楊福才譯
合譯者：紀長順

　　摘要：一般凈水設施的設計，直到十五年以前，還是由土木工程師按照現(xiàn)有基本的模式進行設計，沒看到有顯著的變化。最近，由于對殺菌處理隨之而產(chǎn)生的副生成物致癌性的恐懼，美國的環(huán)境保護局在進行飲用水的水質容許標準大幅修正的同時，將殺菌劑、殺菌處理的標準、懷疑有致癌性物質的量的限制，濾后水濁度的降低，以及為防止給水管腐蝕的水質調整等，也規(guī)定為對公共給水系統(tǒng)應做的工作。因而滿足這些條件的凈水處理系統(tǒng)和與其相配合的計量儀表設備及凈水管理是必要的，也需要將化學、化學工程學、微生物學、計量儀表工程學等廣泛領域的專業(yè)知識加入到土木工程學系中去。
　　主題詞：美國環(huán)境保護局、安全飲用水法、深度凈水處理、三鹵代甲烷、防止腐蝕

介紹

　　在最近二十年間，美國給水界關于凈水處理的想法和設計標準的變動，是相當頻繁的。成為這個動向直接動機的是美國環(huán)保局在1974年報告書中發(fā)表的關于新奧爾良市在凈水中發(fā)現(xiàn)66種致癌的有機物質的警告。
　　從六十年代中期到七十年代后半期，直接過濾的凈水方式，在原水水質好的情況下很多被采用，美國供水協(xié)會在每年的年會中也有很多這方面的報告。但在最近各州的健康保健單位(Department of Health Service簡稱DHS)可以說幾乎不許可采用這種方式，其理由是因為在1989年頒布的地表水處理規(guī)則(SWTR)，指定凈水處理的可靠性不足。水處理的可靠性必須由多段處理實現(xiàn)，才是美國最近在凈水處理法方面的基本方針。
　　最近首要的問題是伴隨著殺菌處理產(chǎn)生有機和無機的致癌性的副生成物事件。從1980年初到中期，認為除臭氧處理外沒有解決這個問題的手段的想法強烈，到1990年后半期也有人在學會刊物上發(fā)表文章說將有90%以上的凈水廠進行臭氧處理。但是，其后因為在臭氧處理下檢出了致癌性物質，所以如不是在特別的條件下，對在原有凈水廠或新建凈水廠，增加臭氧處理問題猶疑不決。主要理由是臭氧處理產(chǎn)生致癌性的副產(chǎn)物，特別是溴酸鹽(Bromate)的最大容許濃度有極低的可能性。
　　因此，在適應地表水處理規(guī)則的情況下選定凈水方式時，選擇既能充分的殺菌處理又要考慮致癌性的副產(chǎn)物為最少的殺菌法和氧化處理劑是重要的。
　　美國環(huán)境保護局最近要求對給水處理至少有三個要點：凈水濁度為0.5NTU；消毒應滿足規(guī)定的CT值；（C——剩余消毒劑濃度：mg/l）T——消毒接觸時間：min）。而且消毒產(chǎn)生的致癌性副產(chǎn)物的限界值按如下值所示：
　　關于副生成物的種類和數(shù)量，在目前只能規(guī)定三鹵代甲烷，在0.1mg/l下。三鹵甲烷含有三溴甲烷（溴仿）、二溴氯代甲烷、溴甲叉二氯、三氯甲烷（氯仿）等四類物質。目前，美國環(huán)境保護局將于1996年12月，對下列物質的最大容許值預定為：
　　三鹵代甲烷：0.08mg/l
　　溴乙酸：0.06mg/l
　　溴酸鹽：0.01mg/l
　　氯　酸：1.0mg/l
　　作者最近得到參觀日本大城市凈水廠的機會，并學到很多東西，同時也知道了一些知之甚少的關于美國在凈水處理方面最近的動向。因此想介紹一下如題目所寫的內容。

1、地表水處理規(guī)程(SWTR)

　　根據(jù)1986年生效的安全飲用水法，在1989年地表水處理規(guī)程建立了關于施工的公共給水設施的基本方針。
　　其中首要的是，以地表水做水源的情況除特例外，必須進行過濾和殺菌處理。然而，地表水的定義是指流經(jīng)地面的表流水和水面與大氣接觸的所有貯留水。因此，河流、湖泊、水庫全是地表水。即使是淺井水、泉水、伏流水那樣的地下水，但有可能因地表或地層內的病原菌而污染的水源，也被視為地表水。
　　地表水處理規(guī)程的主要指針項目，在目前有下列五項：
　?、贇⒕幚順藴?；
　　②殺菌處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物規(guī)定；
　?、蹚呐渌到y(tǒng)采取水樣次數(shù)規(guī)定；
　?、芘渌到y(tǒng)考慮金屬管道防腐蝕措施；
　　⑤提高對凈水廠處理的可靠性。
　　因美國國土廣大，故各州的地表水處理規(guī)程均有其地方特性，例如應考慮氣候條件、水源的水質特性等而決定通用于各州的凈水設施和飲用水的水質標準。因此各州的標準與美國環(huán)保局的地表水處理規(guī)程及水質標準多少有差別，只要是在這個州工作就必須服從這個州長的基準。
1.1殺菌處理標準
　　根據(jù)美國地表水處理規(guī)程，在凈水處理過程中，必須要殺死或除去99.9%(3Log)的腸蘭伯氏鞭毛蟲包囊及99.99%(4Log)的病毒。至于僅靠殺菌處理，能殺減百分之多少，那要根據(jù)凈水處理的型式而定。表－1所示為美國環(huán)保局的標準。此表上所謂快速過濾處理，是由混凝、沉淀、快濾構成的處理方式，所謂直接過濾是指，從快速過濾處理中減掉沉淀的處理方式。因此，在進行一般的快速過濾處理的凈水場，在殺菌處理階段，必需要殺減0.5log的腸蘭伯氏鞭毛蟲和2log的病毒那樣的凈水場設計和凈水管理。但是，如果因凈水廠的設計和管理不充分，而使過濾的前處理不充分，以其州的保健單位(DHS)評價的場合，在殺菌處理過程，需要殺減1.0log的腸蘭伯氏鞭毛蟲和3.0log的病毒。保健單位(DHS)是每年一次對各凈水場進行抽查。大腸菌和一般細菌沒有在表－1上列出是因為在能夠殺減腸蘭伯氏鞭毛蟲和病毒的條件下，這些細菌是不能存活的。然而最近隱子囊孢子(Cyptosporidium)對殺菌處理的抵抗力增強的情況引人注目。

殺菌處理需要的最小除去率和凈水處理方式　　　　表－1 凈水方式 由凈水處理的平均去率(Log) 用殺菌處理需要的除去率(Log) 腸蘭伯氏鞭毛蟲 病毒 腸蘭伯氏鞭毛蟲 病毒 快速過濾處理 2.5 2.0 0.5 2.0 直接過濾處理 2.0 1.0 1.0 3.0 慢速過濾處理 2.0 2.0 1.0 2.0 硅藻土過濾處理 2.0 1.0 1.0 3.0

　　至于說用殺菌處理在哪種條件下可否達到必要的去除率，需要由消毒劑的水中剩余濃度C(mg/l)和其接觸時間T(min)的乘積CT值在一定的水溫和PH值的條件下保持某一定值以上。其值如表－2、3、4所示。

0.5Log(68%)的腸蘭伯氏鞭毛蟲去除率的CT值　　　表－2 殺菌劑 PH 水　　　　溫 0.5℃ 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 游離余氯* 6 25 18 13 9 7 4 7 35 25 19 13 9 6 8 51 36 27 18 14 9 9 73 52 39 26 20 13 臭　　氧 6-9 0.48 0.32 0.23 0.16 0.12 0.08 二氧化氯 6-9 10 4.3 4 3.2 2.5 2 氯　　胺 6-9 635 365 310 250 185 125

*此表僅為游離余氯為1.0mg/l時的CT值

1.0Log(90%)的腸蘭伯氏鞭毛蟲去除率的CT值　　表－3 殺菌劑 PH 水　　　　溫 0.5℃ 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 游離余氯* 6 49 35 26 18 13 9 7 70 50 37 25 19 12 8 101 72 54 36 27 18 9 146 104 78 52 39 26 臭　　氧 6-9 0.97 0.63 0.48 0.32 0.24 0.16 二氧化氯 6-9 21 8.7 7.7 6.3 5 3.7 氯　　胺 6-9 1270 735 615 500 370 250

*此表僅為游離余氯為1.0mg/l時的CT值

2.0－4.0Log的病毒除去率的CT值　　　　　表－4 殺菌劑 Log*
去除率 水　　　　　　溫 0.5℃ 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 游離余氯* 2.0 6 4 3 2 1 1 3.0 9 6 4 3 2 1 4.0 12 8 6 4 3 2 臭　　氧 2.0 0.9 0.6 0.5 0.3 0.25 0.15 3.0 1.4 0.9 0.8 0.5 0.4 0.25 4.0 1.8 1.2 1.0 0.6 0.5 0.3 二氧化氯 2.0 8.4 5.6 4.2 2.8 2.1 1.4 3.0 25.6 17.1 12.8 8.6 6.4 4.3 4.0 50.1 33.4 25.1 16.7 12.5 8.4 氯　　胺 2.0 1243 857 643 428 321 214 3.0 2063 1423 1067 712 534 356 4.0 2883 1988 1491 994 746 496 紫外線
(mw·sec/cm) 2.0
3.0 21
36 紫外線的殺菌效果與水溫無關

*此表的log去除率適用于PH值在6～9的范圍內。

　　計算CT值必要的接觸時間T，在管路的場合，于幾乎沒有水流短路的情況下充許使用以最大時間流量計算的停留時間?？墒窃跊]有設置有效的阻流墻的清水池的情況，由于水流短路是顯著的，是否使用計算停留時間的10%的值，要進行示蹤物實驗，由實驗結果實際的流過時間決定。示蹤物實驗對決定設有導流壁水箱的設計，以防止水流短路的清水池等的停留時間T明顯的有利。在這種場合也是在最壞條件下的停留時間，亦即清水池在水位最低、最大流量流進來的場合下必要作示蹤物實驗。
　　示蹤物有氯化鋰和氟化鈉，特別是前者對人體沒有影響，在普通的水中幾乎不含有氯化鋰，而且示蹤物本身也難于形成短路，故美國環(huán)保局許可使用。
　　隨著CT標準而規(guī)定的是凈水濁度和大腸菌(Coliform)。凈水濁度一個月間的連續(xù)濁度測定值的95%以上在0.5NTU以下，濁度不能超過5NTU的規(guī)定。這是基于不在此規(guī)定內對存在于構成濁度物質粒子中的微生物有殺菌劑不起作用的可能性。凈水濁度的測定，只要不是小規(guī)模的凈水廠連續(xù)測定是必要的。同時，各州多在各個過濾方法中的出水管上設置濁度計進行連續(xù)測定。對大腸菌，首先進行使用5支或10支試驗管的推定試驗之后，再進行和以前同樣方法的確定試驗。然而美國環(huán)保局指示從1992年9月實施推定試驗的結果，不以推定值(MPN)表示而只報告陽性或者陰性。與以前的細菌試驗相比，簡單的在24小時后判定結果的克里拉特法，美國環(huán)保廳從1992年6月正式認可。
　　給出表－2，－3，－4的使用例，說明怎樣利用這些表。
　　首先設定以下各條件：
　?、賰羲幚矸绞剑夯炷?、沉淀、過濾、消毒的標準快速過濾法；
　　②最高和最低水溫：25℃、5℃；
　?、蹆羲腜H:PH7.0；
　?、軞⒕幚矸ǎ涸谇逅貎冗M行的游離余氯殺菌法；
　　⑤清水池計算的停留時間（滿水時）：3小時。（基于設計流量）
　　問題：夏季和冬季必要的游離剩余氯的計算。
　　美國環(huán)保局指示，在整個處理過程中，對腸蘭伯低鞭毛蟲要去除到3Log，對病毒要去除到4Log，然而用上述的標準快速過濾法的凈水場，充其量能完成的處理效果，可認為是腸蘭伯氏鞭毛蟲的去除率是2.5Log、病毒的去除率是2Log，因此，表1所示的殺菌處理過程中，必要去除腸蘭伯氏鞭毛蟲0.5Log和去除病毒2Log。
　　清水池的停留時間，如最壞情況，假定水位下降三分之一，在夏季是1小時，在冬季，用水因是處理水量的一半為2小時。但是在表－2所示CT中的T(min)，只要承認計算值的10%，在夏季是6min，在冬季為12min。對腸蘭伯氏鞭毛蟲的CT值，由于PH值為7，水溫為5℃情況下CT值是25，PH為7，水溫為25℃的情況下是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。
　　同樣對于病毒表－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。
　　不言而喻殺滅腸蘭伯氏鞭毛蟲必要的和剩余氯濃度，就成為實際的殺菌處理條件。
　　冬季2.4mg/l的剩余氯是過多的，如擔心市民有不滿的意見，可在清水池內設導流墻，以防止水流短路，并用示蹤物試驗，示得實際停留時間，采用其10%的值作為T值為好。如采用此方法T值至少成為三倍。所以，剩余氯的濃度能夠在1mg/l以下。
　　還有凈水廠內清水池的剩余氯的最大容許值，美國環(huán)保局在今年五月考慮，游離有效剩余氯氣為3.5～4.0mg/l，在氯胺的場合為4.0mg/l。也研究了二氧化氯情況剩余濃度為0.8～1.0，但沒做出結論。
　　為判斷殺菌效果的細菌試驗，美國環(huán)保局對從配水系統(tǒng)取水樣的次數(shù)作了下述規(guī)定：

人口（人） 一周內最少取水樣次數(shù) <500
501-3300
3301-10000
10001-2500
>25000 1
2
3
4
5

　　上述規(guī)定適用于凈水濁度在0.5NTU以下，超過1NTU時，不管多少給水人口數(shù)，必要至少每天一次采取水樣。
　　如果濁度在5NTU以上，要直接向各州的保健單位(DHS)報告，健康單位可責成公共水道通過廣播或電視向市民發(fā)布飲用水要煮沸后再用的警告。
　　對于配水系統(tǒng)的剩余氯，美國環(huán)保局要求在凈水廠出廠時，至少要保持0.2mg/l，在配水管末端要能檢出剩余氯。此時的剩余殺菌劑游離余氯、氯胺、二氧化氯是哪一種都可以。但是多數(shù)州的保健單位要求在管網(wǎng)末端的剩余氯為0.2mg/l。建議剩余氯的最大值在配水管的始端保持2mg/l的游離氯，而在氯胺的情況要在配水系統(tǒng)中保持2mg/l，其最大值為3mg/l。
　　和剩余氯的規(guī)定的同時，美國環(huán)保局允許的還有根據(jù)細菌試驗的一部分Hetelotrophic Plate Count（簡稱HPC）的結果來評定殺菌效果，如果在配水管的起點的HPC的結果，在1ml的試水中，為10個以上，在配水管系統(tǒng)的試水中平均1ml在500以下，剩余氯的值即使在規(guī)定值以下也是可以的。
　　美國環(huán)保局關于殺菌處理的指針，為過濾以前的殺菌處理法，例如如果滿足濾前氯劑規(guī)定的CT值，而不管水的濁度值如何，都認為是滿足的，所以，這和規(guī)定的濾后水濁度的理論是予盾的。
　　美國環(huán)保局特別注意的腸蘭伯氏鞭毛蟲、軍團菌屬、隱子囊孢子、病毒等，鑒于在日本給水技術界尚不太清楚的情況，作如下簡單介紹。
　　腸蘭伯氏鞭毛蟲(Giaidia lamblia)
　　是長有鞭毛的原生動物，具有長9-20um，寬5-15um，厚2-4um的驅體，在顯微鏡下觀看，是具有猿臉外表的成蟲。但如生活在不適合的環(huán)境下，作成強的被膜，為囊狀體，成8-14um的卵形。腸蘭伯氏鞭毛蟲在人類、野生動物或家畜中能引起伴有腹瀉和發(fā)燒的賈第蟲病，但還沒有因此病而死亡的病例。特別是小孩發(fā)病率高，病人的一次大便最多能排出1億多包囊。腸蘭氏鞭毛蟲，約在300年以前被發(fā)現(xiàn)，很難想象直到2-30年前竟成為傳染病的病源。但根據(jù)最近的統(tǒng)計，在美國有報告說，此病患病率兒童是4-22%，成年人是2-15%。從1971年至1978年間曾記錄有24次集體感染此病。賈第蟲病不僅是美國，就是東南亞諸國和歐洲，特別是俄國旅行的人們，也有多數(shù)感染。賈第蟲病俗稱旅行者病，不限于國外旅行，在美國國內野營和鉤魚旅行等因飲用未經(jīng)充分處理的水而發(fā)病的病例也很多。腸蘭伯氏鞭毛蟲包囊之所在水處理方面成為問題，是因為對氯殺菌的抵抗力強和在混凝沉淀不充分的情況下，在濾池內不能濾除的性質造成。根據(jù)Jarroll等人的試驗，10min殺菌時間的場合，水溫如是25℃用1.5ml/l的游離剩余氯，在PH值為6、7、8的條件下能殺死，但水溫在15℃時，用2.5mg/l剩余氯在PH值等于6時也能殺死，PH等于7和8時，即使給與30min的殺菌時間，還有少數(shù)的包囊生存著。水溫在5℃時，1mg/l的剩余氯，用60min的殺菌時間，不管PH值是多少，也不能使包囊全部死亡的報告也有。另外，Rice和Hoff的試驗，對紫外線的抵抗力強，即使給與42000Uws/cm2的照射，包囊的生存統(tǒng)治仍是73-95%。
　　隱子囊孢子(Cryptosporidium)
　　和腸蘭伯氏鞭毛蟲一樣的是原生動物的一種，它不僅在人類，也在牛、家畜、鳥、魚、蟲類大部分動物體內寄生。人們引起瀉肚，一般2-3天可恢復，但有報告說，五歲以下的兒童和成人愛滋病患者等失去免疫力者也有致命的病例。這種原生動物的存在從數(shù)十年前就已知道，但成為人類傳染病的病源到1970年的中期還沒有被確認下來，直到現(xiàn)在才認識到，成為隱子囊孢子病的病源。
　　隱子囊孢子以包囊的形式從患病的動物體排出，以牛為例，歷經(jīng)十四天，每天都檢出100億之多的包囊，人的病例也有與上述相似的數(shù)字發(fā)表。這種包囊有非常強的抵抗力，已經(jīng)知道它在濕地中存活數(shù)月，在低濁度的水源地可存活一年。特別成問題的是它對清水中的游離余氯的抵抗力比腸蘭伯氏鞭毛蟲強，由于包囊的體積更小(4-6um)，所以水處理若不是在最好的條件下進行，完全去除是困難的。另外，根據(jù)將濾池沖洗水的上清水送回配水池的英國某凈水廠的記錄，有在1ml中最多檢出10萬個隱子囊孢子的例子，這引起了在返還的清水中殺菌的必要性。集體感染隱子囊孢子病的最早記錄是1986年7月在美國得克薩斯州，患者6千，其次是在1987年1月的佐治亞州，患者1萬3千人，1992年在俄勒岡州，有100人左右，1993年4月在美國密爾沃基市，竟有25萬人患病，在英國1988年4月和1989年3月也集體感染，在1989年有報告稱，其病例合計有9000件。問題是不論在哪種情況下，配水管內剩余氯都要保持0.2mg/l。密爾沃基市的情況是由于混凝劑從硫酸鋁更換成聚合氯化鋁，濾水的PH值接近8，氯殺菌的效果低下，和濾后水的濁度屢屢超過0.5NTU造成的。作為有效的殺菌處理可以列舉出的有臭氧、二氧化氯以及有高剩余氯的氯處理等。
　　再有，隱子囊孢子還沒有被列入美國環(huán)保局殺菌的優(yōu)先名單。
　　軍團菌屬病(Legionellosis)
　　細菌的一種，叫做軍團菌屬病的能引發(fā)類似肺炎的病原菌，最近才確認其存在。在美國推斷每年有5-10萬人患此病，特別是老人，有慢性病的人，有嚴重煙癮者和酒精中毒者等易患此病，致命的病例也不少。軍團菌屬菌在地表水中多有存在，而在地下水中，其數(shù)是很少的。致病的途徑主要是由于呼吸了空氣的煙霧中所含的細菌引起，從被污染的水傳染的可能性也有。至今集體感染的病例多在旅館或醫(yī)院，由于不衛(wèi)生的空調和熱水系統(tǒng)致病。美國環(huán)保局對這種細菌雖進行了注意，但因為這種細菌檢出困難，同時為檢驗這種菌需要大量的費用，還有這種細菌的傳染途徑與飲用水是否有關系還不太清楚等理由，尚未被列入作為殺菌對象的名單。
　　病毒：
　　病毒在美國讀音為Virus。是依存于其他動物的細胞繁殖的微生物，其尺寸大小約0.015um左右，病毒有數(shù)百種，給水工作者關心的是腸道病毒(Enteric Visuses)，也就是能在人體內繁殖并可能引起疾病的那些種類的病毒。主要有A型肝炎病毒(HAV)輪狀病毒、脊髓灰質炎病毒、腺病毒伴隨衛(wèi)星病毒、腸道病毒、瘤病毒等。這些當中特別是A型肝炎病毒可引發(fā)肝炎，重癥的情況下，可以致命。輪狀病毒，可引起腸胃炎，兒童感染時有不少是致命病例。脊髓灰質炎病毒能引起小兒麻痹癥是眾所周知的。腺病毒伴隨衛(wèi)星病毒、腸道病毒、瘤病毒是能給呼吸器官和腸道帶來疾病的病毒，從被下水污染的地表水為水源的給水中也有發(fā)現(xiàn)，但是不是從給水的途徑感染的尚不清楚。
　　這些病毒的去除，有報告稱進行充分的混凝沉淀處理，能得到80-95%的去除率，進而將濾池的去除率也包括在內，去除率達99.5%以上是可能的。在混凝劑方面與硫酸礬土（粗制硫酸鋁）相比，氯比鐵的效率稍高一些，如果加添高分子混凝劑，只是混凝沉淀處理，病毒的去除率就可達到96%以上。
1.2地下水配水系統(tǒng)殺菌處理標準
　　目前對地下水的殺菌處理，美國環(huán)保局沒有規(guī)定，而多數(shù)州的保健單位都設定了和地表水同樣的規(guī)定。但是美國環(huán)保局于1993年6月提出新標準，并預定在1996年9月公布規(guī)定。
　　美國環(huán)保局讓標準細則，于各州保健單位考慮其地方特性下設立。在各地特性之中，地層中自凈作用是焦點。大體構想是，配水系統(tǒng)開始點剩余氯至少為0.2mg/l，供水人口3.3千人以上，必要連續(xù)測定剩余氯。若在4小時內剩余氯低于0.2mg/l的情況，各州的保健單位有責任盡速提出報告。
　　井水用紫外線(UV)殺菌，其消毒裝置如發(fā)生故障，必要立即仃止供水。
　　特別是，地下水配水系統(tǒng)，必要強調沒有外部污染的設計和維護管理。配水管路取樣做HPC試驗的結果，應有95%以上是每ml為500以下。
1.3殺菌劑的類別和殺菌處理副產(chǎn)物的標準
　　給水處理負責人面臨的問題是：還有著和上述殺菌處理標準對立立場事實的一面。美國環(huán)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，這個條件滿足了，還有副產(chǎn)物標準不合格的矛盾關系。
　　美國環(huán)保局1989年秋季，對此項目所用殺菌劑進行探討，例如，CIO2使用限量，臭氧使用忠告，飲用水中含有三鹵甲烷及其他副產(chǎn)物最大容許限度(MCL)等的探討。1993年6月發(fā)表了標準提案，征求與給水有關系的工作者意見，1995年6月設定標準。目前情況是，僅有氯消毒規(guī)定三鹵甲烷MCL為0.1mg/l。關于此值，某時間也有定為0.05mg/l或以下的動向。美國環(huán)保局最近態(tài)度是，既要注意到含有微生物的細菌引起急性病的危險性，也要注意到飲用水含有三鹵甲烷于長時間傷害人體健康的危害性。在這種場合下定出了MCL值。1993年5月會議提出第一階段為80ug/l，2000年最終到40ug/l，并提出鹵乙酸MCL第一階段為60ug/l，最終為30ug/l。
　　美國環(huán)保局于1989年9月發(fā)表的有致癌性的副產(chǎn)物表中的鹵乙腈、氯化苦、醛類和各種有機過氧化物等數(shù)種物質，對人體影響不明確，目前除外。
　　美國環(huán)保局以作為表流水處理規(guī)則一部，將副產(chǎn)物的MCLG和MCL倡導。
　　MCLG為對人體健康沒有影響的許可值，有著充分的安全率，從而，超過此值的濃度，在飲用水中檢出，也不適用于處罰原則。在MCL的場合，超過此限界值的場合，在法律上合乎處罰規(guī)定，之所以如此，原因是：根據(jù)當前凈水技術所產(chǎn)生的副產(chǎn)物使在MCL以下，環(huán)保局判斷市民沒有大的經(jīng)濟負擔就能做到。
　　美國環(huán)保局設定MCLG和MCL時，將致癌性物質分成A至E組，更再分成3類。

組　　　　別 說　　　明 A
B·1
B·2
C
D
E 判明對人體有致癌性的物質
對人體大概有致癌性的物質
判明在動物實驗中有致癌性的物質，但對人體沒有證明
對人體可能有致癌性的物質
數(shù)據(jù)不充分，很難說有否致癌性的物質
對人體致癌性的物質全無

致癌性分類 說　　明 MCLG 1 有致癌性的物質A、B1、B2級 0 2 致癌性的物質有無不明確C組 人類一生中致癌機率為10-5(10萬人中1人)至10-6(100萬人中1人)。 3 沒有致癌性的物質D、E組

主要殺菌處理發(fā)生副產(chǎn)物及其MCL值和MCLG值　　　　表5 副產(chǎn)物 使用消毒劑 MCL
(ug/l) MCLG 10-4
(ug/l) 10-5
(ug/l) 總三鹵代甲烷(三氯甲烷、溴甲叉二氯、二溴氯化甲烷) 氯劑 100 0 根皮苷(phloroform) 氯劑 － 60 6 溴甲叉二氯 氯劑 － 14 1.4 三溴甲烷 氯劑、臭氧 40 4 溴酸鹽 臭氧 10 1 0.1

　　臭氧處理，數(shù)年以前作為不產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物的唯一處理方法，有強烈主張使用者，到今日已判明那種說法不正確。由于分析儀器精度的提高和分析法的改善和氯劑殺菌情況一樣，以前不過對其副產(chǎn)物的存在沒有弄清。臭氧處理有致癌性的副產(chǎn)物在含有少量溴化物的場合就多半會發(fā)生。受海水影響的河水和流域的地質里含有的場合，含有0.2mg/l溴化物的條件，用臭氧處理就有危險的副產(chǎn)物產(chǎn)生。
　　這種場合的主要的副產(chǎn)物有有機性副產(chǎn)物的三溴甲烷、乙腈氰甲烷、1-1二溴酮、溴乙酸等，無機性副產(chǎn)物的溴酸鹽、次溴酸、次溴離子等。這些副產(chǎn)物產(chǎn)生的有關條件為，溴化物離子量、PH值、臭氧投注濃度、水溫、堿度、反應時間、水中有機物質量等影響很大。有機性副產(chǎn)物在PH值為7以下的酸性區(qū)多半發(fā)生。反之，溴酸鹽在PH值高(PH8)之下多數(shù)生成。水溫越高，這些副產(chǎn)物發(fā)生量越大。這些副產(chǎn)物之中最必須注意的溴酸鹽如表－5所示的那樣，其MCLG值為極低。為要在臭氧處理時抑制其副產(chǎn)物發(fā)生，用過氧化氫(H2O2)或氨劑與臭氧同時并用，有實驗報告稱可達到某種效果。調整處理水的PH值是最重要要素之一。
　　美國環(huán)保局在1993年5月例行會議上，審議將溴酸鹽(Bromate)的MCL定為5-10ug/l。第一階段設定為10ug/l的意圖強烈。目前是三氯代甲烷最大容許量限定為0.1mg/l，這僅適用于1萬人以上人口給水的公用水道，1年最少4次（每季度1次）分析，供各州保健單位以分析值的平均值判斷。但是美國環(huán)保局1966年末將適用范圍擴展到小規(guī)模的公共水道設施上，美國要有5萬余公共水道計劃全部應用。美國公用水道定義指的是：“飲用水的水道向至少有15家供水場合或者至少有25人一年中不斷供水的供水事業(yè)單位”。
　　美國環(huán)保局目前工作日程是，1994年3月，將殺菌劑和其致癌性副產(chǎn)物的規(guī)定提交給水界征求意見，預定1996年12月正式公布。公布后的2年另6個月以內，必要將現(xiàn)有的凈水設施改進，使成為生產(chǎn)合格飲用水。
　　但是，此副產(chǎn)物規(guī)定，在美國環(huán)保局本身上提出結論感到非常困難。1992年秋季到今日，顧問委員會協(xié)議在審議中，此委員會成員由美國環(huán)保局有關人員、有學識經(jīng)驗者、水道事業(yè)代表、環(huán)境保護者以及市民代表組成。用此方法短期內能建立最滿意的規(guī)定，且對美國環(huán)保局訴訟機會減少（美國環(huán)保局到現(xiàn)在為止，規(guī)定項目中的約80%訴訟審議淘汰）。此方法雖運用的好，但規(guī)定在預定期間內沒有成立的危險性也有。
　　今年5月上述美國環(huán)保局委員會提出的新規(guī)定為過濾水的TOC值。如果過濾水TOC值為2.0mg/l以下，僅用快速過濾方式處理就可，在TOC超過2.0mg/l時，采用高度混凝處理，使TOC值盡可能降低。舉一例說明，TOC值在2-4mg/l的場合原水堿度如為60mg/l以下，投加硫酸鋁30-40mg/l，PH值5.5-6，應除去30-40%的TOC值。如果不行，探討用臭氧處理、粒狀活性炭，而后膜處理，把過濾水TOC降到2mg/l以下。用這樣殺菌方法，必須在開始時，做控制致癌性副產(chǎn)物的試驗。

最近的將來設定殺菌處理副產(chǎn)物MCL　　　　　　　　表6 副　產(chǎn)　物 使用消毒劑 MCL 溴乙酸
氯酸鹽
次氯酸鹽
醛類
過氧化氫
乙二醛／甲基乙二醛
乙醇／乙烷 氯劑、臭氧
二氧化氯、次鹽酸
二氧化氯
臭氧
臭氧
臭氧
臭氧 　60ug/l
10ug/l
0.3ug/l
－
－
－
－

2、對腐蝕性凈水的對策

　　因為SWTR的安全飲用水法里沒有這樣的規(guī)定，將用水法重要規(guī)定，簡單申述如下：
　　以往給水管和用戶配水管多用鉛管和銅管，最近熱水管也以銅管用含鉛焊藥焊接的例子不少。幾乎所有金屬，在水PH值低硬度小的場合，腐蝕度大。特別是幼兒飲用高濃度含鉛的水中毒的例子時有報告。
　　美國環(huán)保局將鉛和銅在飲用水中的濃度，于1991年6月做以下規(guī)定（無MCL值）。
　　鉛：15ug/l以下
　　銅：1.3ug/l以下
　　這些量是采取對策行動標準，對市民必要進行特別指示和教育，同時凈水場必要有調整PH值和投加特種腐蝕抑制劑的計劃和實施對策（1994年6月止）。實施設計和設置必要在1966年末完成。1997年的1年當中，必要確定其效果。如果沒有效果，必須把已敷設的給水管用無縫鋼管，PVC管和其他適當?shù)墓茏犹鎿Q。
　　美國環(huán)保局調整凈水PH最簡單辦法的指針盡管有效，但提議原水硬度在100mg/l（以CaCO3表示）以上的場合，PH值應在7.6左右。原水硬度比上述低的場合，PH值至少為8.0。給水管和室內給水管屬于公共水道管理人責任以外的事，所以問題解決也不簡單。
　　銅和鉛的MCL值。1975年規(guī)定鉛為50ug/l，銅為1mg/l，現(xiàn)在還有效。但1994年已用上述的行動標準替代，實質上凈水處理管理者已不適用上述處罰規(guī)則。

3、其他主要規(guī)定

　　SWTR強調凈水處理的可信性。下面所述系設計的一些事項和指示，收入凈水處理維護管理法則。
　　主要的一些事項列述如下：
　　(1)凈水的濁度、剩余氯以及PH值的連續(xù)測定記錄。
　　(2)凈水水質不合標準場合（根據(jù)上述的連續(xù)測定值）表示警報，通知作業(yè)人員，根據(jù)此情況，凈水操作自動仃止。
　　(3)凈水作業(yè)人員工作能力測驗并確立許可證制度。
　　(4)確立和實施訓練在非常時期事態(tài)發(fā)生，應采取措施和通報情報制度。
　　(5)1年1次調查水源流域和配水地區(qū)的衛(wèi)生對策狀態(tài)并向DHS提出報告書。
　　(6)每月將原水到凈水的各處水質分析結果和凈水操作狀態(tài)向DHS報告。
　　(7)由DHS的凈水技術人員1年1次對凈水場的操作，主要機械的檢查和對凈水處理效率做出評價。
　　(8)主要藥劑投加機械，特別是混凝劑和殺菌劑投注機械設置備用機械（機械故障場合應用）。
　　(9)濾池初濾可能性的設計及投注濾池中洗凈水內的聚合劑的考慮。
　　(10)采用示蹤原子試驗，測定水處理池，特別是清水池的實際仃留時間（必要探討CT值）。
　　(11)進行氯胺殺菌法的場合，首先投加氯劑，短時間（至少1.5min）以游離氯消毒，然后用25%剩余氯量比例的氨劑投加。首先投加氨劑的場合，則因前述所示的使用CT表不許可，則必要以實際處理細菌試驗所得結果，提交DHS獲得許可。

4、美國凈水場消毒方法實際應用狀態(tài)

　　美國供水協(xié)會對美國公共水道主要使用的消毒劑實用狀態(tài)做了調查(1991年資料)，結果示于表7。

美國凈水場殺菌劑實際使用狀況　　　表7 殺菌劑 前氯劑處理或氧化前處理 在使用主要殺菌處理法中
保持水中剩余量 氯劑 66% 70% 氯胺 15% 27% 臭氧 0.5% 0% 氧化氯 9% 2% 過錳酸鉀 33% 0% 臭氧／過氧化氫 0% 0%

　　注：目前在數(shù)處凈水廠，這種方法成為可能，整個百分數(shù)現(xiàn)今是0.1%程度。

　　表中為444處地表水在凈水場處理中的殺菌處理狀態(tài)。主要的殺菌劑氯劑使用場合為整個的70%，氯胺占其次為27%。臭氧從70年代起有40個左右的凈水場做了設置，其中半數(shù)為1天處理量少于2萬噸的小規(guī)模凈水場，其使用率為整個處理水量的1%以下，并幾乎都是在前處理使用（表7）。
　　有很多報告稱，氯胺在前處理使用的場合，比之氯劑來，用在前處理上效果非常不好，特別對藻類和微生物等，不能充分控制。

5、對今后凈水處理方式展望

　　現(xiàn)在幾乎所有凈水場都以各種理由采用前氯化處理以提高處理效果。但結果是多數(shù)超過THM最大許可量。因此實際在用前氯化處理是困難的。1周間使用氯劑每1次投加程度比必要量大，池壁發(fā)生藻類和微生物等得到很大控制。凈水廠多用氯胺替代氯劑用做前氯化處理，其效果從目前處理標準看不怎么好。
　　幾乎所有場合凈水處理都使用混凝、沉淀、過濾，隨后殺菌的傳統(tǒng)處理工藝。直接過濾法除非并用臭氧處理，其安全性是不足的。各州DHS除非在特別條件下得到許可不得使用。
　　原水水質不好的場合，考慮用臭氧處理加入傳統(tǒng)處理的方法。但多數(shù)場合要進行小型試驗，探討臭氧在處理系統(tǒng)中的投注位置，同時還必要確定臭氧投加率以及伴隨臭氧處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物種類和濃度。設計新凈水場根據(jù)臭氧處理比混凝、沉淀處理次要的情況，應要考慮減少臭氧投加量的有利點，同時，還要考慮由于濾池生物學作用，將發(fā)生副產(chǎn)物除去的能力。此時濾池濾床不一定必要粒狀活性炭。除非發(fā)性副產(chǎn)物過多，多數(shù)能以慣用的砂濾料或煤砂雙層濾料濾床中的生物活動作用，保持副產(chǎn)物在MCL以下，這種作法都多以小型試驗和實際凈水結果判斷。
　　在殺菌上，采用剩余游離氯理想，特別是含有臭氧處理系列的場合，可能THM產(chǎn)生的少。但是從保持配水系統(tǒng)剩余氯的觀點和從抑制總三氯代甲烷的目的，應考慮配水系統(tǒng)應用氯氨，此時氯與氨的比例為4:1，使其產(chǎn)生一氯胺。過量的氨殘留于配水管和配水池中會發(fā)生硝化菌，因此，限制其到最小量是必要的。
　　原水水質非常不好的場合，最初是由微生物處理除去氨、異臭味、藻類、有機物，其次是，以前臭氧處理和后臭氧處理加于傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過濾、殺菌程序中，同時，以粒狀活性炭吸附處理加于后臭氧處理后面。但考慮到建設、維護、管理費用，對實際適用機會要予以限制。
　　一般指針是：在臭氧投入量上，水中TOC和臭氧濃度比率為1mg/l的TOC，臭氧為0.6-1.0mg/l。
　　在混凝劑上，和硫酸鋁相比，氯化鐵和陽離子系聚合劑合并投入。對除去TOC和除去濁度、色度都有了不起的效果及能以在抑制TTHM的發(fā)生上，使整個混凝劑投注量在半數(shù)以下，污泥產(chǎn)生量也有減少的優(yōu)點。多數(shù)報告稱，在多數(shù)場合上，硫酸礬土在最佳投注量時，TOC除去率到40%，相對的氯化鐵和陽離子聚合劑合并投注的場合，于同一水中，在最佳投注量時，TOC除去率能到70-75%。

6、后記

　　本世紀世界人口急速增加及工業(yè)擴展，給人們帶來諸多方便和福利。但另一方面，生活污水和無限制的化學合成物質使用及產(chǎn)業(yè)廢水，幾乎使世界都有了污染問題。污染上水道的地表水和地下水水源的主要物質為微生物、有機合成物質及無機物質，且在某此地方可能有放射性物質及其他物質。其中影響最大的是細菌等。以及病毒微生物，而致發(fā)生傳染病。據(jù)最近統(tǒng)計：世界中每1年有5億人受到感染，其中有1千萬人死亡。從而，在凈水處理過程中，充分使用細菌“CT”標準是有著重要的意義的。在人工合成物質中，隨著一部分凈水處理用氯殺菌，最近懷疑副產(chǎn)物有致癌性。從在動物上使用，有著大量副產(chǎn)物的結果，推論人類也有致癌性。美國環(huán)保局考慮每100萬人中有1人致癌率作為最大容許限度。總而言之，法學家和辯護士在由于沒有良好判斷事實，而在提高安全率的觀點下，定出的容許濃度，其幅度必須合乎美國的體質。
　　但是，對于上述意見還有許多人反對。對老鼠，大量使用有問題的物質實驗結果。Bruce Ames等人意見是，對于人體使用小量單一物質的長時間影響會有差誤。人類長期攝取非常小的單一物質致癌極少的事實和多數(shù)野菜和果物對害蟲能自衛(wèi)的原因，本身只含有小量的毒物，但人類一生食這些東西而致致癌的報告沒有。因此也不能忽視這些實際情況。這些議論可作為人類有免疫性的說明。
　　以上情況簡略為：公用水道有義務給市民供應充足而安全的水，隨之而來的是美國環(huán)保局對市民應負擔費用的考慮和實施方法的進行現(xiàn)狀，一般群眾未必贊成。大眾反面的談論是，對其必要性懷有疑問，基于美國目前經(jīng)濟狀況，社會狀況及致癌性物質的規(guī)定產(chǎn)生疑惑。人類發(fā)生癌病，除過量攝取致癌性物質的場合以外，是個人的生活態(tài)度，如人對食品愛好和攝取量，吸煙與否、對酒與其他乙醇的攝取量和其頻度、人的居住地區(qū)和環(huán)境、個人工作性質和生活態(tài)度與該人具有遺傳基因等的總合結果。在次要方面上，有大量疑惑物量在動物實驗是致癌性物質，基于這些情況而假定的計算方式規(guī)定：100萬人有1人致癌的許可濃度，有差誤的說法的。至于贊成那方面的意見，聽任各方面讀者判定?？傊?，定出由殺菌劑產(chǎn)生副產(chǎn)物的許可濃度，采取極端的低值是有疑問的，美國環(huán)保局目前指示為飲用水的水處理法，是使用大量的無機和有機絮凝劑，及由于使用臭氧等氧化劑，作為在氯劑殺菌時副產(chǎn)物原料的原水中物質的量減低，再由于大量氯劑投注充分進行殺菌。此時發(fā)生的副產(chǎn)物如超過限度，則加入活性炭吸附處理。
　　這種處理法乍一看，認為是理想的，實際上，凈水中完全溶解物質的量增加，同時污泥處理變多，也使凈水處理費用及水廠建設費用加大。
　　理想的處理法是，限制化學處理藥品到最少程度。由于微生物在自然界中的自凈作用是主體，考慮努力充分利用前處理方式，同時將最近進一步改良和適用的膜處理，特別是納諾過濾（毫微過濾，Nano Fitration）的進展和實用作為重點，發(fā)展到生產(chǎn)出處理費用經(jīng)濟的大量的飲用水是必要的。
　　納諾過濾屬于超濾的下限領域，法國小規(guī)模公共水道已實際應用。這種處理在加以必要的極極壓力(1.5kg/cm2)程度上，原水水質只要不是非常惡劣，就不需要加混凝劑與臭氧處理，濁度、色度、病毒微生物可由膜全部除掉，不必擔心副產(chǎn)物及CT等問題，處理水以氯劑投注，配水管中的細菌污染即可防止。最近以模型試驗，原水達到120度高濁度水的場合，過濾時間12小時，不用前處理，濾過水合手飲用水水質標準，全部膜處理操作自動控制，可只有少數(shù)操作人員的優(yōu)點。目前的問題是處理水量還極有限制。
　　最后，美國環(huán)保局已預定出飲用水水質標準計劃，圖1所示為本世紀末規(guī)定的近于190個MCL項目。是否能達到此目標多少有疑問，對于此意圖表示贊譽之意。

---

天津市自來水公司科學技術情報站
一九九五年二月