Всем известно, что железо в подземной воде может находиться в двух формах: растворенное двух валентное железо и нерастворённое трехвалентное. Ионные формы не поддаются фильтрации, поэтому его необходимо перевести в нерастворимую форму. Одним из самых распространенных способов является аэрация – упрощенная или интенсивная. С точки зрения экономии интерес представляет процесс аэрации не требующий затрат электроэнергии – упрощенная аэрации, происходящая за счёт разрыва струи закачиваемой воды перед фильтрованием, обычно производимой через трубчатые аэраторы для повышения эффективности аэрации.

В подавляющем большинстве подземных источников, железо находится в форме бикарбонатазакисного железа Fe(HCO3)2 , который является неустойчивым соединением и легко гидролизуется и окисляется по реакциям:

Fe(HCO3)2 + 2H2O <=> Fe(OH)2 + 2H2CO3 ;

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 .

После упрощенной аэрации гидроксид железа Fe(OH)3 выпадает в отстойниках или задерживается на поверхности зерен и в порах фильтрующего материала. При этом процесс обезжелезивания является автокаталитическим потому, что накопленный гидроксид железа усиливает процессы окисления и сам является своего рода сорбентом.

​

Используемый на стадии фильтрации материал должен обладать большой суммарной удельной поверхностью для образования автокаталитической плёнки из окислов и гидроксида железа, не иметь тенденции во время промывок «сбрасывать» каталитические плёнки, обладать высокой межзерновой пористостью. Кварцевый песок и крупнозернистый щебень, попытки использования которых длились до внедрения цеолитовой загрузки, имели ряд существенных недостатков:

Песок:

• длительное время «зарядки» фильтра – образования автокаталитической плёнок,

• короткое время фильтроциклов, до проскока железа в фильтрат,

• большие объёмы промывной воды, при обратной промывке.

Щебень:

• послойное расслоение фильтрующей загрузки при эксплуатации фильтра (фильтрование – обратная промывка),

• рост локальных скоростей, отрыв каталитических плёнок, вынос железа в фильтрат,

• длительный период «зарядки».

​

Решение об использовании  цеолитовой фильтрующей загрузки в фильтрах обезжелезивания пришло в период массовой замены кварцевого песка скорых фильтров на клиноптилолит  во время заражения речной воды радиоактивными изотопами  (авария на Чернобыльской АЭС). Водоочистную отрасль Украины снабжал и снабжает до сих пор качественно выработанным цеолитом фракции 1 – 3 мм ДП «Сокирницкий Цеолитовый Завод». То, что фракционированный цеолит эффективно решает проблемы с обезжелезиванием подземной воды знали уже давно, но в прямой доступности таких объемов до недавнего времени не было.

По сравнению с кварцевым песком, цеолит имеет на  20…40 % большую порозность и на порядок высшую суммарную удельную поверхность, что значительно повышает грязеёмкость фильтрующего слоя и обеспечивает лучшие условия для формирования и удержания активных каталитических пленок. Относительная легкость зерен плотностью 2240 кг/м3 (кварц – 2600  кг/м3) обеспечивает лучшие условия для промывки загрузки, загрязненной в процессе фильтрования. Выходит, что по гидравлике промывки цеолит фракции 1…3 мм аналогичен крупнозернистому кварцевому песку фракции 0,8…2 мм. Используя цеолитовую фильтрующую загрузку, появляется  возможность использования всех достоинств крупнозернистой загрузки без увеличения интенсивности и других параметров ее промывки.

​

Одним из важнейших преимуществ цеолита является то, что он позволяет избежать начального периода «зарядки» загрузки, а неровная (колотая) поверхность зерен создает лучшие условия для задержания окислившегося железа и образования автокаталитической пленки из окислов и гидроксида железа. Переход на цеолитовую фильтрующую загрузку позволил обеспечить фильтроциклы длительностью 4 – 5 суток при исходной концентрации железа 10 – 15 мг/л и содержание 0,1 мг/л в фильтрате. При этом скорости фильтрования составляют 8 – 10 м/ч с возможностью повышения скорости до 12 м/ч.

​

На территории Украины, где подземные воды имеют температуру 12 – 14 °С фильтры обезжелезивания устанавливают на открытых площадках. Используемые фильтры являются модернизированными фильтрами ФОВ с упрощённой конструкцией: