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磁混凝沉淀技术

磁混凝沉淀技术简介

所谓磁混凝沉淀技术就是在普通的混凝沉淀工艺中同步加入磁粉,使之与污染物絮凝结合成一体,以加强混凝、絮凝的效果,使生成的絮体密度更大、更结实,从而达到高速沉降的目的。磁粉可以通过磁鼓回收循环使用。
整个工艺的停留时间很短,因此对包括TP 在内的大部分污染物,出现反溶解过程的机率非常小,另外系统中投加的磁粉和絮凝剂对细菌、病毒、油及多种微小粒子都有很好的吸附作用,因此对该类污染物的去除效果比传统工艺要好。同时由于其高速沉淀的性能,使其与传统工艺相比,具有速度快、效率高、占地面积小、投资小等诸多优点。
以前,磁混凝沉淀技术在水处理工程中实际应用极少,原因是磁粉的回收问题一直没有得到很好地解决。现在这一技术难题已被成功解决,磁粉回收率可达99 %以上,这样,磁混凝沉淀工艺的技术优势和经济优势就得到了充分体现,在国内外得到了越来越广泛地应用。目前,美国有15 000 t/d 的市政污水处理项目采用了磁混凝沉淀技术。我国在城市污水处理、中水回用、自来水处理、河道水处理、高磷废水处理、造纸废水处理、油田废水处理等方面对该技术的中试已经完成,均取得了较好的结果。该技术的应用已在油田废水东营胜利油田的一期工程(5 000 t/d)中开始实施,在北京清河污水处理厂,日处理量5 万t 的磁处理工厂已建成并投入使用。

磁絮凝作用机理

根据混凝机理,加入混凝剂主要是通过改变胶体或悬浮颗粒的表面性质,使胶体或絮团的吸引能大于排斥能而促进凝聚,而加入絮凝剂的作用主要是通过架桥作用使颗粒聚集增大的。
含磁絮团的形成与不含磁絮团的形成过程一样,都是在混凝剂的作用下完成的。对磁粉的ζ电位的测试结果表明,磁粉表面呈负电性(ζ=-10.5 mV)。由此可以推断,含磁絮团的形成经历如下:首先,混凝剂水解产生的正离子由于吸附电中和作用聚集于带负电荷的胶体颗粒和磁粉颗粒周围;然后,由于静电斥力的消失,胶体颗粒与磁粉颗粒之间以及它们自身之间通过范得华引力长大;最后,通过絮凝剂的架桥作用,进一步将凝聚体絮凝成大絮团而沉淀。由此可见,有磁粉参与的磁絮凝反应与没有磁粉参与的絮凝反应没有本质区别,磁粉与其他的细微悬浮颗粒一样,混凝剂的作用机理对它同样起作用,已有的混凝理论对磁絮凝反应同样具有指导意义,所有的强化混凝措施都将促进磁絮凝反应的进行。

磁粉的回收

传统的磁粉回收装置有格栅型、鼓型、带型等,最常用的为转鼓式。它的主要部分由固定的磁系和在磁系外面转动的非磁性圆筒构成。磁系的磁极极性沿圆周方向交替排列,沿轴向极性单一,磁系包角106~135 °[3],圆桶是用来运载黏附在其表面上的磁性物质,其工作原理如图所示。

图 转鼓式磁粉回收装置工作原理图

含有磁粉和污泥的污水从转鼓的一端进入分离装置,固定磁极将磁性颗粒吸出并附着在滚筒表面,随着滚筒的转动,被带至磁系边缘的低磁区,并从磁性物质出口卸下,非磁性物质则在重力的作用下,沿分离槽流至非磁性物质出口排出,完成磁性物质和非磁性物质的分离过程。

工艺优势

(1)占地小:系统集成化程度高,磁加载物的投入使得絮体沉降速度快,从而减小了装置体积及整体的占地面积,比常规工艺占地面积小15倍以上;单套30000m3/d规模加载混凝磁分离系统的占地约为300m2左右。
(2)移动性:集成度高使得装置可以做成车载、船载式移动式设备,非常适合应急事件、农村生活污水和饮用水等多个领域的水处理。
(3)见效快:沉降速度快,停留时间短,启动时间快,整个系统进出水不到20min,且处理效果好,能高效去除各种污染物质,其出水水质可与超滤膜出水相媲美,尤其针对水体中的总磷(TP)可至<0.2mg/L。
(4)投资少:系统简单,占地面积小,移动式设备无需土地审批,施工周期短,且可以在原有设备基础上进行改造,可极大的减少投资成本。
(5)运行成本低:系统能耗低,设备维护简单,先进的磁分离回收装置使得磁物质可完全回收,高效地污泥回流系统减小了药剂投加量,可有效的降低运行成本。  此外,其它工艺相比,磁分离技术具有以下优势:
(1)该工艺能有效对城市污水的一级、二级、三级以及中水和多种工业污水、饮用水的处理。
(2)表面负荷可达20 m3/m2•h~40 m3/m2•h。
(3)污泥被高度压缩,浓度高
(4)设备的使用寿命长,除了正常的维护外,不用更换部件而造成高昂二次投资(膜工艺操作和维修费用估计是加载混凝磁分离系统费用的1.3倍以上)。
(5)对水质和水量均有很强的耐冲击能力,短时间内的高峰流量可达平均流量的1.5倍。当进水水质有较大波动或其它有害金属离子进入磁分离系统,系统仍然能够保持较高的去除效果,大幅度去除水中污染物。
(6)如果以后总磷指标继续提高,不需要增加投资建设新设施,只需利用现有加载混凝磁分离系统,在运行时增大絮凝剂的用量即可满足要求,甚至达到美国标准TP≤0.2ppm。

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