Формы железа

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.

• 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.