在我国，饮用水除铁除锰的研究始于二十世纪五十年代，经过数十年的不断探索和实践，己经掌握了除铁除锰的基本原理、设计方法、参数选择和运行管理模式。目前，地下水除铁除锰的机理主要有三种，即曝气氧化法、接触氧化法和生物氧化法。

    一、地下水除铁基本原理

    1、曝气氧化法

    含铁地下水由于不接触空气，主要以不稳定的重碳酸亚铁Fe（HCO3）2 存在于水中，当含铁地下水与空气接触时，空气中的氧进入水中，二价铁被氧化生成难溶于水的三价铁从水中析出：

             4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4HO一

    所谓曝气氧化法，其工艺流程一般由曝气、沉淀、过滤三部分组成：

    曝气：系指原水经曝气使含铁地下水与空气充分接触，让空气中的氧溶入水中，同时大量散除CO2以提高水的PH值，以加快亚铁离子的氧化速度。

    沉淀：则是让水在反应沉淀池里停留足够的时间，使水中的Fe2+ 全部或大部分氧化为Fe3+，并絮凝生成沉淀物沉入池底。

    过滤：是在曝气、沉淀的基础上，再进入滤池进行过滤将沉淀后残留于水中的悬浮物去除。

    曝气氧化法由于亚铁离子氧化比较缓慢，除铁系统复杂，设备庞大；三价铁絮状物易破碎，穿透滤层，出水水质不易控制，运行管理比较困难。

    2、接触氧化法

    接触氧化法是使经过曝气地下水中的亚铁离子不经充分氧化，即与溶解氧一同进入接触滤层，在滤层活性滤膜的接触催化作用下，完成亚铁离子的氧化和截留，达到除铁的目的。

    接触氧化法除铁的关键技术在于培养活性滤膜，采用天然锰砂、石英砂、河砂、无烟煤等滤料，都能在滤料表面形成活性滤膜，具有同样的除铁效果。新滤料的成熟过程分为三个阶段：

    过滤吸附段：新滤料在无氧条件下，初始都有一定的吸附亚铁离子的能力。对锰砂、石英砂、无烟煤、河砂、石英矿砂等滤料试验结果表明，吸附容量最高5000mg/ l，最低24mg/ l。吸附效果较佳的锰砂可维持5小时左右的净水能力，而石英矿砂几乎没有吸附效果。

    加速催化段：这一阶段是培养活性滤膜的过程，铁质活性滤膜不断附着在新滤料上，其催化过程具有加速进行的特征，所以称为加速催化段。这一阶段大致为4一5天，可使高铁水降到0.3mg/ l以下，但水质不够稳定。

    稳定催化段：连续运行相当时间后，滤料在稳定催化除铁作用下，完全成熟，滤料表面被铁质活性滤膜覆盖而发黄，故常称为锈砂。一般7天后能获得稳定的除铁效果。

    接触氧化法使除铁系统大为简化，目前己在全国普及推广。但运行初期需要培养活性滤膜，运行4一20天甚至更长时间，水质才能完全达标。

    3、生物氧化法

    生物氧化法认为，在新滤料未形成具有除铁除锰的活性滤膜前，铁细菌为形成活性滤膜起了不可忽视的作用，地下水中铁锰的去除机理，是生物、化学、物理共同作用的结果。

    据中国市政工程东北设计院对铁细菌进行的生化机理研究证明，菌体表面能分泌具有催化活性的酶，因此当地下水中的Fe2+和Mn2+被细菌粘液吸附时，能够迅速地被氧化成高价铁、锰的化合物。高价铁、锰的化合物与铁细菌及其代谢产物一起形成黑褐色的絮体，它们沉积在滤料表面并逐渐诱发成含有高价铁锰化合物的晶核。随着晶核的发育成熟，使滤料表面形成了具有除铁除锰能力的生化活性滤膜。

    生物氧化法需要为铁细菌的生长创造一定的条件，铁细菌以水中的CO2为碳源、无机氮为氮源、靠氧化亚铁获取生命活动的能量。

    据哈工大市政环境工程学院研究认为，成熟的生物除铁除锰滤层实际是一个复杂的生态系统，铁锰氧化细菌的种类很多，去除铁锰的机理也各不相同。但有点是肯定的，在满足滤层中微生物生理需要的前提下，较小的氧过剩系数即可达到生物滤层的稳定运行；而且有很大一部分铁锰氧化细菌属微好氧菌，过度的曝气不仅造成能量浪费，还会抑制某些细菌的活性，产生负面影响。在生物除铁除锰滤层中，铁锰的氧化都是在pH值中性条件下进行，不要求教除CO2，同时CO2还是微生物繁殖代谢的重要碳源。

    生物氧化法的优势特征一是不需充分曝气，水中溶解氧控制在3～5mg/ l即可满足运行要求；二是可以缩短新滤料的成熟期，出水水质稳定。

二、地下水除锰基本原理

地下水除锰要比除铁困难得多，直到二十世纪七十年代末，才对除锰引起足够的重视，并研究出了曝气接触氧化法除锰工艺，使地下水除锰有了解决办法。

    采用曝气接触氧化法除锰，是将含锰地下水强烈曝气充氧，并采取措施散除CO2或投药提高PH值，利用接触氧化原理将水中的Mn2+氧化成MnO2，使滤料表面形成“锰质活性滤膜”，这种滤膜吸附水中的Mn2+并经催化氧化去除。

实践证明，除锰比除铁困难主要是氧化难度大。Mn2+在PH值等于7左右的水中，很难被水中的溶解氧氧化成MnO2，特别是在铁、锰共存时，铁先得到氧化，而锰则要在铁得到充分氧化之后才能与氧反应。要使Mn2+氧化，需将水的PH值提高到9.5以上才可顺利进行，这在工程中很难解决。

    地下水的PH值多数在7左右，通过曝气并散除CO2对提高PH值的作用是有限的，即便采用投药的办法也只能控制在8.5以内，否则，出水PH值超标。因此，在除锰工程中，培养锰质活性滤膜的时间很长。据《给水排水常用规范详解水手》介绍，有人曾对各种滤料的成热期做过试验：某部队原水含锰5一6mg/ l，石英砂的成熟期为65天；吉林某地原水含锰6一8mg/ l，其成熟期分别为：无烟煤71天，石英砂和葫芦岛锰砂96天；某水厂原水铁、锰含量均为1.5mg/ l左右，由于铁干忧除锰，采用石英砂滤料的成熟期长达半年以上。

    如采用生物氧化法除锰，可使成熟期缩短。中国市政工程东北设计院对鞍山大赵台水厂的含锰地下水，采用生物氧化法进行试验，石英砂滤柱仅用46天就形成了除锰能力。

三、SS滤料除铁除锰原理

 SS滤料是我们研制的一种新型过滤介质，它不仅具有良好的除铁除锰效果，而且对其它理化指标也有显著的去除作用。在《新型过滤介质SS滤料》一文中己做了详细介绍。

     SS滤料之所以具有良好除铁除锰效果，其主要机理是吸附过滤和絮凝沉降作用。

    吸附过滤作用：SS滤料呈多孔状结构，表面粗糙，孔隙率高达50 o/o以上，比表面积较大，表面能高，对铁、锰及水中的各种污染物具有较强的物理截滤和化学吸附作用。

    絮凝沉降作用：SS滤料的主要成分是：硅、铁、铝、钙、镁，这几种物质占滤料的90 o/o以上，对除铁除锰净化水质都有好处。特别是铁、铝在水中溶解后形成的铁盐和铝盐都是良好的絮凝剂，对铁、锰及水中的各种污染物具有絮凝沉降作用。

    SS滤料用于饮用水除铁，突出的特点是不需培养活性滤膜，初始运行出水即能达标。这一特性为地下水除铁除锰开辟了一条简便易行的新途径，可以说是一个创新。之所以不需要培养活性滤膜即能除铁，主要是因为SS滤料为多孔状颗粒，吸附容量大，过滤吸附段长的结果。

SS滤料的除铁除锰原理虽然没有深入系统地进行研究和试验，但经过十余年的实际应用证明，其除铁除锰效果是肯定的，其初始运行即能除铁的突出特点也是得到反复验证的。因此，采用SS滤料研制的“压力式电絮凝SS滤料过滤除铁装置”，一致认为该项除铁新技术“开辟了一条新途径。”