Удаление железа и марганца из воды — это сложная задача для быта и производства. Нет универсального метода на все случаи, который был бы при этом экономически оправдан на всех объектах. Если бы он был — мы бы все о нем знали. Однако, методов много и каждый из них применим в определенных пределах и, конечно, имеет свои недостатки и самый весомый - это цена.

Что делать, когда содержание железа превышает норму? Тут есть тоько два способа, либо покупать дорогостоящие (очень дорогостоящие) промышленные устройства и реагенты, либо узнавать самостоятельно методы и принципы очистки воды от этих взвесей и применять их самостоятельно. Изучать суть вопроса и теорию как правило нет времени и желания. Тем более что вся литература на этот счет была издана еще в прошлом веке и расчитана на промышленное применение методики очистки.

Я же попробую объяснить вам, основы полезной информации на эту тему и помочь вам своими руками решить проблему. Это не исключит затратную часть, но думаю, что сумма будет значительно меньшей, а эффективность окажется достаточной.

Для начала давайте определим цель. Основной задачей для нас является избавиться от содержания железа в воде, котрую мы используем в быту. Что же собой представляет железо в воде? Бывает железо общее, т.е. обычное железо, очень часто оно предстает перед нами в виде ржавчины и рыжих отложений на сантехнических устройствах. Бываает железо в виде химической взвеси в составе воды - это двухвалентное (растворенное в воде) и трехвалентное железо (не растворенное, но присутствует в виде частиц). Как правило двухвалентное и трехвалентное мы не видим в свеженабранной воде. Спустя некоторое время мы видим эти взвеси в виде окрашивания воды, помутнения. Так же, железом может осаждаться в виде хлопьев, слизи. Иногда железо в воде может быть черного цвета - это уже результат воздействия бактерий.

Избавиться от железа в воде можно несколькими способами:

• Окисление и последующая фильтрация «твердых» фракций
• Окисление и фильтрация пиролюзитом (MnO2)
• Ионный обмен (умягчение)
• Обратный осмос (опреснение, обессоливание)

Мы будем здесь говорить о методах окисления, осаждения и дальнейшей фильтрации, так как эти методы более доступны, достаточно эффективны и доступны для изготовления своими руками. Ионный обмен и обратный осмос - это эффективные способы очистки, но очень дорогостоящие и совсем не возможны в реализации своими руками. Поэтому начнем.

Окисление, осаждение и фильтрация.

В зависимости от количества кислорода в воде, железо может находиться в:

• двухвалентном Fe(OH)2 растворенном и
• трехвалентном Fe(OH)3 нерастворенном состоянии…

Которое в свою очередь можно разделить на коллоидную форму — золь трехвалентного железа (выглядит, как мутная вода) и крупные хлопья, способные выпадать в осадок.

Суть метода ОКИСЛЕНИЯ заключается в том, чтобы перевести железо из растворенного (двухвалентного Fe(OH)2) состояния в «твердое» нерастворенное трехвалентное Fe(OH)3 за счет присоединения к молекуле железа еще одного иона OH. В этом случае железо, а так же многие другие вещества (марганец, сероводород, органика) не может больше оставаться в растворенном виде и образует относительно крупные образования молекул — коллоиды и более крупные частицы, которые могут быть удалены механически — отфильтрованы.

В подземных слоях вода имеет очень малое содердание кислорода и чем вода глубже, тем кислорода в ней меньше. Именно поэтому, вода добываемая из скважин изначально прозрачная и чистая на первый взгляд и только после того, как она соприкасается с воздухо (содержащим кислород) она насыщается кислородом, который по сути и окисляет взвеси примесей, какие через некоторое время делают ее мутной либо окрашивает в рыжеватый оттенок. И когда естественный процесс окисления завершается (через несколько суток) вода становится прозрачной, чистой, без вкуса и запаха, а на дне образуется осадок. По сути процесс окисления и осаждения взвесей завершен.

Из колодцев, поселковых водопроводов и открытых источников бывает что вода идет мутная, это говорит о содержании в воде различных взвесей (окисленных до трехвалентного состояния металлов, органических веществ, песка, глины) в виде коллоидных частиц — слишком мелкие, чтобы видеть глазом, но достаточно крупные, чтобы мешать прохождению светового потока. Это происходит из-за повышенного содержания кислорода в такой воде. Вода растворяет в себе газы при определенных физико-химических условиях. Если поместить воду в открытую емкость, со временем количество растворенного кислорода, в такой воде установится в зависимости от температуры, и парциального давления (давления отдельно взятого компонента газовой смеси). Тоже самое касается и цветности воды. Кислород обладает способностью к диффузии — проникновению сквозь стенку трубы в воду. Поэтому длинный водопровод часто несет в себе мутную воду, если вода изначально железистая.

Методы окисления.

Методы окисления, используемые в быту и на мелких производствах:

• Безнапорная аэрация. Суть процесса — разбрызгать (аэрировать) воду над емкостью, в которой она накапливается в количестве достаточном для прохождения процесса окисления металлов и выхода сероводорода, либо остаточного хлора. Далее следует насос второго подъема, который забирает воду с поверхности воды в емкости и заталкивает ее снова в трубу, по которой вода подается на фильтр, например обезжелезиватель.
• Напорная аэрация. Воздух подается в водопроводную трубу с помощью компрессора под напором, превышающим напор воды. Далее, для разделения воды насыщенной кислородом от пузырьков (нерастворенного воздуха) используется колонна аэрации. Это пустой баллон с системой трубок внутри. Вода забирается на обезжелезиватель со дна емкости. В верхней части баллона есть воздухоотводная трубка длинной в четверт высоты баллона. На ее длину формируется воздушный пузырь. Чтобы вода не выбрасывалась из колонны используется воздухоотводный клапан с поплавковым механизмом, выпускающий наружу только воздух. Компрессор приводится в действие реле протока, установленным после системы водоочистки. 
• Дозация гипохлорита. Гипохлорит NaClO — активное вещество, охотно отдающее кислород для окисления всего, что может быть окислено. Рабочий раствор подается в водопровод с помощью насоса-дозации. Далее возможно наличие контактной (пустой) емкости, в которой жидкость задерживается для продления реакции окисления. В любом случае затем вода подается на фильтр (обезжелезиватель). После обезжелезивателя как правило устанавливают угольный фильтр, который может так же выполнен в виде колонны загруженной активированным углем. 
• Озонирование воды. Озон — очень активный окислитель. Он производится генератором озона и подается в водопровод. Реакции окисления с озоном происходят быстрее, но стоимость оборудования делает не актуальной установку такого оборудования для бытовой водоочистки.

Мы будем рассматривать самый доступный метод - безнапорная аэрация.

Безнапорная аэрация.

В этом случае подразумевают аэрационную ёмкость, душирование, различные форсунки, безнапорный эжектор и др.

Суть безнапорной аэрации заключается в том, что вода с содержащимися в ней примесями (это железо, марганец, сероводород) попадает в окислительный бак (его ещё называют аэрационной ёмкостью). В этом баке происходит процесс распыления воды. Здесь также происходит дополнительная аэрация, которая осуществляется с помощью форсунок душирования либо при помощи аэрационного эжектора. В результате происходит перемешивание воды в окислительном баке. Это ускоряет процесс окисления газов и металлов, содержащихся в воде.

Безнапорные фильтры для очистки воды разрывают струи воды, поэтому дополнительно следует устанавливать насосную станцию (насос), которая поднимает давление до нужной величины. Лучшим решением будет после аэрации добавить еще механический фильтр, после которого собрать очищенную воду в отдельную емкость (бак) и уже после этого с помощью насоса осуществлять отбор очищенной воды и доставку ее потребителям.

Не заисимо от того как мы окислили и осадили металлы и сероводород, растворенные в воде, нам потребуется фильтрация. Методов фильтрования воды механическим способом множество: с помощью очень мелкой сетки (мембраны) и с помощью нетканых полипропиленовых картриджей. Но эти методы не эффективны, потому что частицы окисленных металлов слишком малы — (0,5) пол мкм, в том время, как сетка (ячейка) самого мелкого фильтра-картриджа имеет ячейку 1 мкм.

Для дополнительной очистки воды хорошо бы использовать послойно наполненную песком (кварцевым, промытым, просеенным и прожаренным), измельченным и просеенным цеолитом (с размером фракции не меньше и не болше 3-7 мм.), а так же активированным древесным углем (Как сделать и активировать древесный уголь своими руками). Не будет плохо если этот наполнитель будет изолирован друг от друга слоями нетканного материала.

Для изготовления фильтра механической очистки для фильтрования воды после окисления и осаждения, хорошо подойдет кварцевый фильтр для басейна. Используя его почти ничего переделывать и не нужно.