锰砂滤料去水黄原理

       锰砂滤料以天然锰矿石为原料，经破碎、水洗打磨除杂、干燥、磁选、筛分、除尘等工序加工制成。加工后的锰砂按照对应级配调配，形成适配水处理要求的滤料级配结构，在单位体积内可拥有较大比表面积与截污能力。锰砂滤料外观粗糙，呈黑褐色或淡灰色，颗粒近圆球形，主要成分为二氧化锰、铁、二氧化硅等，不同产地原料的组分含量存在差异。锰砂滤料多用于地下水过滤装置，可去除水中铁、锰、砷等有害物质，过滤表现稳定。

       锰砂滤料常用粒径规格：0.4—0.6mm、0.6—1.2mm、1—2mm、2—4mm、4—8mm、8—16mm、16—32mm，也可根据需求定制特殊规格。给水处理所用锰砂滤料堆积密度约 1.9g/cm³，磨损率与破碎率之和＜1.2%。锰砂滤料可被盐酸溶解，不适用于偏酸性水体环境。

          锰砂滤料多用于含铁、锰地下水处理，依托天然锰砂内二氧化锰的催化氧化作用，将水中溶解性 Fe²⁺、Mn²⁺转化为不溶性三价铁与四价锰物质；配合投加絮凝剂，使铁、锰化合物颗粒絮凝增大，再通过过滤实现分离去除。地下水除铁除锰，主要依靠锰砂表面沉积的棕黄色活性滤膜完成，滤料基体本身不承担核心反应。除铁对应的滤膜称为铁质活性滤膜，除锰对应的滤膜称为锰质活性滤膜。

         石英砂、无烟煤等滤料同样可以生成具备除铁除锰能力的活性滤膜，但滤膜形成周期更长。同等试验水质条件下，锰砂滤料成熟期约 36 天，无烟煤约 71 天，石英砂约 96 天。对比来看，石英砂滤料成熟期更长，无烟煤次之，锰砂滤料成熟期相对更短。处理铁锰含量偏高的地下水时，锰砂滤料成熟周期短，有助于降低水处理运行成本，提升污染物去除效率。锰砂滤料除铁采用接触氧化工艺，地下水中 Fe²⁺与溶解氧一同进入锰砂滤层，在滤料的接触催化作用下，完成 Fe²⁺的氧化与截留。

       过滤运行初期，滤料以吸附除铁作用为主；持续运行一段时间后，滤料吸附除铁能力逐步下降，滤后水含铁量会呈现上升趋势。与此同时，滤料表面逐步生成具备催化活性的铁质滤膜，但此时接触氧化能力偏弱。新滤料在滤膜形成阶段，吸附除铁与接触氧化除铁两种作用同步存在。运行后期，活性铁质滤膜逐步发育成熟，当滤膜除铁能力的提升幅度超过吸附能力衰减幅度时，滤层出水含铁量会逐步回落。

        随着运行持续，活性滤膜的接触氧化除铁作用逐步增强，慢慢替代新滤料的吸附除铁作用。滤料体系成熟之后，滤层出水含铁浓度趋于稳定。在除铁过程中，滤料表面会持续生成铁质活性滤膜，新鲜铁质活性滤膜催化活性较高；随着使用时间增加，铁质滤膜逐步老化，催化活性随之下降。因此，滤料表面的铁质活性滤膜需要在持续除铁工况下不断更新，在原有滤膜表面持续生成新膜，维持滤膜较好的催化活性。

        锰砂滤料成熟期较短，与其表面粗糙的结构特点相关；但铁质活性滤膜生成的关键条件是水中 Fe²⁺含量。水中 Fe²⁺占总铁比例越高，滤膜形成速度越快；水体不含 Fe²⁺时，基本无法形成活性滤膜。锰砂滤料表面铁质活性滤膜的持续更新，是接触氧化除铁工艺稳定运行的必要条件。锰砂滤料接触氧化除锰的反应机理，与除铁机理大体相近。

        含锰地下水经曝气处理后进入锰砂滤层，高价锰氢氧化物逐步附着在滤料表面，形成锰质活性滤膜，得到黑色或暗黑色的锰质熟砂。该熟砂具备接触催化效果，能够加快氧化反应速率，可在较低 pH 条件下，将水中二价锰氧化为高价锰，再通过过滤去除。

      依据溶胶粒子优先吸附组分相近粒子的原理，含有 MnO₂的锰砂，对水中 Mn²⁺具备良好吸附性能。相关研究表明，MnO₂吸附 Mn²⁺后，可将其氧化为四价锰氧化物沉淀，再通过过滤截留；反应过程中 MnO₂被还原为 Mn₂O₃，MnO₂在此过程起到电子交换剂的作用。除锰机理分为两步： ①锰砂通过离子交换作用吸附水中 Mn²⁺：MnO₂・Aⁿ⁺ + Mn²⁺→MnO₂・Mn²⁺+Aⁿ⁺（Aⁿ⁺为锰砂表面的阳离子） ②水体溶解氧在 MnO₂催化作用下，将已吸附的 Mn²⁺氧化生成 MnO₂；此过程 MnO₂承担催化氧化作用，自身被还原为 Mn₂O₃。