城市再生水回用系统中水质安全保障技术与管网微生物控制策略

一、引言

随着水资源短缺问题日益严峻，城市再生水回用作为缓解水资源压力、实现水资源可持续利用的重要途径，受到广泛关注。再生水回用可应用于工业冷却、城市绿化、道路冲洗等多个领域，对提高水资源利用效率具有重要意义。然而，再生水水质安全问题是制约其大规模推广应用的关键因素。若再生水水质不达标，不仅会影响回用效果，还可能对人体健康和生态环境造成潜在威胁。同时，管网中的微生物生长繁殖易引发管道腐蚀、水质恶化等问题。因此，研究城市再生水回用系统中水质安全保障技术与管网微生物控制策略，具有重要的现实意义。

二、城市再生水回用系统水质安全风险分析

（一）微生物污染风险

再生水含多种微生物，如细菌、病毒等。常规处理后，部分致病微生物可能残留，如大肠杆菌、沙门氏菌等，可能通过接触、吸入等途径危害人体健康。微生物在管网中繁殖，形成生物膜，影响水质和使用功能。

（二）化学物质残留风险

污水处理虽去除大部分污染物，但可能残留化学物质，如重金属、有机污染物。这些物质有毒、持久、生物累积，长期使用可能对环境和健康产生慢性危害。部分化学物质与消毒剂反应，生成有害副产物，增加水质安全风险。

（三）管网水质恶化风险

再生水输送中，管网内壁粗糙和死角有利于微生物附着和生长。形成的生物膜吸附有机物、微生物和杂质，导致水质恶化。水力条件变化，如低流速、死水区域，促进微生物生长和生物膜形成，加剧水质恶化。

三、城市再生水回用系统水质安全保障技术

（一）物理净化技术

过滤技术：采用不同类型的过滤设备，如砂滤、活性炭过滤、膜过滤等，去除再生水中的悬浮物、胶体和部分有机物。砂滤通过截留、吸附等作用，去除水中较大颗粒的杂质；活性炭过滤利用活性炭的吸附性能，吸附水中的有机物、异味物质和部分重金属；膜过滤技术（如微滤、超滤、纳滤和反渗透）则能根据膜的孔径大小，有效去除微生物、胶体、大分子有机物和部分小分子污染物，对再生水水质提升效果显著。

沉淀技术：通过设置沉淀池，利用重力作用使水中的悬浮物沉淀下来。常用的沉淀池类型有平流式沉淀池、辐流式沉淀池和竖流式沉淀池等。在沉淀过程中，可添加混凝剂，如聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）等，促进悬浮物的凝聚和沉淀，提高沉淀效率，降低水中的浊度。

（二）化学净化技术

消毒技术：消毒是保障再生水微生物安全的关键环节。常用的消毒方法包括氯消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒等。氯消毒成本低、消毒效果好，但可能产生三卤甲烷等消毒副产物；二氧化氯消毒具有广谱杀菌能力，且消毒副产物较少；紫外线消毒通过破坏微生物的核酸结构达到杀菌目的，无二次污染，但对隐孢子虫等抗紫外线微生物的杀灭效果有限；臭氧消毒氧化能力强，能有效去除水中的有机物和微生物，但设备投资和运行成本较高。实际应用中，可根据再生水的水质特点和回用要求，选择合适的消毒方法或采用联合消毒技术，提高消毒效果，降低消毒副产物的产生。

化学氧化技术：利用强氧化剂，如高锰酸钾、过氧化氢、芬顿试剂等，对再生水中的有机污染物和还原性物质进行氧化分解。化学氧化技术能够有效去除水中的难降解有机物、异味物质和部分重金属，改善再生水的水质。例如，芬顿试剂通过亚铁离子和过氧化氢的反应产生羟基自由基，具有极强的氧化能力，可将有机物氧化为二氧化碳和水。

（三）生物净化技术

人工湿地处理技术：人工湿地是一种模拟自然湿地生态系统构建的污水处理技术。通过植物、微生物和基质的协同作用，去除再生水中的有机物、氮、磷等污染物。植物通过吸收和吸附作用去除部分污染物，微生物在基质表面和植物根系周围分解有机物，基质则起到过滤和吸附作用。人工湿地具有投资成本低、运行管理简单、生态环境友好等优点，但占地面积较大，处理效果受季节和气候影响较大。

生物膜法处理技术：生物膜法是利用微生物附着在固体填料表面形成生物膜，通过生物膜上微生物的代谢作用去除水中污染物的方法。常见的生物膜法工艺有生物滤池、生物接触氧化池、生物流化床等。生物膜法具有处理效率高、耐冲击负荷能力强、污泥产量少等优点，可有效去除再生水中的有机物和氨氮等污染物。

四、城市再生水回用管网微生物控制策略

（一）优化消毒技术

根据管网的长度、管径、水流速度等特点，选择合适的消毒方式和消毒剂投加量。在管网前端可采用氯消毒或二氧化氯消毒，保证初始消毒效果；在管网末端，可结合紫外线消毒或臭氧消毒，进一步杀灭残留微生物，防止微生物在管网中生长繁殖。同时，实时监测管网中消毒剂的余量，根据水质变化及时调整投加量，确保管网内始终保持有效的消毒浓度。

（二）合理选择管网材料

选用抗腐蚀、抗生物附着性能好的管网材料，如不锈钢管、聚乙烯（PE）管、聚氯乙烯（PVC）管等。这些材料表面光滑，不易附着微生物，可减少生物膜的形成。避免使用容易被微生物腐蚀的金属管道，如普通钢管，降低管网腐蚀和微生物滋生的风险。此外，在管网安装过程中，要保证管道连接紧密，避免出现渗漏和死角，减少微生物滋生的环境。

（三）调控管网水力条件

优化管网的布局和设计，避免出现水流速度过低、死水区域等不利于水质保持的情况。合理控制管网中的水流速度，一般建议水流速度不低于0.5m/s ，以防止微生物在管道内壁附着和生长。定期对管网进行冲洗和清淤，清除管网内的沉积物和生物膜，保持管网通畅，改善管网水质。同时，可采用间歇供水、交替使用管道等方式，破坏微生物的生长环境，抑制微生物的繁殖。

（四）生物控制技术

在管网中投加微生物抑制剂或有益微生物菌群。微生物抑制剂如季铵盐类化合物、异噻唑啉酮等，能够抑制微生物的生长和繁殖，但需注意其对环境的影响和安全性。有益微生物菌群，如具有竞争排斥作用的益生菌，可与有害微生物竞争营养和生存空间，抑制有害微生物的生长。此外，还可利用微生物的酶解作用，分解生物膜中的胞外聚合物，破坏生物膜结构，达到控制微生物的目的。

五、结论

城市再生水回用系统的水质安全保障与管网微生物控制是实现再生水安全回用的关键。在实际应用中，应根据城市再生水回用系统的具体情况，因地制宜地选择合适的水质安全保障技术和管网微生物控制策略，确保再生水安全、高效回用，为城市水资源可持续利用提供有力支撑。

参考文献

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