地下水作为重要的饮用水源，常因地质条件含有过量铁、锰元素，导致水质浑浊、金属味重，甚至对人体健康造成危害。目前主流的除铁除锰方法包括氧化过滤法、药剂氧化法及碱化法等。 

 1. 氧化过滤法 

 氧化过滤法以空气或化学药剂为氧化剂，通过曝气、催化反应及过滤去除铁锰，分为自然氧化法与接触氧化法。 

 （1）自然氧化法

自然氧化法通过曝气引入氧气，使溶解态Fe²⁺氧化为Fe³⁺并生成Fe(OH)₃沉淀，再经石英砂滤池拦截。其反应式如下：  

 溶解氧需求：按公式[O2]=0.14a[Fe2+] 曝气时间：需1-2小时，pH需提升至7以上以加速反应。 

 该方法氧化速率慢，需大型氧化池，占地成本高；对Mn²⁺去除效率低（需pH>9），实际工程中极少单独用于除锰。 

 在北方某水厂采用自然氧化法处理含铁量5mg/L的地下水，曝气池停留时间1.5小时，滤速8m/h，最终出水铁含量降至0.1mg/L以下，但锰残留仍达0.5mg/L，需后续深度处理。 

 （2）接触氧化法

接触氧化法利用天然锰砂  或人工锈砂的催化作用，在滤层中同步完成吸附与氧化。其优势在于反应速率快、工艺流程简化。 

 除铁时曝气仅需充氧（pH>5.5），Fe²⁺经催化氧化为FeOOH  （羟基氧化铁）；除锰时需曝气排CO₂以提高pH至7.5，滤料表面MnO₂催化Mn²⁺氧化为MnO₂·nH₂O。 

 设计时滤速控制8-10m/h时，铁去除率>98%；锰砂吸附容量：天然锰砂（MnO₂含量>35%）对Mn²⁺吸附量可达15mg/g，再生周期达72小时。 

 该方法在铁锰共存时，需分层滤料设计（上层除铁带+下层除锰带），避免锰泄漏；若原水Fe²⁺>2mg/L，需二级过滤（一级除铁+二级除锰）。、 

 南方某地下水厂采用二级接触氧化工艺，原水Fe²⁺=3.2mg/L、Mn²⁺=1.8mg/L，经分级曝气与锰砂过滤后，出水铁锰含量均<0.05mg/L，运行成本较自然氧化法降低30%。 

 2. 药剂氧化法 

 药剂氧化法通过投加强氧化剂（Cl₂、KMnO₄、O₃）快速去除铁锰，适用于高浓度或复杂水质。 

 （1）氯氧化法

氯气将Fe²⁺、Mn²⁺氧化为高价态沉淀，反应式如下：

理论投氯量：1mg/L Fe²⁺需0.77mg/L Cl₂，实际需增加20%-30%；Fe²⁺氧化在pH=5即可完成，而Mn²⁺需pH≥7.5。 

 该方法可结合锰砂催化，可减少氯耗并提升效率。某实验显示，pH=7时，投氯量1.2mg/L可使Mn²⁺从1.5mg/L降至0.02mg/L，滤后水浊度<0.5NTU。 

 （2）高锰酸钾氧化法

KMnO₄氧化能力极强（E⁰=1.695 V），适用于高铁高锰水质，反应式：

理论上1mg/L Fe²⁺需0.94mg/L KMnO₄，实际受有机物影响需增加至1.2-1.5倍；pH=7时，Mn²⁺氧化仅需10-30秒，沉淀效率>95%。 

 该方法成本高昂（KMnO₄单价约20元/kg），仅推荐用于小规模或应急处理。 

 （3）臭氧氧化法

臭氧（O₃）为最强氧化剂（E⁰=2.07 V），反应无二次污染，但设备复杂、能耗高：

臭氧投量2mg/L时，Fe²⁺、Mn²⁺去除率均>99%；

3. 碱化沉淀法

碱化沉淀法是一种通过调节水体pH值，促使溶解态铁离子形成碳酸亚铁（FeCO₃）沉淀的除铁技术。相较于传统氧化法生成的Fe(OH)₃胶体，FeCO₃结晶颗粒更大、更易过滤，可显著降低滤池负荷并延长过滤周期。

该方法向含铁水中投加石灰（CaO）或氢氧化钠（NaOH），去除CO₂以提高pH值（通常需提升至8.5-9.0），促使Fe²⁺与HCO₃⁻结合生成FeCO₃沉淀；若水中残留Fe²⁺，需进一步曝气氧化为Fe(OH)₃，并通过沉淀过滤去除。

石灰投加量：每降低1mg/L CO₂需投加1.5mg/L CaO，pH提升至8.5时，Fe²⁺去除率可达90%；在pH=8.8条件下，FeCO₃沉淀速率比Fe(OH)₃快3倍，滤速可提高至12m/h；

某矿区地下水处理项目（含铁量12mg/L）采用碱化沉淀法，吨水药剂成本仅0.15元，出水铁含量<0.3mg/L。

该方法沉淀物密实度高，滤池反冲洗频率降低30%-50%；适用于高碱度（HCO₃⁻>100 mg/L）地下水，无需复杂曝气设备。

但该方法对Mn²⁺去除效果差，需结合其他工艺；pH调节需精准控制，过量投碱易导致管道结垢。

4. 生物过滤法（铁细菌氧化法）

生物过滤法利用铁细菌的生物氧化作用，将Fe²⁺转化为Fe³⁺氧化物沉淀，兼具高效性与环保性，尤其适合低浓度铁锰共存水质。

铁细菌通过胞外酶催化Fe²⁺氧化为FeOOH，并吸附于菌体表面形成生物膜；细菌代谢消耗水中溶解氧和有机物，间接提升氧化还原电位，加速铁锰沉淀。

该方法采用多孔石英砂或锰砂为载体，比表面积需>500m²/m³以促进细菌附着；滤速控制在5-8m/h，反冲洗周期15-20天，避免生物膜过度脱落。

当原水含铁量1-2mg/L时，生物滤池对Fe²⁺去除率>95%，Mn²⁺去除率>80%；铁细菌在pH=6.5-7.5、水温15-25℃时活性最高，氧化速率达0.8mg Fe/(L·h)；

德国某地下水处理厂采用生物过滤工艺，原水Fe²⁺=1.8mg/L、Mn²⁺=0.6mg/L，经生物滤池（滤速6m/h）处理后，出水铁锰含量分别降至0.05mg/L和0.1mg/L，吨水运行成本仅为0.08元。

该方法环保优势显著，尤其适合分散式供水或生态敏感区域，但需精细化管理。启动周期长（需2-3周培养生物膜）；高浓度铁（>5mg/L）会抑制细菌活性，需前置预氧化处理；滤池堵塞风险较高，需定期反冲洗（气水联合冲洗效果最佳）。

总结：接触氧化法与氯氧化法为现阶段主流工艺，兼顾效率与经济性；臭氧法适用于高要求场景，碱化法则可作为辅助手段优化整体流程，生物过滤法适合分散式供水或生态敏感区域，但需精细化管理。实际工程需结合水质参数、处理规模及成本预算综合决策。