水资源短缺及其污染已经成为全世界各国亟需解决的重要问题,膜生物反应器（MBR）作为一种科学有效的水处理工艺广泛应用于污水、废水处理和水资源再生领域,然而伴随MBR产生的膜污染现象会大幅降低膜的通量并提高运行成本,限制了 MBR工艺进一步普及和发展。次氯酸钠（NaClO）定期化学清洗是恢复MBR膜通量的主要手段。然而,膜污染物的氯化会产生大量具有三致毒性的消毒副产物（DBPs）,导致MBR出水水质恶化,并且诱发或增加MBR池内细菌的耐药性。本文研究了 MBR膜组件NaClO化学清洗过程中14种DBPs的生成特性和毒性,探究了清洗时间、NaClO浓度、清洗剂初始pH值和清洗温度对DBP生成和毒性的影响,基于胞外聚合物（EPS）在生物膜结构和组成中的支撑性作用,分析了 EPS对NaClO膜化学清洗DBPs生成的影响和作用机制;最后,基于上述研究结果,从优化膜清洗工艺条件和调控膜表面生物膜细菌生理特性两个角度入手,研究了 MBR膜NaClO化学清洗过程中DBPs的控制方法。研究结果表明,在经过含氯量为1000 mg/L的NaClO溶液中清洗24 h后生成的DBPs中,卤乙酸（HAAs）都是生成量最多的消毒副产物,浓度可达到3000μg/L,占总DBPs的80%以上,其中三氯乙酸（TCAA）占了主导地位,以三氯甲烷（TCM）为主的THMs的浓度往往也能达到数百微克升,而相对不稳定的卤乙腈（HANs）、卤代丙酮（HKs）和三氯硝基甲烷（TCNM）在中性条件下的浓度都小于70μg/L,甚至在碱性条件下均小于检测限。随着NaClO清洗时间的延长,DBPs中的HAAs和TCM积累量逐渐提高。增加NaClO的用量、提高温度和pH值,TCM和二氯乙酸（DCAA）的产率增加了 1-14倍,而卤代乙腈（HANs）和卤代酮（HKs）的产率降低20%以上,甚至在碱性条件下降至检出限以下。降低氯投加量和清洗温度,或将清洗剂的pH值调整为酸性或碱性均可有效降低12%-43%的DBPs毒性风险。将NaClO与酸、碱联合使用模拟实际清洗工艺,1000 mg/L NaClO与0.1%柠檬酸混合作为清洗剂产生的DBPs最多,而NaClO与1%NaOH混合作为清洗剂产生的DBPs最少。将MBR膜表面污染物进行EPS提取预处理后,由于生物膜结构的破坏,在膜清洗的前6 h内DBPs的生成速度提高了 18%左右。在污染的MBR膜组件NaClO清洗过程中,膜表面生物膜EPS贡献了 15%-18%的DBPs总产量。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像显示,膜表面生物膜EPS是限制膜清洗效率的关键因素,一方面,胞外蛋白质具有很高的氯反应活性,会快速消耗氯;另一方面,胞外多糖对氯有很强的抵抗力,可以阻碍氯渗透生物膜,对氯化作用下的MBR膜表面生物膜和细菌有保护作用;此外,生物膜EPS分布不均匀,一些结构特殊的区域对氯化有特别强的抵抗,经过长时间的化学清洗也能残留在膜表面。分别对从污泥细菌中提取的内源有机物（IOM）和胞外聚合物（EPS）进行24h氯消毒实验发现,总有机碳（TOC）为1mg的IOM的TCM生成潜力是181μg/L,是EPS的五倍,甚至在EPS完全无法生成HANs类副产物的时候,IOM都可以与NaClO反应生产大量的三氯乙腈（TCAN）和二氯乙腈（DCAN）。毒性风险分析结果表明,IOM氯化成的DBPs的总毒性风险值比EPS高近百倍。次氯酸钠对污泥细菌的杀灭存在临界浓度,在临界浓度之下的次氯酸钠短时间接触无法让细菌破裂释放出IOM。以自由氯浓度/MLSS=1为条件对污泥进行反应后,污泥中的细菌结构和活性均未发生变化,没有IOM的释放。并且DBPs生成和组成分析也发现,在1 mg/L Cl2/mg MLSS有效氯投加条件下,基本没有HANs等不稳定DBPs生成,且TCM的生成量也比10 mg/L Cl2/mg MLSS加氯量条件下降低了 91%,生成的DBPs总毒性仅为50 mg/L Cl2/mg MLSS加氯量条件下的8.8%。D-氨基酸预处理实验表明,采用30 μM的D-酪氨酸预处理即可使铜绿假单胞菌的纯菌膜出现明显裂解,有助于提高后续氯清洗效率。由此可见,采用高频率、低氯量化学清洗并结合D-氨基酸预清洗的方式,来控制DBPs的生成,降低MBR膜化学清洗造成的健康威胁和环境风险。