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快速城市化使我国北方城市非常严重的水资源短缺问题进一步加剧。城市污水再生利用作为缓解区域水资源严重短缺的一个有效途径，已经受到越来越多的关注。然而，城市污水处理后的直接环境排放及再生水的各种使用存在一定的安全隐患，其中处理后的城市污水及再生水中仍然有一定量的病原微生物等是一个重要的问题。在污水再生利用各项处理技术中，以臭氧氧化为主的组合工艺正在逐渐发挥其对城市污水及再生水的脱色、除臭、杀菌消毒、去除微量有毒有害污染物等方面的潜能和优势，具有广泛的应用前景。因此，在全面掌握城市污水再生利用水质基础上，研究臭氧组合工艺对再生水的综合改善效果具有重要意义。
本研究以北京和天津的污水处理厂和再生水厂为研究对象，具体开展了以下几方面研究:在了解城市污水及再生水中常规指标、微量有毒有害有机物指标、嗅味指标等基本水质特征基础上，对病原微生物的分布情况进行比较分析，掌握污水再生处理过程中的水质变化，明确再生水的实际水质问题;以天津市某工业园区再生水厂MBR出水为处理对象，依据该再生水厂进出水水质特征，设计建立了120 m3/d“臭氧+生物活性炭”(O3-BAC)中试示范工程，探讨组合工艺对再生水的深度净化效果及优化运行参数。
取得的主要研究成果如下:
(1)通过对北京和天津地区污水处理厂和再生水厂水质调研，发现再生水的水源水中普遍存在色度、溶解性总固体、嗅味超标的问题，污泥臭味和土霉味是主要嗅味物质，同时水源水中均检测到了一定量多环芳烃（2-3环为主PAHs）。“混凝沉淀+微滤+氯消毒”工艺对多环芳烃的去除效率比较有限。
(2)针对病原微生物指标，水质调研发现不同再生水处理工艺能有效去除肠道病原菌，但是多数再生水厂出水中细菌总数浓度很高（高达107cfu/L），且在某些采样时间段内含有Salmonella spp.和E.coli O157∶H7。此外，发现某些以污水为原水的再生水厂中贾第鞭毛虫含量较高（达到22个/10mL）;针对Salmonella spp.和E.coli O157∶H7的耐药和耐氯研究中，发现美罗培南、头孢他啶、庆大霉素和氯霉素等四种药物对这两种特征肠道病原菌有较好的抑制作用，次氯酸钠对这两种特征性病原菌的消毒效果弱于指示性病原菌;病原菌风险评价发现再生水厂出水回用于农田灌溉和景观娱乐时，对人体健康存在一定风险。
(3)采用“臭氧+生物活性炭”中试组合工艺深度净化MBR工艺出水，经过连续两年多的连续运行，发现臭氧投量约3-5 mg/L时，色度、浊度、病原微生物具有良好去除效果，且该组合工艺能有效除臭、氧化分解微量有毒有害有机污染物。此外，还进行了臭氧/双氧水高级氧化技术、生物陶粒/生物活性碳/石英砂不同臭氧后置过滤技术的水质净化效果对比，发现“臭氧+生物活性炭”组合工艺能综合改善再生水水质，且优势明显。