Выбор метода удаления железа из природных вод зависит от форм, количества железа и буферных свойств исходной воды. За полтора столетия существования технологии обезжелезивания воды было предложено и внедрено большое число методов удаления железа, все многообразие которых можно свести к двум основным типам: реагентные и безреагентные (физические).

Из применяемых в настоящее время методов обезжелезивания воды перспективными являются:

Безреагентные методы:

1) упрощенная аэрация (и фильтрование);

2) глубокая аэрация (с последующим отстаиванием и фильтрованием);

3) «сухая фильтрация»;

4) фильтрование на каркасных фильтрах;

5) электрокоагуляция;

6) двойная аэрация, обработка в слое взвешенного осадка и фильтрование;

7) фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды;

8) аэрация и двухступенчатое фильтрование.

Реагентные методы:

1) упрощенная аэрация, окисление, фильтрование;

2) напорная флотация с известкованием и последующим фильтрованием;

3) известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике и фильтрование;

4) аэрация, окисление, известкование, коагулирование, флокулирование с последующим отстаиванием или обработкой в слое взвешенного осадка и фильтрование;

5) фильтрование через модифицированную загрузку;

6) катионирование.

Обезжелезивание поверхностных вод можно осуществить лишь реагентными методами, а для удаления железа из подземных вод наибольшее распространение получили безреагентные методы, в частности метод глубокой аэрации, который широко применяется как в нашей стране, так и за рубежом. Из реагентных методов наиболее распространен метод коагулирования сульфатом алюминия с предварительным хлорированием, а иногда и известкованием с последующим отстаиванием.

Многообразие методов обезжелезивания воды исключает их равноценность в отношении надежности, технологичности, экономической целесообразности, простоты, области применения и т.п. Степень изученности того или иного метода различна. Наиболее глубоким и всеобъемлющим исследованиям были подвергнуты методы глубокой аэрации, упрощенной аэрации, коагуляции и известкования. Остальные методы по разным причинам имеют ограниченное применение или недостаточно изучены для широкого внедрения в практику [13].

В литературе [11] есть данные о применении для обезжелезивания воды специального «черного» песка. Этот песок состоит из минерала пиролюзита MnO2 и обладает способностью при фильтровании через него быстро и эффективно очищать воду от двухвалентного железа. Пиролюзит можно заменить более доступной фильтрующей загрузкой, полученной искусственным путем.

Сущность этого метода заключается в предварительном формировании на поверхности зерен фильтрующей загрузки (кварцевый песок, керамзит и др.) каталитической пленки, состоящей в основном из оксида марганца MnO2.

При фильтровании воды оксид марганца (IV) окисляет двухвалентное железо, восстанавливаясь при этом до низших степеней окисления, а затем вновь окисляется растворенным в воде кислородом или другим окислителем при регенерации.

Процесс можно описать следующими реакциями:

4Fe(HCO3)2+3MnO2 +10H2O→ 4 Fe(OH)3 +MnO + Mn2O3 + 8 H2O + 8CO2↑ (3)

3 MnO + 2KMnO4 + H2O → 5 MnO2 + 2KOH (4)

3 Mn2O3 + 2KMnO4 + H2O → 8 MnO2 + 2KOH (5)

Каталитическое действие оксида марганца столь велико, что процесс окисления железа (II) завершается в слое загрузки толщиной 10-15 см при фильтровании обезжелезиваемой воды со скоростью 10 м/час. Таким образом, на поверхности пленки происходит окисление железа (II), адсорбция его ионов и мельчайших агрегатов гидроксида железа (III).

По мере фильтрования все новых и новых порций воды в составе пленки уменьшается содержание оксида MnO2 и растет количество оксида Mn2O3. Окислительная способность пленки иссякает при преобладании в ее составе оксида Mn2O3 и блокировании активной поверхности в результате адсорбции соединений железа. Указанный метод обезжелезивания целесообразно использовать при низких значениях рН воды, небольшом содержании сероводорода и солей аммония [13].