高效去除地下水含有溶解锰离子是保障饮用水健康安全的重要途径。本研究构建水钠锰矿功能层,耦合重力式驱动陶瓷膜滤反应器,旨在探究重力驱动陶瓷膜(GDCM)过滤在去除地下水中的锰的净水效能和产水效率。首先,通过预氧化方式在在陶瓷膜面构建水钠锰矿功能层,通过105天的运行周期评估具有300 kDa-空白、300 kDa预沉积锰氧化物(300 kDa-MnOx)的净水效能,研究了重力驱动陶瓷膜面水钠锰矿功能层对长期水处理效率的影响。结果表明,预沉积锰氧化物有利于水钠锰矿功能层的成熟,对锰的去除起到了促进作用。将重力驱动陶瓷膜反应其的膜截留分子量从300 kDa降低到15 kDa,大大降低了出水的锰浓度,达到了75%的去除率。同时,构建水钠锰矿功能层耦合恒压陶瓷膜反应器,长期运行产生的较高膜滤阻力导致的较长水力停留时间,有利于锰的去除。为了提升重力驱动陶瓷膜耦合水钠锰矿功能层的产水效率,通过在膜上沉积新形成的附着在粉末状活性炭(PAC)上的锰氧化物(MnOx)来对构建孔隙率提升的水钠锰矿功能层。结果表明PAC-MnOx与陶瓷膜的耦合使细菌(10~3 MPN/mL)和铁细菌(Mn OB)(10~3 MPN/mL)在膜上富集,促进了生物除锰功能。通过微生物群落分析确定主要的锰细菌为Hyphomicrobium。同时认为在启动阶段,PAC-MnOx的周期性投加在重力驱动陶瓷膜表面会生成一个功能层,有效地促进了锰氧化物的自催化氧化;并且在运行15天后,膜通量稳定在41 L/(m~2·h),出水锰离子浓度低至0.089 mg/L。激光散射颗粒分析仪(LASP)显示,生物膜内的颗粒(70.9μm)比GDCM的颗粒大。而GDCM内的颗粒(70.9μm)比最初存在的颗粒(48.5μm)大,这是由于新形成的锰氧化物附着在载体PAC上,增大了功能层孔隙率,提升了产水效率。通过高级表征证实了重力驱动陶瓷膜反应器上构建的功能层结构变化规律。由X射线光电子能谱(XPS)分析表明,Mn(III)作为MnOx中的主要价位赋予水钠锰矿功能层出色的催化氧化能力,这一点也可以通过拉曼分析和X射线衍射(XRD)证明。SEM-EDS图谱表明,功能层中PAC表面形成了均匀的花状水钠锰矿(Birnessite)结构,有效促进了氧化锰向新形成的水钠锰矿转化,随着过滤时间持续,在GDCM附近的MnOx转化为新形成的水钠锰矿。本研究利用PAC和水钠锰矿的优势,开发的重力驱动超滤系统有望成为有效的过滤系统。特别适合于小面积的分散式供水卫生设施。