锰砂滤料过滤水中的铁锰离子原理是这样的，地下水中的低价铁锰离子经过与空气中的氧气接住，低价铁锰变为高价铁锰离子，因为低价铁锰是无颜色的，高价铁锰经过锰砂过滤后得以去除。
锰砂滤料的原理有二种：一种是以所谓滤膜的作用，锰砂表面有一层较强的氧化作用。另一种是锰矿砂本身反铁催化作用，将水中的二价铁催化成三价铁，再把三价铁千周附着在锰矿砂颗粒表面从而起到除铁的目的。天然二氧化锰能氧化水中二价铁为三价铁使其沉淀除去，使水清净。二氧化锰被水中的溶解氧氧化成七价锰的氧化物。七价锰再将水中的二价铁氧化成三价铁。
地下水除铁的工艺流程应按原水水质、处理后水质要求决定，国内采用较多的工艺流程是：原水一曝气一催化氧化过滤。曝气装置有多种形式，如跌水、喷淋、射流曝气、板条式或焦炭曝气塔等，可根据原水水质和曝气要求选定。射流曝气是应用水射器利用高压水流吸人空气，将1m3水每去除1mg/L，Fe2+所需空气量为1L。高压水一般为压力滤池的出水回流，将空气带人深井泵吸水管中，这种形式构造简单。适用于小型设备，原水铁锰含量较低且无需去除CO：以提高pH值时。曝气塔是应用较广的重力式曝气装置，适用于含铁量不高于10mg/L时。曝气塔中填以多层板条或者是1～3层厚度为0.3～0.4m的焦炭或矿渣填料层，填料层的上下净距在0.6m以上，以便空气流通。
含铁锰的水从位于塔顶部的穿孔管喷淋而下，成为水滴或者水膜通过填料层，由于空气和水接触时间长，所以效果好。焦炭或矿渣填料常因铁质沉淀堵塞而须更换，因此在含铁量较高时，以采用板条式较理想。曝气塔的水力负荷为5～15m3/(h·m2)。曝气后产生的三价铁沉淀，可采用重力式或压力式多种形式的快滤池。
滤料可采用石英砂或锰砂等，石英砂的粒径范围为0.5～1.2mm，锰砂为0.6～2.0mm;滤层厚度重力式滤池为700～1000mm，压力式为1000～15000mm。滤池刚使用时，一般不能使出水含铁量达到饮用水水质标准，直到滤料表层覆盖有棕黄色或黄褐色的铁质氧化物时，除铁效果才显现出来。这是由于滤料表面上已形成了氢氧化物膜，由于它的催化氧化作用，在不长的处理时间内即将水的含铁量降至饮用水标准。无论是石英砂或锰砂为滤料，都会有这种过程，所需的时间称为成熟期。根据原水水质，成熟期可以从数周到1月以上，不过石英砂滤料的成熟期稍长，但成熟后的滤料层都会有稳定的除铁效果。
