随着我国经济的快速发展,水源水体环境质量的日益恶化,人们对饮用水安全保障技术持续关注。金属元素作为常见污染物,由于其种类繁多、形态复杂,逐渐成为水质强化净化处理领域关注的焦点。同时,我国净水技术发展较晚供水管网使用年限较长,管网腐蚀问题严重,管网中环境复杂,金属离子在管网沉积物和腐蚀物的参与下还将发生氧化还原和吸附等转移、转化反应过程,使得部分本已达到饮用标准的金属元素在管网中出现大量蓄积。当管网水质变化时,可能引起突发性释放,威胁供水安全,因而有必要对金属元素在管网中的去除或蓄积规律进行系统评价。以水源水体中经常检出的锰元素为考察对象,系统评价了传统饮用水净化工艺,包括预处理、混凝、沉淀、过滤和消毒单元,对目标金属元素的去除特性。结果表明,常规工艺对水中溶解态锰去除效果较差。混凝沉淀过程对颗粒态锰的脱稳沉淀和部分溶解态锰的吸附去除起主要作用。原水中锰离子含量出现超标时,处理出水也往往难以达到饮用水水质标准要求。高锰酸盐预氧化具有良好的除锰效果。预氧化后,各工艺对锰的总去除率由25%增至61.3%,进水锰离子浓度在0.28mg/L以内时,可保证出厂水水质达标。为考察金属元素在输配水管网中的浓度分布水平,本研究对全国33个城市市政管网中锰和铬的存在状况进行抽样调查。结果表明,铬元素在管网水中的浓度相对较低,无超标现象发生。然而,铬在高峰期的最大浓度(32.9μg/L)则明显高于其在低峰期的浓度值。锰在管网水中浓度相对较高,超标率在3%左右。与铬元素类似,锰在用水高峰期的浓度也普遍高于低峰期。这可能与水流缓慢条件下为金属元素在管网沉积物或腐蚀物上的吸附提供了更长的传质时间有关。在以上研究工作的基础上,本文以锰和铬为研究对象进一步考察了金属元素在铁质管网腐蚀物上的吸附特性,以及水质条件包括p H、溶解氧和余氯含量对吸附过程的影响情况。结果表明,管网腐蚀物对锰的吸附以物理吸附为主,而对铬的吸附则以化学吸附为主;但均符合二级动力学特征,90%以上的锰和铬可在3 h内转移至管道腐蚀物固相表面。同时,水温的上升有利于金属元素在管网中的吸附蓄积。除水温外,pH、溶解氧和余氯含量也对金属元素的蓄积释放过程存在不同程度的影响。饮用水的碱性越强、余氯浓度越高、溶解氧含量越大,将促进锰和铬等金属元素在铁质管网腐蚀物上的吸附。对不同水力条件下反应体系氧化金属污染物的过程进行研究发现,p H小于7时,Cr(Ⅲ)氧化率约27%,随着水体p H值升高,氧化率呈下降趋势。高溶解氧与低溶解氧条件下反应体系对Cr(Ⅲ)氧化率分别为30%和3%,对比不同余氯浓度下反应体系对Cr(Ⅲ)的氧化速率,余氯浓度分别为0.5 mg/L与0.05 mg/L时,3 h氧化速率分别为0.12和0.07,由此可知饮用水的酸性越强、余氯浓度越高、溶解氧含量越大,对反应体系氧化Cr(Ⅲ)有促进作用。