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。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。传统除铁除锰使用的滤料主要是锰
砂和石英砂。
一、地下水除铁基本原理
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。
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－
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彻底氧化比较缓慢，除铁系统复杂，设备庞大；三价铁絮状物极
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，哈工大环境工程学院李圭白教授等人，经
过多年研究和反复试验，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，最初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。
吸附效果最好的锰砂可维持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，最终完全成熟，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，设备价格大大降低，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。
