一種新型磁分離技術裝備及其在高蛋白廢水中的應用試驗

陳 錢，袁 軍，張富青

(武漢工程大學，湖北 武漢 430205)

近年來，隨著全國人民生活水品的不斷提高，人們對各種海魚制品的需求與日俱增，進而延伸出了大大小小的水產工廠，各種琳瑯滿目的魚產品也不斷地被推上市場。然而在魚產品的制作過程中往往會產生大量的工業廢水，一般的企業通常會直接忽視這些廢水的價值，簡單處理后就排放了。此類廢水中富含大量魚蛋白資源、氨基酸，并有豐富的生長因子、膠體、不溶性的懸浮物等，還存在一定量的核苷酸[1]，這些都是可用的寶貴資源。這些資源由于回收困難，即被大量浪費了，高蛋白廢水的隨意排放不僅浪費資源還會對生態環境產生一定的破壞，因此充分回收和利用此類資源迫在眉睫。

1 高蛋白廢水成因及危害

魚類的血液、內臟及骨頭中均存在大量的蛋白質，魚制品生產廢水的來源主要包括魚類屠宰清洗水、蒸煮廢水、生產車間和設備清洗水、地面清洗水、原料處理用水等。這些未處理廢水含有原料浸出物、產品溢流液，并混有原料殘渣等，所以此類廢水中蛋白質含量可高達5～30mg/mL[2]，COD值亦可達10000-20000mg/L，其直接的排入河流會使自然界的水體發生富營養化，水草瘋長，水生動物大量死亡，危害環境。因此我們不僅要回收此類廢水中的蛋白資源，更需把它處理到對環境傷害盡量最低的標準。

2 現階段高蛋白廢水處置方法

目前對高蛋白廢水所采用的是混凝絮凝+氣浮分離的混合工藝。該工藝的環保處理方式是新建廢水終極回收儲池(儲池下端安裝有大型攪拌裝置)，該儲池最大容量5000噸。生產車間產生的高蛋白廢水經過幾級簡單的過濾后儲存在規范的儲池中。當儲池水量達到一定時，開啟攪拌裝置，待水流均勻湍動時，廢水經提升泵打入混凝藥劑桶，并在不斷地曝氣狀態下，藥劑與廢水充分混合，混合均勻后再經另一級的提升泵打入氣浮分離塔進行魚糜和廢水的分離。魚糜轉入其它加工車間，分離廢水則進入深一步的處理或者直接排送污水處理廠。具體工藝流程見圖1。

圖1 氣浮工藝流程

3 磁分離技術

磁分離技術是利用元素或組分敏感性的差異，借助外磁場將物質進行磁場處理，從而達到強化分離過程的一種新興技術[3]。

3.1 傳統磁分離技術

磁分離工藝常與化學混凝工藝結合使用，傳統磁分離技術是在常規混凝的基礎上，向水中投加磁性物質，使水中膠體懸浮顆粒、磁粉和混凝劑充分接觸碰撞結合形成"磁性絮團"，利用磁粉顆粒密度大的特性使磁性絮團快速沉降從而達到去除污染物的目的。該技術具有處理效率高、占地面積小，出水水質安全可靠等優勢。

3.2 新型磁分離技術

本次試驗所采用的的是某環境公司自行設計并生產的新型稀土磁盤分離凈化裝置，如圖2所示。

圖2 磁分離裝置

該裝置的大致配備單元如下：混凝水槽、藥劑槽、磁粉攪拌槽、撞擊流反應器、稀土磁盤主機、分散機，退磁機(磁鼓分離器)等。其對應的詳細工藝流程如圖3所示。

圖3 磁分離工藝流程

將PAAS、經撞擊流反應器充分混合的高蛋白廢水、磁粉與PFSI分別按一定流速同時泵入以一定速度在攪拌的混凝水槽，藥劑與廢水在短時間內產生物理化學反應并產生絮體，混合廢水流經磁盤分離機后即得出水和磁絮體，出水進一步后處理或外排，磁性絮體經過分散機處理，不具磁性的絮體流經磁轉鼓時，從底部流出即得可加工魚糜，分散后的磁粉被磁轉鼓吸附后，進一步經過退磁機處理，獲得可重復利用磁粉并螺旋推入磁粉槽回用。

該裝置的主要技術特點：①磁盤分離機；②撞擊流反應器；③該公司專利技術特殊處理磁種。

磁盤吸附分離原理：磁盤吸附分離設備是由稀土永磁材料做成的磁盤串裝而成，磁盤間為流水通道，通過對磁盤上磁極的布置，使磁盤間形成強磁場。當水流流經磁盤間的流道時，水中所含的磁性懸浮顆粒，受到磁場的吸引力Fm的作用，同時也受到重力Fg和水流阻力Fc的作用，當Fm大于(Fg + Fc) 在磁力方向上的分量時，顆粒向磁源方向移動，從流體中分離出來，吸附到磁盤上。磁盤以 1.2～2.0r/min的轉速運轉，讓懸浮物脫去大部分水分，運轉到刮渣條時，形成隔磁卸渣帶，由刮渣輪刮入螺旋輸送機，被輸送至磁粉回收系統。刮渣后的磁盤重新轉入水中，形成周而復始的稀土磁盤分離凈化廢水過程[4]，分離原理如圖4所示。

圖4 磁盤吸附分離原理

撞擊流原理：撞擊流最早的構思是由Elperin[5]提出的，使兩股等量氣體充分加速固體顆粒后形成的氣-固兩相流同軸高速相向流動并在兩加速管的中間即撞擊面上相互撞擊，形成一個高速湍流、顆粒濃度最高的撞擊區，如圖5所示。

圖5 撞擊流結構及原理

撞擊流這種傳遞方式的優點在于:①相間傳遞可以通過顆粒與反向氣流間的相對速度大幅度增加；②顆粒在相向氣流間往復滲透延長了它們在傳遞活性區中的停留時間，使得強化傳遞的條件在一定程度上得以延續。而在氣-液體系撞擊流中，高的相間相對速度和顆粒碰撞促進液相表面更新，減小液膜阻力，從而增大總傳質系數。對于液-液連續相向撞擊，加上顆粒的往復振蕩運動，導致撞擊區強烈混合，造成溫度和組成均化。這有利于提高平均推動力，促進傳遞過程[6]。

該裝置引入撞擊流的目的是為了增強廢水與PFSI/磁粉混合藥劑的分散程度，以便于強化后續的混凝分離過程。

4 試驗

4.1 原材料

以該工廠污水處理車間終極儲池廢水為原料，分別采用該新型磁分離裝置、混凝氣浮裝置進行處理，并對處理前后水樣的色度、COD、蛋白質含量、總P、總N、氨氮量進行測定，然后對比分析。

4.2 化學藥劑

混凝劑：質量分數25%聚合硅酸鐵(PFSI)溶液。

磁粉：自制的專利技術改性的摻鋇鐵氧體磁粉，質量分數為10%的溶液。絮凝劑：質量分數為0.1%的陰離子型聚丙烯酸鈉(食品級PAAS)溶液。堿液：質量分數為10%的氫氧化鈉溶液。

4.3 結果與討論

表1 數據匯總

表1(續)

由表1可知，該新型磁分離法對蛋白廢水的色度、COD、蛋白含量、總P、總N的去除效果均較原始氣浮分離法高達一倍，分為80%、63%、90%、87%、78%。尤其蛋白的去除率高達90%，這不僅有利于蛋白的回收利用，更便于后期的水處理進程。

5 結語

現場試驗證明該新型磁分離技術對水產行業高蛋白廢水的處理效果很理想，明顯優于氣浮沉降工藝。同時該技術的應用裝置還具有占地面積小、處理效率高的明顯優勢，后期該設備的維護亦較為方便。從環保和經濟長遠效益的角度考慮，該新型磁分離技術逐漸取代傳統混凝絮凝+氣浮沉降工藝是可行的。