Железобактерии

Соединения и нахождение железа в природе

В естественных водах, среднее содержание железа (в интервале 0,01-26 мг/л). Кроме того, животные особи, бактерии и растения содержат его в своих организмах. Даже в тканях и внутренних органах людей есть железо, поступающее в организм вместе с едой. Потребность в нем для взрослого человека составляет 11-30мг. Избыток железа приводит к гемохроматозу и серьезным нарушениям внутренних органов.

Так как месторождения железных руд возникают в разных геологических условиях, то и состав руд и условия их расположения разнообразны.

Железо содержится во многих рудах:

• гематит (железный блеск, красный железняк),

• пирит (серный колчедан) и гетит,

• магнетит (магнитный железняк),

• сидерит и гидрогенит.

Круговорот железа в природе

(На примере круговорота серы и других соединений в природе)

За счет жизнедеятельности железобактерий (нитевидные бактерии и одиночные железобактерии) происходит круговорот железа в природе. Они окисляют железо до гидроксида железа, а углерод получают из углекислоты. Таким образом, железобактерии получают энергию для своей жизнедеятельности, а после смерти осаждаются в почве в виде болотной руды.

Области применения железа

В чистом виде железо непрочно, поэтому практически не применяется. Его используют для выработки электромагнитов, как катализатор химических реакций и др.

Основное применение этот металл находит в виде сплавов. На их долю приходится 95% всей металлопродукции. Железо основной компонент стали и чугуна. В стали меньше углерода, чем в чугуне, и поэтому она более пластична и устойчива к резким ударным нагрузкам железа.

Так же железо входит в состав никелевых и других сплавов, использующихся в электротехнике, железо-воздушных аккумуляторах и железо — никелевых аккумуляторах.

На основе железа производятся материалы, которые могут выдерживать действие низкой и повышенной температуры, агрессивной среды, ядерных излучений, вакуума и высоких давлений и т. п.

Железо относится к группе тех металлов, которые очень широко применяются во всех областях народного и бытового хозяйства. Чугун и сталь стали основой современной техники. С их участием произошло развитие тяжелой промышленности, разнообразного наземного транспорта и др.

Железобактерия

Железобактерии или сульфатовосстанавливающие бактерии могут разрушать железо в металлических трубах, в результате чего содержание железа в воде повышается, особенно в условиях застоя воды в трубопроводах.
 

Железобактерии, в частности Gallionella, развиваются в виде яалета на стенке пробирки там, где для них создается оптималь-лая концентрация закисного железа и кислорода.
 

Железобактерии поглощают из окружающей среды растворенные в воде закисные соли железа и превращают их в гидрат окиси железа.
 

Железобактерии поглощают из окружающей средь: растворенные в воде закисные соли железа и превращают их в гидрат окиси железа.
 

Железобактерии относятся к автотрофной группе организмов и могут развиваться в среде, не содержащей органических веществ. Соотношение между окисленным железом и ассимилированным из углекислоты углеродом ( 500: 1) показывает, какое большое количество Ре ( ОН) з образуется при автотрофном росте. Гидроокись железа ( III) после отмирания бактерий служит материалом для образования болотных и озерных руд. Вода, содержащая железо ( II), способна давать железистые отложения в трубах и теплообменниках при малых скоростях движения воды и небольших температурных перепадах.
 

Железобактерии этой группы — облигатные аэробы, но могут удовлетворительно расти при низком содержании 02 в среде. Единственно возможный способ существования — хемоорганогетеротрофия, при этом представители рода Sphaerotilus предпочитают условия с относительно высоким содержанием органических веществ, а многие штаммы Leptothrix — среды с низким уровнем органики.
 

Железобактерии поглощают железо в ионном состоянии и выделяют в виде нерастворимых соединений, благодаря чему ускоряется процесс анодного растворения железа. На отдельных участках поверхности металла могут осаждаться продукты разложения микроорганизмов в виде пленок, обладающих более высоким потенциалом, чем железо. Одновременно с этим ранее образованные пассивные защитные пленки могут разрушаться бактериями.
 

Железобактерии широко используют в промышленности для бактериального выщелачивания меди из отходов и бедных руд.
 

Железобактерии широко распространены в природе: установлено их наличие в морской и пресной водах, почве, средах, содержащих неорганические и органические соединения железа. Эти бактерии не объединены общностью происхождения, поэтому термин железобактерии является скорее физиологическим и экологическим понятием.
 

Железобактерии представляют серьезную опасность для конструкционных материалов водоохлаждаемых теплообменников и оборудования систем промышленного и бытового водоснабжения, в первую очередь углеродистых сталей. Так, в воде, используемой в системах охлаждения ряда химических заводов, обнаружены представителижелезобактерий родов Leptothrix, Sidero-capse, Ochrobium, образующие отложения на внутренних поверхностях теплообменников.
 

Железобактерии могут вызвать коррозионное разрушение нержавеющих сталей. Через месяц были замечены сквозные разрушения стенок бака ( толщиной 3 мм) и сплошные коррозионные разрушения труб. В результате жизнедеятельности этих микроорганизмов в слое у поверхности металла создавались очень высокие концентрации хлоридов железа и марганца, вызывающие интенсивное питтингообразование.
 

Железобактерии широко используются в промышленности для бактериального выщелачивания меди из отходов и бедных руд.
 

Наиболее распространенная железобактерия — Clado-thrix dichotoma, образующая длинные ветвящиеся нити, покрытые слизистым влагалищем. В этих влагалищах откладывается гидрат окиси железа.
 

Некоторые железобактерии являются строгими прототро-фами, другие же могут существовать, питаясь органическими веществами.
 

Поскольку железобактерии поглощают железо только в ионном состоянии, непосредственно металл они разрушать не могут. Действие этих бактерий сводится к образованию на поверхности металла, в первую очередь углеродистых сталей, концентрационных гальванических элементов и микропар дифференциальной аэрации.
 

Удаление бактериального железа

При наличии в исходной воде большого количества железа пользователь может столкнуться еще с одной проблемой — появлением бактериальных загрязнений — активным развитием железобактерий.Если проблема железобактерий выявлена на ранней стадии, регулярное хлорирование или обработка хелатными агентами (органические вещества, образующие растворимые комплексы с железными отложениями), а также постоянное наблюдение за состоянием оборудования помогут минимизировать её последствия.

На ранней стадии появления железобактерий может помочь ударное хлорирование — необходимо создать избыточную концентрацию хлора 50 мг/л. Перед применением хлорирования нужно выяснить, насколько устойчиво к хлору установленное водоочистное оборудование.

Проблему с бактериальным железом может решить среда redox, однако, в подводящих трубопроводах при этом железобактерии будут продолжать развиваться и образовывать слизистые отложения.

Определение типа железа в воде

Прежде чем приступить к выбору оборудования для очистки воды от железа, следует понять, какой тип железа присутствует в воде.

• Двухвалентное железо (Fe+2) содержится в воде в растворенном состоянии и невидимо невооруженным глазом. Как правило, растворенное железо присутствует в воде из подземных источников (скважин). В присутствии двухвалентного железа вода выглядит прозрачной, но когда некоторое время находится в контакте с воздухом, приобретает рыжий цвет, и выпадает осадок. Это явление происходит вследствие окисления железа кислородом воздуха до трехвалентного состояния.
• Трехвалентное железо (Fe+3), окисленное — присутствует в воде в коллоидной форме (образует очень мелкие частицы рыжего цвета). Осаждение коллоидного железа может сопровождаться образованием и ростом железобактерий. Присутствие окисленного железа характерно для воды из поверхностных источников (колодцы, водоемы) и для воды из централизованного водопровода.
• Бактериальное железо (железобактерии) часто сопутствует минеральным отложениям Fe3+ и состоит из живых и мертвых бактерий, их оболочек и продуктов жизнедеятельности. Бактериальное железо достаточно легко отличить от минерального железа — это мягкие вязкие слизистые отложения. В некоторых случаях они безвредны, в других — наносят огромный ущерб. В трубопроводе и водоочистном оборудовании железобактерии часто становятся причиной язвенной коррозии железа и стали и сильно ускоряют образование железистых отложений.

Характеристика железа

Физические свойства

Железо – это серебристо-белый металл с сероватым оттенком. В чистом виде пластичен, но непрочен. При добавлении в него различных добавок (например, углерода) твердость и хрупкость сплава повышается. Железо хорошо проводит электричество, тепло и обладает мощными магнитными свойствами, то есть под действием магнитного поля оно намагничивается и потом само становится магнитом.

Железо особенно важно для живых организмов. Оно способствует дыхательным процессам и входит в состав гемоглобина крови (477 мг/л)

Это значит, что железо участвует в процессе доставки кислорода от органов дыхания к тканям.

Находясь в воде и на влажном воздухе железо меркнет и ржавеет, а при температуре 1539°С легко плавится и поддается ковке. При высоких температурах железо реагирует с паром воды.

Железо образует 300 разнообразных минералов (карбонаты, сульфиды и т.д.) и энергично мигрирует в земной коре. Его называют металлом земных недр, так как он копится в кристаллизации магмы.

Химические свойства

Железо — металл со средней степенью химической активности. На воздухе, на нем образуется защитная пленка, которая препятствует коррозии и ржавлению. Если воздух влажный, железо окисляется и покрывается ржавчиной.

Растворяется в разведенной соляной или серной кислотах, с выделением водорода. Вытесняет из растворов солей металлы. Во время нагревания взаимодействует с неметаллами.