达标的出厂水经过管网输配以后，由于在管网中会发生一系列物理、化学和微生物作用过程，使得管网末端龙头水的水质会下降。我国南水北调工程的实施使得很多城市形成多水源供水格局，而多水源切换可能导致管垢中金属颗粒物的释放。管网中金属特别是铁颗粒物的大量释放会使得管网水体颜色发黄，浊度及色度明显升高，俗称“黄水”问题，这成为供水安全的新挑战。2008年北京切换河北黄壁庄水库水，结果在以前地下水供水区域发生了大面积“黄水”；2016年美国弗林特市水源由休伦湖水切换为弗林特河水爆发了严重的“黄水”事件。因此，多水源供水条件下如何对管网“黄水”敏感区进行识别并提出控制措施以维持管网水质稳定对饮用水安全保障具有重要意义。
主要研究及成果
针对以上问题，在国家“水专项”课题（2012ZX07404-002、2017ZX07108-002）和国家自然科学基金（51308529、51878654）等资助下，中国科学院生态环境研究中心胡春、石宝友和王海波等老师通过研究管网进水水质、生物膜及管垢化学组成之间的关系，取得了如下成果：
1. 提出了管垢中Fe3O4组分是管垢稳定的重要评价指标。我们对南水北调北京受水区管垢化学组成进行分析，发现如果管垢组成中Fe3O4/α-FeOOH比值大于1，这种管垢非常稳定，在水源切换时不易发生“黄水”，如果该比值小于1，那么水源切换时有发生“黄水”的风险。
2. 阐明了管网进水硝酸盐氮浓度和管网生物膜群落组成是判断管垢稳定性的重要因素。如图1所示，管网进水NO3--N浓度如果低于3 mg/L，长期运行条件下管网生物膜中铁还原菌和硝酸盐还原菌会成为优势菌属，其呼吸代谢容易引发铁的氧化还原循环过程，从而加速管垢中Fe3O4形成，管垢致密稳定，水源切换时不易发生“黄水”。如果管网进水NO3--N浓度高于7mg/L，硝酸盐还原菌引发硝酸盐还原铁氧化过程，使管垢中形成大量α-FeOOH，管垢不稳定，水源切换时易发生“黄水”。
图1. 铁的微生物转化过程对管垢稳定性的影响
3. 开发了通过调控管网生物膜群落组成以稳定管垢的技术。对饮用水管网不稳定的区域采用臭氧生物活性炭深度处理或者增加紫外氯联合消毒可有效调控饮用水管网生物膜群落组成，步骤包括：调整臭氧投加量0.8~1.2 mg/L，活性炭接触时间10~15 min，把管网进水生物可同化有机碳(AOC)浓度控制在100 μg/L以下，限制异养菌生长；增加紫外氯联合消毒，控制紫外剂量30~40 mJ/cm2，调节管网硝酸盐还原菌和铁还原菌为优势菌属，通过微生物诱导的铁的氧化还原过程加速管垢中Fe3O4形成，使管垢稳定。
成果应用情况及推广前景
针以上成果成功对南水北调北京、河北受水区管网稳定性进行了预判，并对以上区域顺利接纳南水北调水提供了重要的技术支撑。该成果特别应用于2014年以来北京市南水北调中线水源切换的工程实践，经过半年每月两次的第三方水质监测，没有发生明显黄水，且水质全面提升，受益人口达1000万以上，取得了重要的社会和经济效益。
相关文献及专利：
1、Haibo Wang, Chun Hu*, Lili Zhang, Xiaoxiao Li, Yu Zhang, Min Yang. Effects of microbial redox cycling of iron on cast iron pipe corrosion in drinking waterdistribution systems. Water Research, 2014, 65, 362-370.
2、Haibo Wang, Chun Hu*, Luchao Han, Min Yang. Effects of microbial cycling of Fe(II)/Fe(III) and Fe/N on cast iron corrosion in simulated drinking waterdistribution systems. Corrosion Science, 2015, 100, 599-606.
3、Haibo Wang, Chun Hu*, Lang Yin, Sujia Zhang, Lizhong Liu. Characterization of chemical, composition and bacterial community of corrosion scales in different drinking water distribution systems. Environmental Science: Water Research & Technology, 2017, 3, 147-155.
4、尹朗, 赵丹, 张素佳, 王海波*. 饮用水管网生物膜细菌群落特征及其对腐蚀的影响. 环境工程学报, 2016, 10(10), 5453-5458.
5、王海波, 胡春, 石宝友. 饮用水管网腐蚀层的稳定性判别及调控方法, 申请号201910159037.1, 发明专利.
本文作者是来自中国科学院生态环境研究中心的王海波，他凭借"多水源供水条件下饮用水管网黄水敏感区识别与控制技术"工作获得了2019年度"首创水星奖"产业创新类银奖。
“首创水星奖”由国际水协会中国青年委员会（IWA Young Water Professionals China Chapter）与北京首创股份有限公司联合创立，旨在推进中国水与环境领域青年科技人才开展创新基础研究、核心技术开发与产学研融合，推动并引领水与环境产业技术进步和跨越升级。
来源：本文来自IWA国际水协会，仅供分享交流不做商业用途，不代表净水技术观点，版权归原作者与原作者出处
排版：西贝
校对：王佳
本报道由净水技术整理报道
