一、工作原理

1. 催化氧化作用： 锰砂中的二氧化锰（MnO?）作为催化剂，促使水中二价铁离子（Fe2?）与溶解氧反应生成三价铁（Fe3?），形成氢氧化铁沉淀；同时将二价锰离子（Mn2?）氧化为二氧化锰，沉积在滤料表面。以除铁为例，反应可简化为：\(4Fe^{2+} + O_2 + 10H_2O \xrightarrow{MnO_2} 4Fe(OH)_3 \downarrow\)
2. 吸附与截留机制： 反应生成的铁锰氧化物会在滤料表面逐渐形成 “活性滤膜”，进一步增强对铁锰离子的吸附能力，同时截留水中悬浮物，提升过滤效果。

二、核心组件与结构

1. 滤料层：
   • 主体为天然锰砂，二氧化锰含量通常≥35%（高含量可达 45% 以上），粒径一般在 0.6~1.2mm，滤层厚度 1.0~1.5 米，需具备大比表面积、高孔隙率及机械强度，避免反洗时破碎。
2. 配水系统： 多采用多孔板搭配石英砂垫层，或支管式布水器（如 ABS 材质），确保进水均匀分布，防止局部水流过快（“短流”）或滤层冲刷。
3. 反洗系统： 包括反洗水泵、鼓风机（气水反洗时使用）及控制阀门，反洗强度一般为 15~25 升 /（平方米?秒），持续 10~15 分钟，用于清除滤层截留的杂质。
4. 控制系统： 可通过 PLC 实现自动化控制，根据过滤压差、运行时间或出水铁锰含量触发反洗，也可手动操作。

三、主要应用场景

• 地下水除铁除锰：适用于铁含量≤10mg/L、锰含量≤1.5mg/L 的地下水，处理后铁＜0.3mg/L、锰＜0.1mg/L，满足饮用水标准。
• 工业循环水净化：降低浊度（进水浊度≤20NTU）和铁离子含量（≤2mg/L），减少管道结垢与设备腐蚀。
• 饮用水预处理：当原水铁锰超标且含悬浮物时，作为预处理单元，确保后续处理符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）。
• 矿井水深度处理：去除水中 Fe2?、Mn2?及矿尘悬浮物，实现水资源回用或达标排放。

四、关键运行参数

1. 过滤流速：
   • 常规工况：8~12 米 / 小时（适用于地下水除铁锰）；
   • 高负荷工况：15~20 米 / 小时（需搭配强化预处理，如曝气、混凝）。
2. 进水 pH 值： 除铁pH≥6.5，除锰 pH≥7.5，若水质偏酸性，可投加石灰或氢氧化钠调节。
3. 氧化还原电位（ORP）： 除铁需 ORP≥200mV，除锰需 ORP≥300mV，通常通过曝气（如曝气塔、射流曝气）提升水中溶解氧，满足氧化条件。

五、常见问题与解决措施

1. 出水铁锰超标：
   • 可能原因：滤料失效、进水氧化不充分、反洗不彻底；
   • 解决方法：更换滤料、增加曝气量（如加装射流曝气器）、调整反洗强度或周期。
2. 滤料板结：
   • 可能原因：反洗频率不足、进水浊度长期过高；
   • 解决方法：缩短反洗周期（如从 24 小时调整为 16 小时）、强化预处理（如投加混凝剂去除悬浮物）。
3. 过滤压差上升过快：
   • 可能原因：悬浮物堵塞滤层、滤料粒径不均匀；
   • 解决方法：增加预处理过滤（如多介质过滤器）、筛分滤料或补充新滤料。

六、维护保养要点

1. 滤料更换与补充： 正常工况下（进水铁≤5mg/L），滤料使用寿命 3~5 年；若水质较差，需每年补充 10%~20% 滤料，1~2 年整体检查更换。
2. 反洗效果验证： 反洗结束后，排水浊度应＜3NTU，否则需延长反洗时间或检查配水系统是否堵塞。
3. 设备防腐： 若设备本体为碳钢材质，需每 1~2 年涂刷防锈漆，防止内部腐蚀影响水质或设备寿命。

七、技术发展方向

• 复合滤料技术：将锰砂与活性炭、陶粒等材料复合，提升对有机物、重金属的协同去除能力。
• 智能化控制升级：集成在线监测仪表（铁锰、浊度、压差）与 AI 算法，动态调整反洗周期，可节水 30% 以上，降低能耗。
• 一体化设备集成：与曝气、混凝沉淀单元集成，适用于农村分散式供水、应急水处理等场景，减少占地与投资成本。