2023 年，《脱盐》（Desalination）期刊发表了一项研究，聚焦二次供水系统中的水质安全与膜污染问题。该研究深入探讨了紫外线（UV）预处理对超滤（UF）膜生物污染的缓解作用及机会致病菌的控制效果，为解决二次供水系统的微生物风险提供了兼具科学性与实用性的解决方案。

二次供水系统是高层住宅不可或缺的供水设施，用于弥补市政供水管网水压不足，保障高层用户的用水需求。然而，由于水在系统内停留时间长，余氯浓度极易降至较低水平，导致机会致病菌大量滋生。军团菌、分枝杆菌、铜绿假单胞菌等常见机会致病菌多为耐氯菌，它们的存在给居民健康带来严重威胁，已成为发达国家水媒疾病爆发的主要诱因之一。超滤膜技术虽能有效去除颗粒物、微生物和有机物，但微生物在膜表面形成的生物膜及分泌的胞外聚合物（EPS）会造成严重的膜污染，导致膜通量下降、跨膜压力升高，限制了其在二次供水处理中的广泛应用。因此，该研究旨在揭示紫外线预处理对缓解超滤膜生物污染的作用及机制，同时验证其对机会致病菌的控制效果。

研究团队以我国北方某大城市的二次供水为研究对象，采用 40 mJ/cm² 的紫外线剂量进行预处理，该剂量基于前期研究筛选确定，能在保证消毒效果的同时降低能耗。实验装置包括紫外线预处理设备和超滤系统，紫外线设备采用 11W 低压汞灯，发射 254nm 单色紫外线；超滤系统分别使用聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜和再生纤维素（RC）平板膜。

在为期 70 天的连续运行中，研究团队监测了跨膜压力（TMP）和膜通量的变化，通过扫描电子显微镜（SEM）、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、原子力显微镜（AFM）等技术分析膜表面污染物的形态、结构和力学特性。同时，运用实时荧光定量 PCR（qPCR）检测机会致病菌的基因拷贝数，通过高通量测序分析细菌群落组成和功能基因，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、三维荧光光谱（EEM）等方法表征胞外聚合物（EPS）的成分和结构。此外，还设置了无紫外线预处理的对照组，以明确紫外线预处理的独特作用。

实验结果表明，紫外线预处理能通过产生羟基自由基（・OH）和超氧阴离子自由基（O₂⁻），有效灭活二次供水中的机会致病菌。经过紫外线 - 超滤（UV-UF）联合处理后，军团菌、嗜肺军团菌、分枝杆菌和棘阿米巴等机会致病菌均未被检出，而单独超滤处理的出水中仍能检测到军团菌和分枝杆菌。在膜污染控制方面，紫外线预处理显著降低了 EPS 的产量及其中 β- 折叠结构的比例，使膜表面形成的生物膜出现明显缝隙和小孔，细菌体积分数和粗糙度降低。运行 70 天后，单独超滤系统的跨膜压力升至 74kPa，而紫外线 - 超滤系统的跨膜压力仅为 60kPa，膜通量也得到有效维持。此外，紫外线预处理改变了细菌群落结构，降低了与代谢疾病和传染病相关的功能基因丰度，进一步降低了供水的微生物风险。

该研究的现实意义深远。它为二次供水系统提供了一种 “一石二鸟” 的处理方案，既能高效控制机会致病菌，降低居民饮水的健康风险，又能有效缓解超滤膜的生物污染，延长膜的使用寿命，降低处理系统的运行和维护成本。对于高层住宅的物业管理单位而言，该技术操作简单、能耗低，易于在现有二次供水设施中进行改造应用。同时，研究揭示的紫外线预处理通过调控细菌群落结构和功能基因表达来缓解膜污染的机制，为后续水处理膜污染控制技术的研发提供了新的思路。在水资源日益紧张、水质要求不断提高的背景下，该技术为提升二次供水水质、保障居民用水安全提供了可靠的技术支撑，具有广阔的应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.116282