一、過濾式海綿鐵除氧器工藝原理
過濾式海綿鐵除氧器是基于化學(xué)還原反應(yīng) + 物理過濾截留的一體化除氧設(shè)備，核心過濾介質(zhì)為海綿鐵(又稱多孔性氧化鐵，孔隙率達(dá) 80%-90%，比表面積大)。該設(shè)備無需高溫高壓，僅在常溫常壓下，通過水流與海綿鐵介質(zhì)的充分接觸，實(shí)現(xiàn)水中溶解氧(DO)的高效去除，具體原理可分為三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：
1. 化學(xué)還原反應(yīng)：溶解氧的高效消耗
當(dāng)含有溶解氧的水通過填充海綿鐵的過濾罐時(shí)，海綿鐵中的單質(zhì)鐵(Fe)與水中的溶解氧、水分子發(fā)生自發(fā)氧化還原反應(yīng)，這是除氧的核心過程：
首要反應(yīng)：2Fe + 2H₂O + O₂ = 2Fe(OH)₂，海綿鐵中的單質(zhì)鐵被氧化為氫氧化亞鐵(Fe (OH)₂)，水中的溶解氧則被還原為水分子，該反應(yīng)在常溫下即可快速進(jìn)行，能快速消耗水中 80% 以上的溶解氧;
二次反應(yīng)：生成的氫氧化亞鐵(Fe (OH)₂)不穩(wěn)定，易與水中殘留的溶解氧進(jìn)一步反應(yīng)，生成氫氧化鐵(Fe (OH)₃)，反應(yīng)式為4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃。氫氧化鐵呈絮狀或細(xì)微顆粒狀，為后續(xù)物理過濾截留提供了條件，同時(shí)也進(jìn)一步降低了水中的溶解氧含量，使 DO 從初始的 8-12mg/L 降至 0.05mg/L 以下。
2. 物理過濾截留：反應(yīng)產(chǎn)物的分離
過濾罐內(nèi)除了海綿鐵介質(zhì)層，通常還會(huì)在其下方設(shè)置支撐濾料層(如石英砂、無煙煤)，上方設(shè)置預(yù)處理濾層(如細(xì)孔濾網(wǎng))，形成多層過濾結(jié)構(gòu)：
海綿鐵反應(yīng)生成的氫氧化鐵絮體、未完全反應(yīng)的微小海綿鐵顆粒，在水流的重力作用下，被支撐濾料層的孔隙物理攔截，無法隨出水流出;
預(yù)處理濾層則可過濾掉原水中的懸浮雜質(zhì)(如泥沙、膠體)，避免其堵塞海綿鐵的孔隙，保證海綿鐵與水的充分接觸，維持穩(wěn)定的除氧效率。通過多層過濾，出水濁度可控制在 5NTU 以下，避免了反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入后續(xù)管網(wǎng)或設(shè)備造成堵塞、腐蝕等問題。
3. 介質(zhì)再生與反洗：性能恢復(fù)與系統(tǒng)維護(hù)
隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，海綿鐵表面會(huì)逐漸被氫氧化鐵覆蓋，孔隙易被堵塞，導(dǎo)致除氧效率下降。此時(shí)需通過反洗再生恢復(fù)海綿鐵的活性，常見操作流程如下：
反洗：關(guān)閉進(jìn)水閥，開啟反洗進(jìn)水閥和排水閥，利用高壓水流(流速通常為 8-12m/h)反向沖洗海綿鐵介質(zhì)層。反洗過程中，一方面可沖刷掉海綿鐵表面附著的氫氧化鐵絮體和雜質(zhì)，疏通孔隙;另一方面，水流的擾動(dòng)可使海綿鐵顆粒相互摩擦，去除表面氧化層，暴露新鮮的單質(zhì)鐵表面，恢復(fù)其還原能力;
正洗：反洗結(jié)束后，關(guān)閉反洗閥，開啟進(jìn)水閥和正洗排水閥，進(jìn)行正向沖洗，將殘留的雜質(zhì)和反洗廢水排出，直至出水清澈、DO 含量達(dá)標(biāo)，設(shè)備即可重新投入正常運(yùn)行。對于部分高負(fù)荷運(yùn)行場景，還可在反洗后通入少量還原性氣體(如氮?dú)?，進(jìn)一步還原海綿鐵表面的氧化產(chǎn)物，提升再生效果。
二、過濾式海綿鐵除氧器的核心優(yōu)勢
相較于熱力除氧、電化學(xué)除氧、樹脂除氧等技術(shù)，過濾式海綿鐵除氧器在工業(yè)循環(huán)冷卻水、中小型鍋爐給水、熱力管網(wǎng)補(bǔ)水等場景中，具備以下突出優(yōu)勢：
1. 除氧效率穩(wěn)定，適應(yīng)水質(zhì)范圍廣
海綿鐵的多孔結(jié)構(gòu)使其與水的接觸面積大，氧化還原反應(yīng)充分，除氧率長期穩(wěn)定在 99% 以上，可穩(wěn)定將水中 DO 含量控制在 0.05mg/L 以下，滿足 GB/T 1576-2018《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》中鍋爐給水(DO≤0.1mg/L)的標(biāo)準(zhǔn)要求;
不受進(jìn)水 pH 值(5.5-9.5)、溫度(5-40℃)及常見離子(如氯離子、硫酸鹽)的顯著影響，即使面對濁度較高(≤20NTU)的原水，經(jīng)預(yù)處理濾層過濾后，仍能保持良好的除氧效果，避免了傳統(tǒng)化學(xué)除氧對水質(zhì)參數(shù)的嚴(yán)格限制。
2. 運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)性突出
能耗低：無需像熱力除氧那樣消耗蒸汽加熱，也無需像電化學(xué)除氧那樣持續(xù)供電維持電場，僅需借助原水自身壓力或低功率水泵(用于反洗)驅(qū)動(dòng)水流，能耗僅為熱力除氧的 1/30-1/10，年耗電量通常僅幾百至幾千度;
介質(zhì)成本低：海綿鐵介質(zhì)價(jià)格低廉(每噸僅幾千元)，且通過反洗再生可重復(fù)使用 2-3 年，無需頻繁更換;反洗用水可采用處理后的回用水，進(jìn)一步降低水資源消耗，整體運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于樹脂除氧(需定期補(bǔ)充再生藥劑)和電化學(xué)除氧(電極維護(hù)成本高)。
3. 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)便捷
設(shè)備主體為圓柱形過濾罐(直徑 0.8-3m，高度 2-4m)，內(nèi)部僅包含海綿鐵介質(zhì)層和支撐濾料層，無復(fù)雜機(jī)械部件(如電極、加熱管、樹脂再生系統(tǒng))，占地面積小(單臺(tái)設(shè)備占地僅 2-10㎡)，適合場地受限的中小型企業(yè);
安裝流程簡單，僅需連接進(jìn)出水管路、反洗管路和控制系統(tǒng)，1-3 天即可完成安裝調(diào)試;日常維護(hù)僅需定期(通常每 1-2 周)進(jìn)行 1 次反洗，操作無需專業(yè)技術(shù)人員，通過手動(dòng)閥門或簡易自動(dòng)控制系統(tǒng)即可完成，維護(hù)難度遠(yuǎn)低于電化學(xué)除氧和樹脂除氧。
4. 無二次污染，環(huán)保安全性高
除氧過程僅產(chǎn)生氫氧化鐵(Fe (OH)₃)，該物質(zhì)為無毒無害的固體，經(jīng)過濾截留后可作為一般固廢處理(或用于建筑材料、污水處理吸附劑等)，無有毒氣體(如氯氣、臭氧)或有害液體(如化學(xué)藥劑殘留)產(chǎn)生;
無需添加化學(xué)除氧劑(如亞硫酸鈉)，避免了藥劑過量導(dǎo)致的水中硫酸鹽超標(biāo)、管道腐蝕等問題，也不會(huì)對后續(xù)工藝(如鍋爐換熱、循環(huán)水使用)造成水質(zhì)干擾，符合環(huán)保要求，尤其適合對水質(zhì)安全性要求較高的食品加工、制藥等行業(yè)的輔助用水處理。
5. 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性高
當(dāng)進(jìn)水流量(波動(dòng) ±20%)或 DO 含量(短期升高至 15mg/L)出現(xiàn)小幅波動(dòng)時(shí)，海綿鐵的大量反應(yīng)位點(diǎn)可快速消耗新增的溶解氧，出水 DO 含量不會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)，抗沖擊能力優(yōu)于樹脂除氧(吸附容量有限，易受流量波動(dòng)影響);
設(shè)備無易損部件，故障率低(年故障率通常低于 5%)，且故障排查簡單(多為管路堵塞、閥門故障等)，可快速維修恢復(fù)運(yùn)行，能為工業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定的除氧水保障，減少因除氧不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)損失。
6. 適用場景廣泛，性價(jià)比高
不僅適用于中小型鍋爐給水(蒸發(fā)量≤20t/h)、工業(yè)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，還可用于油田回注水、中央空調(diào)循環(huán)水、污水處理廠回用水等場景的除氧處理，適用水量范圍廣(單臺(tái)設(shè)備處理量 5-100m³/h)，可通過多臺(tái)并聯(lián)滿足更大水量需求;
設(shè)備初期投資低(單臺(tái)設(shè)備造價(jià)通常為幾萬元至幾十萬元)，遠(yuǎn)低于電化學(xué)除氧(幾十萬至幾百萬元)和熱力除氧(需配套鍋爐、蒸汽管路，投資更高)，且投資回收期短(通常 6-12 個(gè)月)，性價(jià)比優(yōu)勢顯著。
