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在 # 中，珠海市供水有限公司水質(zhì)監(jiān)測研究中心經(jīng)理蘇宇亮介紹了“飲用水黃水防治技術(shù)體系研究”。報(bào)告針對(duì)南方某市經(jīng)常發(fā)生的供水管網(wǎng)黃水問題，分析發(fā)現(xiàn)水庫底泥缺氧環(huán)境造成的錳氧化物的還原性釋放是水庫水Mn(II)的重要來源，出廠水中溶解態(tài)Mn(II)在管網(wǎng)的氧化、沉積以及錳沉積物的再釋放是引起供水管網(wǎng)規(guī)模性黃水問題的主要原因。提出了在水廠端深度去除錳(II)從而降低錳氧化沉積量，如活性炭-氯聯(lián)用法高效除錳等技術(shù)，在管網(wǎng)中抑制錳氧化使得錳穩(wěn)定傳輸而不沉積，如用氯胺消毒的策略。依據(jù)研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出日常預(yù)防、提前預(yù)警以及應(yīng)急處理相結(jié)合的方式進(jìn)行錳致管網(wǎng)黃水綜合風(fēng)險(xiǎn)管理。

蘇宇亮

本文根據(jù)嘉賓發(fā)言內(nèi)容整理。已經(jīng)由專家本人審閱。

研究背景

近年來大家熱議“高品質(zhì)供水”這個(gè)議題。包括本次會(huì)議也是討論探索高品質(zhì)供水，但具體什么是高品質(zhì)供水，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)供水要面臨哪些挑戰(zhàn)？有必要明確應(yīng)由哪個(gè)群體來判斷高品質(zhì)供水。實(shí)際上，盡管各群體的目標(biāo)一致，但在思考角度上存在著差異。因此，本文認(rèn)為應(yīng)從用戶的角度出發(fā)來判斷高品質(zhì)供水，因?yàn)橛脩糇鳛楫a(chǎn)品的最終使用者，其評(píng)價(jià)才是衡量產(chǎn)品優(yōu)劣的關(guān)鍵。

基于此，本文從用戶對(duì)水的需求角度進(jìn)行分析，并借鑒管理學(xué)中的馬斯洛需求層次理論。該理論將人的需求按照結(jié)構(gòu)層次從低到高排列，包括生理需求、安全需求、社交與尊重需求以及自我實(shí)現(xiàn)需求。本文將用戶對(duì)水的需求進(jìn)行層次劃分。

首先，人們對(duì)水的第一層次，也是最基本的需求是生存需求，即人們?yōu)榱司S持生命所必需的水；第二層次是安全需求，確保飲用的水是衛(wèi)生安全的，不會(huì)對(duì)健康造成危害。第三層次是愉悅需求，即飲用的水能夠給人帶來感官上的愉悅和滿足被尊重的心理需求。第四層次則是康壽需求，即飲用的水能夠滿足人們對(duì)促進(jìn)身心健康和長壽的需求。基于此，本文提出關(guān)于高品質(zhì)供水的定義：從用戶角度考慮，在保證水量穩(wěn)定供應(yīng)和水質(zhì)安全衛(wèi)生的前提下，使用戶在感官上獲得愉悅，用水體驗(yàn)上感受到尊重，并逐步滿足用戶對(duì)身心健康和長壽的需求。

因此，在實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)供水過程中面臨的最大挑戰(zhàn)是用戶的滿意度，因?yàn)橹挥杏脩魸M意才能稱之為高品質(zhì)。用戶的投訴焦點(diǎn)，即是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)供水的痛點(diǎn)。通過分析用戶關(guān)于水質(zhì)投訴的分類，我們發(fā)現(xiàn)黃水、顆粒物和異味的投訴量占總投訴量很高的比例，甚至高達(dá)80%以上。

特別是針對(duì)黃水問題的投訴，過去幾年中，我們市政管網(wǎng)不時(shí)遭遇突發(fā)的大規(guī)模黃水投訴。面對(duì)這一狀況，我們與科研院所合作開展了基于水質(zhì)感官指標(biāo)提升的技術(shù)研究及應(yīng)用。該項(xiàng)目其中一個(gè)主要研究內(nèi)容是探討如何有效預(yù)防和控制大規(guī)模的黃水現(xiàn)象。

回顧近年一些城市發(fā)生的黃水事件，我們注意到盡管出廠水檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)，但到用戶水龍頭時(shí)，錳含量卻出現(xiàn)超標(biāo)情況。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，色度與錳含量之間存在顯著的正相關(guān)性。通過比較世界各地對(duì)錳指標(biāo)的限制標(biāo)準(zhǔn)，我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)錳含量限值為0.1mg/L，而許多其他國家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)則為0.05mg/L。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管框架內(nèi)，我們的管網(wǎng)系統(tǒng)仍可能出現(xiàn)規(guī)模性黃水問題。因此，制定一套防治黃水的策略并啟動(dòng)相關(guān)研究工作，是我們接下來亟需著手進(jìn)行的任務(wù)。

研究思路

錳元素在自然界中存在多種物理化學(xué)形態(tài)。其中，二價(jià)錳以溶解態(tài)存在，無色無味且不產(chǎn)生沉淀。然而，一旦經(jīng)歷氧化過程——無論是由空氣、微生物作用，還是水中消毒劑的氧化——它將轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)或四價(jià)形態(tài)，并以黃色或黑色顆粒態(tài)沉淀物沉積下來。

我們的供水系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立且封閉的體系，遵循物質(zhì)輸入輸出的基本原理。錳的輸入主要源自含錳原水，含錳原水通過原水管進(jìn)入水廠。在水廠內(nèi)，通過常規(guī)的沉淀和過濾工藝流程可以去除顆粒態(tài)的錳，然而溶解態(tài)的錳能夠穿透水廠的各個(gè)處理環(huán)節(jié)，進(jìn)入市政管網(wǎng)。在管網(wǎng)中，溶解態(tài)的錳會(huì)持續(xù)在空氣、微生物和消毒劑的作用下發(fā)生氧化和沉積作用，當(dāng)沉積到一定程度會(huì)達(dá)到非穩(wěn)態(tài)平衡。若水質(zhì)、水壓的穩(wěn)定性發(fā)生變化，管道中含錳沉積物便會(huì)失穩(wěn)突然釋放，導(dǎo)致大規(guī)模的黃水問題。

因此，我們構(gòu)建了一個(gè)全流程管控的研究思路，涵蓋從水源到水廠管網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在水源端，研究如何減少錳元素進(jìn)入供水系統(tǒng)的問題。在水廠端，我們關(guān)注如何迅速氧化錳并將其有效去除，以降低錳元素輸入管網(wǎng)的量。至于管網(wǎng)端，需解決的問題是如何抑制錳的氧化反應(yīng)，確保其穩(wěn)定傳輸，防止錳元素沉積。對(duì)于已經(jīng)沉積的錳，需要研究如何進(jìn)行有效沖洗和排放。

技術(shù)研究

遵循此研究思路，飲用水水源普遍以河水和水庫水為主，若以河流作為水源，由于河水流動(dòng)特性，其溶解氧含量較高，水中的錳含量低，并且主要是顆粒態(tài)的錳，水廠容易處理。然而，在水庫，尤其是在南方高溫時(shí)，水溫分層現(xiàn)象顯著，表層與底層水體缺乏有效的垂直混合，造成表層水錳含量較低。但隨著深度增加，錳含量會(huì)驟然升高，且主要以溶解態(tài)形式存在?；诖爽F(xiàn)象，可以采取汲取表層原水的策略，以減少底層高含量溶解態(tài)錳原水進(jìn)入水廠。

在水廠端，我們的目標(biāo)是提升錳的氧化速率，力求在砂濾池前將錳完全氧化。盡管存在多種氧化錳的方法，如臭氧、二氧化氯和高錳酸鉀等，這些方法各有其局限性。我們的研究聚焦于活性炭催化下氯（氯氣或次氯酸鹽）快速氧化溶解態(tài)錳。從圖中左上角的圖表，紅色曲線展示了在無活性炭催化條件下，次氯酸鈉氧化錳所需時(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí)以上。然而，加入活性炭后（藍(lán)色和黃色曲線），氧化過程顯著加速，最快可在十幾分鐘內(nèi)完成錳的徹底氧化。

對(duì)管網(wǎng)端的研究，我們構(gòu)建了一個(gè)模擬管網(wǎng)系統(tǒng)，研究在不同消毒條件下錳的氧化沉積情況。研究發(fā)現(xiàn)，在無消毒劑以及1mg/L余氯這兩種條件下，錳在管網(wǎng)中的沉積現(xiàn)象十分顯著。然而，當(dāng)消毒劑濃度為0.3mg/L余氯或1mg/L氯胺時(shí)，錳在管網(wǎng)中的沉積速度顯著減緩。原因分析，無消毒劑條件下微生物氧化起主要作用；1mg/L余氯消毒則是強(qiáng)氧化作用；而0.3mg/L余氯或1mg/L氯胺消毒時(shí)，則是弱氧化作用，既抑制了微生物的生長，又大大減慢了對(duì)溶解態(tài)錳的氧化。因此，采用氯胺消毒相較于水廠日常采用的氯消毒，能夠有效減少90%以上的錳在管網(wǎng)內(nèi)的沉積。這是出廠水使用氯胺消毒的另一個(gè)新優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)急處置規(guī)模性黃水事件

基于前述研究基礎(chǔ)，2022年我們遇到了一起小規(guī)模錳致黃水事件，這為我們提供了一個(gè)實(shí)際應(yīng)用前述研究成果的機(jī)會(huì)。該水廠從水庫中抽取了較深層的原水，其錳含量較高，超過0.28 mg/L。由于水廠當(dāng)時(shí)未采取適當(dāng)?shù)某i措施，導(dǎo)致出廠水的錳含量達(dá)到0.05 mg/L。恰逢水廠為了增產(chǎn)而加大了出廠水壓，結(jié)果導(dǎo)致大量黃水投訴突然涌現(xiàn)。

事發(fā)后我們立即采用粉末活性炭和氯聯(lián)用氧化法除錳。盡管本小水廠設(shè)施較為簡陋，但投加粉末活性炭無需臭氧或二氧化氯昂貴的投加設(shè)備，亦無需像高錳酸鉀那樣精確控制投加量，因此可以很便捷地進(jìn)行投加操作。生產(chǎn)結(jié)果顯示，經(jīng)過約一夜的處理，出廠水中錳的濃度從0.05 mg/L降至0.005 mg/L。我們同時(shí)查找錳的來源，對(duì)水源地水庫不同深度錳含量進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水庫水深小于8米時(shí)，溶解態(tài)錳幾乎無法檢出；而當(dāng)水深超過8米時(shí)，溶解態(tài)錳的含量顯著升高?；诖税l(fā)現(xiàn)，我們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，有效降低了進(jìn)水錳含量。此外，結(jié)合常規(guī)操作，對(duì)出現(xiàn)黃水的管網(wǎng)進(jìn)行了排放處理。通過上述綜合措施的實(shí)施，用戶黃水投訴迅速減少直到停止。

經(jīng)歷此事件后，我們對(duì)水廠及相應(yīng)管道實(shí)施了預(yù)防黃水的試驗(yàn)改造措施。首先，針對(duì)多年未進(jìn)行沖洗排放的DN400出廠管，采用了冰漿沖洗。圖上是整個(gè)冰漿沖洗的過程示意和現(xiàn)場照片。

此外，鑒于前期研究顯示氯胺有助于預(yù)防溶解態(tài)錳的氧化沉積，我們對(duì)水廠進(jìn)行了氯胺消毒技術(shù)的改造，并強(qiáng)化了對(duì)水庫、水廠及管網(wǎng)中錳含量的監(jiān)測。實(shí)施這些預(yù)防措施后，即便在2023年和2024年水廠出廠水錳含量較高時(shí)，未出現(xiàn)用戶黃水投訴，有效避免黃水問題。

黃水防治制度建設(shè)

有了上述的工作，我們以制度形式把這些研究成果和經(jīng)驗(yàn)固定下來，編制和出臺(tái)了《飲用水黃水預(yù)防預(yù)警應(yīng)急處理管理辦法》。該辦法旨在預(yù)防和應(yīng)對(duì)飲用水規(guī)模性黃水問題的發(fā)生，并減少非規(guī)模性黃水的出現(xiàn)。此辦法采取日常預(yù)防、提前預(yù)警、應(yīng)急處理和事后總結(jié)整改全流程管控方式，形成綜合性風(fēng)險(xiǎn)管理閉環(huán)。

日常預(yù)防工作方面，分別在監(jiān)測、生產(chǎn)、調(diào)度和信息、管網(wǎng)建設(shè)維護(hù)、技術(shù)研究等五方面進(jìn)行制度強(qiáng)化。提出一些具體措施，其中簡單可行的包括色度監(jiān)測、水庫取水方式優(yōu)化、氯胺消毒、水源切換及時(shí)溝通、加強(qiáng)管網(wǎng)定期沖洗等。預(yù)警方面對(duì)水質(zhì)自動(dòng)預(yù)警、調(diào)度和生產(chǎn)預(yù)警、黃水投訴預(yù)警等提出要求，尤其強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)。應(yīng)急處理包括水質(zhì)應(yīng)急監(jiān)測、生產(chǎn)應(yīng)急處理、管網(wǎng)應(yīng)急沖洗、調(diào)度應(yīng)急處理、投訴應(yīng)對(duì)處理。最后是事后總結(jié)整改，使整個(gè)管理形成閉環(huán)。