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硫酸亚铁作为絮凝剂，能够促进水中悬浮颗粒、胶体和某些溶解性有机物的凝聚，形成易于沉降的大颗粒絮体。这主要得益于它在水中水解生成的Fe(OH)3胶体，具有强大的吸附和架桥作用，能有效去除水中的色度、悬浮物、部分有机物以及部分重金属离子。特别适合应用于后续有生化处理的系统，如城市污水和某些工业废水的预处理。
沉淀剂：硫酸亚铁可以与水中的硫化物、磷酸盐等形成不溶性沉淀，如与磷酸盐反应生成磷酸铁沉淀，从而去除这些有害物质。这对于处理含有特定污染物（如含硫废水）的工业废水特别有效。
还原剂：作为一种强还原剂，硫酸亚铁能够将水中的某些污染物，如六价铬（Cr(VI)），还原为毒性较低的三价铬（Cr(III)），从而便于后续处理或使其符合排放标准。这在电镀废水处理中尤为常见。
硫酸亚铁在污水中常被用作絮凝剂，具有沉降速度快、污泥量少切密实，并且硫酸亚铁还具有很好的脱色效果，经过硫酸亚铁处理的污水，可以放心的进行生化处理，不会对生活的菌种有抑制的效果，这也是目前硫酸亚铁作絮凝剂的一大优点.pH调节：由于硫酸亚铁本身为酸性物质，可以在某些情况下用于调节碱性废水的pH值，使之更适合后续处理过程。
微生物营养剂：在生化处理系统中，适量的硫酸亚铁可以提供铁元素，作为微生物生长的营养源，有助于提升生物处理的效率和稳定性。
其他作用：包括去除水中的油污、杀菌、除臭以及作为某些工业过程的催化剂或原材料等。