自20世纪90年代末,研究者开始关注无脊椎动物在生物活性炭(Biologically Activated Carbon,BAC)滤池中的孳生及其穿透问题,并在近年来对无脊椎动物穿透带来的安全风险有了初步的认识。本文即是在前人研究的基础上，通过建立和发展的方法,更为系统地研究和评价了BAC工艺中由无脊椎动物穿透带来的安全风险,明确了不同无脊椎动物的风险水平;并致力于探索灭活饮用水系统中无脊椎动物的新方法,同时从完善和发展BAC工艺的角度来控制无脊椎动物的穿透,解决现有灭活方法和控制措施存在的局限性,达到对其风险的控制。　　首先对BAC滤柱出水中无脊椎动物进行了为期1年的监测,在检出的31种(属)无脊椎动物中,优势种群为轮虫(92.3％)和桡足类生物(7.4%),研究发现无脊椎动物穿透丰度的变化主要受滤柱中种群增长生殖时滞和反应时滞的影响,而水温是影响滤柱中无脊椎动物生长的重要环境因子。　　在探索无脊椎动物穿透规律的同时,深入研究了BAC滤柱出水中无脊椎动物与细菌的关联性,着重对无脊椎动物内在细菌(指存在于无脊椎动物体内的细菌)进行了定性定量分析,发现无脊椎动物内在细菌的数量不等(102～104 CFU/ind.生物),随无脊柱动物体长的增加呈指数增长(R2=0.8652);无脊椎动物可以保护内在细菌抵抗氯化消毒,通过发展的Chick-Waton动力学模型,表达了C T值对不同无脊椎动物内在细菌灭活率的影响,证实桡足类生物内在细菌更难于被灭活;采用PCR-DGGE技术对无脊椎动物内在细菌进行种类鉴定,通过同源性分析确定了4种人类条件病原菌,并证实了无脊椎动物对条件病原菌的迁移。　　在以上研究为基础,建立了由无脊椎动物穿透导致的细菌泄露风险模型,模型计算证实在采取了50 mg·min/L的氯化消毒后,因无脊椎动物穿透造成的BAC滤柱出水细菌泄漏量为102～105 CFU/m3;为了降低无脊椎动物穿透带来的安全风险,以猛水蚤为代表生物对比研究了不同消毒方式对内在细菌的灭活效果,证实 ClO2和O3能更为有效地灭活猛水蚤内在细菌,在O3初始投量为1.5 mg/L,接触时间为1 min的情况下,内在细菌的灭活率可达99%。　　本文创新性地将 CO2用于饮用水系统中无脊椎动物的灭活和去除,证实 CO2对饮用水中多种无脊椎动物均有确切的急性毒性,测定的24 h半致死浓度(24h-LC50)值与无脊椎动物的体长显著正相关( rS=0.99, p<0.0001);当 CO2暴露浓度为1000 mg/L时,各无脊椎动物均能在5 s内被完全灭活;中试研究的结果证实,采用含 CO2的水对BAC滤柱反冲洗可以显著地去除滤柱中的无脊椎动物,效果明显优于常规的气水反冲洗和加氯反冲洗;经 CO2反冲洗后滤柱出水中桡足类成体的丰度(包括剑水蚤和猛水蚤)显著下降,较加氯反洗分别下降了72.7%和66.7%;分析结果证实在饮用水处理系统中应用CO2控制无脊椎动物在安全性上可控,在技术和经济上可行(吨水成本仅增加0.002元)。　　从完善 BAC滤池工艺的角度,进行了砂垫层控制无脊椎动物穿透的中试试验,证实砂垫层的添加可以有效地防止无脊椎动物的穿透,根据试验数据推导的模型计算发现,对于长度>200μm的无脊椎动物存在理论上的完全截留砂垫层高度(815 mm高度,0.8～1.0 mm粒径);为防止由混层现象导致的砂垫层截留效果的弱化,推荐的反冲洗程序为气体反冲洗——气水联合反冲洗——中等强度的水反冲洗。　　从发展 BAC深度处理工艺的角度,创新性地进行了臭氧-淹没式膜生物反应器(O3-SMBR)联用工艺的小试研究,结果证实该工艺可以彻底解决BAC滤池无脊椎动物泄露带来的风险问题,同时对水中溶解性有机物(DOM)的去除效果良好,CODMn、TOC和UV254的平均去除率分别为34.1%、39.2%和73.7%;通过三维荧光光谱、激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜等表征手段证实,臭氧氧化、生物粉末活性炭的吸附降解和膜表面由细菌和多糖组成的凝胶层是保证 O3-SMBR联用工艺有效去除 DOM的三方面因素;另外证实 O3和PAC的投加有助于缓解超滤膜的污染,在150天恒通量20 L/(m2·h)的运行条件下膜操作压力增长率为0.68 kPa/d。