美国实施剩余消毒剂方法的综述

天津市自来水集团有限公司科学技术情报站
刘万福 冯新

　　 美国广泛地应用氯杀灭饮用水中致病菌。除了这一主要目的外，为了减少配水管网中生物膜生长并作为防止致病菌侵入的保护 措施而在管网中维持一定的余氯。与许多欧洲国家相比，管网中剩余消毒剂相对保持较高，主要原因是有关规定的影响及使用氯为 主要消毒剂而不是采用其他深度处理工艺。 随着规定的修改、深度处理工艺的采用、管网条件的改善，将来可能剩余消毒剂量要降低。

　　美国去除饮用水中致病菌的主要方法就是用氯，或单独用氯或用氯胺消毒。氯一直是首选的消毒药剂，因为其成本的相对便宜，另外美国许多高纯度的供水仅要求简单处理 (例如，只要求药剂消毒)。八十年代末和九十年代初，为执行需水处理法(SWTR)，许多供水系统开始安装过滤系统来去除致病的有机物。SWTR不仅要求处理系统增加过滤工艺，而且要求配水管网中要有剩余消毒剂。同期，美环保局(USEPA)颁布了总大肠菌规则(TCR)要求供水公司监测管网中大肠茵，大肠菌检测为阳性时表示不符和规定，而去除 大肠菌的主要方法是加大管网中的剩余消毒剂量。由于这些规定加之氯成本比其它灭活致病菌药剂低，导致饮用用水含氯高。然而，目前美国用户已提出希望解决水中氯的嗅味问题，通过调研一些数据及实例研究，本文综述了饮用水消毒方面的作法。
　　美国用氯消毒始于九十年代初，1926年纽约市实施了所谓“双氯法”，即在第一阶段大剂量加氯，处理嗅味，第二阶段选点加氯进行消毒。由于加氯量高，引起氯味导致应用氯胺消毒。直到二战爆发以前，氯胺一直是美国供水中应用的消毒方法。二战期间，氨供应短缺，供水系统改用氯不再用氨。放弃氯胺消毒的另一个原因是人们发现了折点加氯。
　　许多年，配水管网中的余氯都是来自开始处理的几道工序。这些工序有去除嗅味、杀灭病毒、助凝、去除硫化氢、去色、去铁锰等。四十年代期间，开始有意识地在管网中加剩余消毒剂。这是因为美国公共卫生局 (USPHS)首次要求供水公司监测管网中细菌指标。另一个原因是有报道因管网受到污染，致使暴发大量水致病。四十至五十年代，数份报道声称他们应用游离氯抑制或控制了管网中细菌的再生长。当时情况下余氯量保持在1—2mg／L，但用户抱怨水中有氯味。1952年，坎萨斯州要求所辖供水系统都要在管网中保持余氯。这些情况对现代的管网保持余氯的做法有深刻影响。
　　1974年，在美国供水协会的输配水水质委员会报告中，重点提出关于用余氯保持配水管网水质的建议，报告提议管网末梢保持余氯为0.2～0.3mg／L。1980年经Snead等人对管网余氯研究表明，最有效的是游离余氯。七十年代末，美环保局实施了THM标准为 10μg/L。这样迫使许多供水公司为了限制THMs的生成，不得不将游离氯改变使用氯胺。

一、目前实施的方法

　　有关规定的要求：
　　1、政府规定
　　地表水处理法(SWTR)、总大肠菌规定(TCR)及消毒剂／消毒副产物规定(D／DBPR)等法规对美国目前剩余消毒剂的作法有极大影响。SWTR要求使用地表水的配水系统至少要保持0.2mg／L进入管网，并且管网中能测出剩余消毒剂，或95％管网水样的HPC(异养平板计数)小于500mL。TCR要求管网水样95％不能出现大肠茵。如果达不到此要求必须将管网情况通知公众。TCR认为预防管网中大肠菌污染，目前最好的可行技术是管网中持续最低0.2mg／L剩余消毒剂。
　　许多供水公司现已开始执行消毒剂／消毒副产物规定中的THMs和AAs标准。为减少消毒副产物的生成，各公司正在管网中由氯改用氯胺。
　　2、各州有关规定
　　美国各州有关剩余消毒剂的规定有很大的区别，尤其是对氯胺的规定。Hach先生在1985年对各州使用氯胺的规定进行了专门调查，那时许多州，包括特拉华、爱达荷、新罕 布什尔、北达科他、佛蒙特、及华盛顿州等，规定任何情况下都不允许使用氯胺消毒。美国各州的规定有根本上的区别，并且对剩余消毒剂的作法随时间推移变化很大。堪萨斯州曾一度不允许使用氯胺消毒，而现在法定使用氯胺。堪萨斯州之所以这样做是为了用氯胺作为防止生成THMs的手段。堪萨斯州现在还要求管网末梢要保持1mg／L剩余消毒剂。
　　3、氯胺消毒工艺
　　1989年美国水工业数据库(WIDB)调查表明，438个供水系统中有23％使用氯胺作为配水管网中的消毒剂。其余供水系统都用游离氯。1988年据美国AWWARF组织调查报道，供水系统的11％已经由游离氯改用氯胺。使用氯胺的系统多分布于美国南部和中部地区。不用游离氯而用氯胺其主要动机是减少三卤甲烷、减缓氯的衰减、提高生物膜的灭活能力、及减少氯的嗅味。
　　配水系统中所用氯胺剂量一般比游离氯要大。这是因为用氯胺虽然产生的剩余消毒剂多，但不会产生氯嗅味。尽管配水管网中使用氯胺剩余量还没有公认的标准，但LeChevallier建议采用2mg/L剩余量对控制铸铁管道生物膜效果最好。
　　新罕布什尔州的康科德市在由氯改用氯胺方面就是一个很有代表性的例子。他们在整个管网中很难保持余氯量。几乎50％的采样点都见不到剩余氯。由于三卤甲烷含量已达最大污染量(MCL)，所以在水厂出水点提高氯量是不可行的。改用氯胺后，系统中总剩余氯由0.75～1mg／L增加到2.5mg／L。HPCs数量也大大减少。
　　许多使用氯胺的供水系统都已增加了辅助措施，预防氯胺衰减时释放的氨产生硝化作用。因为高浓度的游离氯灭活硝化菌比氯更有效。所以许多系统每年有24周由氯胺改用高浓度的游离氯。

二、消毒剂剂量与目的

　　保持的剩余消毒剂多少取决于原水水质、采用的处理工艺、州规定的政策、历史上出现过的细菌问题等方面的特性。从已报导 的无数事例中可看出，保持剩余消毒剂的主要目的就是减少阳性大肠菌的出现。作用通过对管网水质项目的研究发现，大多数供水公司所用剩余消毒剂剂量不是1、2就是3mg／L。据1990年水工业数据库(WIDB)记载，其中包括供水人口逾50，000人系统的数据，所调查的全部系统(438个)的49％剩余消毒剂保持在2mg／L以上。
　　1、大肠菌灭活情况
　　供水厂家提高剩余消毒剂浓度的主要目的是控制管网不出现大肠菌。尽管有数篇研究报导说氯灭活大肠菌效率低，但厂家仍热 中此法。Oliveri等人很详细的报导了他们的研究，由于管网细菌再生，他们在出厂水中采取高浓度余氯作法。当管网测出阳性大肠菌后，他们把出厂水余氯从2mg／L提高到10mg儿。但当余氯高达8mg／L时，仍检出了阳性大肠菌。
　　1982年的另一项有关控制管网大肠菌的调查中介绍了提高剩余消毒剂的作法，而氯和氯胺两者的消毒效果无明显区别。供水系统早先用氯胺作为消毒剂，后来改用游离氯控制更有效。在对调查的评价中提到，管网余氯增加到了3-5mg／L。而该系统过去采用氯胺时，氯胺剩余量为12mg/L。改用氯后阳性大肠茵数量明显下降。最近在华盛顿DC和波士顿两地的经验表明，控制大肠菌最重要的是靠提高剩余消毒剂浓度。两个系统1996年都暴发过大肠菌，这里“暴发”意指管网水样数量中，5％以上有阳性大肠菌的场合。每个系统的对策都是提高管网剩余消毒剂浓度。当时华盛顿系统余氯保持在34mg／L。同期，向波士顿及周边地区供水的MRRA系统出现大肠菌暴发，并且在过去两年中，其总余氯从0.2～0.4mg／L提高到1.5～2.0mg／L。
　　2、管网内设加氯站
　　供水厂家保持管网剩余消毒剂的一种特别方法就是在管网远点加氯。此法是为了避免加氯量高而产生消毒副产物及氯的嗅味。 采用此法的系统可使管网水的寿命长。

三、对未来实施剩余消毒剂方法的展望

　　如本文所述，使用剩余消毒剂的主要目的就是要抑制管网中的大肠菌。然而很明显，高浓度剩余消毒剂有时达不到此目的。当今大小供水系统都很快的在管网中由用游离氯改用氯胺，以便更好地控制大肠菌及避免生成消毒副产物。
　　必须提出的一个重要问题，即是否管网中这些高浓度余氯对保持公众健康有多大的改善。从本文回顾剩余消毒剂方法来看，值得考虑以下问题：
　　●现有的剩余消毒剂的作法在许多方面似乎并不很科学。供水系统需进行具体评价，包括运用逻辑法考虑风险评估、系统对病原体侵入的薄弱环节、用户的要求，其次要考虑使用哪种剩余消毒剂。
　　●许多系统改用氯胺时未考虑到此作法是否合适。氯胺比游离氯优点多，但不是万能药。任何系统欲改用氯胺时应确定是否氮胺消毒工艺适合其管网的具体情况。