一.含鐵錳地下水的形成

     鐵在地球表面分布很廣，地殼中的鐵質多半分散在各種晶質巖和沉積巖中，它們都是難溶性的化合物。這些鐵質大量的進入水中，一般通過以下幾種途徑：

     1.含碳酸的地下水，對巖層中二價鐵的氧化物起溶解作用。

      在水的循環中，部分雨水由地表滲入地下的過程中，一般都要經過富含有機物的表土層。土壤中的有機物在微生物的作用下，被分解而產生出大量二氧化碳，這些二氧化碳溶于水中便使地下水含有大量的碳酸。含有碳酸的地下水經過地層的滲透和過濾，能逐漸溶解巖層中二價鐵的氧化物，而生成可溶于水的重碳酸亞鐵：

FeO+2CO2+H2O=Fe(HCO3)2

當巖層中有碳酸亞鐵存在時，碳酸亞鐵在碳酸作用下也能生成溶解于重碳酸亞鐵。

FeCO3+CO2+H2O=Fe(HCO3)2

      2.三價鐵的氧化物在還原條件下被還原而溶解于水。在含有機質的地層中，常由于微生物的強烈作用而處在還原條件下時，水中的溶解氧被消耗殆盡，而由于有機物的分解作用，產生出相當數量的硫化氫和二氧化碳。在這種條件下，地層中的三價鐵首先被硫化氫還原生成FeS沉淀。  

Fe2O3+3H2S=2FeS+3H2O+S

生成的硫化鐵在碳酸作用下又生成溶解于水中的Fe(HCO3)2。

FeS+2CO2+ 2H2O= Fe(HCO3)2+H2S

      3.有機物質對鐵質的溶解作用。有些有機酸能將巖層中的三價鐵還原成為二價鐵而使之溶解于水中，還有一些有機物能和鐵質生成復雜的有機鐵而溶于水中。綜上所述，一般地下水中主要含有二價鐵的重碳酸鹽，此外，還可能含有可溶性的有機鐵鹽。

       許多資料中介紹，鐵和錳同時存在于天然水中，含鐵地下水因地區不同，或多或少含有一定量的錳，只有量的多少不同，在此對地下水的錳的形成就不再詳述了。

二.鐵、錳對日常生活及生產的危害

      飲用含鐵地下水對人體健康，目前認為尚無影響，但也不能超過一定含量，而長期飲用含錳量較高的水，據醫學上講，可給一些人生理上造成一定的影響；含鐵、錳的水可使白色織物變黃，給水管道堵塞，給人們日常生活帶來許多不便。生產中，鐵錳可使鍋爐結垢，使離子交換樹脂中毒失敗；在紡織品上產生銹斑；使釀造的飲料變色變味等，尤其是錳可使水產生更大的色變，鐵和錳有如此危害，因此國家規定生活用水中含鐵不超過0.3mg/l,錳不超過0.1mg/l。

三.水中鐵、錳的去除

     含鐵、錳地下水在地層中經過長期滲透過濾，幾乎不含懸浮物，也不含溶解氧，一般水質清澈透明。當含鐵地下水被泵抽升至地面后，空氣中的氧便迅速溶解于水中，水中的二價重碳酸亞鐵便被氧化成的三價鐵，三價鐵和水中的氫氧根結合生成不溶于水的氫氧化鐵沉淀由水中析出，其反應式如下：

4Fe(HCO3)2+2H2O+O2= 4Fe(OH)3↓+8CO2

      依據以上原理，在地下水除鐵中，一般工藝選用二步法。第一步向含鐵水中溶氧，將二價鐵氧化成幾乎不溶于水的三價鐵，第二步是過濾除去三價鐵的沉淀物，使水得到凈化。

      在東北地區除鐵工藝設計中，分為地上溶氧濾池過濾法和地下溶氧地層過濾法。所謂地上溶解氧是將水抽至地面后，人為的將空氣和水接觸，使空氣中的氧溶解于水中，再經過濾除鐵。如齊齊哈爾、海拉爾，佳木斯分局水電段均采用此方法。所謂地下溶解氧地層過濾法，是將溶有大量氧氣的水注入回灌井內，溶于水中的氧與水中的二價鐵生成三價鐵。然后，經天然地下巖層過濾后，再從水源井將水抽至地面，送至各用戶。

四.地下水除鐵除錳工藝流程

      地上式溶解氧法除鐵除錳工藝流程，有幾種形式。選用什么樣的流程主要取決于原水的化學成分，如水的堿性；鐵和錳的含量。在北方寒冷地區，當水中堿度大于2.0mg/l；鐵小于2.0mg/l；錳小于1.5mg/l時可采用簡單爆氣一級過濾法處理，達到除鐵除錳的目的。當水中鐵的含量大于5mg/l；錳大于1.5mg/l時一般采用二級過濾工藝，一級過濾先除鐵，二級過濾再除錳原因是當鐵和錳同時存在于水中時，鐵能干擾錳的去除，特別是鐵和錳的含量較高時，除錳就更困難。

     海拉爾凈水所除鐵除錳工藝，就依據上述原理和實踐經驗設計的。

     海拉爾除鐵除錳凈水工程，是我局給水處理能力最大的設計，既包括原有水廠除鐵設備的擴能，又有新建除錳設計。其設計參數如下：

1.水質資料：Fe 5mg/l;Mn 1.5-3.0mg/l堿度 6mg/l- 10 mg/l

2.處理能力：15400t/d

3.工藝流程:由于原水含鐵量在5mg/l,錳為3.0mg/l含量較高，

      所以根據前面所述原理,必須采用曝氣→一級過濾→二次曝氣→二次過濾工藝流程,方能將水中的鐵和錳除去,若采用曝氣→一級過濾的簡單工藝是不可能達到除錳的目的。在施工設計之前，我們到海拉爾水電段凈水所調查時，發現既有采用簡單曝氣一級過濾工藝二組240t/h無閥過濾池出水槽內沉積約20mm左右厚的黑色錳質沉淀物，據水電段反映，這些錳質沉淀在給水管道中也有大量結垢沉積，有的地方已造成管道嚴重堵塞，甚至完全不能通水。本次設計，為了盡可能除錳，又在原有二組和新建一組無閥濾池一級除鐵后的過濾出水，增加了機械強制曝氣措施，其目的有二個，一是盡量除去一級處理出水中的二氧化碳，提高水的PH值（據有關資料介紹，表面曝氣法可以去除50%-70%的二氧化碳）；二是盡可能的向一級出水中充氧（溶解氧飽和度可達80%-90%），將水中的二價錳大部分氧化成三價錳，然后進入二級過濾時（采用普通快濾池8格），將水中的錳和一級過濾后殘留在水綜的鐵徹底除去，保證出水水質。為了節省地下水資源，本次設計增設了一套廢水回收系統，將80%的反洗水約950t/d回收利用。

     理論來源于實踐，又在實踐中得到驗證。以上設計工藝完全是依據理論推斷和實際調查分析后確定的。該工程已經投入運營，從運營化驗出的水質指標完全符合國家飲用水標準，達到預想的結果，取得一定的社會效益和經濟效益。