保障再生水的安全的相关消毒问题
1 与消毒相关的再生水安全因素 微生物 化学消毒剂 健康影响 细菌 如Legionella 和埃希氏大肠菌（Escherichia coli—） 自由氯，氯氨 二氧化氯，臭氧 肠胃疾病、;Legionnair疾病、致死 贾第虫包囊 自由氯，二氧化氯，臭氧 肠胃疾病、致死 隐孢子虫包囊 二氧化氯，臭氧 肠胃疾病、致死 病毒 自由氯，二氧化氯，臭氧 肠胃疾病、致死
1.1 卫生要求
再生水的水源水一般为生活污水或污水处理厂出水，因此直接或间接来自人体或动物排泄物污染不可避免的存在，尤其是粪便污染。如果污染源包括可传播的肠道病原体，则引起这些疾病的病原体将可能存在水体中，当该水体作为饮用水，食品加工用水或用于其他接触方式的用途时都有可能导致新的疾病感染。
引起疾病的病原体大致分为三大类：细菌、寄生虫（原生动物和蠕虫）及病毒。致病的影响程度变化很大，有的可能只是轻微的肠道疾病，严重的可能出现致命的痢疾、腹泻、肝炎或伤寒。
十九世纪初美国出现许多人因感染伤寒而死亡，在1900年高峰期时，每十万人中的死亡人数曾高达25人。至1908年，美国开始使用氯来消毒自来水，才得以供应卫生、安全的自来水，随后加氯消毒方式逐渐被各国采用。除了加氯消毒技术外，其他消毒方法也得到了寻迅速发展，如二氧化氯、臭氧、UV等，但成本较高，而且在完成消毒过程之后，便会溶解消失，和氯消毒不同，在水中的余氯能减少自来水在输送过程中受细菌污染的机会。表1列举了消毒剂和所针对的微生物。
表1 消毒剂及其对应微生物
1.2 消毒剂和消毒副产物
与其他技术一样，消毒过程也存在着一定的局限性，即由于消毒剂的氧化能力很强，无选择性地与水体中所有可氧化地物质发生化学反应而形成消毒副产物，不仅可以起氧化反应，还可与水中天然存在的有机物起取代或加成反应而得到各种卤代物。其中包括对人体健康具有极大危害的致癌物三卤甲烷（THMs）和卤代酸（HAAs）。表2 和表3列举了主要消毒剂和形成的三种类别的消毒副产物对人体产生的健康影响。实际上，水体中产生的消毒副产物远不止这些，列举的是一些普遍存在，研究较多，有代表性的物质。
表2 消毒剂对人体健康影响
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消毒剂 |
对人体的影响 |
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一氯胺 |
无明显副作用；某种鼠类试验发现有单核白血病细胞；试管试验发现有致突变性；体内试验无遗传毒性 |
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二和三氯胺 |
不明 |
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氯 (chlorine) |
无明显副作用；次氯酸盐为IARC Group 3 |
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碘 (iodine) |
碘是甲状腺激素合成的必要元素；碘与碘盐的作用有別，但不祥 |
表3 消毒副产物对人体健康影响
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消毒剂副产物 |
对人体的影响 |
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溴酸盐 |
溴酸盐主要产生于溴化物的氧化（如臭氧处理过程）；鼠类试验引起肾肿瘤、間皮瘤；有致突变性；IARC Group 2B |
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氯酸盐 |
二氧化氯或次氯酸盐的分解产物；对其毒性的研究尚不充分 |
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亚氯酸盐 |
影响红血球、生成血红脘（猫、猴试验结果）；IARC Group 3 |
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2-一氯酚 |
不明 |
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2,4-二氯酚?? |
不明 |
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2,4,6-三氯酚?? |
鼠类试验引起淋巴瘤和白血症；Ames试验阴性，但其他试验显示弱致突变性；IARC Group 2B |
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甲醛 |
主要产生于有机物的臭氧分解；鼠类吸入投用表明其致癌性；经口投用引起胃剧痛；IARC Group |
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3-氯-4-二氯甲基-5-羟基-2(5H) 呋喃酮 |
有变异毒性；体内试验显示很弱的遗传毒性 |
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溴仿 |
高浓度引起肝、肾损伤；遗传毒性研究结果多歧；IARC Group 3 |
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二溴一氯甲烷 |
高浓度引起肝、肾损伤；遗传毒性研究结果多歧；IARC Group 3 |
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一溴二氯甲烷 |
高浓度引起肝、肾损伤；遗传毒性研究结果阴性、阳性皆有；IARC Group 2B |
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氯仿 |
影响肾、肝和淋巴腺；IARC Group 2B；鼠类试验引起肝细胞、肾管肿瘤；遗传毒性研究结果阴性、阳性皆有 |
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一氯乙酸 |
有限的试验数据未显示其致癌性 |
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二氯乙酸 |
动物试验发生神经疾病、体重减轻、睾丸损伤及脑部病变；有肝肿瘤发生 |
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三氯乙酸 |
引起过氧化体増多、肝重増加；影响染色体；未发现遗传毒性 |
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水和三氯乙醛 |
影响肝脏；试管试验有致突变性；干扰染色体分离 |
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氯丙酮 |
影响肝脏（1,1-二氯酮） |
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氯化氰 |
同氰化物 |
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三氯硝基甲烷 |
动物试验导致寿命降低和体重减轻；有致突变性 |
2 消毒效果分析
消毒的主要目的是利用物理或化学方法杀灭污水中的病原体微生物，防止对人类及畜禽的健康产生危害或对生态环境造成污染。消毒方法大体可分为物理法和化学法两类。物理法是利用热、光波、电子流等来实现消毒作用的方法。化学法主要通过向水中投加化学消毒剂以实现消毒目的。常用的化学消毒剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等。
在消毒过程中，CT值是一个重要的控制参数。微生物的灭活率取决于消毒剂的浓度与水和消毒剂的接触时间的乘积CT值，各种消毒剂灭活不同的微生物所需的CT值相差悬殊，见表4。
表4 各种消毒剂灭活不同的微生物所需的CT值
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微生物 |
自由氯pH6－7 |
氯氨pH8－9 |
二氧化氯pH6－7 |
臭氧pH6－7 |
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埃希氏大肠菌 |
0.34－0.05 |
95－180 |
0.4－0.75 |
0.02 |
|
脊髓灰质炎病毒 |
1.1－2.5 |
768－3740 |
0.2－6.7 |
0.1－0.2 |
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螺旋病毒 |
0.01－0.05 |
3806－6476 |
0.2－2.1 |
0.006－0.06 |
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贾第虫 |
47－150 |
2200 |
26 |
0.05－0.6 |
|
隐孢子虫 |
7200 |
7200 |
78 |
5－10 |
3 保障再生水卫生安全的控制措施
3.1 指示生物选择
指示生物的选择应能最好的反应水体受粪便污染的情况，因此一般指示菌的选择满足以下条件：在粪便中大量存在，且不存在或少量存在于其他来源；不应在水体中繁殖，在水中比病原体存活时间长；更能抵抗环境的变化，对氯等消毒剂的抵抗力比病原体强；容易监测，易于分离、鉴定和计数，而且在水处理过程的去除程度与其他病原体类似。
目前再生水首选的指示生物是总大肠杆菌或粪便大肠杆菌。大肠菌被作为指示微生物是因为在暖血动物粪便中可以容易和明显的检测出来，它与粪便污染有相应的关系，而且与许多病原菌一样，随环境条件和处理工艺的变化而变化。但是，只测定大肠杆菌本身不能充分说明存在病原病毒和原生动物或浓度。
具体选择哪种大肠杆菌带有一定的主观性。微生物学家并不都认为总大肠杆菌分析优于粪便大肠杆菌分析，例如用大肠杆菌低到某种程度来表示病原菌的不存在就不合理。虽然人们已推荐使用其它指示生物，如肠球菌（Enterococci）和大肠埃希氏杆菌（E. coli），但由于种种原因，在现有的再用条例或准则里还没有采纳。
美国环保局在制定国家地表水体的水质准则过程中，曾对几个不同地区的娱乐水体（淡水、海水）进行了流行病学调查和志愿人群跟踪研究，结果见下表。
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指示菌 |
相关系数 |
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肠球菌 |
0.74 |
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埃希氏大肠菌 |
0.80 |
|
粪大肠菌 |
0.08 |
在娱乐水体中出现这种情况，可能因为在娱乐水体中存在甚至不用从口进入而有可能致病的病原体，如肺炎杆菌（Klebsiella）和绿脓杆菌（Pseudomona saerugin）。因此，相对不同的接触感染途径，致病病原体种类也不同，我们推荐应根据不同用途设定不同的指示生物，特别是娱乐水体种类，可采用埃希氏菌作为指示菌。
3.2 监测要求
无论是制定还是执行再生水水质标准或指南，水质监测往往都是最突出的问题，可通过水质监测证实常规运行效果和所达到的预计目标。因此水质监测不仅要要确定选择哪些水质监测参数，还要确定限制值、取样频率和监测点的位置，一般要选择代表性替代参数来进行监测。
通过参考现有的大量资料和实验室监测的可操作行，过滤和消毒等适当的污水处理措施可以除去病毒或者使病毒失去活性，使病毒浓度降到很低或不可测出的水平。因此对病毒目前没有什么监测要求，主要是通过限制一定水平的处理工艺来保证病毒水平在要求的健康安全范围内。
悬浮物质的去除与健康保护也有关系。人们已经发现很多病原菌都与颗粒物有关系，比如颗粒物可以保护细菌和病毒不受消毒剂的影响，而且有机物会消耗氯，减少了可用于消毒的消毒剂量。为了确保病原菌被杀灭或失活，消毒之前颗粒物的浓度应降低到一定程度，如2NTU或5mgTSS/L。
大多数参数的取样频率均为每天取瞬时样或混合样。连续监测浊度比每天测定悬浮固体更有助于判断处理的效果。但单纯的低浊度或低悬浮固体浓度并不能说明再生水中没有微生物，浊度和悬浮固体不能指示水中有无微生物，只能说明污水在消毒前的水质情况。
一些观点还认为应该对监测点位置进行规定，再生水在用水点处应该满足所有的水质要求是基本的要求，所以监测位置一般应选在污水处理厂和再用点之间微生物可能再次繁殖的地方。
在再生水储存和分配过程中可能水质恶化，这种恶化应与其它用水中的水质变差同等对待。在实际中可以通过维持一定的余氯以减少配水系统中粘泥的生长，有助于消除霉味，还能再提供一级消毒，从而增加了用水的安全性。
3.3 处理技术要求
从污水到达可使用的再生用途，其中最重要的措施就是采取可行的处理工艺，不仅削减了其中有害污染物和病原体，而且增加整个再生利用系统的可靠性。其中重点需要进行监控的参数指标是对水中悬浮物的去除，水中微粒物质如有机、无机和高等微生物能在消毒过程中保护细菌。
Sproul 等人用臭氧研究发现明矾和斑脱土在浊度为1-5对不同的有机体只提供很少的保护，然而粪便物质尤其是人类上皮细胞的确能起到保护作用。Scarpino等人采用二氧化氯研究发现温度和浊度影响斑脱土吸附的脊髓灰质炎的失活，在25°C、浊度大于2.29 NTU 降低失活率。
氯容易和含有不饱和链的有机物质反应产生有味觉和气味的化合物，因此有机物造成的浊度增加使消耗氯量增大，导致分配系统的残留自由余氯的减少，可能造成再污染。例如在渥太华水厂加氯量的加大和浊度增加有很大关系。浊度对消毒的影响，研究表明固定消毒剂量下，浊度从1.0到10.0变化，消毒效率将下降80%。对于有机微粒，浊度从5.0下降到1.0时抗消毒物质减少50%。消毒剂用量和浊度、有机碳含量有很大的相关性，浊度从1.0上升到5.0，消毒剂需要量提高180%。
在水体浊度为4－84NTU，余氯为0.1－0.5g/L，最小接触时间为30min时，检测到水体中存在大肠菌群。浑浊水体的Escherichia coli即使余氯为0.35mg/L或更高时也能存活。
絮凝过程中原生动物、细菌和病毒和其他浊度源被絮状物捕获并通过过滤去除。但有时候絮状物通过过滤床时破坏，那种突破同时伴随着病毒穿透的提高，即使最终水的浊度保持在低于0.5 NTU 。过滤出水浊度的提高说明微生物通过的可能提高，即使出水浊度低于1.0 NTU。例如浊度提高0.2–0.3 NTU，就会出现贾第虫胞囊浓度的提高。宾夕法尼亚环境保护部门1996年报告：浊度穿透和贾第虫突破间存在关系，一个稳定的低浊度过滤，浊度提高0.1 NTU能导致胞囊10-50折的提高。在监测浊度和寄生虫关系时发现浊度去除1 log，贾第虫和隐孢子虫去除0.89-log。
3.4 可靠性要求
在保证可靠性要求上，主要集中在两个问题，处理工艺达到的目标和系统的总去除效果。例如99.9999%的时间达到10 log的病毒去除/灭活效果和简单的要求处理单元病毒总去除率达到10 log是不同的。
处理工艺达到的目标可通过先设定去除率要求，确定各处理单元是否会满足去除目标要求。如果不行，则应按所要达到的处理目标将各处理单元排列。如果任何一个处理单元都能够达到这个要求，则设置两个处理单元系列，增加总处理系统的可靠性。
将各单个处理单元的处理可靠性相加得出总处理系统的可靠性，但应注意到各个处理单元达到最佳处理效果的频率是不同的。
假如要求50％的时间病毒去除率为2 log，则只要求半数时间内满足2log（99%）或以上的去除效果即可，这就意味着去除率小于99％也是可以的。当工艺去除率小于2log（99%）时，为了保证一定去除效果，则应设立另一个控制措施（屏障），增加一套处理工序。如果假设第二级屏障也要求50%的时间病毒去除率为2个数量级，则两者结合起来就是25%时间可达4 log，即4log（99.99%）（s1 s2）。然而，系统可能有75％的时间（s1 s2，s1 f2，f1 s2）是只能达到99%的去除效果的。因此最终结果是单个处理单元病毒去除率为2log（99%）的几率为50%，总系统病毒去除率为2log（99%）的几率为75%，总系统的可靠性增加了，虽然满足总去除率为4log（99.99%）的几率低于50%。
如果单元2的2log（99%）去除率的几率为255，则不达标的几率将为75%（单元1仍保持不变，99%去除率50%时间）。总系统达到99%的时间将为62.5%（s1 s2＋s1 f2＋f1 s2）。达4log （99.99%）的几率降低到12.5%。总系统达99％的几率大于各个独立单元（可靠性提高了），但达不到99％的几率也提高到了37.5%。
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