生物固锰除锰理论为地下水除铁除锰技术开辟了新径，使半个世纪以来地下水除锰难的困扰有了经济、高效的解决办法。地下水生物除铁除锰技术成败的关键在于能否在滤层内创造适宜铁、锰氧化细菌生存、繁殖的良好微环境，进而获得铁、锰氧化细菌数量的最大限度增殖与稳定。因此，对于生物除铁除锰技术所开展的一系列理论与工程应用技术研究也都是以此为目的的。 本文通过实验室模拟生物滤柱试验，探求了在一定条件下(滤层进水铁/锰浓度、滤速、反冲洗参数)不同运行阶段(培养期、成熟后的稳定运行期)生物滤层内铁、锰氧化细菌对铁、锰营养的最低需求以及成熟生物滤层进水中铁、锰的浓度负荷极限。通过对不同运行工况下生物滤层成熟状况的分析，探讨了影响生物滤层快速启动与成熟后稳定运行的工艺参数。并以实验室模拟滤柱试验数据为依据，对三座以特殊水质地下水为水源的生物除铁除锰水厂进行了调试运行。从而不仅解决了当地特殊水质的净化问题，为工业生产的顺利进行和人民的健康生活提供了物质保障，而且还获得了可靠而有力的生产运行数据，并以此对实验室试验的结果进行了校正，最终推荐了生物除铁除锰滤池快速启动和稳定运行期的最优化运行参数。通过对实验室成熟生物滤柱内铁、锰氧化细菌的分离与筛选，获得了氧化能力和固着能力极强的菌株，为除铁除锰高效菌和基因工程菌的研发奠定了坚实的基础。 通过对生物滤层内铁、锰氧化细菌关于铁、锰营养需求的研究表明：除铁除锰生物滤层中的铁、锰氧化细菌大多数属于贫营养细菌。实验室模拟生物滤柱无论在培养阶段还是成熟后的稳定运行阶段，滤层内生存的铁、锰氧化细菌对铁的营养需求都极低，进水中微量的铁(0.034mg/L)就能满足细菌正常的生理活动。实验室生物滤柱在滤速5m/h，进水铁含量0.5mg/L的低铁浓度条件下，生物滤层能负荷的进水锰浓度在12～14mg/L之间。可见，生物固锰除锰技术不受进水中低铁含量水平的制约。 成熟生物滤层铁、锰去除极限的研究表明，生物滤层内铁、锰的去除极限都是针对一定的运行工况而言的。 成熟生物滤层铁去除极限的研究表明：实验室内，在弱曝气空气接触氧化除铁的条件下，无菌滤柱能负荷的进水铁浓度极限为22～23mg/L。实验室成熟生物滤柱在地下水一般含锰量1mg/L左右，滤速5m/h，保证出水锰合格的稳定运行条件下，生物滤层能负荷的进水铁浓度最高极限为11～12mg/L。实际生产滤池表明：在实际进水锰浓度0.65～1.1mg/L，滤后水水质良好稳定的条件下，生物滤层能负荷的进水铁浓度极限不小于14mg/L。从而可知，铁、锰虽然可以在同一生物滤层中深度去除，但生物滤层中大量铁的氧化仍是化学氧化，而锰的氧化则全部是生物氧化。铁虽然参与了铁、锰氧化细菌的代谢过程，但细菌对铁的需求量很低，而对锰的需求量相对较大。 成熟生物滤层锰去除极限的研究表明：在地下水中等含铁量(6mg/L)的条件下，随着进水铁浓度的提高，锰的去除极限逐渐下降。生产滤池运行数据表明，在地下水普通含铁量3～6mg/L的条件下，生物滤层能负荷的进水锰浓度不小于3mg/L，而在进水铁浓度为14mg/L的高含量条件下，生物滤层能负荷的进水锰浓度不小于1mg/L。 成熟生物滤层中铁、锰去除的相关性的研究表明：生物滤层内铁与锰的去除在一定条件下是存在相关关系的。在一定的进水铁(锰)浓度范围内，生物滤层的除锰(铁)量不受进水铁(锰)浓度的影响。当铁、锰浓度超过一定范围时，生物滤层的除铁除锰效果将受到影响。实际工程也表明：对于大多数地区的含铁含锰地下水水质而言(铁＜6mg/L，锰＜1～2mg/L)，原水铁、锰浓度的变化不影响生物滤层的除铁除锰效果。因此可以认为，几乎对于所有地区的含铁含锰地下水，生物除铁除锰技术都是适用的。 通过对成熟生物除铁除锰滤层中的微生态系统的研究表明：除铁除锰生物滤层内，有许多微生物对铁、锰的生物学转化起着重要作用，尽管他们对铁、锰的氧化方式各不相同，但主要涉及到生物吸附和生物累积，因此生物除铁除锰滤层内铁、锰离子的氧化是多种方式共同作用的结果。该生态系的特殊生态特点决定了滤料表面的生物膜稀疏而且薄，厚度约为50um以内。 通过对成熟生物滤柱中铁、锰氧化细菌的分离筛选可知：滤层内多种铁、锰氧化细菌其对锰的氧化能力和在滤砂表面的固着能力各不相同，最终筛选出7株锰氧化性能和固着性能均强的铁、锰氧化细菌，并对即将要展开的除铁除锰基因工程菌的研发进行了初探。 通过实验室滤柱试验探讨了生物除铁除锰滤层经济、高效运行的工艺参数。又通过生产滤池的实际运行对此加以验证，得到了实际生产滤池经济、高效运行参数的参考值。即，成熟后稳定运行期的滤速为5～7m/h，反冲洗强度控制在10～14L/(s·m2)，反冲洗时间一般为5～10min，反冲洗周期为24～36h。对于不同水质的地下水，生物除铁除锰滤层经济、高效运行的工艺参数的确定并不是一概而论的，生产中根据实际水质情况，上述参考值应在参考范围内适当调整。对于含铁量较高的地下水，滤速适当降低，反冲洗强度适当增大，反冲洗时间适当延长，反冲洗周期适当缩短。对于含铁量较低的地下水，滤速适当提高，反冲洗强度适当减少，反冲洗时间适当缩短，反冲洗周期适当延长。 通过实验室模拟滤柱试验和生产运行实例，分析并确定了制约生物除铁除锰水厂快速启动的主要因素(原水水质、滤速、反冲洗参数)。尽管各地生物除铁除锰水厂的实际情况各有不同，但实现水厂的快速启动总是有一定的原则可遵循的，文中对水厂的快速启动提供了实际的经验以供参考。