除铁原理:地下水中的二价铁离子(Fe²⁺)在与空气充分接触后,会和水中的溶解氧发生氧化反应,生成三价铁离子(Fe³⁺)。反应方程式为:4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O = 4Fe (OH)₃↓ + 8H⁺。生成的 Fe (OH)₃溶解度很小,会以沉淀物的形式从水中析出,再通过沉淀、过滤等方法将其去除。
除锰原理:二价锰离子(Mn²⁺)的氧化比 Fe²⁺更困难,需要更高的 pH 值和更强的氧化剂。在自然氧化条件下,溶解氧与 Mn²⁺反应生成四价锰(Mn⁴⁺)的化合物,如 MnO₂,反应式为:2Mn²⁺ + O₂ + 2H₂O = 2MnO₂↓ + 4H⁺。生成的 MnO₂不溶于水,可通过沉淀、过滤去除。
接触氧化法
除铁原理:利用含有活性滤膜的滤料(如锰砂)作为载体,当含有 Fe²⁺的水通过滤料层时,Fe²⁺首先被滤膜吸附,然后在溶解氧的作用下被氧化为 Fe³⁺,并在滤膜表面生成新的活性滤膜,继续吸附和氧化水中的 Fe²⁺,使铁不断被去除。其反应过程可以简单表示为:Fe²⁺ → Fe³⁺ → Fe (OH)₃↓。
除锰原理:在除锰过程中,同样是利用滤料表面的活性物质作为催化剂,使水中的 Mn²⁺在有溶解氧存在的条件下被氧化为 MnO₂,并附着在滤料表面。随着过滤的进行,滤料表面的 MnO₂不断积累,形成具有更强氧化能力的锰质活性滤膜,进一步促进锰的去除。
离子交换法
除铁锰原理:离子交换树脂上含有特定的离子交换基团,如磺酸基(-SO₃H)、羧基(-COOH)等。当含有铁锰离子的井水通过离子交换树脂时,水中的 Fe²⁺、Mn²⁺等阳离子会与树脂上的可交换离子(如 H⁺、Na⁺等)发生交换反应,Fe²⁺、Mn²⁺被吸附在树脂上,而树脂上的 H⁺或 Na⁺等进入水中,从而达到去除铁锰的目的。反应式可以表示为:R-H + M²⁺ ⇌ R-M + H⁺(R 代表离子交换树脂,M 代表 Fe²⁺或 Mn²⁺)。当树脂上的交换基团被铁锰离子饱和后,需要用再生剂(如盐酸、氯化钠溶液等)对树脂进行再生,使其恢复交换能力。
生物法
除铁原理:在特定的微生物作用下,将水中的 Fe²⁺氧化为 Fe³⁺。例如,铁氧化细菌可以利用水中的溶解氧将 Fe²⁺氧化为 Fe³⁺,并将其作为能源来源,同时产生一些细胞外聚合物,这些聚合物可以与 Fe³⁺结合形成沉淀,从而将铁从水中去除。
除锰原理:某些锰氧化细菌能够将 Mn²⁺氧化为 Mn⁴⁺,并将其沉积在细胞表面或细胞外聚合物中。锰氧化细菌通过自身的代谢活动,利用水中的溶解氧和其他营养物质,将 Mn²⁺转化为不溶性的 MnO₂等锰的氧化物,从而实现锰的去除。