Железо является одним из наиболее распространенных металлов, встречающихся в воде из подземных и поверхностных источников. Железо, как правило, присутствует в растворах в степени окисления (+2) и/или (+3). В случае присутствия железа в степени окисления (+2) при его контакте с кислородом воздуха запускаются окислительные процессы, в результате которых происходит окисление железа до степени окисления (+3) и образование малорастворимого гидроксида трехвалентного железа в коллоидной форме, при этом вода приобретает желтый цвет, а при ее отстаивании через некоторое время можно наблюдать желтый осадок на дне сосуда. Присутствие в воде железа в концентрациях, превышающих предельно-допустимые (ПДК) – 0,3 мг/л, ведет к образованию характерных железистых отложений на сантехнике, нагревательных элементах бытовых приборов, а также становится причиной образования желтых пятен на белье во время стирки и т. д. Таким образом, вода, содержащая повышенную концентрацию железа, становится практически непригодной для питья и хозяйственно-бытового использования. Все вышесказанное обуславливает необходимость удаления избытка железа из воды хозяйственно-бытового и питьевого назначения. Эта задача может быть решена при помощи нескольких методов.
РЕАГЕНТНЫЙ МЕТОД
Данный способ основывается на введении в исходный раствор определенного реагента, присутствие которого в воде будет способствовать переходу железа из растворимой двухвалентной формы в нерастворимую трехвалентную. Для достижения данного эффекта в воду могут добавляться вещества-окислители или вещества, повышающие рН воды до 8 ед. рН. В первом случае в воду добавляют соединения хлора, озон, атмосферный кислород, перманганат калия и другие соединения, а во втором – различные типы рН-корректоров (соду, известковое молоко и др.). Такой метод чаще всего выступает в качестве одного из этапов комплексной подготовки, которая включает в себя также умягчение и деманганацию (удаление марганца) исходного раствора. После перехода железа в нерастворимую форму оно задерживается механическими фильтрующими элементами, а очищенная вода подается на следующий этап подготовки или уже к конечному потребителю.
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД
Данный способ основывается на каталитическом окислении двухвалентных форм железа до трехвалентной формы в фильтрующем элементе. С целью достижения желаемого эффекта чаще всего применяется диоксид марганца, который специальным образом вводится в гранулы фильтрующей загрузки (зерна песка, природного цеолита и других природных и синтетических материалов). В качестве одного из типов фильтрующей засыпки могут использоваться модифицированные природные или синтетические алюмосиликаты, которые за счет высокого содержания оксида марганца обладают не только каталитическими, но и окислительно-восстановительными свойствами. Фильтрующие загрузки данного типа нуждаются в проведении периодической регенерации путем обработки реагентным окислителем в виде перманганата калия, гидроокиси железа и т. д.
ИОНООБМЕННЫЙ МЕТОД
Данный способ основывается на применении ионообменных смол (ионитов), представляющих собой высокомолекулярные нерастворимые соединения с ионогенными группами, которые способны вступать в реакции обмена с ионами раствора, одноименными по заряду с противоионами ионитов. Некоторые специальные иониты также могут вступать в реакции окисления-восстановления с сорбируемыми веществами или удалять из раствора некоторые соединения за счет физической сорбции. Фильтры, содержащие катионообменные смолы, могут извлекать из раствора железо, находящееся в растворенной (ионной) форме. Специфика процесса обезжелезивания воды подразумевает необходимость использования дренажных систем из нержавеющей стали, полиэтилена или иных материалов, исключающих возможность повторной контаминации (загрязнения) железом уже очищенной воды. Регенерация фильтрующей загрузки проводится с помощью 5–6 % раствора поваренной соли. Кроме того, специфика материала требует регулярной обработки фильтра 1%-ым раствором сильной кислоты.
БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД
Данный способ основывается на применении материалов фильтрующей загрузки, на которые наносится сообщество бактерий, способных к утилизации марганца в процессе жизнедеятельности. При отмирании они образуют на поверхности гранул фильтрующего материала пористую массу, содержащую большое количество оксида марганца. Он служит катализатором для окисления марганца (II) и железа (II) с их последующей сорбцией образованной пористой массой.
