Железо существует в природе в различных формах (в зависимости от валентности: Fe⁰, Fe⁺², Fe⁺³), а также в виде различных сложных химических соединений.
I. Элементарное железо (Fe⁰). Элементарное или металлическое железо безусловно нерастворимо в воде. В присутствии влаги и кислорода воздуха окисляется до трехвалентного, образуя нерастворимый оксид Fe₂O₃ (процесс, известный в быту как "ржавление"). II. Двухвалентное железо (Fe⁺²). Почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи (при определенных редко встречающихся в природной воде уровнях рН),когда гидроксид железа Fe(OH)₂ способен выпадать в осадок. III. Трехвалентное железо (Fe⁺³). Гидроксид железа Fe(OH)₃ нерастворим в воде (кроме случая очень низкого рН). Хлорид (FeCl₃) и сульфат (Fe₂(SO₄)₃ трехвалентного железа - растворимы и могут образовываться даже в слабо - щелочных водах. IV. Органическое железо. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа как правило растворимы или имеют коллоидную структуры и очень трудно поддаются удалению. Различают следующие виды органического железа:
1) Бактериальное железо. Некоторые виды бактерий способны использовать энергию растворенного железа в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии.
2) Коллоидное железо. Коллоиды - это нерастворимые частицы очень малого размера (менее 1 микрона), в силу чего они трудно поддаются фильтрации на гранулированных фильтрующих материалах. Крупные органические молекулы (такие как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда (отталкивающего частицы друг от друга, препятствуя их укрупнению) создают в воде суспензии и не осаждаются, находясь во взвешенном состоянии .
3) Растворимое органическое железо. Также как, например, полифосфаты способны связывать и удерживать в растворе кальций и другие металлы, некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Примером такого связывания может служить удерживающая железо порфириновая группа гемоглобина крови или удерживающий магний хлорофилл растений. Так, прекрасным хелатообразующим агентом является гуминовая кислота, играющая важную роль в почвенном ионообмене.
Все вышеперечисленные виды железа "ведут" себя в воде по-разному. Так, если наливаемая в сосуд вода чиста и прозрачна, но через некоторое время в процессе отстаивания образуется красно-бурый осадок, то это признак наличия в воде двухвалентного железа. В случае если вода уже из крана идет желтовато-бурая и образуется осадок при отстаивании - надо "винить" трехвалентное железо. Коллоидное железо окрашивает воду, но не образует осадка. Бактериальное железо проявляет себя радужной опалесцирующей пленкой на поверхности воды и желеобразной массой, накапливаемой внутри труб. Основные отличительные признаки приведены в таблице.
Если таблица не помещается, прокрутите её по горизонтали ↔
| Тип железа | Вода из-под крана | Вода после отстаивания |
|---|---|---|
| Двухвалентное | Чистая | Красно-бурый осадок |
| Трехвалентное | Окрашена | Красно-бурый осадок |
| Коллоидное | Желто-бурая | Не образует осадка, Не фильтруется |
| Растворенное органическое | Желто-бурая | |
| Бактериальное | Опалесцирующая пленка, желеобразные образования в водопроводной системе. |
Необходимо только отметить, что "беда никогда не ходит одна" и на практике почти всегда встречается сочетание нескольких или даже всех видов железа. Учитывая, что нет единых утвержденных методик определения органического, коллоидного и бактериального железа, то в деле подбора эффективного метода (скорее комплекса методов) очистки воды от железа очень много зависит от практического опыта фирмы, занимающейся водоочисткой.