本發明屬于除鐵劑，涉及一種適用于水處理系統的除鐵劑及其應用，尤其是涉及一種適用于去除水處理系統低劑量二價鐵離子、三價鐵離子的除鐵劑及應用。

背景技術：

1、隨著經濟的持續規模化發展，工業領域對能源和水資源的消耗急劇增加，對環境的壓力日益增大，政府鼓勵企業利用高新技術、高新材料發揮科研優勢，實現技術轉型升級，鼓勵實施新型工業節水工藝和技術，有效合理地節約用水并保護水資源不受污染，完善節能減排政策體系，加強工業用水管理，提高水資源綜合利用效率。

2、工業原水處理或循環水處理系統，由于各種因素導致經常出現總鐵(二價鐵、三價鐵)偏高現象，不能滿足循環水水質控制標準(總鐵≤1.0mg/l)的要求。總鐵濃度過高，不僅會造成水體顏色變深、濁度升高，直接影響水質、污染水質，同時還會加劇管網系統的腐蝕、沉積和滋生微生物等問題。為了控制水體中的總鐵濃度，目前主要降低總鐵濃度的方式是通過加大水的置換量或被迫降低水處理系統的濃縮倍率運行，這樣會造成大量水資源的浪費，同時對正常生產運行帶來不可逆的腐蝕影響，特別是針對腐蝕性水體，其傷害性更為明顯。因此需要針對水處理系統的鐵的來源及鐵存在形態進行系統研究，針對性地開發可行的除鐵、控鐵技術，有效降低水處理系統的總鐵含量，保證水系統長周期、穩定、安全運行，實現節水減排，延長設備使用壽命的目的。

3、在工業水處理系統中，在酸性條件下，鐵主要以溶解的二價鐵離子形式存在，當水中有氧存在時，二價鐵離子容易氧化為三價鐵離子，鐵在循環水中通常以膠體和離子兩種形式存在。膠態鐵能夠穩定地懸浮在水中，但在受熱或電荷作用條件下，膠體穩定性會被破壞進而凝聚沉積，在堿性條件下，鐵會形成氫氧化鐵沉淀物，在循環水系統中，通常ph在6.0-9.5范圍內，鐵的兩種形式均會存在。導致總鐵濃度上升的主要原因來自系統長時間運行，設備自然老化、水處理腐蝕控制效果不佳以及補充水總鐵偏高等。在水系統不斷濃縮過程中，總鐵濃度被進一步濃縮、累積，導致其超過控制指標范圍，并且對系統造成濁度偏高、加劇腐蝕等影響。解決總鐵超標問題，目前通用辦法是采取大量排水置換和過濾兩種方式。隨著人們節水觀念的增強，大量排水置換已經受到下游環保排放總量的嚴格限制，一般只能采取旁路過濾的方式進行，但是在過濾的過程中也遇到一些問題。即使效果較好的過濾器也只能過濾掉部分非溶解性的膠體鐵，對于溶解性的鐵離子幾乎無作用，過濾效率極低，因此如何去除水系統中總鐵成為困擾水處理工作者的一個難題。

4、國內研究學者針對水處理系統總鐵的去除，一般有物理和化學兩種方法。

5、專利cn103007883a提供了一種鋼鐵工業廢水除鐵劑，以煤氣化中的一種固體廢棄物蘭灰干燥后為基體與hpf脫硫工藝產生的含有scn－的脫硫廢液在600-800℃高溫密閉反應得到的顆粒狀固體除鐵劑。使用時，將一定量該除鐵劑與含鐵鋼鐵工業廢水充分混合后，靜置一定時間，或將除鐵劑放入吸附柱中，然后在吸附柱中加入待處理的含鐵鋼鐵工藝廢水，使其流經吸附柱中，并保持一定的水力停留時間，即可使廢水中的鐵離子可得到有效降低，該除鐵劑的除鐵原理主要是蘭炭在高溫密閉反應條件下，其孔容和比表面積均得到大大提高，從而增大了除鐵劑的物理吸附性能，其除鐵劑與鋼鐵工業廢水作用30min后，鋼鐵工業廢水中的鐵離子濃度可由12.5mg/l降低到8.3mg/l，降低率可達到33.3％，作用60min時，鋼鐵工業廢水中的鐵離子濃度可由12.5mg/l降低到4.2mg/l，降低率達到65.3％。

6、專利cn213727102u中公開了一種針對水中鐵渣的實用新型專利，涉及一種水處理藥劑用除鐵裝置，可以促進水處理絮凝劑快速與水進行攪拌混合。使水中鐵渣快速凝結沉淀，大幅提高了鐵渣的去除效率。

7、專利cn107585900a中公開了一種除鐵錳的水處理系統，該發明具有除鐵錳效果佳，結構緊湊，占地空間小，維護和運行成本低廉，同時全自動控制運行良好，使用壽命長。

8、專利cn101288845b中將廢棄生物材料，粉碎后過篩，在高溫條件下煅燒，再經過一系列處理后，形成復合吸附材料。該吸附材料適用于飲用水除氟除鐵除錳，也可用于工業廢水的除氟除鐵錳。

9、郭振遠等人通過工程實例證實了分層錳砂濾池對地下水中的鐵離子有較好的去除效果，進水中二價鐵離子濃度由1.57mg/l降到出水的0.06mg/l，去除率達到96％以上。錳砂濾料去除二價鐵離子的作用機理主要涉及吸附、分離和過濾。陳楠等人采用石英砂與錳砂混合濾料去除電廠冷卻水中的鐵，效果優于單獨采用石英砂濾料的效果。結果表明，石英砂/錳砂比例為3:7的混層濾料，ph值在6.5～8.5，濾速為1.5m/h的條件下，除鐵效果最好，除鐵率達到92.09％。高溪等人采用活性炭對循環水(總鐵離子含量為5.50mg/l)進行吸附，將循環水加入裝滿活性炭的燒杯中，停留時間為5min，首次吸附后測定濾液中總鐵含量為2.28mg/l。將濾液再次經活性炭吸附，停留時間依然為5min，二次吸附后所得濾液中總鐵含量下降到1.17mg/l。同期，對于循環水中總鐵含量較高，難用普通緩蝕阻垢劑控制的水質，在旁路過濾器前投加聚合氯化鋁作為絮凝劑，采用在高ph(堿性條件下)絮凝的方法，使水中含量過高的鐵離子形成絮團過濾掉，可去除循環水中鐵的氧化物，從而達到凈化水質的目的。薛瑞等人考察了聚合氯化鋁鐵(pafc，一種無機高分子鋁鹽絮凝劑)對含鐵量高的循環冷卻水的絮凝作用。結果表明，pafc能有效地降低循環水中的鐵離子含量，水中鐵離子由6.49mg/l降到0.5mg/l。值得注意的是，在pafc絮凝的同時也會降解水中磷系和鋅系水處理藥劑，同時加藥量達到150mg/l，在循環水體中容易形成絮凝沉積。崔玉彪等人在循環冷卻水崗位砂濾器進口增加一臺隔膜加藥泵，投加除鐵藥劑pc1192(國外進口陽離子混凝劑)。利用pc1192對水溶液介質中的鐵離子懸浮微粒有極強的絮凝沉降效能，通過電中和使帶負電的懸浮微粒失去分散穩定性與帶負電荷的溶解物反應，生成不溶物沉淀，從而達到除鐵目的。pc1192除鐵效果測試表明，循環冷卻水鐵含量從5.3mg/l降到0.84mg/l，同時濁度(ntu)從30ntu下降到15ntu，除鐵后節水效果明顯。王海平等人篩選了一種高分子聚合物qt-1用于去除工業循環水中溶解性鐵離子，并對其應用條件進行了探討。qt-1的現場初步應用結果表明，在qt-1最佳投加量30mg/l條件下，某空調循環冷卻水系統中的總鐵含量由28mg/l下降到0.8mg/l，達到了工業循環水處理規范要求。

10、綜上所述，通過在旁濾系統設置濾料吸附或投加藥劑方式，實現了溶解性鐵轉化為非溶解性鐵離子，然后在過濾系統輔助條件下，達到了有效去除水體中總鐵和濁度的目的，大幅度減少了水量的排放，節約了水資源，降低了工業企業用水成本。但是以上各種總鐵去除辦法在實際實施時候，遇到各種應用上的問題，如設置濾料吸附方式，則會明顯增加設備投資成本，同時濾料需要及時更換，操作上不方便。無論是投加絮凝劑pafc還是高分子聚合物qt-1，其加藥量均較大，會明顯增加泥量，有污堵過濾系統的可能性，并且藥劑殘留會在系統中進一步絮凝沉淀，導致局部污垢沉積，產生污垢下腐蝕風險。同時絮凝劑pafc還會明顯降解磷系、鋅系藥劑，影響水處理效果。進口產品pc1192陽離子混凝劑使用劑量低(0.5mg/l)，效果良好，但是價格昂貴，性價比不高。

11、綜上所述，現有技術中存在濾料的設置增加生產成本、操作不便、可能污堵系統、造成殘留及腐蝕的風險，以及絮凝劑性價比不高等缺陷。因此，在保證循環水系統正常運行前提下，設計研發一種性能優良、環保、高效并具有良好性價比的除鐵劑，一方面降低循環冷卻水的總鐵含量，滿足循環水各項指標的控制要求，保證循環水系統長周期、高效、安全運行，實現節水減排，降低綜合運行成本，延長設備使用壽命的目標；另一方面響應可持續發展的要求，遵循綠色化學的研究理念，使其生產與使用具有現實意義。

技術實現思路

1、本發明的目的就是為了克服現有的除鐵技術存在的技術缺陷而提供的一種適用于水處理系統的除鐵劑及其應用。本發明的除鐵劑能夠有效去除原水系統、循環水系統的較高濃度鐵離子，有效控制原水水質和循環水水質。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

3、技術方案之一，提供一種適用于水處理系統的除鐵劑，該除鐵劑由以下重量百分比的組分組成：

4、

5、且各組分之和為100％。

6、進一步優選方案：

7、優選地，所述聚二甲基二烯丙基氯化銨的分子量為40000～60000。

8、優選地，所述烷基二甲基芐基鹵化銨為烷基二甲基芐基氯化銨或烷基二甲基芐基溴化銨。

9、進一步優選地，所述烷基二甲基芐基氯化銨為烷基數為十二～十八的烷基二甲基芐基氯化銨。

10、進一步優選地，所述烷基二甲基芐基溴化銨為十二烷基二甲基芐基溴化銨。

11、優選地，所述異噻唑啉酮為5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮的混合物；所述5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮的質量比為(2.5～3.4)：1。

12、本發明的藥劑成分聚二甲基二烯丙基氯化銨具有很強的鐵離子吸附能力，同時其與烷基二甲基芐基鹵化銨有良好協同作用。水系統中，ph在6.0-9.0范圍內，二價鐵、三價鐵離子主要以溶解性膠體離子形式存在，除鐵劑進入水體后，強大的吸附能力與溶解性膠體離子形成穩定的微絮體，同時還能和帶負電的濁度物質產生相互吸附作用，通過旁濾系統截留，被絮集的膠體離子、濁度物質隨反洗排污被去除，從而達到凈化水質的目的。

13、本發明的藥劑成分異噻唑啉酮可確保藥劑使用效果的長期穩定，并有效延長藥劑保質期。

14、本發明的藥劑各組分之間具有良好的協同增效作用，形成-電荷吸附-網捕-絮聚的協同作用模式，捕捉水體中的細小顆粒，形成微絮體，被過濾系統濾料截留，少量廢水通過反洗排放進入廢水處理系統。

15、技術方案之二，提供一種適用于水處理系統的除鐵劑的應用，所述除鐵劑用于除去水處理系統中的鐵。所述應用中除鐵劑的加注點選擇在水處理系統的過濾系統或旁濾系統總進水口，流體距離過濾罐體有5-15秒充分反應時間；

16、進一步地，所述水處理系統為：原水系統或循環水系統。

17、進一步地，所述的除鐵劑的使用濃度為1.0～5.0mg/l，該濃度依據總進水量來設計。優選地，采用固定電源或移動電源由計量泵連續注入，輸出電壓～220v，所述計量泵出口壓力大于管網壓力；一般來說，所述的除鐵劑，在原水或循環水系統中的使用濃度約為系統總鐵濃度的兩倍進行計量，即藥劑濃度：鐵離子比例為2:1，結合總進水量，計算連續加注劑量，并檢測進出口總鐵濃度變化，根據除鐵效果，調試確認最佳加藥量。

18、進一步地，所述的除鐵劑在重量百分比為1％的水溶液中的ph值為5.0～7.0。

19、與現有技術相比，本發明提供的除鐵劑及其應用至少具有以下優點：

20、(1)本發明的除鐵劑技術綜合除鐵效果比市面上使用的進口陽離子絮凝劑pc1192產品性能更為優良，使用劑量相當，其通過簡易計量泵根據旁濾或過濾系統總進水口水量連續劑量注入，可以快速有效地捕捉鐵離子、濁度物質，極短時間內與總鐵膠體離子形成微絮體反應產物，使水體鐵離子被去除，有效解決因鐵離子偏高導致的大量水質置換問題，大幅度降低系統廢水排水量，進而減少了補充水量，達到節水減排目的，為工業企業實現了良好經濟效益、環保效益和社會效益。

21、(2)本發明的藥劑成分不含磷，同時使用劑量非常低，因此避免了排放水體可能引起的富營養化問題，產生的污廢水極少，有利于節水減排和環境的保護。

22、(3)本發明的除鐵劑配方除了優選性能優異的聚二甲基二烯丙基氯化銨，配置中的烷基二甲基芐基鹵化銨與其具有良好的協同作用，能促進除鐵劑與總鐵膠體離子形成微絮體，并吸附濁度物質。同時，配方組分中異噻唑啉酮，可以確保除鐵劑在運輸、儲存過程中保持長期穩定，并且對微生物有一定抑制作用。

23、(4)本發明適用于原水或循環水系統，可以顯著減少廢水排放量，有利于節水、減排。

24、(5)本發明的穩定性好，與通用的殺菌劑類型，如氯型、溴型氧化性殺菌劑和有機硫型、季銨鹽等非氧化性殺菌劑兼容性良好。

25、(6)本發明的藥劑成分對水體中以離子形式存在的鈣離子、磷酸根離子、鋅離子等物質幾乎無吸附作用。

26、(7)本發明的藥劑，使用濃度極低，并且形成微絮體由于靜電斥力作用，互補絮凝，在過濾器中被截留后，通過正常反洗即可排除，對過濾系統無污堵風險。

27、(8)本發明的藥劑配方，可以根據過濾器總進水量的變化，通過簡易計量泵或通過移動電源配套簡易計量泵，實現穩定連續注入，操作簡便，使用劑量低，無明顯藥劑殘留問題，解決了一般除鐵技術和除鐵劑存在的問題，確保了水處理技術的應用效果，為水質管理的便捷、高效提供技術保障。

28、(9)本發明的藥劑配方原料，來源較廣泛，使用劑量低，除鐵效果達到80％及以上，價格適中，相比市面上其他除鐵劑技術，具有良好的性價比，可以降低循環水系統的綜合藥劑處理費用。

29、(10)本發明的藥劑配方使用范圍廣泛，尤其適用于含低濃度鐵離子原水預處理系統和長期鐵離子偏高的工業循環冷卻水系統中，可以有效地去除水系統中存量鐵離子和濁度物質，避免因鐵離子偏高導致的鐵細菌滋生、濁度上升、腐蝕率上升等問題，可以廣泛應用與石油化工、化肥、電力、煤化工等各行業的循環冷卻水系統以及原水預處理系統。