磁分離技術(shù)在水處理工程中的應(yīng)用工藝及發(fā)展趨勢

田智林

（金寨金葉供水有限公司，安徽 六安 237300）

近年來，磁分離技術(shù)已慢慢應(yīng)用于水處理。從1960年代開始，前蘇聯(lián)使用磁凝聚力來解決鋼鐵廠的除灰廢水。1960年代末，英國MIT專家Kom教授發(fā)明了高梯度定向磁過濾裝置。1970年代，英國使用磁絮凝和高梯度定向磁選技術(shù)來解決鋼鐵、食品、化工廠和造紙行業(yè)的廢水。在我國從1970年代中期到1980年代初，磁凝、磁盤法和高梯度定向磁分離技術(shù)被用來解決煉鐵和軋鋼廢水。磁分離被用作污水處理中的物理解決技術(shù)，它已經(jīng)以多種方式成功使用，顯示出許多優(yōu)點。

一、磁分離技術(shù)物理原理

磁分離這一技術(shù)主要是以磁性為基礎(chǔ)，針對廢水當(dāng)中所存有殘留顆粒進(jìn)行分離，針對水體當(dāng)中非磁性或弱磁性顆粒物，通過磁分離技術(shù)能夠令其具有磁性，從而被有效分離。基本概念是基于通過添加電磁場將其與廢水分離以產(chǎn)生去除或購買目的而產(chǎn)生的磁力，來排出廢水中的磁性漂浮顆粒。電磁場本身是一種具有獨(dú)特動能，水或溶液的電磁場，其電光特性，電導(dǎo)率，相對介電常數(shù)，粘度，化學(xué)變化以及界面張力和吸收，內(nèi)聚效應(yīng)和光催化效應(yīng)的特性其他電平會導(dǎo)致可以準(zhǔn)確測量的變化，并且當(dāng)消除電磁場時，此類變化可能會持續(xù)數(shù)小時或數(shù)天，并帶有存儲空間。由于這種情況的存在，磁性技術(shù)多年來一直是科學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)中的熱點。為了更好地分析和方便起見，我們將廢水中的磁性懸浮細(xì)顆粒視為球形物體，直徑為d，相對密度為p，質(zhì)量為m。根據(jù)磁性粒子的承載力，其軌跡可以通過以下矢量方程式表示：M*dv/dt=F。式中M為漂浮顆粒的質(zhì)量，kg；dv/dt漂浮顆粒，瞬時速度，m/s2；ZF作用在粒子上的力的組合N，其中≥F=Fg Ff Fp Fz（其中Fg是力，F(xiàn)f是水的浮力，F(xiàn)p是液體的摩擦阻力，F(xiàn)z是磁力）。

二、磁分離水處理技術(shù)的運(yùn)用與優(yōu)勢

（一）磁凝聚法

磁凝聚這一方式能夠有效促進(jìn)異相分離，同時也能夠有效促進(jìn)砂礫池與磁盤工作效率，通過斯托克斯定律不難看出，磁盤通過對磁性顆粒的吸引，能夠令粒子逐漸加大，同時，其所承載磁力也會增長，這此時磁盤更易對其進(jìn)行清除。在廢水中，水中的磁性顆粒會根據(jù)電磁場被磁化，從而產(chǎn)生一個有兩個磁極的小磁場。由于電磁場梯度的方向為零，因此會受到相同大小和方位角的反向力的影響，合作力為零。顆粒沒有被電磁場收集，但是顆粒彼此吸引并聚集成固體顆粒。單受到電磁作用后，由于廢水中所存有磁性顆粒通常帶有一定程度的磁能量，故而其會在磁盤影響下而出現(xiàn)凝聚作用。對于鋼鐵廢水，根據(jù)預(yù)磁化方案，一般地基沉降效率可以提高40%-80%。磁凝聚法的特點是：可以節(jié)省有機(jī)化學(xué)斜板沉淀池中使用的大量藥物及相應(yīng)的儲藏，配制和投藥機(jī)械設(shè)備；使用電磁體時，僅需一項項目投資，而無須每天花費(fèi)成本，不消耗電力和能源。磁凝聚法處理一立方米廢水僅需0.001-0.003 kWh，能耗非常小。實際效果穩(wěn)定，無須復(fù)雜的實際操作和管理方法；無二次污染，廢水的鹽度不增加，有利于水循環(huán)。與有機(jī)化學(xué)藥物相比，污泥量少，易干燥，污泥可以回收利用。

（二）磁盤法

磁盤法依靠硬盤的磁力來吸收緩慢旋轉(zhuǎn)的磁盤上廢水中的漂浮顆粒。隨著磁盤的旋轉(zhuǎn)，將泥渣帶出水面，并通過刮擦擋泥板而被清除，磁盤表面再次進(jìn)入水中。在這里，水中的顆粒再次被吸收，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行。為了提高實際效果，應(yīng)該改善磁化強(qiáng)度，磁力梯度的方向和粒徑。因此，磁盤通常與磁凝聚法或旋轉(zhuǎn)斜盤沉淀池結(jié)合使用。磁盤法的特點是：效率高，凈化處理時間短。解決鋼廢水時，廢水僅需停留在磁盤工作區(qū)2-5s。根據(jù)所有步驟，上下僅需2分鐘。凈化處理效率可以達(dá)到94%-99.5%；面積很小，只需一般沉淀池的5%；污泥溶解后含水量低，容易干燥。磁盤及附屬機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維修方便，但刮泥方法有待改進(jìn)。

（三）高梯度磁分離法

這一方式主要將具有極高磁性，并且磁力密集的不銹鋼板最為主要材料，當(dāng)廢水當(dāng)中所含有污染物真鋼毛所存有磁作用超出其摩擦阻力與作用使，此類污染物未被鋼絲絨所攔截，在對等效電路進(jìn)行停止后，磁力便會消失，同時所收集污染物會經(jīng)過水與蒸汽反洗，從而促使污染物得到有效分離。除此之外，高梯度磁分離這一技術(shù)不僅具有極強(qiáng)磁化，同時其所使用材料也具備極強(qiáng)磁能力，與傳統(tǒng)磁分離設(shè)備相比較，這一設(shè)備能夠在更短時間內(nèi)對污染物進(jìn)行分離，其在現(xiàn)階段諸如污水、重金屬、油澤、細(xì)菌、藻類、測速、有機(jī)化合物、放射性物質(zhì)等方面有著極為強(qiáng)烈應(yīng)用效果。

（四）超導(dǎo)磁分離法

超導(dǎo)體在特定壓力臨界值之下，具有較強(qiáng)導(dǎo)電性，即為零電阻，同時也不會產(chǎn)生任何熱損失，因此，可通過大電流增強(qiáng)磁分離強(qiáng)度，例如，可在2T強(qiáng)度的磁傳感器當(dāng)中使用納米管。同時，超導(dǎo)體也能夠獲得較高磁力梯度方向，其主要特點為磁感應(yīng)體不會發(fā)熱，并且能耗與運(yùn)行成本性價比較高，能夠制作成為磁性過濾裝置。

三、磁分離水處理技術(shù)存有問題與未來發(fā)展趨勢

目前，磁分離廢水處理技術(shù)仍存在以下技術(shù)難點和局限性：第一，材料的磁損耗導(dǎo)致系統(tǒng)后退，磁設(shè)備無法磁吸引磁化介質(zhì)，并清洗整理顆粒，從而危及下一個循環(huán)時間的工作效率。第二，為了更好地改善磁場梯度的方向，必須選擇具有高磁飽和度的磁化材料。磁化材料的選擇具有一定的技術(shù)水平，并增加了運(yùn)營成本。最后，磁性種的成本非常高，無法購買和重復(fù)使用，易于應(yīng)用且具有很強(qiáng)合理性的磁選技術(shù)設(shè)計是進(jìn)一步開發(fā)中必須考慮的困難。盡管磁分離技術(shù)是一種簡單，可行，高效的廢水處理技術(shù)，但是由于上述技術(shù)上的困難和局限性，仍需要對其進(jìn)行進(jìn)一步研究。

在這一環(huán)節(jié)中，磁分離技術(shù)在食品，含油污水，生活污水處理和造紙廠廢水的處理中得到了極大的改進(jìn)。它對于去除重金屬中多余的真空殘留物和非常細(xì)的總?cè)芙夤腆w（尤其是微生物菌株，病原體和藻類）非常有效。如何使包括磁場在內(nèi)的空氣污染源也取得了突破性的成果。微磁性絮凝技術(shù)將空氣污染源變?yōu)榇判钥諝馕廴驹矗≧eCoMag技術(shù)），并且磁性催化反應(yīng)速率將生物曝氣濾池改為磁性曝氣生物濾池（MagBR技術(shù)）已被廣泛使用。實際上，真正的磁分離技術(shù)是美國麻省理工學(xué)院的代表性高梯度方向感應(yīng)線圈過濾器技術(shù)（HGMS）和成都的希臘土壤計算機(jī)硬盤的分離和純化技術(shù)，區(qū)別取決于正面。一個是感應(yīng)線圈，它會被間歇性地過濾，而后者是一個永久性的鐵氧體，會被連續(xù)地分開。

四、結(jié)束語

綜合上文所述，相關(guān)科研人員仍在嘗試擴(kuò)展新的應(yīng)用方式，例如將磁分離技術(shù)應(yīng)用于海平面的多層次消除以及蔬菜，水果，瓜類和蔬菜中農(nóng)藥殘留的消除。磁分離技術(shù)是一種清潔，環(huán)保和節(jié)能的技術(shù)。它符合當(dāng)前的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)概念。如果可以采用一些現(xiàn)有的技術(shù)來解決這些問題，那么磁分離技術(shù)可以在污水處理行業(yè)中發(fā)揮更大的作用。