Ferro (Fe) e acqua

Ferro nell’acqua: presenza, chimica, salute e trattamento

Il ferro è comune nelle rocce, nei suoli e nelle acque sotterranee. La sua concentrazione e il suo comportamento dipendono dall’ossigeno, dal pH, dalla materia organica e dalla corrosione. Queste condizioni determinano se il ferro rimane disciolto o forma particelle che possono colorare l’acqua e creare depositi.

Come si presenta il ferro nell’acqua?

Il ferro entra nell’acqua attraverso l’alterazione dei minerali che lo contengono e, in alcuni contesti, attraverso la corrosione di tubazioni e apparecchiature in ferro o acciaio. La concentrazione di ferro disciolto è spesso elevata nelle acque sotterranee povere di ossigeno, dove il ferro ferroso (Fe(II)) può rimanere solubile. Nelle acque ossigenate, il Fe(II) viene comunemente ossidato a ferro ferrico (Fe(III)); a seconda del pH e delle altre condizioni chimiche dell’acqua, può subire idrolisi e formare particelle di ossidi e ossiidrossidi di ferro scarsamente solubili. La materia organica naturale può legare il ferro e mantenerne una parte in forma disciolta o colloidale.

Il ferro nell’acqua può quindi essere disciolto, complessato con sostanze organiche, legato a particelle o presente nei prodotti di corrosione. Il solo risultato dell’analisi del ferro totale non ne identifica la forma o l’origine. Il ferro metallico esposto all’acqua e all’ossigeno si corrode; la ruggine risultante è una miscela di ossidi e ossiidrossidi di ferro, non un singolo composto.

Fonti e comportamento nell’ambiente

Le fonti naturali comprendono minerali e sedimenti ricchi di ferro. Le condizioni riducenti negli acquiferi, nelle zone umide e nei sedimenti lacustri possono liberare Fe(II) disciolto. Il ferro può inoltre entrare nell’acqua a causa della corrosione nelle reti di distribuzione, attraverso scarichi industriali o come residuo dei processi di trattamento che utilizzano sali di ferro.

Il ferro è un micronutriente essenziale per gli organismi, ma la sua disponibilità nell’acqua è determinata dalla forma chimica. Nelle acque ossigenate, il ferro ferrico si lega spesso alla materia organica o alle particelle e può sedimentare sotto forma di precipitato; in condizioni riducenti, una maggiore quantità di ferro può rimanere disciolta. Questi cambiamenti influenzano il trasporto del ferro e la sua biodisponibilità.

L’acqua può assumere una colorazione rossa, arancione o marrone e possono formarsi depositi quando il ferro disciolto si ossida o quando vengono smossi i prodotti di corrosione accumulati nelle tubazioni. Un’alterazione improvvisa del colore deve essere oggetto di indagine; a seconda della fonte e della rete di distribuzione, il ferro può essere presente insieme ad altre sostanze rilasciate dai depositi.

Salute e valori di riferimento per l’acqua potabile

Il ferro è un nutriente essenziale e gli alimenti rappresentano generalmente la principale fonte di ferro nella dieta. L’Organizzazione mondiale della sanità (WHO) non ha stabilito un valore guida basato su criteri sanitari per il ferro nell’acqua potabile alle concentrazioni comunemente riscontrate; il ferro costituisce soprattutto un problema di accettabilità, poiché può influire sul colore e sul sapore e causare macchie. Ciò non significa che qualsiasi acqua distribuita che presenti alterazioni del colore sia sicura, né che i risultati delle analisi del ferro sostituiscano gli altri controlli sulla qualità dell’acqua.

I valori di riferimento variano in base alla giurisdizione e alla finalità. L’EPA statunitense indica 0,3 mg/L come standard secondario federale non vincolante, volto a limitare gli effetti estetici. La direttiva UE sull’acqua potabile stabilisce un valore parametrico indicatore di 0,2 mg/L. Il documento tecnico di Health Canada del 2024 fissa un obiettivo estetico di 0,1 mg/L per il ferro totale. Questi valori non sono limiti sanitari intercambiabili; consultare i requisiti locali applicabili.

Quali tecnologie di trattamento dell’acqua possono rimuovere il ferro?

La scelta del trattamento dipende dalla forma e dalla concentrazione del ferro, dal pH, dall’ossigeno disciolto, dall’alcalinità, dalla materia organica, dal manganese e dalla qualità richiesta per l’acqua trattata. Analizzare campioni rappresentativi per determinare il ferro totale e quello disciolto; ove necessario, distinguere il Fe(II) dal Fe(III) e valutare la rete di distribuzione oltre all’acqua di origine.

Ossidazione e filtrazione: l’aerazione o un ossidante idoneo possono trasformare il Fe(II) disciolto in particelle, che vengono poi rimosse mediante filtrazione. L’efficacia dipende dal pH, dal tempo di contatto, dalla domanda di ossidante e dalla separazione dei solidi.
Coagulazione e filtrazione: la coagulazione può contribuire a rimuovere le particelle fini o il ferro associato alla materia organica naturale. Il processo e il dosaggio devono essere scelti sulla base di analisi dell’acqua e prove.
Scambio ionico: può essere preso in considerazione per basse concentrazioni di ferro e condizioni chimiche dell’acqua adeguate. I precipitati di ferro possono sporcare la resina, perciò il pretrattamento e le condizioni operative sono importanti.
Trattamento a membrana o altri trattamenti avanzati: le membrane e i processi di adsorbimento possono essere adatti ad applicazioni specifiche, ma l’efficacia dipende dalla speciazione del ferro, dal controllo dello sporcamento e dalla composizione complessiva della matrice acquosa.

Il ferro viene utilizzato anche come coagulante nel trattamento delle acque reflue, ad esempio per contribuire alla rimozione del fosforo. Questo impiego nel processo è diverso dalla rimozione del ferro naturalmente presente nell’acqua destinata all’approvvigionamento. Lenntech fornisce ulteriori informazioni su preparazione dell’acqua potabile, filtrazione su sabbia, scambio ionico e coagulazione e flocculazione.