Железо существует в природе в трех различных формах (определенных его валентностью: Fe0, Fe2+, Fe3+) в виде многих различных соединений и комплексов. Чтобы выбрать наиболее экономичную систему очистки, важно знать, в какой форме содержится железо в обрабатываемой воде.

  • Элементарное железо (Fe0): Элементарное железо, естественно, нерастворимо в воде. В присутствии влаги и воздуха оно окисляется до трехвалентного состояния (Fe+3), превращаясь в окись железа Fe2O3,т.е. происходит процесс образования ржавчины.
  • Двухвалентное железо почти всегда растворимо. Хотя при некоторых условиях гидроокись двухвалентного железа образует нерастворимый осадок, однако это происходит при значениях рН, которые обычно не используются в повседневной жизни.
  • Трехвалентное железо (Fe+3): Гидроокись трехвалентного железа практически нерастворима (растворима только при очень низких значениях рН). Хлорид железа (FeCl3) и сульфат железа (Fe2(SO4)3) растворимы и могут образовываться в слабокислых водах.
  • Органическое железо: Органическое железо может присутствовать в различных формах, а также в виде комплексов. Эти соединения бывают растворимыми, но также могут образовывать мелкодисперсные осадки, которые не поддаются фильтрованию.
  • Бактериальное железо. – Некоторые виды бактерий могут использовать энергию, выделяемую при окислении ими двухвалентного железа, которое становится частью слизистой оболочки клетки.
  • Коллоидное железо. – Коллоиды - это нерастворимые частицы, которые так малы (менее 1 микрона), что не могут быть задержаны гранулированным фильтрующим материалом. Очень большие органические молекулы, такие как танины и лигнины, попадают под эту категорию. Коллоидные частицы из-за своих маленьких размеров и большого поверхностного заряда в воде образуют суспензию и не выпадают в осадок.
  • Растворимое органическое железо. – Как и некоторые полифосфаты, органические молекулы могут связывать железо, кальций и другие металлы, удерживая их в растворе. Органические соединения являются комплексообразующими веществами и удерживают железо в растворимых комплексных соединениях, называемых хелатами. Связывающая железо порфириновая группа гемоглобина и связывающий магний хлорофилл растений – вот примеры комплексообразующих групп хелатного типа. Гуминовая кислота, имеющая важное значение в обмене катионов в почве, является хорошим хелатным агентом.

Примечание: Для быстрого приблизительного определения форм железа в воде следует иметь в виду:

  • Вода, содержащая двухвалентное железо, бесцветна и прозрачна при наливании, но при стоянии образует красно-коричневый осадок.
  • Вода, содержащая трехвалентное железо, окрашена при наливании и образует красно-коричневый осадок.
  • Вода, содержащая бактериальное железо, может иметь радужную пленку на поверхности и образовывать желеобразные отложения в водопроводной системе.

При очистке все формы органического железа удаляются одновременно. Традиционная обработка заключается в окислении органики сильными окислителями (хлор, перманганат калия, озон, перекись водорода и др.) с последующим фильтрованием. Для удаления органического небактериального железа эффективны также макропористые анионообменные смолы, однако для предотвращения загрязнения смолы необходимо предварительно удалить другие формы железа.

Форма железа

При наливании

При стоянии

Двухвалентное железо

Прозрачная

Образует красно-коричневый осадок

Трехвалентное железо

Окрашенная

Образует красно-коричневый осадок

Коллоидное железо

Желто-коричневая

Не образует осадок и трудно фильтруется

Растворимое органическое железо

Желто-коричневая

Не образует осадок и трудно фильтруется

Бактериальное железо

Образует радужную пленку на поверхности воды и желеобразные отложения в водопроводной системе


При конструировании окисляющих фильтров требуется решить три задачи:
  • Обеспечить агент, который позволит двухвалентному железу отдать электрон и превратиться в трехвалентное железо (Fe+2 > Fe+3 + e). 
    Наиболее распространенными окисляющими агентами являются воздух (из-за того, что он содержит кислород, О2), хлор (возможно в виде хлорной извести, NaOCl или гранул Ca(OCl)2)) или перманганат калия (KMnO4).
  • Обеспечить время выдержки, необходимое для прохождения реакции, условия, благоприятные для образования гидроокиси трехвалентного железа, и время для образования хлопьев или осадка.
  • Физически отфильтровать (или осадить) и сохранить осажденное железо до начала обратной промывки промывочного цикла, во время которого железо удаляется из системы.