錳元素在自然界中存在多種物理化學形態。其中，二價錳以溶解態存在，無色無味且不產生沉淀。然而，一旦經歷氧化過程——無論是由空氣、微生物作用，還是水中消毒劑的氧化——它將轉變為三價或四價形態，并以黃色或黑色顆粒態沉淀物沉積下來。
我們的供水系統是一個相對獨立且封閉的體系，遵循物質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入水廠。在水廠內，通過常規的沉淀和過濾工藝流程可以去除顆粒態的錳，然而溶解態的錳能夠穿透水廠的各個處理環節，進入市政管網。在管網中，溶解態的錳會持續在空氣、微生物和消毒劑的作用下發生氧化和沉積作用，當沉積到一定程度會達到非穩態平衡。若水質、水壓的穩定性發生變化，管道中含錳沉積物便會失穩突然釋放，導致大規模的黃水問題。
因此，我們構建了一個全流程管控的研究思路，涵蓋從水源到水廠管網的各個環節。在水源端，研究如何減少錳元素進入供水系統的問題。在水廠端，我們關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的量。至于管網端，需解決的問題是如何抑制錳的氧化反應，確保其穩定傳輸，防止錳元素沉積。對于已經沉積的錳，需要研究如何進行有效沖洗和排放。
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，并且主要是顆粒態的錳，水廠容易處理。然而，在水庫，尤其是在南方高溫時，水溫分層現象顯著，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，錳含量會驟然升高，且主要以溶解態形式存在。基于此現象，可以采取汲取表層原水的策略，以減少底層高含量溶解態錳原水進入水廠。
在水廠端，我們的目標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間長達數小時以上。然而，加入活性炭后（藍色和黃色曲線），氧化過程顯著加速，最快可在十幾分鐘內完成錳的徹底氧化。
對管網端的研究，我們構建了一個模擬管網系統，研究在不同消毒條件下錳的氧化沉積情況。研究發現，在無消毒劑以及1mg/L余氯這兩種條件下，錳在管網中的沉積現象十分顯著。然而，當消毒劑濃度為0.3mg/L余氯或1mg/L氯胺時，錳在管網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余氯消毒則是強氧化作用；而0.3mg/L余氯或1mg/L氯胺消毒時，則是弱氧化作用，既抑制了微生物的生長，又大大減慢了對溶解態錳的氧化。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%以上的錳在管網內的沉積。這是出廠水使用氯胺消毒的另一個新優點。
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