专家观点 | 苏宇亮：饮用水黄水防治技术体系研究

在 # 中，珠海市供水有限公司水质监测研究中心经理苏宇亮介绍了“饮用水黄水防治技术体系研究”。报告针对南方某市经常发生的供水管网黄水问题，分析发现水库底泥缺氧环境造成的锰氧化物的还原性释放是水库水Mn(II)的重要来源，出厂水中溶解态Mn(II)在管网的氧化、沉积以及锰沉积物的再释放是引起供水管网规模性黄水问题的主要原因。提出了在水厂端深度去除锰(II)从而降低锰氧化沉积量，如活性炭-氯联用法高效除锰等技术，在管网中抑制锰氧化使得锰稳定传输而不沉积，如用氯胺消毒的策略。依据研究成果和实践经验，提出日常预防、提前预警以及应急处理相结合的方式进行锰致管网黄水综合风险管理。

苏宇亮

本文根据嘉宾发言内容整理。已经由专家本人审阅。

研究背景

近年来大家热议“高品质供水”这个议题。包括本次会议也是讨论探索高品质供水，但具体什么是高品质供水，实现高品质供水要面临哪些挑战？有必要明确应由哪个群体来判断高品质供水。实际上，尽管各群体的目标一致，但在思考角度上存在着差异。因此，本文认为应从用户的角度出发来判断高品质供水，因为用户作为产品的最终使用者，其评价才是衡量产品优劣的关键。

基于此，本文从用户对水的需求角度进行分析，并借鉴管理学中的马斯洛需求层次理论。该理论将人的需求按照结构层次从低到高排列，包括生理需求、安全需求、社交与尊重需求以及自我实现需求。本文将用户对水的需求进行层次划分。

首先，人们对水的第一层次，也是最基本的需求是生存需求，即人们为了维持生命所必需的水；第二层次是安全需求，确保饮用的水是卫生安全的，不会对健康造成危害。第三层次是愉悦需求，即饮用的水能够给人带来感官上的愉悦和满足被尊重的心理需求。第四层次则是康寿需求，即饮用的水能够满足人们对促进身心健康和长寿的需求。基于此，本文提出关于高品质供水的定义：从用户角度考虑，在保证水量稳定供应和水质安全卫生的前提下，使用户在感官上获得愉悦，用水体验上感受到尊重，并逐步满足用户对身心健康和长寿的需求。

因此，在实现高品质供水过程中面临的最大挑战是用户的满意度，因为只有用户满意才能称之为高品质。用户的投诉焦点，即是实现高品质供水的痛点。通过分析用户关于水质投诉的分类，我们发现黄水、颗粒物和异味的投诉量占总投诉量很高的比例，甚至高达80%以上。

特别是针对黄水问题的投诉，过去几年中，我们市政管网不时遭遇突发的大规模黄水投诉。面对这一状况，我们与科研院所合作开展了基于水质感官指标提升的技术研究及应用。该项目其中一个主要研究内容是探讨如何有效预防和控制大规模的黄水现象。

回顾近年一些城市发生的黄水事件，我们注意到尽管出厂水检测结果符合标准，但到用户水龙头时，锰含量却出现超标情况。进一步分析发现，色度与锰含量之间存在显著的正相关性。通过比较世界各地对锰指标的限制标准，我国饮用水标准锰含量限值为0.1mg/L，而许多其他国家和地区的标准则为0.05mg/L。在现行标准的监管框架内，我们的管网系统仍可能出现规模性黄水问题。因此，制定一套防治黄水的策略并启动相关研究工作，是我们接下来亟需着手进行的任务。

研究思路

锰元素在自然界中存在多种物理化学形态。其中，二价锰以溶解态存在，无色无味且不产生沉淀。然而，一旦经历氧化过程——无论是由空气、微生物作用，还是水中消毒剂的氧化——它将转变为三价或四价形态，并以黄色或黑色颗粒态沉淀物沉积下来。

我们的供水系统是一个相对独立且封闭的体系，遵循物质输入输出的基本原理。锰的输入主要源自含锰原水，含锰原水通过原水管进入水厂。在水厂内，通过常规的沉淀和过滤工艺流程可以去除颗粒态的锰，然而溶解态的锰能够穿透水厂的各个处理环节，进入市政管网。在管网中，溶解态的锰会持续在空气、微生物和消毒剂的作用下发生氧化和沉积作用，当沉积到一定程度会达到非稳态平衡。若水质、水压的稳定性发生变化，管道中含锰沉积物便会失稳突然释放，导致大规模的黄水问题。

因此，我们构建了一个全流程管控的研究思路，涵盖从水源到水厂管网的各个环节。在水源端，研究如何减少锰元素进入供水系统的问题。在水厂端，我们关注如何迅速氧化锰并将其有效去除，以降低锰元素输入管网的量。至于管网端，需解决的问题是如何抑制锰的氧化反应，确保其稳定传输，防止锰元素沉积。对于已经沉积的锰，需要研究如何进行有效冲洗和排放。

技术研究

遵循此研究思路，饮用水水源普遍以河水和水库水为主，若以河流作为水源，由于河水流动特性，其溶解氧含量较高，水中的锰含量低，并且主要是颗粒态的锰，水厂容易处理。然而，在水库，尤其是在南方高温时，水温分层现象显著，表层与底层水体缺乏有效的垂直混合，造成表层水锰含量较低。但随着深度增加，锰含量会骤然升高，且主要以溶解态形式存在。基于此现象，可以采取汲取表层原水的策略，以减少底层高含量溶解态锰原水进入水厂。

在水厂端，我们的目标是提升锰的氧化速率，力求在砂滤池前将锰完全氧化。尽管存在多种氧化锰的方法，如臭氧、二氧化氯和高锰酸钾等，这些方法各有其局限性。我们的研究聚焦于活性炭催化下氯（氯气或次氯酸盐）快速氧化溶解态锰。从图中左上角的图表，红色曲线展示了在无活性炭催化条件下，次氯酸钠氧化锰所需时间长达数小时以上。然而，加入活性炭后（蓝色和黄色曲线），氧化过程显著加速，最快可在十几分钟内完成锰的彻底氧化。

对管网端的研究，我们构建了一个模拟管网系统，研究在不同消毒条件下锰的氧化沉积情况。研究发现，在无消毒剂以及1mg/L余氯这两种条件下，锰在管网中的沉积现象十分显著。然而，当消毒剂浓度为0.3mg/L余氯或1mg/L氯胺时，锰在管网中的沉积速度显著减缓。原因分析，无消毒剂条件下微生物氧化起主要作用；1mg/L余氯消毒则是强氧化作用；而0.3mg/L余氯或1mg/L氯胺消毒时，则是弱氧化作用，既抑制了微生物的生长，又大大减慢了对溶解态锰的氧化。因此，采用氯胺消毒相较于水厂日常采用的氯消毒，能够有效减少90%以上的锰在管网内的沉积。这是出厂水使用氯胺消毒的另一个新优点。

应用实例：应急处置规模性黄水事件

基于前述研究基础，2022年我们遇到了一起小规模锰致黄水事件，这为我们提供了一个实际应用前述研究成果的机会。该水厂从水库中抽取了较深层的原水，其锰含量较高，超过0.28 mg/L。由于水厂当时未采取适当的除锰措施，导致出厂水的锰含量达到0.05 mg/L。恰逢水厂为了增产而加大了出厂水压，结果导致大量黄水投诉突然涌现。

事发后我们立即采用粉末活性炭和氯联用氧化法除锰。尽管本小水厂设施较为简陋，但投加粉末活性炭无需臭氧或二氧化氯昂贵的投加设备，亦无需像高锰酸钾那样精确控制投加量，因此可以很便捷地进行投加操作。生产结果显示，经过约一夜的处理，出厂水中锰的浓度从0.05 mg/L降至0.005 mg/L。我们同时查找锰的来源，对水源地水库不同深度锰含量进行检测，检测结果发现，当水库水深小于8米时，溶解态锰几乎无法检出；而当水深超过8米时，溶解态锰的含量显著升高。基于此发现，我们采取了提升原水取水泵高度的措施，吸取水深小于8米的原水，有效降低了进水锰含量。此外，结合常规操作，对出现黄水的管网进行了排放处理。通过上述综合措施的实施，用户黄水投诉迅速减少直到停止。

经历此事件后，我们对水厂及相应管道实施了预防黄水的试验改造措施。首先，针对多年未进行冲洗排放的DN400出厂管，采用了冰浆冲洗。图上是整个冰浆冲洗的过程示意和现场照片。

此外，鉴于前期研究显示氯胺有助于预防溶解态锰的氧化沉积，我们对水厂进行了氯胺消毒技术的改造，并强化了对水库、水厂及管网中锰含量的监测。实施这些预防措施后，即便在2023年和2024年水厂出厂水锰含量较高时，未出现用户黄水投诉，有效避免黄水问题。

黄水防治制度建设

有了上述的工作，我们以制度形式把这些研究成果和经验固定下来，编制和出台了《饮用水黄水预防预警应急处理管理办法》。该办法旨在预防和应对饮用水规模性黄水问题的发生，并减少非规模性黄水的出现。此办法采取日常预防、提前预警、应急处理和事后总结整改全流程管控方式，形成综合性风险管理闭环。

日常预防工作方面，分别在监测、生产、调度和信息、管网建设维护、技术研究等五方面进行制度强化。提出一些具体措施，其中简单可行的包括色度监测、水库取水方式优化、氯胺消毒、水源切换及时沟通、加强管网定期冲洗等。预警方面对水质自动预警、调度和生产预警、黄水投诉预警等提出要求，尤其强调自动化水质预警系统建设。应急处理包括水质应急监测、生产应急处理、管网应急冲洗、调度应急处理、投诉应对处理。最后是事后总结整改，使整个管理形成闭环。