中文摘要：

在我国当前水资源缺乏、水污染形势严峻和水质标准不断提高的背景下，综合利用多种水源、选择替代水源、优化或革新处理工艺、改变消毒方式等成为越来越多供水企业所面临的选择。然而由此可能导致的输配管网内长期形成的管壁界面/水之间的平衡破坏以及继而产生的水质恶化现象成为供水安全的挑战。本项目基于水源和消毒剂切换等可能引发的管网水质恶化问题，以输送不同类型水质的实际管网系统内管壁界面层的表征分析和模拟管网实验研究为主要手段，探讨管壁界面层物质组成结构特征与所输送水质特征的相互关系，揭示管网进水水质的主要化学成分及消毒剂的变化对管内界面层由稳态向非稳态转化的影响过程以及由此导致的管网水质恶化机制，并进而提出维持界面稳定、控制管网水质恶化的可行技术方案。本项目的研究可以为供水行业在水源和消毒剂切换等引起管网进水水质变化的情况下，保障安全优质供水提供理论依据和技术支持。

结论摘要：

给水管网的腐蚀以及腐蚀产物的释放严重影响管网输配过程的水质安全。管网内部腐蚀及腐蚀产物的释放过程非常复杂，特别是在水源切换和处理工艺改变的情况下，铁腐蚀产物释放导致的“黄水”问题成为供水安全的严峻挑战。然而，目前对管网内腐蚀产物的形成及其释放过程的相关机制缺乏足够的认识，迫切需要对铁腐蚀产物释放导致的管网水质问题提供预测、预防和控制的相关理论依据和技术支持。 本项目首先开展了大规模的实际管网采样，对不同水源水质条件下形成的管垢进行了系统的表征分析；并针对具有不同类型管垢的管道以实验室小试、中试和大型管网模拟试验手段开展了管网对水源切换适应性的研究；从生物膜细菌群落结构分析着手，揭示了微生物在不同特征腐蚀垢层形成过程中的作用机制；以大量管网模拟实验为基础，详细探讨了主要水质因素和稳定性指数对管网水质的影响效应。取得的主要研究结果如下 管网管垢调查表征发现，密布发达的瘤状垢以及由瘤状垢衍生而成的厚腐蚀垢层多见于通地表水水源的管道上，该类型管垢表层存在一致密硬壳；而非瘤状薄腐蚀层和由垢下腐蚀形成的中空瘤状垢多见于通地下水水源的管道上。瘤状垢的致密硬壳层和中空垢的壳层中Fe3O4含量较高，且其与α-FeOOH的比值（M/G）通常大于1.0；而薄腐蚀层的Fe3O4含量较低，M/G比值通常小于1.0。以Fe3O4为主要成分的致密硬壳层稳定性较高，且具有该类型管垢的管道对水源切换的适应性大于无致密硬壳层管垢的管道。 管垢生物膜高通量测序表征发现，地表水条件下形成的管垢生物膜丰度和多样性显著高于地下水条件下形成管垢上的生物膜，且生物膜中铁细菌，特别是铁还原菌的含量前者明显高于后者（p<0.01）。铸铁腐蚀过程中生物膜和腐蚀产物变化过程的追踪发现，生物膜中铁还原菌的出现和发展与Fe3O4具有显著相关性（R= 0.92，p < 0.05），且铁释放随着生物膜的发育和Fe3O4形成而逐渐降低。 水源切换模拟实验发现，硫酸根、氯离子、碱度、溶解氧和消毒剂是对管网铁释放有重要影响的水质参数，但影响程度取决于管垢稳定性特征以及具体影响机理。拉森指数和碳酸钙沉淀势在预测和控制管网铁释放时有较大的局限性，使用时应综合考虑各水质因素的作用。