铁超标通常发生地质原因：水源流经富含铁矿层的地下水或土壤，会通过物理渗透和化学溶解作用将铁元素带入水中。天然铁矿层中的铁多为三价铁（Fe³⁺） ，如赤铁矿（Fe₂O₃）、褐铁矿（FeO (OH)・nH₂O），这类三价铁化合物难溶于水，无法直接被水带走。 

解决水库库区锰超标问题（非水厂阶段）的核心思路是：防止锰从底泥中释放，适时外排，这主要通过干预水库内部的水环境和生化过程来实现。               

一、根本性措施：破坏分层，增加底层溶解氧

深层曝气技术在分层型水库中广泛应用深层曝气装置，通过向底层水体注入氧气，提升溶解氧（DO）浓度至 1-20mg/L 的最佳范围，从而抑制底泥中锰的还原释放。例如，三春水库通过深层曝气系统，有效控制了铁、锰、硫化氢等污染物从厌氧底泥中溶出，避免了 “红水”“黑水” 现象的发生。该技术不仅直接改善氧化还原条件，还能通过提升水体流动性，减少锰在库底的富集。

这是最主流、最有效的方法。锰在缺氧的还原环境下会从不溶性的四价锰（MnO₂）转化为可溶性的二价锰（Mn²⁺），并从底泥中释放到水体中。因此，保持底层水体的好氧环境是关键。

01扬水曝气循环系统

通过高压气团，带动深层缺氧水体上升到水体的表层，在富氧环境下氧化低价态的锰氧化成高价态不溶性锰，降锰二次沉积到水体的底部。 既能增氧，又能促进上下层水体的混合，有效破坏水温分层。这是日本和我国应用最广泛的库内水质改善技术之一。

“液气能扬水曝气”技术巧妙地利用了水库自身的结构，通过一个核心设备——扬水曝气器，来打破分层、充氧除锰。其工作原理可以分为两个核心部分：扬水（Water Lifting）设备底部有一个空气释放器。通过岸边的空压机，将压缩空气从底部释放，形成无数细微的气泡。气泡在上升过程中，会夹带周围低温、缺氧、高锰的底层水一起向上流动。这个过程形成了一个强大的垂直上升水流，就像一个“水泵”，将底层水提升到水库的表层。设备相对简单，主要目标是破坏分层。

水库扬水曝气除锰是一项高效、经济、环境友好的原位水质修复技术。它通过“扬水”打破水体分层，通过“曝气”向底层充氧，利用溶解氧的天然氧化作用将溶解性的二价锰转化为固态沉淀物，从而从根本上解决了因水库分层导致的底层水锰释放问题，是保障饮用水水源水质的重要技术手段之一。

02低压微泡扩散曝气系统

在岸上设置鼓风机，通过管道将压缩空气输送到安装在库底的扩散器。释放出的微小气泡在上升过程中，将氧气溶解到水中，并搅动水体促进循环。 适用于较浅的水库，增氧效率高。这种方法在藻类多发的水库需谨慎使用，因为可能将底层的营养物质带到表层，引发藻华。

表层曝气主要在水体上层产生高DO，深层仍保持低氧，底层沉积物中的锰仍可持续释放。结果显示，表层曝气对底层锰浓度的抑制作用有限。需要持续驱动风机或水泵，尤其在大流量水库中，运行费用显著。接触时间不足会导致氧化不完全，尤其在浓度较高时更为明显。强烈的水流和气泡扰动会把生成的细小 MnO₂ 粒子保持悬浮，降低沉降速率，甚至导致二次再悬浮。

03深层曝气循环法

使用水泵压缩机等设备，将底层水提升到中层，或让表层水和底层水混合，通过物理方式破坏水温分层，使水体底部的溶解氧分布趋于均匀。形成“氧化屏障”：在底泥-水界面之上形成一个氧化性微层，像一道屏障，有效抑制了底泥中锰的厌氧释放行为。这个屏障并非一个实体膜，而是存在于底泥-水界面上方几毫米到几厘米的一个微环境。它是一个强烈的化学梯度层。从上覆水到底泥孔隙水，溶解氧浓度从高到低急剧变化，氧化还原电位也从高到低骤变。这种方式工作时不产生强烈的水流冲击，避免底泥被卷起，减少因底泥再悬浮而导致的锰、铁等重金属二次释放。

水库深层曝气循环（深层曝气+循环回流）在降低锰含量时的主要不足之处，需要持续运行，停机后锰浓度易回升；深层曝气需要克服水阻和气阻，空气提升或机械泵提升均需大量压缩空气或电动机驱动，导致单位处理水量的能耗显著高于扬水曝气循环方式。系统包括压缩空气机、深井管道、循环泵等多部件，管路阀门配置困难，维护作业量大，长期运行容易出现管道堵塞、气体泄漏等问题，增加运维成本。

04竖向流复氧循环法

使用水泵推流器等设备，将表层高含氧的水，层水提升到中层，或让表层水和底层水混合，通过物理方式破坏水温分层，使整个水体的溶解氧分布趋于均匀。 通过表层水与底层水的交换，能同时解决底层缺氧和锰释放两个核心问题。其核心逻辑是利用水库表层水较高的溶解氧，改善底层水体环境，进而从源头抑制和转化锰元素。

（1）核心作用原理

提升底层溶解氧（DO）：水库表层水因光合作用和大气复氧，溶解氧含量远高于底层。将其输送到底部后，能直接补充底层水体的氧气，打破厌氧环境。

抑制锰的释放：底层沉积物中的锰在厌氧条件下会以溶解态的低价锰（如Mn²⁺）形式释放到水体中。充足的溶解氧会抑制这种释放过程，减少水体中锰的来源。

氧化低价锰：溶解氧能将水体中已存在的低价锰氧化为不溶于水的高价锰（如MnO₂）。这些高价锰会以沉淀物形式析出，从而降低水体中锰的实际含量。

（2）关键实施注意事项

选择合适的输送方式：可采用水泵（能耗偏高）直接抽取表层水注入底层，或通过铺设水下管道实现定向输送。需避免输送过程中过度扰动水体，防止沉积物大面积悬浮。

控制输送深度与范围：优先针对底层溶解氧低于2mg/L锰含量超标的区域进行输送。输送深度应直达沉积物表层上方，确保氧气能有效作用于锰释放界面。

搭配监测与调整：持续监测底层水体的溶解氧、锰含量、pH值等指标。根据监测结果调整

缺氧导致锰释放：在分层水库底层，溶解氧（DO）低于 2 mg·L⁻¹ 时，沉积物中的锰氧化物被还原为 Mn²⁺，随底层水体向上扩散，形成溶解态锰富集。

DO 提升抑制还原：当底层 DO 提高到 > 2 mg·L⁻¹（尤其 > 8 mg·L⁻¹）时，锰氧化菌能够将 Mn²⁺氧化为 MnO₂（颗粒态），从而降低可溶性锰浓度并阻止进一步释放。

表层水输送底层：将富氧的表层水直接输送至底层，可快速提升底层DO，形成“底层增氧底层混合”效应，既避免大规模搅动沉积物，又能在短时间内改变底层氧化还原状态。

05纯氧曝气系统

纯氧曝气系统在提升溶解氧、快速氧化锰、降低运行成本、保持水体分层以及改善整体水质方面具有显著优势，是水库治理锰超标的高效技术路径。纯氧的浓度远高于空气，单位体积气体可提供约34 倍的溶解氧，使底层 DO 能在短时间内升至 8 mg/L 以上，显著加速锰的氧化转化。对底层沉积物的扰动最小，采用底层富氧水（高浓度氧气溶解水）直接向水库底层供氧，避免了气泡上升导致的水体混合和沉积物再悬浮，保持水体分层稳定。

锰氧化效果显著，出水锰浓度可低于饮用水标准，纯氧供氧可将底层可溶性锰浓度控制在<0.05 mg/L，且比微细气泡或普通曝气循环方式更有效。降低化学药剂投加量和运行成本通过提升自然氧化速率，减少了KMnO₄等氧化剂的使用，进而降低了药剂费用和电耗；纯氧系统的能源消耗相对传统鼓风曝气更低。锰浓度下降后，取水口可直接使用底层水，减少了多级过滤或化学沉淀的需求，提升了供水系统的调度灵活性。

原理：将液态氧汽化后，通过库底的专用溶解器，将高纯度氧气强制溶解于底层水中。

优势：增氧能力和效率最高，适用于溶氧极度匮乏或对增氧要求高的水库。

持续的低层增氧提升了底层氧化还原条件，抑制了铁、锰等金属的释放，同时对底栖生物栖息环境有正面影响。纯氧曝气装置结构相对简单，运行维护成本低，且不易受到外界气温、风速等因素影响，适合长期稳定运行。通过深层富氧，可配合变深取水或分层取水技术，实现对不同水质层的灵活选择，进一步降低锰超标风险。

纯氧曝气装置结构复杂，需要高压氧气储存、密闭管路和专用扩散装置，资本投入和后期维护费用均较大。需要持续监控氧气流量、溶解氧、CO₂、pH等多项参数；气体分压升高会导致 CO₂溶入水中，使pH下降，需额外加碱调节并进行频繁的排气操。过量的溶解氧在部分实验中并未显著提升锰的去除率，反而抑制了吸附剂对锰的氧化吸附作用。

二、物理性措施：优化水库运行方式

选择性分层取水是兼具工程智慧和经济效益的重要策略，被广泛采用。

原理：在取水塔上设置不同高度的取水口。通过监测各水层的水质，主动选择抽取中层含氧量高、锰浓度低的水体，避开底层缺氧的高锰水。

效果：这是一种“避其锋芒”的策略，直接从源头获取优质原水，极大减轻了后续水厂的处理负担。虽然它没有改变库底水质，但确保了出库水质的达标。

水质预警与分层取水日本水库普遍安装在线监测系统，实时追踪锰浓度及溶解氧、pH 等关键参数。例如，三春水库通过水质传感器网络，结合数值模型预测锰释放风险，并动态调整取水口深度，避开高浓度锰的底层水。

三、化学性措施：库底投加氧化剂

这是一种更直接但成本较高的方法，化学投加是快速应对突发状况或作为补充的“特效药”。通常作为其他方法的补充或在特定时期使用。通过管道或船只，向水库底层投加石灰（CaO或Ca(OH)₂） 或过氧化氢（H₂O₂） 等化学药剂。

石灰：不仅能提高水体的pH值，促使锰形成沉淀，其溶解过程也能消耗二氧化碳，间接提高局部区域的pH和碱度，有利于锰的稳定性。当pH值提升到8.5以上时，溶解氧氧化二价锰的速率会急剧增加。投加石灰创造了锰能够被水中溶解氧快速氧化的有利条件。石灰在水中生成的氢氧化钙微聚体本身也具有絮凝作用。这些作用有助于将已经被氧化形成的二氧化锰沉淀物以及其他悬浮颗粒包裹、共沉，从而将其从水体中移除，转移到底泥中。

较高的pH值可能促使锰在底泥表面形成更稳定的沉淀物（如碳酸锰），从而抑制其从底泥中释放。潜在风险：如果投加过量或不当，强烈的碱性环境可能暂时扰动底泥，导致短期内锰、氨氮等物质的释放增加。这被称为“碱暴”，需要谨慎避免。

过氧化氢：一种强氧化剂，能在底层直接氧化溶解态的Mn²⁺，使其形成二氧化锰（MnO₂）沉淀。（尝试缓释型过碳酸钠）。原位化学氧化在局部锰释放严重区域，日本尝试通过投加化学氧化剂（如高锰酸钾）促进锰的氧化沉淀。虽然该技术更多应用于水厂预处理，但在水库中也可作为应急手段。例如，在锰浓度短期升高时，通过曝气提升DO 至 5mg/L 以上，可加速二价锰（Mn²⁺）转化为颗粒态四价锰（MnO₂），并通过絮凝沉降去除。

矿物吸附材料应用利用天然或人工合成的吸附材料（如沸石、活性炭）吸附水体中的溶解态锰。日本研究发现，铁锰氧化物与溶解有机质（DOM）的络合作用可增强锰的沉降效果，尤其在高 DO 条件下，DOM 中的腐殖酸类组分（C2、C3）通过含氧官能团（-COOH、-OH）吸附固定 Mn²⁺，进一步降低其浓度。

通常在锰释放风险极高的季节（如夏季分层期）或在水库局部区域（如取水口附近）进行定点投加。

四、底泥疏浚、泄洪排淤

底泥疏浚与生态调控对于长期沉积高浓度锰的水库，日本采用环保疏浚技术清除污染底泥。例如，琵琶湖通过定期疏浚表层5cm 底泥，减少锰等重金属的内源负荷。同时，结合前置水库和入库水流旁通技术，将含高浓度锰的支流引入前置库进行沉淀，减少直接入库的污染物量。此外，调整水库水位和水流路径（如流动控制设施），可引导污染水流至温跃层以下，避免其进入取水口。

泄洪时大量水流从库底流出，能够把沉积在底部的锰氧化物或还原产生的二价锰冲刷上来，随泄洪水一起排出，降低库内整体锰负荷。大规模泄洪会导致水体混合，打破热层和氧化层的稳定结构，使底层缺氧得到改善，二价锰被重新氧化为不溶的四价锰，随后在后续沉降或过滤阶段被去除。

昆明官渡区宝象河水厂泄洪后从库底取水，原水锰 1.70–2.0 mg/L 降至 0.2–0.4 mg/L。季节性泄洪：在夏季高温、底层缺氧明显时，提前进行大流量泄洪，冲刷底层沉积物。分层泄洪：在底层锰浓度最高的时段（如夜间或温度最高的几天），采用深层抽水或潜水泵循环，使底层水与上层水充分混合后再泄放。将取水口设置在上层或中层，避免直接抽取底层高锰水；在泄洪期间可临时降低取水口深度，以利用已被冲刷稀释的水体。

五、生态性措施：生物修复

这是一种新兴且环境友好的方法，但技术复杂，效果显现较慢。生物修复代表了未来更绿色、可持续的发展方向。利用特定的好氧微生物（如锰氧化菌）来固定锰。这些微生物在有好氧条件的底泥-水界面活动，能将溶解的Mn²⁺氧化成不溶性的Mn⁴⁺，并将其固定在自己周围或底泥中，从而抑制其向水体释放。锰氧化菌的应用日本在矿山排水处理中成功利用锰氧化菌（如Pseudomonas 属）将 Mn²⁺氧化为 MnO₂沉淀，去除效率高达 98%。此类技术正逐步引入水库治理，通过人工接种或优化底泥微生物群落结构，增强锰的生物氧化能力。例如，在溶解氧充足的区域，微生物代谢活动可加速锰的自然净化过程。

水生植物与藻类调控通过种植水生植物（如芦苇、凤眼莲）吸收水体中的锰，并通过根系分泌物改善底泥氧化环境。同时，通过浅层循环设施和藻类抑制技术（如遮光膜覆盖）减少藻类过度繁殖，避免其死亡分解导致的底泥耗氧和锰释放。

实施方式：通过向水库中引入这类菌种，并为其创造有利的生长环境（如通过曝气维持底层微好氧条件），来建立一种健康的微生物生态系统。该技术仍处于研究和试点应用阶段，是未来发展的方向之一。

六、技术创新与边界条件优化

近年来，推行的“底泥重悬 - 增氧” 耦合技术，通过机械扰动底泥并同步注入氧气，在提升底泥氧化性的同时促进锰的絮凝沉降。研究表明，该技术在初始锰浓度低于17.4μg/L 时效果显著，可降低 50%-90% 的溶解锰。但对于底泥锰含量极高的水库，需结合生物强化或延长处理周期以确保达标。

水库锰污染治理以“源头控制 - 过程阻断 - 末端修复”为核心，通过深层曝气、底泥疏浚、生物氧化等技术组合，结合动态监测与法规约束，形成了系统化解决方案。未来，随着微生物技术和智能调控系统的发展，有望进一步提升治理效率，实现锰污染的长效管控。

预警的目标是“早发现、早报告、早处置”，将问题消灭在萌芽状态。夏季高温时，水温明显分层（形成温跃层），上下层水体不交换，底层易缺氧。当底层溶解氧低于2-3 mg/L时，进入缺氧状态，是锰开始释放的强烈信号。氧化还原电位降低：ORP值降低，表明水体还原性增强，三价锰的氧化物正被还原成可溶的二价锰。pH值变化：pH值降低（偏酸性）会加剧锰的释放。