廉价磁种及磁絮凝分离装置的开发与应用

郑学海，刘东方，杨彦涛
（天津市环境保护科学研究院，天津300191）

　　摘　要：通过廉价磁种的开发以及磁分离机的研制，并对有机废水、印染废水、含油废水、重金属废水等的应用实例表明，磁絮凝分离技术在工业废水处理中有独特良好的应用前景。
　　关键词：磁絮凝；磁分离；废水处理；廉价磁种
　　中图分类号：TU991.22
　　文献标识码：C
　　文章编号： 1000-4602(2000)08-0033-03

　　1 廉价磁种的开发

　　磁种的性质与价格是影响磁分离性能与运行费用的重要因素，为使磁絮凝技术在废水处理中占有一席之地，本研究开发的磁种具有以下特点：
　　以废治废，原料来源丰富；
　　无需复杂制备工艺；
　　廉价高效，适宜各类工业废水；
　　无有害重金属的引入。
　　磁种原料采用炼钢厂排放的烟尘和气溶胶凝聚物通过静电除尘后的“红土”状细粉。经用电子显微镜扫描，微粒形状以圆球形为主，粒径在0.5μm左右，在接种过程中显现良好的分散性，配制与混凝反应时更显均匀。其化学成分含铁量高，杂质少，主晶相为r—Fe₂O₃，“红土”有少量亚铁离子以FeO形态存在,但并不影响吸着性能。FeO的磁化率为7200×10^-6(293℃)，Fe₂O₃为3586×10^-6(103℃)。若用此废料直接加工成铁氧体，其磁性主要技术参数也能达到国家SJ285—77标准。测试结果见表1。

　　平行比较试验与大量使用结果表明，所开发的“红土”磁种与商品磁粉在投加量、COD去除率、SS残留、吸着分离能力等方面均无差别，而在分散性、无需回收、价格低廉等方面更具有明显特点，其比较结果见表2。

　　2 磁分离装置的研制?

　　带有磁种的废水絮绒体与水中其他物质的磁性差异是磁分离基础。磁分离按磁场类型可分为永磁分离、电磁分离和超导磁分离。按结构原理可分为磁凝聚分离、磁盘分离和高梯度磁分离。按工作方式可分为连续式或间歇式，凝聚沉降分离和磁力吸着分离。本研究所设计的装置是永磁连续吸着式分离机。
　　2.1 工作原理?
　　永久磁铁按一定方式排列形成磁回路，污水在磁圆盘的梯度磁场中通过时包裹磁种的悬浮絮 绒体被吸着在缓慢转动的盘表面，随着转动将污泥带出水面，同时开始沥水，转至刮泥板口，污泥被刮除后，盘面又进入水中，重新吸着周而复始。原污水与磁盘旋转方向成逆流，SS 逐级被永磁体吸着，流动过程中污水逐级变清。工作原理详见图1。

　　2.2 分离机特点?
　　①进入分离机的悬浮颗粒是具有磁性种的凝聚体，进入转盘磁场中即被磁化吸着。若进入前先经预 磁化，则预磁化程度与流速及预磁强度有关。
　　②污水在磁盘梯度磁场小区的停留时间为数秒钟，全程需几分钟，SS的去除率可达90%～99.5%。
　　③磁分离机的污泥含水率为85%～90%，且污泥容易脱水。
　　④分离机可实行无级调速，连续运行。本研究所用样机的磁盘直径为0.5 m，产品盘的直 径为1 m，每磁盘处理量为14m³/d，设计时可根据水量大小增减磁盘数量。磁盘与本体的材质可采用玻璃钢或不锈钢，前者价格便宜30%。

　　 3 几种工业废水的处理实例
　　磁絮凝与分离的主要工艺过程见图2。

　　3.1 磁絮凝处理高浓度有机废水
　　某日资汽车配件工厂的排放废水中含有聚烷撑类化合物，COD为2000mg/L左右，要求处理后COD为150mg/L。用一般物化、生化法均难达标，采用磁絮凝工艺条件及结果见表3。

　　结果表明：
　　磁种用量不影响COD去除率，只影响吸净的难易。当用量在1g/L时，絮凝体吸出容易(一次即全部吸出)，用量降到0.6g/L时二次基本吸净，降到0.4g/L时则需要三次才能吸净。而在实际运行的分离机中，转盘不断旋转过程可实现连续多级吸着，COD去除率与磁絮凝条件有关，只要控制好条件，适量加入磁种即可保证去除率及污泥顺利吸出。
　　聚烷撑溶液相变时需投碱，10%NaOH用量在2～10 mL/L变化时对废水COD去除率基本无影响。控制碱用量的目的是絮凝完成后出水pH在8～9，这样既满足了相变所需的碱性条件和絮凝所必须的用碱量，又满足了出水pH达标的要求，从而达到降低成本、简化工艺的目的。
　　添加Mg²⁺是针对该废水来自制纯水的洗涤水，调整硬度更有利于磁絮凝，使其出水清澈透明，一般工业废水无须投加Mg²⁺。　
　　根据以上试验结果提出的工艺参数所设计的处理工程规模为72m³/d，工程已运行三年，达标排放。工程投资为日本同类工厂所采用的化学氧化加生物处理工艺的1/10。
　　3.2磁絮凝处理含铅废水
　　某蓄电池工厂生产过程排放含铅废水浓度在15～50mg/L。?
　　原废水处理工艺采用：

　　存在的主要问题是微细的Pb(OH)₂絮体过滤困难，滤压高、周期短、滤芯堵塞、反冲洗困难。由于现场排水水质不稳定，磁絮凝试验采用模拟最高排放浓度50mg/L和一般排放浓度15mg/L两种情况，pH为3～4，处理结果见表4。

　　结果表明：由于原水中Pb²⁺含量高，可适当增加一些“红土”的用量，有利于沉淀析 出。原水含铅浓度无论在高浓度或低浓度时，经磁絮凝处理后均可达到0.09mg/L，远低于排放标准1mg/L。该厂原废水处理流程经采用磁絮凝工艺改造后，铅的排放浓度降到0.5mg/L，并解决了滤芯堵塞，反冲困难等问题。
　　3.3 磁絮凝对染料废水的脱色试验
　　试验选用翠蓝染料和活性艳红二种染料母液稀释液，色度在1000倍，定量加入脱色剂、磁种以及聚丙烯酰胺(阴)，用NaOH调节pH至8～9，结果见表5、6。

　　试验结果表明：脱色剂与磁絮凝结合能有效脱色与分离，对活性染料的色度去除率≥98%，磁种与PAM用量增加有利于沉淀析出。
　　3.4磁絮凝处理含油废水
　　某漆包线厂含油废水呈灰黑色，pH＝7。采用聚铁磁絮凝的处理结果见表7。

　　聚铝磁絮凝的处理结果见表８。

　　由以上两种试验可见，含油废水处理用磁絮凝聚铁效果优于聚铝。另外用国产管式超滤膜分离对照试验表明，当原水含油量为290mg/L，COD为747mg/L时，膜分离后含油量为35mg/L，COD为85mg/L，出水无色透明。因此，用磁絮凝能取代膜处理，投资可省40%。

　　4 结论

　　　磁絮凝技术与快速分离是很有应用前景的水处理技术。其特点是：?
　　　处理方法简单易行、经济有效、能实现快速分离与快速沉降。在占地、能耗、操作、污泥含水率、脱水性能与特殊胶体分离等方面较传统分离技术有明显优势和独特性能。?
　　　研究开发的磁种，来源丰富、价格低廉、使用性能稳定，经对其物化性能与结构分析以及示范工程二年来实际使用证明，其性能与商品磁粉相同，但价格仅为商品磁粉的1/20，在经济上为磁絮凝技术的拓宽应用途径奠定了基础。
　　　提出的磁分离成套技术与设备可全部国产化，能适用于不同类型废水处理的磁分离工艺要求。?

　　参考文献：
　　［1］北京市环境保护科学研究所.水污染防治手册［M］.上海：上海科学技术出版社，1989.351-353.??