一、基本原理

1. 氧化還原原理

• 除鐵錳過濾器主要基于氧化還原反應來去除水中的鐵和錳。對于鐵離子，在有氧環境下，水中的二價鐵離子（Fe2?）會被氧化為三價鐵離子（Fe3?）。其化學反應式為，生成的氫氧化鐵（Fe (OH)?）是一種難溶性沉淀物。

• 錳離子的氧化過程相對復雜。在合適的條件下，二價錳離子（Mn2?）會被氧化為四價錳離子（Mn??），反應式為，形成二氧化錳（MnO?）沉淀。這些沉淀物質的形成是去除鐵錳離子的關鍵步驟。

2. 過濾原理

• 氧化反應產生的鐵錳沉淀物需要通過過濾從水中分離出來。除鐵錳過濾器內部裝有特定的濾料，如錳砂、石英砂等。這些濾料具有一定的孔隙結構，當含有沉淀物的水通過濾料層時，沉淀物被攔截在濾料表面和孔隙中，而凈化后的水則可以通過濾料層流出過濾器。例如，錳砂是一種常用的濾料，它本身含有二氧化錳，在過濾過程中不僅能起到物理過濾的作用，還可以作為催化劑，加速鐵錳離子的氧化反應。

二、結構組成

1. 罐體部分

• 罐體一般為圓柱形，兩端為橢圓形或球形封頭。罐身上設有多個接口，包括進水口、出水口、反沖洗進水口、反沖洗排水口、人孔和窺視孔。進水口和出水口用于正常過濾過程中水的進出；反沖洗進水口和排水口用于定期對濾料進行反沖洗，以清除濾料表面吸附的鐵錳沉淀物；人孔方便工作人員進入罐內進行檢查、維修和更換濾料；窺視孔則用于觀察過濾過程和濾料的狀態。

• 罐體材質有多種選擇，常見的包括碳鋼、不銹鋼和玻璃鋼。碳鋼罐體成本較低，但容易被水腐蝕，所以通常需要進行防腐處理，如涂漆或襯膠。不銹鋼罐體（如 304、316 不銹鋼）具有良好的耐腐蝕性和較高的強度，適用于處理對水質要求較高或者水中含有腐蝕性物質的情況。玻璃鋼罐體質輕且耐腐蝕，同時還具有良好的絕緣性，在一些小型設備或者對設備重量有要求的場合使用較多。

• 罐體材質：

• 罐體形狀與接口：

2. 濾料層

• 濾料裝填時，一般先在罐底鋪一層石英砂作為承托層，厚度約為 100 - 200mm，目的是防止濾料泄漏。然后按照設計要求裝填錳砂和無煙煤等濾料，濾料層的總厚度通常在 800 - 1500mm 之間。在裝填過程中，要確保濾料均勻分布，避免出現局部空缺或者堆積過密的情況，否則會影響過濾效果。

• 錳砂：是除鐵錳過濾器中非常重要的濾料。它是一種天然礦石，主要成分是二氧化錳（MnO?）。錳砂的比表面積大，孔隙率高，這使得它對鐵錳離子有良好的吸附和催化氧化作用。錳砂的粒徑一般在 0.5 - 2.0mm 之間，不同粒徑的錳砂可以分層裝填，以達到更好的過濾效果。

• 石英砂：化學性質穩定，硬度高，耐磨損。在濾料層中主要起到輔助過濾的作用，增強整個濾料層的穩定性。石英砂的粒徑通常在 0.4 - 1.2mm 之間。

• 無煙煤：具有較好的吸附性能和孔隙結構，能夠吸附水中的部分雜質。它可以和錳砂、石英砂配合使用，優化濾層結構，提高過濾效率。無煙煤的粒徑一般在 1.0 - 2.5mm 之間。

• 濾料種類及特性：

• 濾料裝填方式與厚度：

3. 布水系統和集水系統

• 位于過濾器的底部，主要由多孔板和濾帽組成。多孔板上有大量均勻分布的小孔，過濾后的水通過這些小孔匯集到集水系統的出水管道。濾帽安裝在多孔板的小孔上，其作用是防止濾料顆粒流失，同時保證水能夠順利地通過，從而有效地收集經過過濾后的清水，確保出水水質的穩定性。

• 位于過濾器的頂部，主要功能是將進水均勻地分布在濾料層的表面。常見的布水方式有穿孔管布水和噴頭布水。穿孔管布水是在布水管道上開有許多小孔，使水通過這些小孔均勻地灑在濾料層上；噴頭布水則是通過噴頭將水噴射成均勻的水霧狀，這樣可以保證水能夠均勻地進入濾料層進行過濾，避免局部水流過快或者過慢，確保過濾效果的均勻性。

• 布水系統：

• 集水系統：

4. 曝氣系統（部分設備包含）

• 曝氣系統的主要作用是為鐵錳離子的氧化提供足夠的氧氣。通過控制曝氣時間、曝氣強度等參數，可以調節水中的溶解氧含量，以適應不同水質和處理要求。例如，當處理高濃度鐵錳離子的水時，需要適當增加曝氣強度和時間，確保鐵錳離子能夠充分氧化。

• 在一些除鐵錳過濾器中，需要曝氣系統來增加水中的溶解氧，促進鐵錳離子的氧化反應。曝氣方式主要有鼓風曝氣和射流曝氣。鼓風曝氣是通過鼓風機將空氣輸送到水中，使空氣與水充分接觸；射流曝氣則是利用高速水流的噴射作用將空氣帶入水中。曝氣設備還包括曝氣頭、曝氣管道等，這些部件用于將空氣均勻地分布在水中。

• 曝氣方式與設備組成：

• 曝氣系統的作用與控制：

三、性能特點

1. 高效的去除能力

• 除鐵錳過濾器能夠有效地去除水中的鐵和錳離子，使出水的鐵含量可以降低到 0.3mg/L 以下，錳含量降低到 0.1mg/L 以下，能夠滿足生活飲用水和大多數工業用水對鐵錳含量的要求。例如，在地下水處理中，經過除鐵錳過濾器處理后的水，鐵錳含量顯著降低，水質清澈透明，沒有了原有的鐵銹色和異味。

2. 穩定的運行性能

• 設備的結構設計合理，只要定期進行反沖洗和維護，就能夠保持長期穩定的運行。濾料的使用壽命較長，在正常運行條件下，錳砂等濾料可以使用 3 - 5 年，這大大減少了設備的更換頻率和運行成本。

3. 操作簡單便捷

• 除鐵錳過濾器的操作和維護相對簡單，不需要復雜的技術和專業人員。反沖洗操作可以根據設定的時間、壓力差或者流量等參數自動進行，也可以手動控制。并且通過窺視孔可以方便地觀察濾料的狀態和過濾過程，便于及時發現問題并進行處理。

4. 良好的適應性

• 可以根據不同的水質條件和處理要求，通過調整濾料種類、曝氣參數等方式進行優化。對于不同濃度的鐵錳離子和不同的水源，都能夠取得較好的處理效果。例如，對于鐵錳離子濃度較高的地下水和鐵錳離子濃度較低的地表水，都可以通過適當調整設備參數來實現有效處理。

四、應用領域

1. 飲用水處理領域

• 在以地下水為飲用水源的地區，除鐵錳過濾器是非常重要的水處理設備。地下水常常含有較高濃度的鐵錳離子，這些離子會使水產生顏色和異味，影響飲用水的質量和口感。除鐵錳過濾器可以有效地去除水中的鐵錳離子，消除水的顏色和異味，提高飲用水的質量和安全性，保障居民的健康。

2. 工業用水處理方面

• 在許多工業生產過程中，如紡織印染、造紙、化工等行業，對水中鐵錳離子的含量有嚴格的要求。鐵錳離子可能會在設備和產品上形成沉淀和污漬，影響產品質量和設備的正常運行。除鐵錳過濾器可以為這些行業提供合格的工業用水，防止鐵錳離子在設備和管道內結垢，保證工業生產的順利進行。

3. 泳池水處理應用

• 游泳池水中如果含有鐵錳離子，會導致水質變色、渾濁，影響泳池的美觀和衛生。除鐵錳過濾器可以有效去除游泳池水中的鐵錳離子，保持泳池水質清澈透明，為游泳者提供良好的游泳環境。同時，也可以減少泳池維護的成本和工作量。