锰砂滤料使用-除铁理论与工艺
地下水除铁除锰的研究在国内已有较长的历史。从60年代初，我国实验成功了天然锰砂滤料接触氧化除铁工艺，70年代确立了接触氧化除铁理论，80年代初，又开发了接触氧化除锰工艺，并迅速在生产上应用推广。90年代以来，国内外的学者对传统的除铁除锰机理提出了不同的看法，认为地下水中铁细菌的生物作用是铁锰去除的主要原因。生物除铁除锰理论的提出，给除铁除锰工艺带来了很多新理论，加深对这些理论的认识，对科学研究和生产实践都有重要的指导意义。
一、 除铁理论与工艺
铁的常见化合价有十2价和十3价，地下水的氧化还原电位比较低，PH值在6.0～7.5之间，这种情况下铁一般是以Fe2 的形式存在地下水中。铁的氧化还原电位比氧低，易于被空气中的氧所氧化，pH值对Fe2 的氧化速率有较大影响，在 pH＞5.5的情况下，地下水的pH值每升高1.0，二价铁的氧化速度就增大100倍
（1.） 空气自然氧化除铁
建国初期，国内地下水除铁大多采用的自然氧化除铁工艺。其基本原理是曝气充氧后将亚铁氧化为三价铁，经反应沉淀之后，过滤将其去除。提高地下水的pH值能够大大加快Fe2 氧化为Fe3 的速度。因此，空气自然氧化工艺通常采用较大曝气强度，在充氧的同时散除地下水中的游离CO2以提高pH值，曝气后的pH值一般在7.0以上。尽管如此，空气自然氧化除铁工艺所需的停留时间仍较长，约2－3h，且由于三价铁絮凝体较小。容易穿透滤层，影响水质。另一方面，水中溶解性硅酸与三价铁氢氧化物形成硅铁络合物： Fe3 ＋Si0（OH）3-1＝FeOSi（OH）32 使Fe（OH）3胶体凝聚困难，影响氢氧化铁的絮凝，难以从水中分离。在地下水碱度较低时，溶解性硅酸对除铁效果影响尤为。锰砂滤料
（2）、 接触催化氧化除铁
接触氧化除铁，地下水经过简单曝气要絮凝、沉淀而直接进入滤池，在滤料表面催化剂的作用下，亚铁迅速地氧化为三价铁，并被滤层截留而去除。由于催化剂的作用，只要处理水的pH值高于6.0，Fe2 就能顺利的氧化为Fe3 。我国绝大多数地下水pH值都是高于6.0的，Fe2 的氧化均能迅速完成，这样就可以简化曝气过程。曝气只需要向水中充氧即可。接触氧化除铁工艺的构筑物较为简单，水力停留时间只需5～30min即可。同时，铁的去除不受溶解性硅酸价的影响。出水总铁浓度也随着过滤时间的增加而减少。在周期时间内，水质会越来越好。
接触氧化除铁的机理是催化氧化反应，起催化作用的是锰砂滤料表面的铁质活性滤膜。铁质活性滤膜首先吸附水中的亚铁离子，被吸附的亚铁离子在活性滤膜的催化作用下迅速氧化为三价铁，并且使催化剂再生，反应生成物为催化剂，又参与新的催化反应，铁质活性滤膜接触氧化铁的过程是一个自催化反应过程。
关于铁质活性滤膜的化学组成有几种不同的看法。李圭白［1］认为，铁质活性滤膜的化学组成为Fe（OH）3·2H2O。新鲜的滤膜具有很强的催化活性，随着时间的增长，滤膜老化脱水活性也逐渐降低，滤膜终老化生成FeOOH便丧失催化活性。而高井雄［3］则认为，在除铁滤池中自然形成的羟基化铁（FeOOH）的羟基表面起接触催化作用。羟基氧化铁不是以FeOOH所示的简单分子形式存在的，它是铁原子、氧原子和固体内氢原子三者相结合的巨大无机分子。
（3 ）、生物氧化除铁
在除铁的研究实践中，有人在除铁滤池中检测到了铁细菌的存在，并发现生物在铁的去除过程中起很大作用，提出了生物除铁的观点。Pierre Mouchet［4］在低含铁量（0.75～1.1 mg／L）和低含铁量（0～0.7mg／L）的情况下发现生物在除铁过程中有很大的作用，认为生物是铁去除的主要原因。Catherine V.Tremblay［5］也在低溶解氧含量下发现生物除铁作用的存在。
在试验发现，生物在除铁中的作用很小。试验采用两个内径188m m的有机玻璃滤柱，滤砂均为刚投入运行的新石英砂。其中一个滤柱每天用1％的HgCI2溶液浸泡滤层1～2h，另一个为对比柱。滤速为 6 m／h，进水溶解氧大于6mg／L，进水pH6.5，进水总铁的质量浓度大于15 mg／L。试验结果如图1。试验发现两者处理效果基本相同，运行不到十天两个滤柱出水含铁量已经完全达标，说明高含铁量地下水中，生物作用对于铁的去除几乎没有影响。
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