锰元素在自然界中存在多种物理化学形态。其中，二价锰以溶解态存在，无色无味且不产生沉淀。然而，一旦经历氧化过程——无论是由空气、微生物作用，还是水中消毒剂的氧化——它将转变为三价或四价形态，并以黄色或黑色颗粒态沉淀物沉积下来。
我们的供水系统是一个相对独立且封闭的体系，遵循物质输入输出的基本原理。锰的输入主要源自含锰原水，含锰原水通过原水管进入水厂。在水厂内，通过常规的沉淀和过滤工艺流程可以去除颗粒态的锰，然而溶解态的锰能够穿透水厂的各个处理环节，进入市政管网。在管网中，溶解态的锰会持续在空气、微生物和消毒剂的作用下发生氧化和沉积作用，当沉积到一定程度会达到非稳态平衡。若水质、水压的稳定性发生变化，管道中含锰沉积物便会失稳突然释放，导致大规模的黄水问题。
因此，我们构建了一个全流程管控的研究思路，涵盖从水源到水厂管网的各个环节。在水源端，研究如何减少锰元素进入供水系统的问题。在水厂端，我们关注如何迅速氧化锰并将其有效去除，以降低锰元素输入管网的量。至于管网端，需解决的问题是如何抑制锰的氧化反应，确保其稳定传输，防止锰元素沉积。对于已经沉积的锰，需要研究如何进行有效冲洗和排放。
遵循此研究思路，饮用水水源普遍以河水和水库水为主，若以河流作为水源，由于河水流动特性，其溶解氧含量较高，水中的锰含量低，并且主要是颗粒态的锰，水厂容易处理。然而，在水库，尤其是在南方高温时，水温分层现象显著，表层与底层水体缺乏有效的垂直混合，造成表层水锰含量较低。但随着深度增加，锰含量会骤然升高，且主要以溶解态形式存在。基于此现象，可以采取汲取表层原水的策略，以减少底层高含量溶解态锰原水进入水厂。
在水厂端，我们的目标是提升锰的氧化速率，力求在砂滤池前将锰完全氧化。尽管存在多种氧化锰的方法，如臭氧、二氧化氯和高锰酸钾等，这些方法各有其局限性。我们的研究聚焦于活性炭催化下氯（氯气或次氯酸盐）快速氧化溶解态锰。从图中左上角的图表，红色曲线展示了在无活性炭催化条件下，次氯酸钠氧化锰所需时间长达数小时以上。然而，加入活性炭后（蓝色和黄色曲线），氧化过程显著加速，最快可在十几分钟内完成锰的彻底氧化。
对管网端的研究，我们构建了一个模拟管网系统，研究在不同消毒条件下锰的氧化沉积情况。研究发现，在无消毒剂以及1mg/l余氯这两种条件下，锰在管网中的沉积现象十分显著。然而，当消毒剂浓度为0.3mg/l余氯或1mg/l氯胺时，锰在管网中的沉积速度显著减缓。原因分析，无消毒剂条件下微生物氧化起主要作用；1mg/l余氯消毒则是强氧化作用；而0.3mg/l余氯或1mg/l氯胺消毒时，则是弱氧化作用，既抑制了微生物的生长，又大大减慢了对溶解态锰的氧化。因此，采用氯胺消毒相较于水厂日常采用的氯消毒，能够有效减少90%以上的锰在管网内的沉积。这是出厂水使用氯胺消毒的另一个新优点。
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