除铁过滤器工作原理及应用

除铁过滤器主要用于去除水中的铁（Fe²⁺/Fe³⁺）和锰（Mn²⁺）离子，其工作原理基于氧化、催化、吸附和过滤的物理化学过程。以下是详细的工作原理和步骤：

一、核心原理
1. 氧化反应
水中的铁通常以可溶性的二价铁（Fe²⁺）形式存在，需先氧化为不溶性的三价铁（Fe³⁺），形成沉淀（氢氧化铁或氧化铁）后才能被过滤去除。
- 自然氧化：通过曝气（如喷淋、通气）使水中溶解氧与Fe²⁺反应：
\[
4Fe^{2+} + O_2 + 10H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 \downarrow + 8H^+
\]
- 催化氧化：使用特殊滤料（如锰砂、活性炭）加速氧化过程。

2. 过滤截留
氧化生成的絮状沉淀物（Fe(OH)₃）被滤料层（如石英砂、锰砂、陶瓷球等）截留，实现固液分离。

二、常见除铁过滤器类型及工作流程
1. 曝气+锰砂过滤
- 曝气阶段：水通过曝气装置（如喷头、气泵）与空气接触，增加溶解氧，初步氧化Fe²⁺。
- 锰砂催化：水进入填充天然锰砂（MnO₂）的滤罐，锰砂表面覆盖的MnO₂膜作为催化剂，加速氧化反应：
\[
2Fe^{2+} + MnO_2 + 2H_2O \rightarrow 2Fe^{3+} + Mn^{2+} + 4OH^-
\]
- 过滤截留：生成的Fe(OH)₃被锰砂层吸附拦截。
- 反冲洗：定期用清水反向冲洗滤料，排出积累的铁泥。

2. 催化氧化过滤器（如Birm、MTM等合成滤料）
- 使用多孔轻质滤料（如铝硅酸盐基载体），通过表面催化作用促进氧化，无需额外曝气设备。
- 适用条件：水中含氧量需≥15%铁含量，pH≥6.8。

3. 离子交换树脂法
- 使用钠型阳离子交换树脂，通过离子交换去除Fe²⁺（类似软水原理）。
- 缺点：易被氧化铁堵塞，需配合预处理。

4. 多介质深层过滤
- 组合使用石英砂、活性炭等多层滤料，兼有氧化、吸附和机械过滤作用。

三、关键影响因素
1. pH值：pH＞6.5时氧化效率较高，酸性水需先调节pH。
2. 溶解氧：至少需0.3mg/L溶解氧才能氧化1mg/L的铁。
3. 温度：低温会降低氧化速率。
4. 铁的存在形式：
- 有机络合铁（与腐殖酸结合）需先通过氧化或活性炭吸附破除络合。
- Fe³⁺胶体：可直接通过精密过滤去除。

四、应用场景
- 地下水处理：井水、泉水常含高铁锰。
- 工业用水：锅炉补水、冷却水防结垢。
- 农业灌溉：防止滴灌系统堵塞。
- 家庭净水：解决“红水”、水垢问题。

五、维护要点
1. 定期反冲洗：防止滤料板结（周期根据水质设定）。
2. 监测氧化效率：若出水铁含量超标，需检查曝气系统或更换滤料。
3. 锰砂再生：长期使用后催化能力下降，可用高锰酸钾（KMnO₄）溶液浸泡再生。

总结
除铁过滤器的本质是将可溶性铁转化为不溶性沉淀并过滤，其中氧化是关键步骤。选择合适工艺需根据水质参数（铁含量、pH、有机物等）和设备成本综合考虑。对于家庭或小型系统，催化氧化过滤器因结构简单而常用；大型水厂则多采用“曝气+锰砂过滤”组合工艺。