饮用水除铁除锰机制和工程技术一直是一个难以突破的难题，我国大部分地下水除铁除锰工程都采用工艺简单，投资及运行费用低的曝气接触氧化法。在地下水曝气接触氧化法中，铁锰的氧化去除主要是锰砂滤料上包覆的铁质及锰质活性膜的自催化氧化作用，不同滤料由于成分、性能的差异导致除铁除锰效果不同，其中铁离子的去除过程主要是化学氧化作用，Fe2+很容易被氧化形成Fe(OH)3被滤料截留吸附，而锰离子的去除一直没有得到很好地解决，主要存在着启动周期长、滤料成熟慢、易受水质及环境因素的影响和出水水质不稳定等问题，有些水处理厂的除锰设施经历数月无法达到成熟、还有些设施除锰效果经常出现波动。目前大多数研究侧重于对于锰砂滤料吸附能力和改进氧化阶段的工艺，在锰去除反应动力学方面的研究较少，对锰去除反应动力学方面研究关系到锰氧化速率、去除率及除铁除锰滤层厚度的确定，进而影响到除铁除锰工艺的选择和工程的设计计算等。

 

天然锰砂滤料

 

    原水水质采用地下水锰离子质量浓度平均值1.45mg/L的低含锰水质，滤料采用三种品质的锰砂滤料分别为高品质天然锰砂（Mn02质量分数为37.78%）、中品质天然锰砂滤料（Mn02质量分数为31.86%）、低品质天然锰砂滤料（Mn02质量分数为24.26%）。

    原水经过跌水曝气后，溶解氧值的平均值为3.97mg/L，pH值的平均值为6.93。将地下水经跌水曝气后直接引入装有各品质锰砂的滤柱中，原水经过滤柱过滤后，在不同时间内测试滤后水中锰离子的质量浓度。

    高品质锰砂滤料在运行初期滤后水锰离子质量浓度不稳定，在0.8一0.95mg/L波动，在第14天左右就达到《生活饮用水卫生标准》GB5749一2006)0.1mg/L的标准，且锰离子质量浓度很快低于0.1mg/L且稳定。

    中品质锰砂滤料在运行初期时，滤后水锰离子质量浓度为0.72一1.1mg/L，降解率比较低，而在50d后，曲线斜率较大，降解率逐渐加大，在第26天形成活性滤膜；到第66天时滤后水锰离子浓度低于0.1mg/L且稳定，其成熟期为66d。

    低品质天然锰砂在第68天时形成活性滤膜，在80d之前滤后水锰离子质量浓度在0.72—1.45mg/L变化，第80天～第86天滤后水锰离子质量浓度在0.1一0.6mg/L变化，在第86天后才达到《生活饮用水卫生标准》CB5749一2006)0.1mg/L标准且稳定。这表明低品质天然锰砂滤料稳定成熟期为86d，其吸附容量小。

    以上数据表明由于高品质天然锰砂滤料MnO2质量分数较高为37.78%，形成活性滤膜也比较快，只用了8d的时间，吸附容量大，且成熟周期短为14d。MnO2质量分数为31.86%的中品质锰砂滤料成熟期要长，降解速度较慢。这是由于在溶液中，固体物质优先吸附与它组成相同或相近的离子，因此高质量分数Mn02天然锰砂能更好地吸附水中锰离子，且吸附速率快，成熟期短；低质量分数MnO2的天然锰砂吸附速率慢，成熟期长。在处理含锰地下水工程中应尽量选择成熟期短，反应速度常数大的高品质锰砂滤料。