地下水除鐵除錳的研究在國內(nèi)已有較長的歷史。上世紀(jì)60年代初，我國實(shí)驗(yàn)成功了天然錳砂濾料接觸氧化除鐵工藝，7年代確立了接觸氧化除鐵理論，80年代初，又開發(fā)了接觸氧化除錳工藝，并迅速在生產(chǎn)上應(yīng)用推廣。90年代以來，國內(nèi)外的學(xué)者對傳統(tǒng)的除鐵除錳機(jī)理提出了不同的看法，認(rèn)為地下水中鐵細(xì)菌的生物作用是鐵錳去除的主要原因。生物除鐵除錳理論的提出，給除鐵除錳工藝帶來了很多新理論，加深對這些理論的認(rèn)識，對科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐都有重要的指導(dǎo)意義。
1 除鐵理論與工藝
鐵的常見化合價(jià)有十2價(jià)和十3價(jià)，地下水的氧化還原電位比較低，PH值在6.0～7.5之間，這種情況下鐵一般是以Fe2+的形式存在地下水中。鐵的氧化還原電位比氧低，易于被空氣中的氧所氧化，pH值對Fe2+的氧化速率有較大影響，在
pH>5.5的情況下，地下水的pH值每升高1.0，二價(jià)鐵的氧化速度就增大100倍〔1〕。
1.1 空氣自然氧化除鐵
建國初期，國內(nèi)地下水除鐵大多采用的自然氧化除鐵工藝。其基本原理是曝氣充氧后將亞鐵氧化為三價(jià)鐵，經(jīng)反應(yīng)沉淀之后，過濾將其去除。前已述及，提高地下水的pH值能夠大大加快Fe2+氧化為Fe3+的速度。因此，空氣自然氧化工藝通常采用較大曝氣強(qiáng)度，在充氧的同時(shí)散除地下水中的游離CO2以提高pH值，曝氣后的pH值一般在7.0以上。盡管如此，空氣自然氧化除鐵工藝所需的停留時(shí)間仍較長，約2-3h，且由于三價(jià)鐵絮凝體較小。使Fe(OH)3膠體凝聚困難，影響氫氧化鐵的絮凝，難以從水中分離。在地下水堿度較低時(shí)，溶解性硅酸對除鐵效果影響尤為顯著。
液面覆蓋球的原料是聚丙烯，經(jīng)過收縮就成圓形塑料的填料，液面覆蓋球有穩(wěn)定的重心的，其每個(gè)邊都會(huì)重疊的，且覆蓋的效果也是非常好的。
1.2 接觸催化氧化除鐵
接觸氧化除鐵，地下水經(jīng)過簡單曝氣要絮凝、沉淀而直接進(jìn)入濾池，在錳砂濾料表面催化劑的作用下，亞鐵迅速地氧化為三價(jià)鐵，并被濾層截留而去除。由于催化劑的作用，只要處理水的pH值高于6.0，F(xiàn)e2+就能順利的氧化為Fe3+。我國絕大多數(shù)地下水pH值都是高于6.0的，F(xiàn)e2+的氧化均能迅速完成，這樣就可以簡化曝氣過程。曝氣只需要向水中充氧即可。接觸氧化除鐵工藝的構(gòu)筑物較為簡單，水力停留時(shí)間只需5～30min即可。同時(shí)，鐵的去除不受溶解性硅酸價(jià)的影響。出水總鐵濃度也隨著過濾時(shí)間的增加而減少。在周期時(shí)間內(nèi)，水質(zhì)會(huì)越來越好〔2〕。
接觸氧化除鐵的機(jī)理是催化氧化反應(yīng)，起催化作用的是濾料表面的鐵質(zhì)活性濾膜。鐵質(zhì)活性濾膜首先吸附水中的亞鐵離子，被吸附的亞鐵離子在活性濾膜的催化作用下迅速氧化為三價(jià)鐵，并且使催化劑再生，反應(yīng)生成物為催化劑，又參與新的催化反應(yīng)，鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化鐵的過程是一個(gè)自催化反應(yīng)過程。
1.3 生物氧化除鐵
在除鐵的研究實(shí)踐中，有人在除鐵濾池中檢測到了鐵細(xì)菌的存在，并發(fā)現(xiàn)生物在鐵的去除過程中起很大作用，提出了生物除鐵的觀點(diǎn)。Pierre
Mouchet〔4〕在低含鐵量(0.75～1.1
mg/L)和低含鐵量(0～0.7mg/L)的情況下發(fā)現(xiàn)生物在除鐵過程中有很大的作用，認(rèn)為生物是鐵去除的主要原因。Catherine
V.Tremblay〔5〕也在低溶解氧含量下發(fā)現(xiàn)生物除鐵作用的存在。
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