Чистая вода — дело техники!

СТАТЬИ

ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ ВОДЫ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА.
(автор: Ген.директор компании "МИРОВЫЕ ВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" - С.В.Черкасов)

1. ВВЕДЕНИЕ
2. ПРИРОДНЫЕ ФОРМЫ ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ.
     2.1. Формы железа в поверхностных водах.
     2.2. Формы железа в скважных водах.
3. МЕТОДЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ.
4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА.
     4.1. Аэрация.
     4.2. Дозирование в воду сильных окислителей.
          4.2.1. Хлорирование.
          4.2.2. Озонирование.
          4.2.3. Коагуляция.
5. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ.
     5.1. Ионообменный метод удаления железа.
     5.2. Обезжелезивание мембранными методами.
     5.3. Биологическое обезжелезивание.

1. ВВЕДЕНИЕ

     Во многих регионах РФ, в том числе в Москве и Подмосковье, содержание железа в воде для большинства источников водоснабжения превышает допустимое рекомендациями СанПиН 2.1.4.1074-01. Ограничение на содержание железа в питьевой воде введено в СанПиН по органолептическим признакам имеет ПДК равным 0,3 мг/л. Избыточное количество железа в воде при ее употреблении просто в быту приводит к неблагоприятному воздействию на кожу, влияет на морфологический состав крови, может быть причиной возникновения аллергических реакций.
     Вода, содержащая железо в концентрациях 1,0-1,5 мг/л и более, имеет желтовато-бурую окраску, повышенную мутность, железистый привкус, поэтому непригодна для питья. И даже в таких концентрациях железо не представляет прямой угрозы здоровью человека (если не пить ее постоянно), но и в менее низких концентрациях оно может причинить значительный вред бытовой и промышленной технике. Так уже при содержании общего железа 0,5 мг/л начинается интенсивное образование рыхлого шлама из хлопьевидных осадков в системах водоснабжения. Скопления шлама вызывают засоры со всеми вытекающими из этого последствиями, как для систем водоснабжения, так и для промышленной и бытовой техники. Страдает от повышенных концентраций железа также «белизна» ванн, раковин и другой сантехники. А во многих производствах (медицинская, пищевая, электронная  отрасли промышленности и др.) требуется еще более высокая степень очистки воды от примесей этого элемента. Особенно это актуально при дальнейшем использовании в процессах очистки воды таких ступеней как обратный осмос, электродеионизация. Хотя и не менее важно защитить от железа обычную стадию умягчения воды.
     Именно поэтому удаление железа из воды (обезжелезивание), понижение его концентрации до допустимых норм является одной из самых насущных задач водоподготовки.
     Содержание железа в разных источниках водоснабжения значительно отличается как по форме соединений железа, так и по его суммарной концентрации.
     Анаэробная (не имеющая контакта с воздухом) прозрачная грунтовая вода может содержать соединения двухвалентного железа (Fe⁺²) до нескольких мг/л без ее помутнения при прямой подаче из источника. Однако при контакте с кислородом воздуха двухвалентное железо окисляется до трехвалентного коллоидного состояния, придавая воде характерный красно-коричневый оттенок.
     Поэтому для начала давайте разберемся с формами существования железа в природных водах (колодец, песчаная скважина, артезианская скважина), а далее обсудим методы очистки.

2. ПРИРОДНЫЕ ФОРМЫ ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ.

2.1. Формы железа в поверхностных водах.

     Как ни странно, поверхностные воды (или так называемая «верховодка») служат основным источником водозабора для водоснабжения городов, крупных посёлков, промышленных предприятий, коттеджей и дач. Содержание железа в таких источниках обычно находится в пределах десятых долей миллиграмма на литр воды, но может превышать допустимую норму (0,3 мг/л). Как правило, железо поверхностных вод встречается в составе комплексов с солями гуминовых кислот (гуматы). Естественно, что повышенное содержание железа наблюдается в болотных или торфянистых водах, где концентрация гумусовых веществ велика. В этом случае содержание железа в воде может достигать 10 мг/л,  а иногда 25 мг/л.
     Гуминовые комплексы железа относят к так называемому растворимому органическому железу. К органическому железу относят еще и коллоидное железо, находящееся в воде во взвешенном состоянии в составе коллоидных частиц, образованных крупными органическими молекулами (танины, лигнины), а также бактериальное железо, которое получается в процессе жизнедеятельности железобактерий, окисляющих двухвалентное железо до трёхвалентного состояния. Бактериальное железо сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерий, создающих радужные пленки на поверхности водоемов (баков) или слизистые сгустки и пленки в системах водоснабжения (наша справка).

     Гуминовые комплексы железа являются чрезвычайно устойчивыми комплексными соединениями железа. Поэтому процесс «обезжелезивания» таких комплексов складывается из достаточно большого количества стадий, которые мы опишем немного позже.
Все приведенные данные относятся также к колодезным водам и водам, полученным из, так называемых, «песчаных скважин».

2.2. Формы железа в скважных водах.

     Скважинные инфильтрационные воды забираются с небольшой глубины (поверхностные скважины или песчаные) и по своему составу близки к составу поверхностных вод с невысоким, но вполне вероятно, превышающим ПДК содержанием железа. Они, как правило, обогащены кислородом и поэтому в инфильтрационных водах железо присутствует в трехвалентной форме. Однако в последнее время при очистке от железа воды, добытой из песчаной скважины, специалистам приходится сталкиваться с тем, что эта вода имеет все тенденции и состав, чтобы быть отнесенной к поверхностным водам. А самое главное иногда, эти воды содержат железо, концентрация которого в десятки раз превышает ПДК. При этом чаще всего это гуматы железа.
     Артезианские воды, забираемые с большой глубины (так, что между ними и инфильтрационными водами находится хотя бы один водонепроницаемый слой, наиболее пригодны для использования в качестве питьевой воды. Они лучше других вод очищены природными фильтрами от антропогенных загрязнений и защищены от проникновения болезнетворных микроорганизмов. В то же время именно в таких глубинных скважинных водах концентрация железа порой бывает наиболее высокой. В подземных водах с малыми значениями pH и с низким содержанием растворенного кислорода может наблюдаться концентрация железа до нескольких десятков миллиграммов в 1 л. В районах же залегания сульфатных руд и зонах молодого вулканизма концентрации железа могут достигать сотен миллиграммов на литр.
     В артезианских скважинных водах железо преимущественно присутствует в двухвалентном состоянии, обычно в виде растворенного бикарбоната – Fe(HCO₃)₂. Встречаются также карбонатная (FeCO₃), сульфатная (FeSO₄) и сульфидная (FeS) формы растворенных соединений двухвалентного железа. В трехвалентном состоянии растворенное железо встречается крайне редко в виде сульфатов (Fe2(SO4)3) или растворимых органических комплексов.

3. МЕТОДЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ.

     Необходимая степень обезжелезивания воды определяется конечными целями, для которых эта вода будет использоваться. И хотя на сегодняшний день не существует единого универсального метода комплексного удаления всех существующих форм железа из воды, но используя ту или иную схему очистки, все равно можно добиться желаемого результата в каждом конкретном случае.
     Окисление двухвалентного железа (Fe²⁺) кислородом, содержащимся в воде, происходит медленно. Его скорость зависит от величины рН среды и достигает приемлемой для практических целей при значении рН > 8. 
     Для примера, в замкнутой системе (без доступа воздуха) двухвалентное железо (Fe²⁺) полностью окисляется около 24 часов, а в открытой системе в течение 4 – 6 часов.
     Поэтому для интенсификации процесса окисления железа прибегают к подщелачиванию воды, ее перемешиванию, аэрации, обработке хлором или каким-либо другим окислителем. Данную стадию можно назвать – стадией предварительной подготовки воды для обезжелезивания.
     Таким образом, в целом, традиционные методы предварительной подготовки воды для обезжелезивания основываются:

• на окислении двухвалентного железа кислородом воздуха (аэрация);
• на химическом воздействии на двухвалентное железо или его соединений сильных окислителей (активный хлор, перманганат калия, перекись водорода, озон и т.д.).

     Эти методы позволяют предварительно подготовить воду для перевода железа из двухвалентного в трехвалентное состояние с образованием нерастворимого гидрооксида железа (III). 
     Более подробно способы предварительной подготовки воды для обезжелезивания мы рассмотрим чуть ниже.
     Однако выбор стадий очистки обезжелезивания воды на этом не оканчивается, поскольку после выбора способа предварительной подготовки воды для обезжелезивания необходимо выбрать способ ускорения реакции окисления, а также метод удержания нерастворимого гидрооксида железа (III), который, впоследствии, может удаляться отстаиванием и (или) фильтрацией с добавлением коагулянтов (флокулянтов), если это потребуется.
     В настоящее время наиболее широко применяемым для промышленного водоснабжения отдельных предприятий, отдельных коттеджей или коттеджных поселков является метод каталитического обезжелезивания. Метод основан на ускорении процесса реакции окисления  из двухвалентного состояния железа в трехвалентное в слое зернистого материала – катализатора обезжелезивания. 
     При этом реакция окисления железа происходит внутри напорного резервуара на скорых насыпных фильтрах, в которых засыпным слоем служит специальная фильтрующая среда с каталитическими свойствами. В первую очередь каталитические и фильтрующие свойства этих материалов определяются их высокой пористостью, обеспечивающей среду, как для протекания реакции окисления двухвалентного железа, так и обуславливающей способностью к удержанию окисленного трехвалентного железа внутри насыпного слоя. Сравнительные характеристики катализаторов обезжелезивания приведены в Таблице 1.
     Выбор катализатора обуславливается только качеством исходной воды и необходимой скоростью объемной фильтрации. При этом необходимо учитывать вроде бы незначительные факторы: значение рН исходной воды, совместимость каталитического слоя с дозируемыми реагентами и пр.
Необходимо учесть и тот фактор, что практически всегда обезжелезивание происходит одновременно с удалением из воды марганца, который окисляется значительно труднее, чем железо, и при более высоких значениях pH. То есть, при высоком содержании марганца в исходной воде лучше всего осуществить пропорциональное дозирование щелочного раствора для увеличения рН.
     Казалось все … НЕТ! Дело в том, что даже «самый хороший катализатор обезжелезивания» сможет удержать коллоидные частицы железа в диапазоне 10 – 25 мкм, остальные «проскользнут» дальше в систему водоснабжения. Исследования показали, что размер этих частиц составляет 1 – 7 мкм. Поэтому на финише необходим «фильтр-полицейский», которым, как правило, является патронный фильтр с картриджами глубинного типа, 5 мкм с переменной плотностью укладки волокон и пост-фильтром 1 мкм.  
     Итак, блок схема процесса обезжелезивания воды в идеале должна выглядеть следующим образом:

• предварительная подготовка;
• фильтр каталитического обезжелезивания;
• патронный фильтр с глубинными картриджами.

     Давайте кратко разберем весь процесс обезжелезивания постадийно.

4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА.

4.1. Аэрация.

     Аэрация может проводиться:

• фонтанированием (так называемые брызгальные установки);
• душированием (разбрызгиванием внутри некой емкости исходной воды);
• барботажем слоя воды воздухом;
• инжектированием, эжектированием (введением потока воздуха в поток воды за счет перепада давления);
• введением потока воздуха в поток воды с помощью компрессора под напором (что чаще всего используется).

     Во многих случаях вода, прошедшая обезжелезивание аэрацией с последующим отстаиванием и фильтрацией, уже оказывается пригодной к употреблению в качестве питьевой. По такой упрощенной схеме обезжелезивание эффективно, когда исходная концентрация железа не превышает 10 мг/л (при содержании двухвалентного железа не менее 70% от общего), концентрация H₂S не более 2,5 мг/л. Окислительно-восстановительный потенциал воды (редокс – потенциал (Red-Ox или Eh)) после аэрации не должен быть ниже 100 мВ, а индекс стабильности (индекс Ланжелье) не менее 0,05. 
     Выбор способа упрощенной аэрации зависит от параметров исходной воды. Например, для полного окисления двухвалентного железа Fe²⁺ в пределах до 5 мг/л требуется проводить аэрацию в течение 14 мин. В ходе аэрации происходит временное снижение рН воды. После завершения гидролиза величина рН воды повышается. Но, если концентрация сероводорода выше 0,5 мг/л, а свободной углекислоты – более 40 мг/л, то введения воздуха в трубопровод под напором не требуется – достаточно предусмотреть открытую емкость со свободным изливом в нее воды. Аналогичного эффекта можно достичь с помощью фонтанирования или душирования. Если же содержание железа в исходной воде выше 10 мг/л, то необходимо применять двухступенчатую схему обезжелезивания с предварительным дозированием какого-либо сильного окислителя и предварительной очистке воды на насыпных механических фильтрах. Об этом мы поговорим позже.
     Не входящее в состав органических комплексов двухвалентное железо в присутствии кислорода воздуха или же кислорода, растворенного в воде, окисляется до трехвалентной формы. Этот процесс описывается следующим образом:

Fe²⁺ + O₂ + H₂O → Fe(OH)₃ + H⁺

     Скорость данной реакции в обычных условиях невелика. Достаточно привести простой пример  - время окисления кислородом воздуха двухвалентного железа в трехвалентное состояние будет порядка сорока минут. 
     Правда в щелочной среде химическое равновесие в указанной выше реакции еще более смещается вправо, возрастает и скорость реакции окисления за счет удаления из реагентной среды ионов водорода при образовании с гидроксильными ионами молекул воды. Поэтому при высоких значениях pH (> 8,0) основной формой существования железа в воде является нерастворимый гидроксид железа (III) – Fe(OH)₃, находящийся во взвешенной коллоидной форме. Растворимым же Fe(OH)₃ становится лишь при очень низких значениях pH (< 4), крайне редко встречающихся в природных условиях.
     И все-таки, встает дилемма либо мы окисляем за счет аэрации двухвалентное железо в трехвалентное в какой-либо огромной емкости  (при этом происходит его естественное осаждение), либо необходимо каким-то образом ускорить эту реакцию окисления.
     Для этого, как мы уже упоминали выше, в настоящее время наиболее востребованным является метод каталитического обезжелезивания с использованием в качестве стадии предварительной подготовки воды напорную или безнапорную аэрацию. Чем он выгоден для производства воды мы рассмотрим далее.
     Принципиальные технологические схемы напорной аэрации и безнапорной аэрации воды. (Рис.).

4.2. Дозирование в воду сильных окислителей.

     Добавление в воду сильных окислителей значительно интенсифицирует процесс окисления двухвалентного железа. Этот процесс применяется реже, чем аэрация воды. Однако после обработки этим методом разных вод содержание железа во всех случаях остается меньше 0,1 мг/л, причем этот метод всегда эффективен, когда аэрация воды бессильна. Посмотреть технологическую схему.
     Например, именно под действием окислителей происходит разрушение гуматов, лигнинов и других органических соединений железа, которые переходят в форму неорганических солей трехвалентного железа, после чего они легко гидролизуются.
     Расчет установки для обработки воды сильными окислителями в первую очередь требует определить расход активного вещества на процессы окисления как двухвалентного железа, так и, обеззараживания и разрушение сероводорода. 
     Использование реагентов-окислителей, в первую очередь хлора, с целью обеззараживания, а также удаления железа, используется в России с начала ХХ века. Наиболее широко применяется хлорирование, позволяющее как провести процесс окисления двухвалентного железа, так и решить проблему дезинфекции воды.
     Поскольку объем информации в данной области достаточно велик, то в данной публикации мы кратко рассмотрим два наиболее распространенных способа обработки воды для ее обезжелезивания: хлорирование и озонирование.

4.2.1. Хлорирование.

     Обработку воды хлором осуществляют с помощью хлораторов, в которых газообразный (испаренный) хлор абсорбируют водой. Хлорную воду из хлоратора подают к месту потребления. 
     Хотя данный метод обработки воды и является наиболее распространенным, но, тем не менее, он обладает целым рядом недостатков. В первую очередь это связано со сложной транспортировкой и хранением жидкого высокотоксичного хлора. На станциях водоподготовки необходимо наличие экологически опасных стадий хлорного хозяйства, таких как разгрузка емкостей с жидким хлором и его испарения для перевода в рабочую форму. Создание рабочих запасов хлора на складах представляет опасность не только для рабочего персонала станции, но и для населения. 
     В результате окисления двухвалентного железа при обработке воды образуется гидрооксид железа, либо продукты неполного гидролиза - основные соли железа различного состава. Этот процесс можно условно описать следующим уравнением:

2Fe²⁺ + Cl₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₃↓  + 2HCl

     Хлор также окисляет двухвалентный марганец, разрушает органические вещества и сероводород.
Как альтернативу хлорированию в последние годы все шире используют обработку воды раствором гипохлоритом натрия , причем этот метод находит применение, как на больших станциях водоподготовки, так и на небольших объектах, в том числе и в частных домах. Подача раствора гипохлорита натрия в обрабатываемую воду осуществляется с помощью насосов-дозаторов путем пропорционального дозирования.
     Гипохлорит натрия обладает рядом свойств, ценных в техническом отношении. Его водные растворы не имеют взвесей и поэтому не нуждаются в отстаивании, например, в противоположность хлорной извести. Во-вторых, применение гипохлорита натрия для обработки воды не вызывает увеличения ее жесткости, так как он не содержит солей кальция и магния как хлорная известь или гипохлорит кальция. И наконец, гипохлорит натрия можно получить на месте методом электролиза обычной поваренной соли. 
     Бактерицидный же эффект раствора NaClO, полученного электролизом непосредственно на месте, выше, чем у других дезинфектантов, действующим началом которых является активный хлор. Кроме того, он обладает еще большим окислительным действием, чем растворы, приготовленные химическим методом из-за более высокого содержания хлорноватистой кислоты (HClO) и наличия активных радикалов. 
     Окисление двухвалентного железа происходит в соответствии со следующим уравнением:

2Fe(HCO₃)₂ + NaClO + H₂O = 2Fe(OH)₃↓ + 4CO₂↑ + NaCl 

     Расчет установки для обработки воды гипохлоритом натрия в первую очередь требует определить расход активного хлора на процессы окисления, обеззараживания и разрушение сероводорода.

4.2.2. Озонирование.

     Перспективность применения озонирования как деструктивного метода (в том числе для окисления двухвалентного железа) обусловлена тем, что оно не приводит к увеличению солевого состава очищаемой воды, мало ее загрязняет продуктами основных  и побочных реакций, а сам процесс легко поддается полной автоматизации.  Озон можно получать непосредственно на очистных установках, причем сырьем служит технический кислород или атмосферный воздух. 
     В процессе обработки воды озон, подаваемый в реакционную  камеру в виде озоно-кислородной или озоно-воздушной смеси, вступает в сложный многостадийный процесс физико-химических взаимодействий с водой и содержащимися в ней загрязнениями.
     Первоначально взаимодействие озона с водной средой обусловлено процессами диффузионной и турбулентной массопередачи на границе раздела фаз газ-жидкость, образованной всплывающими газовыми пузырьками. В результате этого одна часть молекул озона оказывается абсорбированной на внешней поверхности пузырьков, другая же растворяется в воде. Это так называемое «прямое окисление». Реакции прямого окисления веществ озоном описываются окислительно-восстановительными уравнениями, результатом которых с учетом полноты завершения процесса могут быть вещества с большей положительной валентностью или окислы находивших в воде веществ. 
     В дальнейшем же действие озона сопровождается химическими взаимодействиями с загрязнениями, которые условно можно представить тремя основными типами: окисление радикалами, озонолиз, озонокатализ. Так называемое непрямое окисление.
     Этот процесс происходит при большом числе активных радикалов, например ОН*, образующихся в результате саморазложения озона в воде. Скорость непрямого окисления прямо пропорциональна количеству разложившегося озона и обратно пропорциональна концентрации присутствующих в воде загрязнителей. Некоторые вещества подвергаются лишь прямому окислению, а другие, такие как органические кислоты с малой молекулярной массой, только лишь окислению радикалами. Полное же окисление может осуществляться только лишь совместным или последовательным воздействием прямого окисления и окисления радикалами. 
     Расчет установки для обработки воды озоном в первую очередь требует определить его расход на процессы окисления как двухвалентного железа, так и, обеззараживания и разрушение сероводорода, а самое главное – вычислить время контакта озона с водой.

4.2.3. Коагуляция.

     В обычных условиях процесс осаждения коллоидных частиц гидрооксида трёхвалентного железа (размер частиц 1-3 мкм) при отстаивании происходит медленно. Укрупнение этих частиц а, следовательно, ускорение осаждения достигают добавлением коагулянтов. Этого же требует применение на водоочистных сооружениях традиционных песчаных или антрацитовых фильтров, которые неспособны задерживать мелкие частицы. Так же плохо эти фильтры задерживают органическое железо.
     Внесение в обрабатываемую воду  коагулянтов производят с помощью насосов-дозаторов методом пропорционального дозирования. 
     Медленное осаждение коллоидных частиц гидроксида железа (III) вкупе с малой эффективностью применения окислителей и аэрации по отношению к органическому железу, а также ограничение по верхней концентрации железа в исходной воде затрудняет применение традиционной промышленной схемы обезжелезивания в сравнительно небольших автономных системах, работающих с высокой производительностью. В таких схемах применяются иные установки, обезжелезивание в которых проводится по принципам каталитического окисления с последующей фильтрацией или ионного обмена.

5. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ.

     Это наиболее широко применяемый сегодня метод для промышленного водоснабжения отдельных, не самых крупных предприятий, отдельных коттеджей или коттеджных поселков.
     Установки для каталитического окисления железа и фильтрации компактны и отличаются достаточно высокой производительностью 0,5 – 30,0 м3/ч и более в зависимости от используемого катализатора, исходных качеств воды, геометрических и эксплуатационных характеристик резервуара (баллон либо из стекловолокна, либо нержавеющей стали). 
     Реакция окисления железа происходит внутри напорного резервуара на скорых насыпных фильтрах, так называемых фильтрах обезжелезивания, которых насыпным слоем служит специальная фильтрующая среда с каталитическими свойствами, т.е. катализатором обезжелезивания. 
     В первую очередь каталитические и фильтрующие свойства этих материалов определяются их высокой пористостью, обеспечивающей условия для протекания реакции окисления двухвалентного железа и обусловливающей способность к удержанию окисленного трехвалентного железа внутри насыпного слоя. Сравнительные характеристики наиболее используемых катализаторов обезжелезивания приведены в Таблице 1.
     Наиболее часто в качестве каталитической засыпки применяется синтетический материал «Birm», позволяющий эффективно и экономично удалять из воды соединения железа и марганца низких и средних концентраций. Как правило, в установки с катализатором «Birm» подаётся предварительно аэрированная вода. Доля растворённого в ней кислорода должна быть не менее 15% доли железа (или железа и марганца). В принципе для любых катализаторов обезжелезивания, работающих при предварительной аэрации воды эта величина примерно одинакова.
     Высокая пористость материала «Birm» и малая насыпная масса (0,7-0,8 г/см³) позволяют легко удалять осадки при обратной промывке. Основным условием эффективной работы катализатора является тот факт, что щелочность в исходной воде должна быть в два раза больше, чем концентрация хлоридов и сульфатов. Главными недостатками катализатора «Birm» являются его высокая склонность к истиранию, из-за чего за год теряется до 10-15% засыпки, и не самый широкий диапазон рабочих значений pH – 6,8 – 8,0. Главное его преимущество – невысокая стоимость. Хлорирование полностью убирает активность этого материала, поэтому дозировка хлора в исходную воду не приемлема.
     Также довольно широко применяются каталитические засыпки на основе природных минералов, таких как доломит, цеолит, глауконит. Используется и синтетические цеолиты.
     На основе доломита, содержащего карбонаты кальция и магния, изготавливаются такие каталитические засыпные материалы, как «МЖФ», а также его модификации «Магнофилт» и «Дамфер», отличающиеся высокой пористостью, способствующей проявлению каталитических свойств, большим диапазоном рабочих температур, щелочной реакцией. Защелачивание среды ускоряет реакцию окисления двухвалентного железа растворённым в воде кислородом. При термической обработке карбонат магния, содержащийся в доломите, переходит в оксид MgO, при контакте с водой оксид гидролизуется и высвобождает в раствор гидроксильные ионы, которые связывают в свою очередь ионы водорода и способствуют ускорению реакции окисления двухвалентного железа. Эта особенность характерна для всех фильтрующих материалов с каталитическими свойствами, созданных на основе доломита. 
     Для «Магнофилта» существуют определённые ограничения: в исходной воде не должны присутствовать масла и сероводород, содержание органических веществ не должно превышать 4-5 мг/л, доля растворённого железа на 15%, pH=6,8-8,5. При более высоких значениях pH образуются коллоидные формы трёхвалентного железа, которые сложно фильтруются. Хлорирование снижает активность этого материала, поэтому дозировка хлора должна быть минимальной. 
     «Дамфер» обладает дополнительными достоинствами. Собственные каталитические свойства доломита в нём усиливаются за счёт того, что на стадии термической обработки в состав материала вводится железо в каталитически активной форме, а также другие каталитические добавки: медь, серебро, марганец, фосфаты. Слой гидроксида железа (III), образующийся при очистке на гранулах «Дамфера», ещё более усиливает его каталитические свойства. Во-первых, способствует каталитическому окислению железа, во-вторых, имея губчатую структуру, является дополнительным сорбентом, поглощая частицы песка, глины, тяжёлые металлы и даже гуминовые кислоты. 
     Из глауконитового зелёного песка получают ещё один широко распространённый материал для каталитической окислительной фильтрации – «Glauconite Manganese Greensand». В процессе обработки глауконитового песка в состав «Greensand» вводятся высшие оксиды марганца, обеспечивающие дополнительную окислительную способность этого материала. К тому же кроме собственных каталитических и окислительных свойств «Greensand» связывает такие окисляющие агенты, как перманганат калия, хлор, растворённый кислород. Всё это обеспечивает высокую скорость и полноту окислительных реакций. «Greensand» обладает высочайшей поглощающей способностью, эффективен при очистке воды с высокими концентрациями железа и марганца (суммарно до 10 мг/л) в широком диапазоне pH – 6,2 – 8,8. Системы с засыпкой из этого материала применяются для очистки воды из скважин любой глубины. Сероводород окисляется до нерастворимых сульфатов. Осадки фильтруются слоем «Greensand» и сопутствующими фильтрующими слоями. Сорбент не подвержен действию микроорганизмов, органических примесей, не требует дезинфекции. Регенерация среды проводится раствором перманганата калия с последующей промывкой исходной водой. Это обстоятельство является основным недостатком при использовании данного типа катализатора в системах водоснабжения, поскольку регенерационные воды содержат достаточно высокую концентрацию перманганата калия.
     На сегодняшний момент наиболее востребованным стал зернистый каталитически активный материал для очистки питьевой воды от железа и марганца марки «МФО-47», который относится к новому классу каталитических сорбентов.
     По своему составу «МФО-47» представляет собой песчанник-горельник , модифицированный оксидами марганца. Но в качестве основы для производства катализатора «МФО-47» (фильтрующей зернистой загрузки) могут быть использованы и другие материалы: кварцевый песок, доломит, керамзит и др.
     Существуют и другие материалы с каталитической и окислительной активностью по отношению к двухвалентному железу, применяемые в качестве засыпок для фильтров-обезжелезивателей, но на примере уже указанных выше можно получить представление об основных принципах удаления железа данным способом (см. Таблицу 1).

5.1. Ионообменный метод удаления железа.

     Для удаления железа этим методом применяются катиониты. Причём всё шире на смену цеолиту и другим природным ионитам приходят синтетические ионообменные смолы; эффективность использования ионного обмена при этом значительно возрастает. 
     Любые катиониты способны удалять из воды не только растворённое железо, но также и другие двухвалентные металлы, в частности кальций и магний, для чего они в первую очередь и применяются. Теоретически методом ионного обмена можно удалять из воды очень высокие концентрации железа, при этом не потребуется стадии окисления двухвалентного железа с целью получения нерастворимого гидроксида. Однако на практике возможности применения данного метода значительно ограничены.
     В первую очередь применение ионного обмена для обезжелезивания ограничивает присутствие трёхвалентного железо, которое быстро «забивает» смолу и плохо оттуда вымывается. Поэтому любое присутствие в воде, проходящей через ионообменник, кислорода или других окислителей крайне нежелательно. Это же накладывает ограничение и на диапазон значений pH, в которых смола эффективна.
     Во многих случаях использование ионообменных смол для обезжелезивания нецелесообразно, т.к., обладая более высоким сродством к катионитам, железо значительно снижает эффективность удаления на них ионов кальция и марганца, проведения общей деминерализации. Наличие в воде органических веществ, в том числе органического железа, приводит к быстрому зарастанию ионообменной смолы органической плёнкой, служащей питательной средой для бактерий. Поэтому ионообменные катиониты применяются для обезжелезивания обычно в тех случаях, когда требуется доочистка воды по этому параметру до самых низких концентраций и когда возможно одновременное удаление ионов жесткости.

5.2. Обезжелезивание мембранными методами.

     Микрофильтрационные мембраны пригодны для удаления коллоидных частиц гидроксида железа (III); ультрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны способны удалять кроме этого коллоидное и бактериальное органическое железо, а метод обратного осмоса позволяет удалять до 98% растворённого в воде двухвалентного железа. Однако мембранные методы дорогостоящи и не предназначаются конкретно для обезжелезивания. Это происходит в процессе обеззараживания воды (микрофильтрационные мембраны), при глубокой её очистке (ультрафильтрационные и нанофильтрационные) или обессоливании (обратный осмос). Кроме того, мембраны легко подвергаются зарастанию органической плёнкой и забиванию поверхности нерастворимыми частицами, в том числе ржавчиной, а также поглощают растворённое двухвалентное железо и теряют способность эффективно задерживать другие вещества. Фирмы-производители обратноосмотических мембран гарантируют сохранение их технологических свойств в период эксплуатации при содержании общего железа в воде не более 0,1-0,3 мг/л, взвешенных примесей – не более 5 мгO₂/л и коллоидном индексе не более 2-4 единиц (параметры, учитывающие содержание органического железа).
     Однако применение мембранных методов оправдано тем, где просто необходима высокая степень очистки воды, в том числе от железа, например, в медицинской и пищевой промышленности.

5.3. Биологическое обезжелезивание.

     Этот метод подразумевает использование железобактерий, окисляющих двухвалентное растворённое железо до трёхвалентного, в целях очистки воды, с последующим удалением коллоидов и бактериальных плёнок в отстойниках и на фильтрах. В некоторых случаях это оказывается единственным приемлемым способом снизить содержание железа в воде. Прежде всего – когда концентрации железа в воде особенно велики, свыше 40 мг/л. Также применяют биологическое обезжелезивание, если в воде высоко содержание сероводорода и углекислоты. Такая вода с очень низким показателем pH не может быть очищена от избыточного железа методом упрощённой аэрации. Её подвергают фильтрации через колонии бактерий на медленных фильтрах с песчано-гравийной загрузкой. Затем подвергают сорбционной очистке для задержания продуктов жизнедеятельности бактерий и ультрафиолетовому обеззараживанию.