除铁锰过滤器

一、工作原理

1. 氧化反应原理

• 铁离子氧化：水中的二价铁离子（）在有氧条件下，会发生氧化反应生成三价铁离子（）。这一过程可以自然发生，也可以通过曝气等方式加速。反应式为。生成的氢氧化铁（）是一种难溶性沉淀物，为后续的过滤去除提供了基础。

• 锰离子氧化：二价锰离子（）的氧化相对复杂。在合适的条件下，如存在催化剂（部分滤料可充当）、足够的溶解氧和合适的 pH 值时，二价锰离子会被氧化为四价锰离子（），反应式为，形成二氧化锰（）沉淀。这些沉淀物质是除铁锰过滤器主要的去除对象。

2. 过滤原理

• 氧化反应后产生的铁锰沉淀物需要通过过滤从水中分离。除铁锰过滤器内部装有滤料，如石英砂、无烟煤和锰砂等。这些滤料有一定的孔隙结构，当含有沉淀物的水通过滤料层时，沉淀物被拦截在滤料表面和孔隙内，而净化后的水则透过滤料层流出。锰砂是一种比较特殊的滤料，它本身含有二氧化锰，在过滤过程中不仅起到物理过滤的作用，还能催化氧化水中的铁锰离子，加速氧化反应。

二、结构组成

1. 罐体部分

• 在罐体内，底部通常有支撑结构来承载滤料。布水系统位于罐体顶部，主要作用是将进水均匀地分布在滤料层的表面。常见的布水方式有穿孔管布水和喷头布水。穿孔管布水是在布水管道上开有许多小孔，使水通过小孔均匀地洒在滤料层上；喷头布水则是通过喷头将水喷射成均匀的水雾状，保证水均匀地进入滤料层进行过滤。

• 集水系统位于罐体底部，主要由多孔板和滤帽组成。多孔板上有大量均匀分布的小孔，过滤后的水通过这些小孔汇集到集水系统的出水管道。滤帽安装在多孔板的小孔上，其作用是防止滤料颗粒流失，同时保证水能够顺利地通过，确保出水水质的稳定性。

• 罐体材质主要有碳钢、不锈钢和玻璃钢。碳钢罐体成本较低，但需要进行防腐处理，如涂漆或衬胶，以防止被水腐蚀。不锈钢罐体（如 304 或 316 不锈钢）具有良好的耐腐蚀性和较高的强度，适用于对水质要求较高或者水中含有腐蚀性物质的场合。玻璃钢罐体质轻、耐腐蚀，并且具有良好的绝缘性，适合在小型设备或者对设备重量有要求的场合使用。

• 罐体形状一般为圆柱形，两端为椭圆形或球形封头。罐体上设有进水口、出水口、反冲洗进水口、反冲洗排水口、人孔和窥视孔等接口。进水口和出水口用于正常过滤时水的进出；反冲洗进水口和排水口用于定期反冲洗操作，以清除滤料表面吸附的铁锰沉淀物；人孔方便操作人员进入罐内进行检查、维修和更换滤料；窥视孔用于观察过滤过程和滤料的状态。

• 罐体材质与特点：

• 内部支撑与布水、集水系统：

2. 滤料层部分

• 滤料装填从罐底开始，先铺设一层石英砂作为承托层，厚度约为 100 - 200mm，防止滤料泄漏。然后按照设计要求装填锰砂和无烟煤等滤料，滤料层总厚度通常在 800 - 1500mm 之间。装填过程中要保证滤料均匀分布，避免出现局部空缺或堆积过密的情况，否则会影响过滤效果。

• 锰砂：是除铁锰过滤器的核心滤料。它是一种天然矿石，主要成分是二氧化锰（）。锰砂的比表面积大，孔隙率高，对铁锰离子有良好的吸附和催化氧化作用。锰砂的粒径一般在 0.5 - 2.0mm 之间，不同粒径的锰砂可以分层装填，以提高过滤效果。

• 石英砂：化学性质稳定，硬度高，耐磨损。它主要作为辅助滤料，增强过滤层的稳定性和过滤效果。石英砂的粒径通常在 0.4 - 1.2mm 之间。

• 无烟煤：具有良好的吸附性能和孔隙结构，能够吸附水中的部分杂质，并且可以和锰砂、石英砂配合使用，优化滤层结构，提高过滤效率。无烟煤的粒径一般在 1.0 - 2.5mm 之间。

• 滤料种类与特性：

• 滤料装填方式与厚度：

3. 曝气系统（部分设备具备）

• 通过控制曝气时间、曝气强度等参数，可以调节水中的溶解氧含量，以适应不同水质和处理要求。例如，当处理高浓度铁锰离子的水时，需要适当增加曝气强度和时间，确保铁锰离子能够充分氧化。

• 在一些除铁锰过滤器中，需要曝气系统来增加水中的溶解氧，促进铁锰离子的氧化反应。曝气方式主要有鼓风曝气和射流曝气。鼓风曝气是通过鼓风机将空气输送到水中，使空气与水充分接触；射流曝气则是利用高速水流的喷射作用将空气带入水中。曝气设备还包括曝气头、曝气管道等，这些部件用于将空气均匀地分布在水中。

• 曝气方式与设备组成：

• 曝气参数控制与作用：

三、性能特点

1. 高效的铁锰去除性能

• 除铁锰过滤器能够有效去除水中的铁和锰离子，使出水的铁含量可降低到 0.3mg/L 以下，锰含量可降低到 0.1mg/L 以下，满足生活饮用水和大多数工业用水对铁锰含量的要求。这对于改善水质的感官性状（如颜色、透明度）和防止铁锰沉淀在管道及设备中结垢具有重要意义。

2. 稳定的运行状态

• 设备结构设计合理，只要定期进行反冲洗和维护，就能够保持长期稳定的运行。滤料的使用寿命较长，在正常运行条件下，锰砂等滤料可以使用 3 - 5 年，这大大减少了设备的更换频率和运行成本。同时，稳定的运行也保证了出水水质的持续稳定，减少了因水质波动对后续用水环节的影响。

3. 操作简单方便

• 除铁锰过滤器的操作和维护相对简单，不需要复杂的技术和专业人员。反冲洗操作可以根据设定的时间、压力差或者流量等参数自动进行，也可以手动控制。并且通过窥视孔可以方便地观察滤料的状态和过滤过程，便于及时发现问题并进行处理。这种简单的操作方式降低了设备的使用门槛和维护成本。

4. 良好的适应性

• 可以根据不同的水质条件和处理要求，通过调整滤料种类、曝气参数等方式进行优化。对于不同浓度的铁锰离子和不同的水源，如地下水、地表水等，都能够取得较好的处理效果。例如，对于铁锰离子浓度较高的水源，可以增加曝气强度和延长曝气时间，或者调整滤料的组成和装填方式，以达到更好的去除效果。

四、应用领域

1. 饮用水处理领域

• 在以地下水为主要饮用水源的地区，除铁锰过滤器是水处理设备不缺的。地下水由于地质等原因，往往含有较高浓度的铁锰离子，这些离子会使饮用水产生颜色（如铁锈色）和异味（如金属味），影响饮用水的感官质量和安全性。通过除铁锰过滤器处理后，水中的铁锰离子被有效去除，水的颜色变清，异味消失，满足国家规定的饮用水卫生标准，保障居民的健康饮水需求。

2. 工业用水处理领域

• 纺织印染行业：在纺织印染过程中，对水质要求较高。水中的铁锰离子可能会与染料发生化学反应，导致染色不均、色泽暗淡等问题，还可能在印染设备表面形成沉淀和污垢，影响设备的正常运行和使用寿命。除铁锰过滤器可以为纺织印染行业提供优质的工业用水，保证印染工艺的稳定性和产品质量。

• 造纸行业：造纸工业也对水质较为敏感。铁锰离子可能会在纸张生产过程中与造纸原料中的化学物质相互作用，产生色斑、降低纸张强度等质量问题，同时会在造纸设备内部结垢，增加设备维护成本和能耗。使用除铁锰过滤器可以有效去除水中的铁锰离子，确保纸张生产的顺利进行，提高产品质量。

• 化工行业：化工生产中的许多化学反应对水质要求严格。铁锰离子可能会作为反应物或催化剂参与不期望的化学反应，影响产品纯度和质量。此外，水中的铁锰沉淀可能会导致化工设备腐蚀、堵塞管道等问题。除铁锰过滤器可以为化工行业提供纯净的符合工艺要求的水，延长设备使用寿命，保证化工产品的质量和生产安全。

3. 泳池水处理领域

• 游泳池水中如果含有铁锰离子，会导致水质变色（如变绿、变黄）、浑浊，不仅影响泳池的美观，还会滋生细菌和藻类，对游泳者的健康造成威胁。除铁锰过滤器可以有效去除游泳池水中的铁锰离子，保持泳池水质清澈透明，为游泳者提供良好的游泳环境，同时也可以减少泳池维护的工作量和成本。