磁分離與生物耦合技術(shù)在污水處理中的成效觀察

倪亭亭 劉慶玉

1.青島海檢節(jié)能環(huán)保有限公司；2.青島理工大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院

1 前言

磁分離技術(shù)體現(xiàn)出分離速度較快、效率較高等多種優(yōu)勢，被廣泛地運用至食品廢水處理、含油廢水處理中。傳統(tǒng)的污水處理工藝中，污泥的沉降性能對于污水廠的基本運行情況能夠產(chǎn)生一定的影響，特別是污泥膨脹現(xiàn)象，很多污水處理廠均會出現(xiàn)。該項技術(shù)的誕生能夠合理地應(yīng)對污泥膨脹現(xiàn)象，體現(xiàn)出十分理想的應(yīng)用前景。水是一種不可再生資源，在社會循環(huán)影響下，很多雜質(zhì)會融入其中，這就使得水資源承受著嚴重的影響，最終導(dǎo)致地球上有限的水資源日益減少。為了合理控制此類危害，應(yīng)該采取科學(xué)化的方案，將磁力分離法適當(dāng)?shù)倪\用起來，保證水資源的安全。

2 磁分離技術(shù)及生物耦合技術(shù)的基本含義

近些年，磁分離技術(shù)成為一門新型的技術(shù)，生物耦合技術(shù)也在實際應(yīng)用的過程中彰顯出自身價值，二者的有效結(jié)合，將會更好的作用于水污染的治理工作中。應(yīng)該明確磁分離技術(shù)的基本含義，同時了解生物耦合技術(shù)，在進行了有效的解讀之后，為水污染工作的治理提供借鑒。

2.1 磁分離技術(shù)

磁分離技術(shù)指的是在磁場之中對具備一定磁性的物質(zhì)或者加磁后的物質(zhì)進行處理，主要是通過元素或者是磁性方面的不同，來分離或者去除受污染水體中的具有強、弱磁性或反磁性的污染物。磁分離技術(shù)起初主要是用于分離礦石以及高嶺土這類固體物質(zhì)中的磁性雜質(zhì)，直至2000 年以后才被相關(guān)人員應(yīng)用在了污水處理領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的水處理技術(shù)相比，磁分離技術(shù)是利用外加磁場直接處理污染物，從原水體系之中抽取污染物的效率更快，并且不會污染原水體系，不會產(chǎn)生生物反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，具備分離速度較快、占地面積相對較小的優(yōu)點。但同時也存在著一定的弊端，主要是不能直接分離磁性較弱或者不具備磁性的污染物，必須通過對磁場強度的提升以及磁種的添加來完成物質(zhì)的加磁處理，這樣才能實現(xiàn)污染物的分離與去除。

2.2 生物耦合技術(shù)

生物耦合技術(shù)主要指的是以生物接觸氧化法為技術(shù)支撐，通過生態(tài)浮床的輔助來完成對有機廢水的凈化。生物接觸氧化法屬于生物膜法工藝的范疇，向污水中投加填料作為載體，附著在載體上的生物膜與污水相接觸，并通過曝氣的方式讓污水處于一種流動狀態(tài)，在生物膜上微生物的作用下使污水得到凈化。通過增加污水和載體的接觸面積，可以有效提升污水處理成效。

3 磁分離技術(shù)及生物耦合技術(shù)的原理

在污水治理中，應(yīng)該明確不同技術(shù)的原理，科學(xué)使用相關(guān)的手段，保證達到理想化的凈化水的效果，讓污水處理更加到位，真正的滿足現(xiàn)階段水資源保護的具體需求。

3.1 磁分離技術(shù)原理

污水中的污染物種類較多，對于部分磁性較強的污染物而言，可以適當(dāng)?shù)剡\用高梯度磁分離技術(shù)，若是磁性較弱的污染物，可以適當(dāng)?shù)赝都哟欧N，如鐵粉和赤鐵礦微粒等，聯(lián)合混凝劑的作用，讓磁種與污染物有效地結(jié)合起來，運用高梯度磁分離技術(shù)加以去除。磁分離技術(shù)對污水進行處理的時候，重點是通過外加磁場的方式，讓磁力產(chǎn)生，將廢水中的磁性懸浮顆粒吸出，由此完成和廢水的分離，保證達到理想的凈化效果。

3.2 生物耦合技術(shù)原理

生物耦合技術(shù)重點是借助于兩個或者是以上不同部分的協(xié)同作用和不同因素的耦合作用，確保生物多種功能得以實現(xiàn)，充分體現(xiàn)出適應(yīng)性。在污水處理工作中，生物耦合技術(shù)便是利用了這一基本的原理，讓污水中的雜質(zhì)得到有效的清除，確保水質(zhì)量明顯提升，得到有效的凈化。

4 磁分離技術(shù)在污水處理中的成效

磁分離運用廢水中雜質(zhì)顆粒的磁性進行科學(xué)化分離，針對水中存在的弱磁性以及非磁性顆粒，通過磁性接種的方式讓其具備磁性，使用外力磁場，讓廢水中磁性懸浮固體科學(xué)分離，以此達到相對理想的凈化目的。將該項技術(shù)和沉降技術(shù)、過濾技術(shù)等加以對比，能夠明確磁分離技術(shù)的處理能力較強、效率較高和能量消耗少等多種優(yōu)勢，其被廣泛地運用至污水處理中，如煉鋼煙塵凈化廢水和燒結(jié)廢水凈化等，展現(xiàn)出理想的發(fā)展前途。下面對其成效詳細解讀。

4.1 磁分離對絮凝團的強化去除作用

為研究磁分離對絮凝團的強化去除作用，本文開展了實驗研究。實驗設(shè)置3 個實驗組，每組將200mL 的污水添加至燒杯中，其中兩個實驗組投加磁種，另外1個實驗組作為對照不投加磁種，在絮凝團完成反應(yīng)后將其分別倒入燒杯中進行沉降。3個實驗組的具體實驗條件如下：第1組不加磁種，且無外加磁場；第2 組投加磁種但無外加磁場；第3 組投加磁種同時施加外加磁場。統(tǒng)計絮凝團的實際沉降時間，觀察沉降情況，并計算每組絮凝團的沉降速度，沉降情況如表1所示。

表1 絮凝團沉降情況

由實驗結(jié)果可得知，將磁種添加至絮凝過程中，所生成的磁性絮凝團由于受到了自身重力以及外加磁場力的影響，沉降速度最快，達到傳統(tǒng)沉降速度的8.2 倍。磁種是磁性絮凝團的核心，能增大磁性絮凝團的密度，使固液分離操作更易完成，且處理周期較短。

4.2 pH值對污水濁度、COD以及TP去除的影響

為了研究pH值對污水濁度、COD以及TP去除的影響，本文設(shè)計并開展了實驗研究。實驗設(shè)置5個實驗組，每組將200mL污水置入燒杯，按順序分別調(diào)整污水 pH 值為 5.0、6.0、7.0、8.0 和9.0，然后各投加60mg 磁種、3mL 聚合氯化鋁（PAC）以及8mL 聚丙烯酰胺（PAM）。使用攪拌機先進行高速攪拌5min，平均攪拌速度為300r∕min，再低速攪拌10min，平均攪拌速度為100r∕min。然后在外加磁場的作用下沉降20min，最后取上清液分別測定濁度、COD以及TP，進而分析pH值對磁分離技術(shù)處理污水效果的影響。

結(jié)果顯示，pH值主要影響濁度以及COD，對TP去除率無直接影響。當(dāng)pH 值低于7.0±0.3，pH 值越高，濁度去除率越高；當(dāng)pH值為7.0±0.3，濁度去除效果最佳；當(dāng)pH值大于7.0±0.3，pH值越高，濁度去除率越低。相似的，當(dāng)pH 值低于7.0±0.3，pH 值越高，COD去除率越高；當(dāng)pH值為7.0±0.3，COD去除效果最佳，可達到57.90±0.2%；當(dāng)pH 值大于7.0±0.3，pH 值越高，COD 去除率越低。當(dāng)pH 值低于7.0±0.3，TP 去除率隨著pH 值的增大而增大；當(dāng)pH值為7.0±0.3，TP去除效果最佳，可高達90.15±0.4%；當(dāng)pH值大于7.0±0.3，TP去除率隨著pH值的繼續(xù)增大而降低。

引起以上實驗結(jié)果的原因是PAC 中的水解產(chǎn)物Al3+自身帶有高正電荷，并屬于多核羥橋絡(luò)離子，聚合度較低，且在酸性條件下可以對水中的負電膠體產(chǎn)生中和作用，能促進絮凝作用，但這一過程中所產(chǎn)生的絮凝體的凝聚性較弱，導(dǎo)致其吸附性較弱，絮凝效果無法達到既定標準。而在堿性條件下，由于偏鋁酸根的存在增加了污水中的鋁量，降低絮凝作用，且水中形成膠體的概率迅速上升，嚴重影響絮凝效果，使得去除率大幅下降。因此，通過上述實驗?zāi)軌虼_定，7.0±0.3的pH 值是磁分離技術(shù)處理污水的最佳pH值，需要相關(guān)技術(shù)人員引起高度的重視。

5 生物耦合技術(shù)在污水處理中的成效

生物耦合技術(shù)主要是在污水處理池中構(gòu)建相應(yīng)的生態(tài)浮床，以此來對污水中的惡臭物質(zhì)以及污染物質(zhì)進行處理。生態(tài)浮床主要是將填料作為固定介質(zhì)，并將挺水植物種植其中，由于其根系較為發(fā)達，在與填料縱橫交織之下讓生物膜有著更大的附著面積，同時植物根系會催生出多種多樣的生物群體，可有效提升污水的凈化效果。

研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用生物耦合技術(shù)可產(chǎn)生較為顯著的成效，主要有以下幾個方面。

一是能夠有效提升硝化以及反硝化的效果。通過將生物耦合技術(shù)與普通污水處理技術(shù)進行對比后能夠得知，其在氨氮方面的去除率超過了99%，在總氮方面的去除率超過了90%，這無疑會讓硝化及反硝化效果大幅上升。

二是能夠有效增強生物降解性能。在利用生物耦合技術(shù)所構(gòu)建的立體生態(tài)體系之中，存在著諸如蠕蟲、單細胞纖毛蟲、節(jié)肢動物這類生命周期較長的生物，讓體系保持較長的食物鏈，進而完成對多種類型有機物的分解，有效增強了生物降解性能，有利于降低污水處理后的COD濃度。

三是能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境的凈化。通過生物耦合技術(shù)所種植得挺水植物，能夠形成一個完善的除臭系統(tǒng)，有效凈化污水處理中所產(chǎn)生的惡臭氣體以及二氧化碳，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對周圍生態(tài)環(huán)境的保護，減少對周邊居民正常生活的不利影響，還能夠從某種程度上完成碳減排。

四是所構(gòu)建的系統(tǒng)運轉(zhuǎn)較為穩(wěn)定且高效。在使用生物耦合技術(shù)之后，構(gòu)建了一個植物、動物、微生物集聚的生態(tài)系統(tǒng)，其中的植物根系是動物、微生物的良好生長棲息環(huán)境，整個生態(tài)系統(tǒng)有著較高的穩(wěn)定性與活力，在生物有機體自我合成和吸收太陽能的作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)最大化的污染物降解效果。

6 結(jié)語

綜上所述，磁分離技術(shù)以及生物耦合技術(shù)具有良好的污水處理效果，前者的污染物分離速度較快，占地面積較小，但污水處理的范圍并不廣泛，無法直接處理部分磁性較弱以及非磁性污染物，且成本造價較高。而生物耦合技術(shù)不僅能完成對污染物的分離，還能夠起到凈化環(huán)境的作用，但污水處理所需時間較長。相關(guān)技術(shù)人員要根據(jù)所處理污水的實際情況來選擇合適的處理技術(shù)，以此來有效提升污水處理成效。