反滲透脫鹽裝置中鐵離子污染的預(yù)防

  鐵離子以某種形式存在于許多水處理系統(tǒng)中，或在原水中，或在裝置建造材料中； 亦或以鐵離子細(xì)菌存在，不過這種情況很少。對(duì)此，若不加適當(dāng)處理，鐵離子就會(huì)在裝 置中聚集。対于反滲透，就會(huì)引起反滲透膜的污染。

鐵離子污染會(huì)降低反滲透裝置的產(chǎn)水量，增加鹽透過率，產(chǎn)生膜壓降，從而增加膜 的清洗次數(shù)和操作費(fèi)用，降低裝置效率。因此減少或消除鐵離子污染以獲得反滲透裝置 的長期運(yùn)轉(zhuǎn)性能是絕對(duì)必要的。

一、鐵離子的性能

有許多反滲透裝置處理含2 — 3 mg/1鐵離子的水，運(yùn)行多年沒有發(fā)生鐵離子污染。 而有一些裝置使用僅含0.4mg/l鐵離子的原水就可能引起污染，使反滲透裝置的性能嚴(yán) 重惡化。這二種情況可用鐵離子的化學(xué)性能加以解釋。

鐵離子以溶解的或不溶解的形式存在于水中。溶解性鐵離子一般不會(huì)引起污染。雖 然水中溶解性鐵離子具有污染的潛在性，但正是不溶性化合物造成鐵污染。

 1、 溶解性鐵離子（Fe，+ ）的井水

井水，不論其是苦咸水還是海水。若鐵離子濃度大于O.lmg/1,幾乎總是含有碳酸 氫鐵（Fe，+ ）。在某些苦咸水井中，F(xiàn)e2 +濃度一般低于5 mg/1,而鐵離子濃度達(dá)60— 65mg/l0 Fe，+的溶解度受其碳酸鹽FeC。,的影響。一般來說，高堿度水比低堿度水的 鐵離子含量低，如堿度為50mg/l （均以CaCO,計(jì)）、PH為7的水，其Fe，+含量最大為 5.5mg/l；如果PH不變，堿度增加到500mg/l,則溶解鐵離子Fe，*的最大.濃度為 0.55mg/lo

以溶解性Fe，+形式存在的鐵離子同其它二價(jià)離子一樣，能被反滲透（RO）有效地 去除，不會(huì)發(fā)生鐵離子污染。而當(dāng)與Fe2+反應(yīng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生污染。含有H/S的井 水，不論是苦咸水還是海水，F(xiàn)e，+含量很低，只要不再使它增加，就不會(huì)形成FeS。使 用恰當(dāng)?shù)难b置建造材料就可防止FW +的增加。

2、 不溶性鐵離子（Fe，+ ）

若Fe2+氧化為Fe3+,就會(huì)有不溶性鐵氧化物Fe（OH）3, FeOOH和Fe.O』形成。 Fe3 +在苦咸水和海水中的溶解度受Fe（OH）s溶解度的影響。根據(jù)平衡常數(shù)，在超過 PH5-9的范圍時(shí)，F(xiàn)e"的最大溶解度僅O.ffOlmg/1,這與海水和苦咸水的分析數(shù)據(jù)不 —致。

二、鐵離子的預(yù)處理

防止鐵離子污染有兩種辦法：預(yù)處理和使用合適的建造材料。必須禁止溶解性FS + 在RO裝置中氧化；必須防止不溶性Fe3+進(jìn)入裝置。預(yù)處理主要是防止井水中Fez +氧化， 防止鐵細(xì)菌進(jìn)入裝置系統(tǒng)，去除鐵腐蝕產(chǎn)物。

1、防止井水中FS+的氧化

如前所述，F(xiàn)e小氧化速度取決于Fe，+和O'的濃度，特別是取決于PH。含F(xiàn)e，+的井 水（不論是苦咸水還是海水）通常都有少量的溶解氧。如果這種水不暴露于空氣之中， 或氧化劑如C&, 6, KMnOi之中，就可通過加酸降低PH至6以下來防止Fe，+的氧化。 加酸可允許反滲透給水中的鐵離子達(dá)到4 mg/I而不使RO膜污染。若Fez +含量大于4 mg/1就必須去除鐵以消除可能的污染。除鐵可通過添加Cl,或KMnO』氧化劑使那些不溶 性鐵氧化物形成易被過濾去除的物質(zhì)。由于某些鐵氧化物是以膠體形式存在，因此過濾 之前需加混凝劑。

2、細(xì)菌產(chǎn)生的鐵質(zhì)

雖然細(xì)菌產(chǎn)生鐵質(zhì)并不常見，但確能帶來麻煩。安裝在巴哈馬島上的中空纖維反滲 透裝置處理的海水井水含F(xiàn)e2+僅0.5mg/lo在正常情況下用調(diào)節(jié)PH來防止鐵污染。但井 中的鐵細(xì)菌將一些Fe，+氧化成為不溶性Fe3 + ,從而產(chǎn)生沉淀和膠體鐵。采用HCHO和 Cl,清毒井水，只能暫時(shí)限制細(xì)菌生長。必須連續(xù)加氯以消毒海水和氧化鐵質(zhì)。為了凝 聚膠體鐵，在過濾之前加氯之后需添加0.5mg/l陽離子聚電介質(zhì)（Magnifloc573C）。這 種預(yù)處理可使過濾后水中鐵離子含量小于0.05mg/l ,量度膠體濃度的淤泥污染指數(shù) SD1小于0.5。這表明預(yù)處理能有效地去除膠體鐵。

3、 鐵腐蝕產(chǎn)物的去除

有時(shí)，用抗腐蝕材料代替能產(chǎn)生鐵腐蝕產(chǎn)物的現(xiàn)用材料是不經(jīng)濟(jì)的。因此，必須通 過反滲透預(yù)處理去除這些腐蝕產(chǎn)物，必須在后處理工藝中使用合適的材料防止水再次污 染。

如果原水的SDI很高，大于50時(shí)，要使用常規(guī)的混凝一絮凝一過濾工藝來去除懸浮 物和膠體物質(zhì)。在原水中加鋁或鐵質(zhì)混凝劑，所形成的絮凝體沉淀，再經(jīng)雙介質(zhì)（砂/ 無煙煤）過濾器。

典型的預(yù)處理是集混凝一絮凝一過濾于一器，先在原水中加混凝劑，混合后流過介 質(zhì)過濾器以去除已形成的微絮凝體。這種方法只是混凝一絮凝在過濾器上部空間或?yàn)V質(zhì) 本身中發(fā)生。鋁、鐵和陽離子聚電介質(zhì)廣泛用作苦咸水和海水的混凝劑。過濾介質(zhì)使用 無水硅酸鋁，綠砂，雙介質(zhì)（砂/無煙煤）和多介質(zhì)。這種一體化混凝法與常規(guī)混凝一 絮凝一過濾工藝的去除膠體物質(zhì)的效果一樣好。但不需要絮凝/沉淀設(shè)備，易于操作維 修，因而可節(jié)省成本30—35%。

三、建造材料

反滲透裝置都附設(shè)有預(yù)處理設(shè)備。由原水中FK +的氧化或鐵細(xì)菌產(chǎn)生鐵污染的情況 不多。DSS公司的研究表明，經(jīng)常發(fā)生的鐵污染，主要是因建造材料使用不當(dāng)，產(chǎn)生腐 蝕產(chǎn)物而引起的。在委內(nèi)瑞拉安裝有Cadafel型反滲透海水淡化裝置。預(yù)處理釆用鐵質(zhì) 混凝劑和介質(zhì)過濾的一體化混凝工藝，對(duì)于去除海水表面的懸浮體和膠體物、膠體鐵粒 都具有很好效果。但運(yùn)行一年，通過反滲透高壓泵后水中鐵離子含量增加2-3倍， SDI由3增加到5。反滲透裝置被鐵污染后，膜需要一周清洗一次。當(dāng)泵體由不銹鋼代 替碳鋼之后，經(jīng)過泵的水SDI降到小于2 ,從而消除了腐蝕問題，降低了膜清洗次數(shù)。

1、 處理井水的裝置材料

對(duì)于海水、苫咸水井，裝置采用的理想材料是非金屬材料。經(jīng)常使用聚氯乙烯或聚乙 烯。低壓處用塑料離心泵,高壓頭泵的泵體和轉(zhuǎn)子用克羅麥利3號(hào)合金;泵軸用I Conei625, 也可使用高合金不銹鋼，如AISI 317L, AISI 329, UNSHO 8904等。從井到反滲透裝 置的低壓管道常使用纖維加強(qiáng)塑料。預(yù)處理裝置過濾器，離子交換軟化器、微濾器釆用 強(qiáng)化水泥，塑料或內(nèi)襯橡皮的鋼材。

用于苦咸水的高壓反滲透泵和所有高壓件、反滲透工藝管道常使用304SS或高合金 不銹鋼。對(duì)于海水反滲透裝置，普遍使用317LSS或高合金不銹鋼。但許多海水裝置成 功地使用了316LSS。317LSS和高合金不銹鋼含絡(luò)、鋁比316LSS高，因而對(duì)在停車期間 能引起點(diǎn)蝕和裂縫腐蝕的污濁水不太敏感。

2、 海水表面吸入口的建造材料

表面海水所含的膠體物質(zhì)需在預(yù)處理系統(tǒng)中除去，因而在混凝之前，吸入口的材料 與井水使用的材料不同。當(dāng)膠體去除后所使用的材料與井水使用的相同。設(shè)計(jì)海水吸入 口必須考慮設(shè)備的壽命和裝置的利用率