地下水是我国城乡生活重要饮用水水源，但随着工农业发展，许多地区的地下水都受到了一定程度的污染，这将对居民的饮水安全和人民群众的身体健康产生严重威胁。目前，我国东北地区的地下水普遍存在着铁、锰、氨氮含量超标的现象，长期饮用铁、锰、氨氮含量较高的地下水，可引起食欲不振、呕吐等症状，同时也会给人们的日常生活和生产带来很多不便。故含铁、锰、氨氮地下水的处理对于东北地区饮用水安全具有十分重要意义。本论文依托于国家“十二五”科技支撑计划“东北高寒区村镇饮用水安全保障技术集成与示范”课题，针对东北小城镇地区经济及自然气候特点，以轻质陶粒、河砂为原材料，通过化学改性制备出的改性河砂对于铁、锰去除具有无需启动时间，不易磨损，出水效果好等优点。经过实验室小试——中试试验验证的实验流程，通过考察进出水铁、锰、氨氮浓度，研究并确定出水处理系统的最佳运行参数，为东北高寒地区农村饮用水安全保障这一课题提供技术参考。同时，充分考虑到东北小村镇地区的经济条件，本论文所采用的水处理滤料相比传统锰砂滤料，在经济上更具优势，使得采用本论文所用滤料的示范工程在这一地区的推广更具现实意义。本论文的主要研究成果为：1.对天然河砂进行了批量改性制备，单次可制备250kg，日产量可达750kg。制备出的改性河砂滤料相比传统水处理工程所用锰砂滤料，在经济成本上可降低17.00%。2.在小试实验填料层高度为700mm的条件下，铁锰氨氮一并去除最佳运行参数：流量为35mL/min，pH为7.2-7.3，DO保持在10mg/L，反冲洗周期为12h，反冲洗时长为5min。3.经调试，在中试试验启动初期，即可对铁、锰起到良好的去除效果，其中铁离子去除率达到100%，锰离子去除率达到85%左右，但氨氮去除率仅为8%左右；经连续运行3个月后，氨氮出水浓度开始降低，连续运行5个月后，铁出水未检出，氨氮出水浓度低于0.5mg/L，锰出水浓度低于0.1mg/L，此后供水保持安全稳定。4.中试实验采用每天早、中、晚各运行一次，每次运行1h的模式，确定出反冲洗周期为7d，反冲洗时长为9min。5.经16SrDNA测序鉴定，培养成熟滤料中存在可去除氨氮的菌属，主要有：鞘氨醇单胞菌属、新鞘氨醇杆菌属、亚硝化螺旋菌属；存在锰氧化细菌，为生丝微菌属。6.本处理工艺铁离子的去除依靠的是化学作用，锰离子的去除是化学作用与生物作用的共同效果，其中化学作用起到主要作用，氨氮的去除则完全依靠生物作用。