主要完成人：石宝友，徐强，庄媛，李贵伟
2019年度针对铁锰颗粒物在管网中的形态结构转化、沉积释放规律与控制以及基于大数据分析的管网漏损控制等方面开展研究，取得的主要进展如下：
1. 管网中微量污染物对铁颗粒物结构的影响、潜在危害及其控制。以往对铁质管材腐蚀及腐蚀产物释放的研究主要关注其导致龙头水变色的问题（“黄水”）而较少关注其潜在毒性。通过对实际管网颗粒物采样、表征以及对水中常见微量污染物共存下形成的铁颗粒物形貌结构分析，发现管网中微量污染物能够引发铁颗粒物形貌和结构转变。进一步研究发现全氟化合物共存下生成的铁氧化物可引发较高的活性氧物种产生从而增强了颗粒物的细胞毒性（图1）。以高效降解水中微量有机污染物、抑制管网铁颗粒物毒性为目的，构建了基于界面电子密度分布调控以提升催化活性的系列石墨烯基非均相芬顿催化剂。通过强化石墨烯与铁基组分的键合既提升了材料内部电子密度差、使污染物作为电子供体促进铁循环从而显著提升污染物的降解性能成为可能。相关成果发表在Water Res.、Environ. Sci. Nano等期刊，申请发明专利2项。
图1 管网不同共存物质下形成的铁颗粒物SEM图及其对人体肝细胞毒性的MTT荧光图
2. 锰在管网中的形态转化、沉积释放规律及出厂水残余锰控制方法。通过对东部河网地区多个实际管网现场研究发现，颗粒锰在管网中具有极强的沉积潜力，仅控制总锰浓度并不能有效减少锰的管网累积；在通常的管网pH和消毒剂浓度条件下，即使低至10 μg/L的溶解态Mn(II)仍可在管网中形成锰颗粒物；使出厂水中颗粒锰达到5 μg/L以下、总锰浓度10μg/L以下可有效控制管网锰的沉积。为了实现这一出厂水残余锰控制目标，除强化水厂过滤过程以有效截留水中锰颗粒物外，还需突破传统的水厂加氯和高锰酸钾等氧化除锰技术，实现较彻底地去除水中溶解态Mn(II)以满足出厂水残余锰10 μg/L以下水平的要求。研究提出了基于粉末活性炭（PAC）与氯联用的高效去除Mn(II)的方法，发现同时投加5.0 mg/L的商用PAC和1.0 mg/L Cl2，能提高Mn(II)的氧化反应速率达2个数量级（图2）。PAC-氯联用技术对不同水质条件具有较强适用性。通过对活性炭表面官能团和生成产物的形态结构表征，揭示了PAC促进Mn(II)的去除主要是通过表面催化氧化机制而非单纯吸附作用。相关成果发表Water Res.论文2篇，申请发明专利1项。
图2 锰的形态、浓度与沉积风险的关系及粉末活性炭对Mn(II)氧化去除的影响
3. 基于实测大数据的管网漏损控制技术。为了高效控制供水管网漏损，近年来分区计量已越来越受到重视。庞大而复杂的供水管网被划分为多个相对较小而简单的管网区域，有利于实现管网漏损的精细化管控，但由此也产生了大量的管网流量和压力监测数据。如何有效利用这些大数据来建立管网漏损控制的总体优化策略，已成为当前亟需解决的一个问题。为此，收集了北京市供水管网728个独立计量分区（DMA）在2017-2018两年间共5000万余条流量和压力数据，对数据质量进行了评估，并开发了基于管网实测压力数据的分区调度技术（图3）。在数据质量评估方面，归纳出5类普遍的错误数据类型，发现北京市DMA的数据错误比例为10.7%，这一分析为数据清洗与准确的管网漏损控制方案制定奠定了基础。在管网分区调度方面，以728个DMA和100余个干网监测点的压力数据为基础，开发了基于空间插值算法的管网压力时空分布规律分析方法，识别了北京市供水管网压力的分布特征，结合北京市各供水厂的分布及供水能力，初步将北京市供水管网划分为6个调度分区，可有效调控管网压力，从而实现管网漏损的高效控制。相关成果申请发明专利2项。
图3 基于管网压力大数据分析的分区调度模式建立
