• 识别管网水质微生物风险关键影响因素，明确条件致病菌、耐药基因及新污染物的分布特征与协同风险；

• 揭示管网生物膜界面过程与微生物风险的内在联系，阐明微污染物-微生物-管壁三者的互作机制；

• 构建深度处理与输配协同的龙头水风险控制技术体系，实现管网水质微生物风险的精准防控。

供水管网微生物风险关键影响因素识别

采用PMA-qPCR技术对全国多个城市龙头水中的活性条件致病菌进行定量检测，结果显示鸟分枝杆菌、铜绿假单胞菌、嗜肺军团菌等条件致病菌在龙头水中普遍存在。其中，鸟分枝杆菌浓度为2~3 logCFU/mL，其年感染风险高于美国EPA规定的10^-4可接受风险水平。

研究发现，即使管网末端余氯浓度维持在0.05 mg/L以上，仍无法有效控制条件致病菌的生长。这是因为条件致病菌易于形成生物膜，对氯消毒剂具有抗性。常规消毒工艺只能杀灭游离态微生物，对生物膜内的条件致病菌作用有限，导致龙头水存在持续的微生物安全隐患。

全国龙头水采样点分布图及条件致病菌定量检测结果柱状图

对全国27个省份124个龙头水样品和50个地下水样品开展17种PFAS检测，结果显示全国∑17PFAS浓度范围为4.4~184.1 ng/L，以全氟辛酸（PFOA）和全氟丁酸（PFBA）为主要组分。水厂常规水处理工艺仅能去除部分PFAS，管网中PFAS易随颗粒物沉积于管壁，且浓度随季节呈现动态变化。

微生物群落分析表明，从水源到龙头水，主要耐药基因包括macB、tetA(58)、evgS和bcrA等。相关性分析显示，PFAS浓度与耐药基因丰度呈显著正相关。管网模拟实验证实，添加国家标准限值浓度的PFOA和PFOS，可使管网出水总细菌量和耐药基因丰度提升2~3倍，明确PFAS是加剧管网微生物耐药风险的关键因子。

西北某村镇供水管网调研显示，全部采用PVC材质的管网中，二氧化氯消毒前PAEs总浓度为7.5~22.5 μg/L，消毒后浓度升至10~60 μg/L，消毒工艺显著加速PAEs释放，其中邻苯二甲酸二丁酯（DBP）释放最为明显。实验室对比实验表明，PVC管PAEs释放量是PE管的2~3倍，且加氯消毒会进一步加剧管材老化和PAEs释放。

尽管释放的PAEs浓度较低，对管网出水DOC浓度无显著影响，但会显著提升出水细胞毒性，并富集抗氯病原微生物。在氯消毒条件下，PVC管网出水的HPC细菌总数维持在较高水平，远高于PE管网，证实PAEs可显著降低氯消毒效率，导致病原微生物富集。同时，PVC管网显著提升了出水的细胞毒性，并导致铜绿假单胞菌等致病菌数量激增，其化学与微生物协同风险均显著高于PE管网，为村镇供水安全带来了严重隐患。

不同管材及氯消毒对管网出水风险的影响

供水管网微生物风险驱动机制解析

PFOA可显著改变微生物胞外多聚物（EPS）的蛋白与多糖组成，提高EPS中疏水性组分的比例，增强微生物与管壁的粘附力。原子力显微镜观测显示，PFOA作用后，生物膜厚度增加2~3倍，结构更加致密，携带耐药基因的病原微生物数量显著增多。

分子机制研究表明，PFOA通过激活cAMP/Vfr信号通路，增强微生物的化学趋向性和表面感受能力，使外排泵基因表达量提升2.6倍。外排泵活性增强不仅提高了微生物对消毒剂的抗性，还加速了耐药基因在不同菌株间的水平转移。同时，PFOA促进微生物分泌更多EPS，形成稳定的生物膜结构，为病原微生物提供庇护所，进一步加剧管网微生物风险。

PAEs通过氧化应激效应调控微生物群体感应（QS）系统，使lasI、lasR、rhlI和rhlR等关键基因表达量上调9.9~16.8倍。群体感应系统激活后，微生物会同步分泌大量EPS，形成三维网状生物膜结构。生物膜的屏障作用可阻止氯消毒剂渗透，使微生物的消毒效果下降67%。

此外，PAEs还能激活微生物的抗氧化系统，使超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等酶活性显著提升，增强微生物对氯氧化胁迫的耐受能力。研究发现，当PAEs浓度达到5 μg/L时，微生物抗氯性即可提升1.6倍以上，常规消毒剂量无法有效灭活生物膜内的病原微生物。

基于EPS组分调控原理，研发臭氧-生物活性炭（O₃-GAC）组合工艺。高分辨质谱分析表明，该工艺可高效去除CHO、CHON、CHOS、CHONS类有机物，核心去除蛋白质和木质素类物质，显著降低微生物的营养底物浓度。工艺优化后，管网生物膜微生物群落多样性大幅降低，致病菌丰度下降90%以上。

针对常规活性炭对PFAS去除效果差的问题，研发锰离子原位强化生物活性炭过滤技术。通过在活性炭表面构建C-O-Mn结构，利用阳离子-π作用和电活性微生物协同效应，使PFOA去除率从35%提升至80%。该技术从源头削减微污染物胁迫，抑制病原微生物生长和耐药基因传播，下一步准备进行示范应用。

通过管网中试与在线监测，系统测算不同管材、管径的余氯衰减系数。结果显示，100 mm球墨铸铁管Kw值为0.048~0.067 m/d，200 mm球墨铸铁管Kw值为0.026~0.031 m/d。基于余氯衰减系数，构建末端余氯实时反馈调控模型，实现消毒剂投加量的动态优化。

工程应用表明，甘肃某水厂采用该技术后，二氧化氯投加量从0.5 mg/L降至0.35 mg/L，水处理成本降低15.5%。同时，减少了氯消毒剂与塑料管材的反应，PAEs释放量降低40%以上，有效控制了管网微生物抗氯风险。该技术尤其适用于村镇供水系统，在保障水质安全的同时，显著降低运行成本。

整合深度处理、消毒优化、管网管控技术，构建"水源-水厂-管网-龙头"全链条微生物风险防控体系。该技术体系配合北京自来水集团在北京自来水九厂、八厂、石景山水厂示范应用，覆盖服务人口1000万，实现龙头水微生物指标稳定达标。在浙江和甘肃等地推广应用，全面提升了村镇供水安全保障水平。

以上成果在国家重点研发计划和国家自然科学基金委等项目资助下完成，获得授权专利4项，发表2篇Environmental Science & Technology和10篇Water Research，研究成果支撑《城镇供水系统全过程水质管控技术规程》(T/CUWA 20054-2022)、《饮用水安全保障技术导则》等行业标准和技术导则的编制，相关政策建议被住房和城乡建设部采纳，为全国供水行业水质提升提供了技术规范和指导。

通过全国大尺度调研与系统实验研究，明确了供水管网中条件致病菌是龙头水安全隐患，来自水源的PFAS和塑料管释放的PAEs是加剧微生物抗氯、耐药风险的关键因子，填补了新污染物与微生物协同风险研究的空白。

揭示了PFAS通过调控cAMP/Vfr信号通路、PAEs激活群体感应系统等增强微生物抗氯耐药等核心机制，阐明了微污染物-微生物-管壁界面互作与微生物风险的内在联系，丰富了供水管网水质安全理论。

研发了锰离子原位强化生物活性炭过滤技术和末端余氯实时反馈消毒技术，构建了厂网协同的全链条风险防控体系，解决了常规工艺难以有效控制管网微生物风险的技术难题。

技术成果在北京、浙江、甘肃等地进行应用，经济和社会效益显著，为我国高品质供水建设和城乡供水安全保障提供了可推广的技术方案。