装置如发生故障,必要立即仃止供水。
  特别是,地下水配水系统,必要强调没有外部污染的设计和维护管理。配水管路取样做HPC试验的结果,应有95%以上是每ml为500以下。
1.3杀菌剂的类别和杀菌处理副产物的标准
  给水处理负责人面临的问题是:还有着和上述杀菌处理标准对立立场事实的一面。美国环保局指示充分消毒,要有充分保持CT的必要性,但另一方面是,这个条件满足了,还有副产物标准不合格的矛盾关系。
  美国环保局1989年秋季,对此项目所用杀菌剂进行探讨,例如,CIO2使用限量,臭氧使用忠告,饮用水中含有三卤甲烷及其他副产物最大容许限度(MCL)等的探讨。1993年6月发表了标准提案,征求与给水有关系的工作者意见,1995年6月设定标准。目前情况是,仅有氯消毒规定三卤甲烷MCL为0.1mg/l。关于此值,某时间也有定为0.05mg/l或以下的动向。美国环保局最近态度是,既要注意到含有微生物的细菌引起急性病的危险性,也要注意到饮用水含有三卤甲烷于长时间伤害人体健康的危害性。在这种场合下定出了MCL值。1993年5月会议提出第一阶段为80ug/l,2000年最终到40ug/l,并提出卤乙酸MCL第一阶段为60ug/l,最终为30ug/l。
  美国环保局于1989年9月发表的有致癌性的副产物表中的卤乙腈、氯化苦、醛类和各种有机过氧化物等数种物质,对人体影响不明确,目前除外。
  美国环保局以作为表流水处理规则一部,将副产物的MCLG和MCL倡导。
  MCLG为对人体健康没有影响的许可值,有着充分的安全率,从而,超过此值的浓度,在饮用水中检出,也不适用于处罚原则。在MCL的场合,超过此限界值的场合,在法律上合乎处罚规定,之所以如此,原因是:根据当前净水技术所产生的副产物使在MCL以下,环保局判断市民没有大的经济负担就能做到。
  美国环保局设定MCLG和MCL时,将致癌性物质分成A至E组,更再分成3类。
组    别说   明
A
B·1
B·2
C
D
E
判明对人体有致癌性的物质
对人体大概有致癌性的物质
判明在动物实验中有致癌性的物质,但对人体没有证明
对人体可能有致癌性的物质
数据不充分,很难说有否致癌性的物质
对人体致癌性的物质全无
致癌性分类说  明MCLG
1有致癌性的物质A、B1、B2级0
2致癌性的物质有无不明确C组人类一生中致癌机率为10-5(10万人中1人)至10-6(100万人中1人)。
3没有致癌性的物质D、E组 
主要杀菌处理发生副产物及其MCL值和MCLG值    表5
副产物使用消毒剂MCL
(ug/l)
MCLG
10-4
(ug/l)
10-5
(ug/l)
总三卤代甲烷(三氯甲烷、溴甲叉二氯、二溴氯化甲烷)氯剂100 0
根皮苷(phloroform)氯剂606
溴甲叉二氯氯剂141.4
三溴甲烷氯剂、臭氧  404
溴酸盐臭氧1010.1
  臭氧处理,数年以前作为不产生有害的副产物的唯一处理方法,有强烈主张使用者,到今日已判明那种说法不正确。由于分析仪器精度的提高和分析法的改善和氯剂杀菌情况一样,以前不过对其副产物的存在没有弄清。臭氧处理有致癌性的副产物在含有少量溴化物的场合就多半会发生。受海水影响的河水和流域的地质里含有的场合,含有0.2mg/l溴化物的条件,用臭氧处理就有危险的副产物产生。
  这种场合的主要的副产物有有机性副产物的三溴甲烷、乙腈氰甲烷、1-1二溴酮、溴乙酸等,无机性副产物的溴酸盐、次溴酸、次溴离子等。这些副产物产生的有关条件为,溴化物离子量、PH值、臭氧投注浓度、水温、碱度、反应时间、水中有机物质量等影响很大。有机性副产物在PH值为7以下的酸性区多半发生。反之,溴酸盐在PH值高(PH8)之下多数生成。水温越高,这些副产物发生量越大。这些副产物之中最必须注意的溴酸盐如表-5所示的那样,其MCLG值为极低。为要在臭氧处理时抑制其副产物发生,用过氧化氢(H2O2)或氨剂与臭氧同时并用,有实验报告称可达到某种效果。调整处理水的PH值是最重要要素之一。
  美国环保局在1993年5月例行会议上,审议将溴酸盐(Bromate)的MCL定为5-10ug/l。第一阶段设定为10ug/l的意图强烈。目前是三氯代甲烷最大容许量限定为0.1mg/l,这仅适用于1万人以上人口给水的公用水道,1年最少4次(每季度1次)分析,供各州保健单位以分析值的平均值判断。但是美国环保局1966年末将适用范围扩展到小规模的公共水道设施上,美国要有5万余公共水道计划全部应用。美国公用水道定义指的是:“饮用水的水道向至少有15家供水场合或者至少有25人一年中不断供水的供水事业单位”。
  美国环保局目前工作日程是,1994年3月,将杀菌剂和其致癌性副产物的规定提交给水界征求意见,预定1996年12月正式公布。公布后的2年另6个月以内,必要将现有的净水设施改进,使成为生产合格饮用水。
  但是,此副产物规定,在美国环保局本身上提出结论感到非常困难。1992年秋季到今日,顾问委员会协议在审议中,此委员会成员由美国环保局有关人员、有学识经验者、水道事业代表、环境保护者以及市民代表组成。用此方法短期内能建立最满意的规定,且对美国环保局诉讼机会减少(美国环保局到现在为止,规定项目中的约80%诉讼审议淘汰)。此方法虽运用的好,但规定在预定期间内没有成立的危险性也有。
  今年5月上述美国环保局委员会提出的新规定为过滤水的TOC值。如果过滤水TOC值为2.0mg/l以下,仅用快速过滤方式处理就可,在TOC超过2.0mg/l时,采用高度混凝处理,使TOC值尽可能降低。举一例说明,TOC值在2-4mg/l的场合原水碱度如为60mg/l以下,投加硫酸铝30-40mg/l,PH值5.5-6,应除去30-40%的TOC值。如果不行,探讨用臭氧处理、粒状活性炭,而后膜处理,把过滤水TOC降到2mg/l以下。用这样杀菌方法,必须在开始时,做控制致癌性副产物的试验。

最近的将来设定杀菌处理副产物MCL        表6
副 产 物使用消毒剂MCL
溴乙酸
氯酸盐
次氯酸盐
醛类
过氧化氢
乙二醛/甲基乙二醛
乙醇/乙烷
氯剂、臭氧
二氧化氯、次盐酸
二氧化氯
臭氧
臭氧
臭氧
臭氧
 60ug/l
10ug/l
0.3ug/l



2、对腐蚀性净水的对策
  因为SWTR的安全饮用水法里没有这样的规定,将用水法重要规定,简单申述如下:
  以往给水管和用户配水管多用铅管和铜管,最近热水管也以铜管用含铅焊药焊接的例子不少。几乎所有金属,在水PH值低硬度小的场合,腐蚀度大。特别是幼儿饮用高浓度含铅的水中毒的例子时有报告。
  美国环保局将铅和铜在饮用水中的浓度,于1991年6月做以下规定(无MCL值)。
  铅:15ug/l以下
  铜:1.3ug/l以下
  这些量是采取对策行动标准,对市民必要进行特别指示和教育,同时净水场必要有调整PH值和投加特种腐蚀抑制剂的计划和实施对策(1994年6月止)。实施设计和设置必要在1966年末完成。1997年的1年当中,必要确定其效果。如果没有效果,必须把已敷设的给水管用无缝钢管,PVC管和其他适当的管子替换。
  美国环保局调整净水PH最简单办法的指针尽管有效,但提议原水硬度在100mg/l(以CaCO3表示)以上的场合,PH值应在7.6左右。原水硬度比上述低的场合,PH值至少为8.0。给水管和室内给水管属于公共水道管理人责任以外的事,所以问题解决也不简单。
  铜和铅的MCL值。1975年规定铅为50ug/l,铜为1mg/l,现在还有效。但1994年已用上述的行动标准替代,实质上净水处理管理者已不适用上述处罚规则。
3、其他主要规定
  SWTR强调净水处理的可信性。下面所述系设计的一些事项和指示,收入净水处理维护管理法则。
  主要的一些事项列述如下:
  (1)净水的浊度、剩余氯以及PH值的连续测定记录。
  (2)净水水质不合标准场合(根据上述的连续测定值)表示警报,通知作业人员,根据此情况,净水操作自动仃止。
  (3)净水作业人员工作能力测验并确立许可证制度。
  (4)确立和实施训练在非常时期事态发生,应采取措施和通报情报制度。
  (5)1年1次调查水源流域和配水地区的卫生对策状态并向DHS提出报告书。
  (6)每月将原水到净水的各处水质分析结果和净水操作状态向DHS报告。
  (7)由DHS的净水技术人员1年1次对净水场的操作,主要机械的检查和对净水处理效率做出评价。
  (8)主要药剂投加机械,特别是混凝剂和杀菌剂投注机械设置备用机械(机械故障场合应用)。
  (9)滤池初滤可能性的设计及投注滤池中洗净水内的聚合剂的考虑。
  (10)采用示踪原子试验,测定水处理池,特别是清水池的实际仃留时间(必要探讨CT值)。
  (11)进行氯胺杀菌法的场合,首先投加氯剂,短时间(至少1.5min)以游离氯消毒,然后用25%剩余氯量比例的氨剂投加。首先投加氨剂的场合,则因前述所示的使用CT表不许可,则必要以实际处理细菌试验所得结果,提交DHS获得许可。
4、美国净水场消毒方法实际应用状态
  美国供水协会对美国公共水道主要使用的消毒剂实用状态做了调查(1991年资料),结果示于表7。
美国净水场杀菌剂实际使用状况   表7
杀菌剂前氯剂处理或氧化前处理在使用主要杀菌处理法中
保持水中剩余量
氯剂66%70%
氯胺15%27%
臭氧0.5%0%
氧化氯9%2%
过锰酸钾33%0%
臭氧/过氧化氢0%0%
  注:目前在数处净水厂,这种方法成为可能,整个百分数现今是0.1%程度。
  表中为444处地表水在净水场处理中的杀菌处理状态。主要的杀菌剂氯剂使用场合为整个的70%,氯胺占其次为27%。臭氧从70年代起有40个左右的净水场做了设置,其中半数为1天处理量少于2万吨的小规模净水场,其使用率为整个处理水量的1%以下,并几乎都是在前处理使用(表7)。
  有很多报告称,氯胺在前处理使用的场合,比之氯剂来,用在前处理上效果非常不好,特别对藻类和微生物等,不能充分控制。
5、对今后净水处理方式展望
  现在几乎所有净水场都以各种理由采用前氯化处理以提高处理效果。但结果是多数超过THM最大许可量。因此实际在用前氯化处理是困难的。1周间使用氯剂每1次投加程度比必要量大,池壁发生藻类和微生物等得到很大控制。净水厂多用氯胺替代氯剂用做前氯化处理,其效果从目前处理标准看不怎么好。
  几乎所有场合净水处理都使用混凝、沉淀、过滤,随后杀菌的传统处理工艺。直接过滤法除非并用臭氧处理,其安全性是不足的。各州DHS除非在特别条件下得到许可不得使用。
  原水水质不好的场合,考虑用臭氧处理加入传统处理的方法。但多数场合要进行小型试验,探讨臭氧在处理系统中的投注位置,同时还必要确定臭氧投加率以及伴随臭氧处理产生的副产物种类和浓度。设计新净水场根据臭氧处理比混凝、沉淀处理次要的情况,应要考虑减少臭氧投加量的有利点,同时,还要考虑由于滤池生物学作用,将发生副产物除去的能力。此时滤池滤床不一定必要粒状活性炭。除非发性副产物过多,多数能以惯用的砂滤料或煤砂双层滤料滤床中的生物活动作用,保持副产物在MCL以下,这种作法都多以小型试验和实际净水结果判断。
  在杀菌上,采用剩余游离氯理想,特别是含有臭氧处理系列的场合,可能THM产生的少。但是从保持配水系统剩余氯的观点和从抑制总三氯代甲烷的目的,应考虑配水系统应用氯氨,此时氯与氨的比例为4:1,使其产生一氯胺。过量的氨残留于配水管和配水池中会发生硝化菌,因此,限制其到最小量是必要的。
  原水水质非常不好的场合,最初是由微生物处理除去氨、异臭味、藻类、有机物,其次是,以前臭氧处理和后臭氧处理加于传统的混凝、沉淀、过滤、杀菌程序中,同时,以粒状活性炭吸附处理加于后臭氧处理后面。但考虑到建设、维护、管理费用,对实际适用机会要予以限制。
  一般指针是:在臭氧投入量上,水中TOC和臭氧浓度比率为1mg/l的TOC,臭氧为0.6-1.0mg/l。
  在混凝剂上,和硫酸铝相比,氯化铁和阳离子系聚合剂合并投入。对除去TOC和除去浊度、色度都有了不起的效果及能以在抑制TTHM的发生上,使整个混凝剂投注量在半数以下,污泥产生量也有减少的优点。多数报告称,在多数场合上,硫酸矾土在最佳投注量时,TOC除去率到40%,相对的氯化铁和阳离子聚合剂合并投注的场合,于同一水中,在最佳投注量时,TOC除去率能到70-75%。
6、后记
  本世纪世界人口急速增加及工业扩展,给人们带来诸多方便和福利。但另一方面,生活污水和无限制的化学合成物质使用及产业废水,几乎使世界都有了污染问题。污染上水道的地表水和地下水水源的主要物质为微生物、有机合成物质及无机物质,且在某此地方可能有放射性物质及其他物质。其中影响最大的是细菌等。以及病毒微生物,而致发生传染病。据最近统计:世界中每1年有5亿人受到感染,其中有1千万人死亡。从而,在净水处理过程中,充分使用细菌“CT”标准是有着重要的意义的。在人工合成物质中,随着一部分净水处理用氯杀菌,最近怀疑副产物有致癌性。从在动物上使用,有着大量副产物的结果,推论人类也有致癌性。美国环保局考虑每100万人中有1人致癌率作为最大容许限度。总而言之,法学家和辩护士在由于没有良好判断事实,而在提高安全率的观点下,定出的容许浓度,其幅度必须合乎美国的体质。
  但是,对于上述意见还有许多人反对。对老鼠,大量使用有问题的物质实验结果。Bruce Ames等人意见是,对于人体使用小量单一物质的长时间影响会有差误。人类长期摄取非常小的单一物质致癌极少的事实和多数野菜和果物对害虫能自卫的原因,本身只含有小量的毒物,但人类一生食这些东西而致致癌的报告没有。因此也不能忽视这些实际情况。这些议论可作为人类有免疫性的说明。
  以上情况简略为:公用水道有义务给市民供应充足而安全的水,随之而来的是美国环保局对市民应负担费用的考虑和实施方法的进行现状,一般群众未必赞成。大众反面的谈论是,对其必要性怀有疑问,基于美国目前经济状况,社会状况及致癌性物质的规定产生疑惑。人类发生癌病,除过量摄取致癌性物质的场合以外,是个人的生活态度,如人对食品爱好和摄取量,吸烟与否、对酒与其他乙醇的摄取量和其频度、人的居住地区和环境、个人工作性质和生活态度与该人具有遗传基因等的总合结果。在次要方面上,有大量疑惑物量在动物实验是致癌性物质,基于这些情况而假定的计算方式规定:100万人有1人致癌的许可浓度,有差误的说法的。至于赞成那方面的意见,听任各方面读者判定。总之,定出由杀菌剂产生副产物的许可浓度,采取极端的低值是有疑问的,美国环保局目前指示为饮用水的水处理法,是使用大量的无机和有机絮凝剂,及由于使用臭氧等氧化剂,作为在氯剂杀菌时副产物原料的原水中物质的量减低,再由于大量氯剂投注充分进行杀菌。此时发生的副产物如超过限度,则加入活性炭吸附处理。
  这种处理法乍一看,认为是理想的,实际上,净水中完全溶解物质的量增加,同时污泥处理变多,也使净水处理费用及水厂建设费用加大。
  理想的处理法是,限制化学处理药品到最少程度。由于微生物在自然界中的自净作用是主体,考虑努力充分利用前处理方式,同时将最近进一步改良和适用的膜处理,特别是纳诺过滤(毫微过滤,Nano Fitration)的进展和实用作为重点,发展到生产出处理费用经济的大量的饮用水是必要的。
  纳诺过滤属于超滤的下限领域,法国小规模公共水道已实际应用。这种处理在加以必要的极极压力(1.5kg/cm2)程度上,原水水质只要不是非常恶劣,就不需要加混凝剂与臭氧处理,浊度、色度、病毒微生物可由膜全部除掉,不必担心副产物及CT等问题,处理水以氯剂投注,配水管中的细菌污染即可防止。最近以模型试验,原水达到120度高浊度水的场合,过滤时间12小时,不用前处理,滤过水合手饮用水水质标准,全部膜处理操作自动控制,可只有少数操作人员的优点。目前的问题是处理水量还极有限制。
  最后,美国环保局已预定出饮用水水质标准计划,图1所示为本世纪末规定的近于190个MCL项目。是否能达到此目标多少有疑问,对于此意图表示赞誉之意。
 
作者:杨福才译 
 
 
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