磁絮凝沉淀工藝在污水處理中的應(yīng)用研究

李曉民

（山東華城城建設(shè)計(jì)工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

磁絮凝技術(shù)是在常規(guī)絮凝沉淀分離工藝中引入磁性加載物，使絮凝產(chǎn)生的絮體與加載物有效結(jié)合，加強(qiáng)絮凝效果，增加絮體的比重，加快絮體沉降速度，使水體快速得到凈化，出水清澈透明，澄清池污泥先送至轉(zhuǎn)鼓磁粉回收機(jī)回收磁粉循環(huán)使用，同時排出污泥至污泥脫水系統(tǒng)。磁絮凝技術(shù)廣泛應(yīng)用于大、中、小型污水廠深度處理中。

1 磁絮凝技術(shù)的優(yōu)勢

磁絮凝混合系統(tǒng)投加磁粉和絮凝劑，可以有效去除細(xì)菌、病毒及多種微小顆粒，因此SS去除率相比傳統(tǒng)工藝較高，出水水質(zhì)且穩(wěn)定性高。同時，水力負(fù)荷高，15～30 m/h的上升流速，停留時間很短，其高速沉淀的性能優(yōu)異，其與傳統(tǒng)工藝相比具有速度快、效率高、占地面積小、投資小等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。

2 磁絮凝沉淀用于生活污水深度除磷

常規(guī)化學(xué)除磷工藝存在絮體松散、沉淀慢、占地面積大、化學(xué)藥劑投加量大、泥量大、運(yùn)行費(fèi)用高等問題，使得常規(guī)化學(xué)除磷工藝的發(fā)展遇到瓶頸。

磁絮凝沉淀技術(shù)作為物化除磷的一種，克服傳統(tǒng)化學(xué)除磷的缺陷，具有絮體密實(shí)、沉降速度快、藥劑投加少、占地面積小和運(yùn)行費(fèi)用少的特點(diǎn)，在生活污水處理方面得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)化學(xué)除磷因絮體不宜沉降導(dǎo)致不設(shè)置污泥回流，磁絮凝沉淀技術(shù)在系統(tǒng)中增設(shè)污泥回流系統(tǒng)，污泥的回流后仍然可以在沉淀池中高速沉降。污泥回流主要作用增加絮凝效果，減少絮凝劑投加量。

有實(shí)驗(yàn)研究得出，城鎮(zhèn)污水應(yīng)用磁絮凝技術(shù)進(jìn)行深度除磷，藥劑最佳的投放順序?yàn)椋篜AC→磁粉→PAM。通過兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，對于含有大量磷酸鹽的污水，使用磁絮凝技術(shù)的效果明顯，去除率為97%，出水濃度為0.15 mg/L[2]；而磁絮凝技術(shù)對于有機(jī)磷的去除效果比較差，對于含有大量有機(jī)磷的污水，總磷的去除率是75%，出水濃度為1.43 mg/L。通過對兩組實(shí)驗(yàn)的正交實(shí)驗(yàn)得出對于磁絮凝技術(shù)除磷實(shí)驗(yàn)中的影響大小為：PAC濃度＞磁粉濃度＞PAM濃度＞沉淀時間。相較于傳統(tǒng)技術(shù)，磁絮凝技術(shù)不僅在懸浮物和COD的去除都有比較好的效果，而且時間減少33%，從而可以使用更小的沉淀池等建筑來降低成本。研究證實(shí)磁體的粒徑在75～105 μm效果最好，在紊流漩渦中，由于磁體的加入，絮體粒子的受力發(fā)生了改變，從而不斷改變方向。水中的絮體、磁體相互碰撞的概率變大，更易形成磁絮體，去除率得到提升。磁體粒徑過大或者過小則會引起離心慣性力的過小或者過大，從而導(dǎo)致絮體不穩(wěn)定或絮體被破壞，所以去除效果不理想。然而在絮凝階段，徑大的磁粉所產(chǎn)生的大的渦旋能夠協(xié)同促進(jìn)絮體產(chǎn)生，使得去除率提高。當(dāng)磁感應(yīng)加強(qiáng)時，水處理效果得到提升。試驗(yàn)研究通過添加磁粉使得沉降時間由未使用磁絮凝技術(shù)的10 min降至2 min，消耗的PAC量由對照的17.20 mg/L降至9.98 mg/L，極大的降低了沉降時間和用藥量。

3 磁絮凝技術(shù)在礦山尾礦水處理中的應(yīng)用

礦山開采過程中由于選礦等工藝粉碎產(chǎn)生大量的細(xì)粒級顆粒，礦山尾礦水中的這些細(xì)粒級顆粒具有粒徑小、疏水性好、負(fù)電位高等特性，從而容易新城穩(wěn)定的懸浮物，常規(guī)絮凝沉淀工藝難以處理沉[3]。近幾年，磁絮凝技術(shù)作為一種全新的尾礦水處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于各礦山尾礦水的處理。與傳統(tǒng)的絮凝沉淀工藝比較，處礦山尾礦水具有低能耗、效果好、成本低的優(yōu)勢。

陳嘯等采用磁種絮凝技術(shù)對某赤鐵礦尾礦水進(jìn)行處理，研究結(jié)果表明：添加磁粉可產(chǎn)生更加密實(shí)的絮凝提，可以明顯增大絮凝體的粒度，最佳的協(xié)同作用陰離子聚丙烯酰胺與天然磁種的投加量分別為2 mg/L和2 mg/L，磁種與尾礦顆粒之間存在著長程作用力，同時陰離子聚丙烯酰胺在磁種和赤鐵礦顆粒表面產(chǎn)生了化學(xué)吸附架橋作用。

磁絮凝工藝處理礦井水的相關(guān)研究結(jié)果表明：磁絮凝工藝中最佳的混凝劑為PAC，最佳投加量為60 mg/L，助凝劑PAM的種類對于處理效果影響較小，考慮到成本，選擇陰離子PAM為最佳助凝劑，最佳投加量為4 mg/L。磁種的投加對出水濁度、SS去除率的提高影響較小，但是能顯著縮短沉淀時間，絮體沉淀時間小于15 s，出水濁度去除率可達(dá)到95%以上。三級反應(yīng)池的攪拌強(qiáng)度應(yīng)該遞減，分別為300、200、100 r/min。

4 磁絮凝技術(shù)在焦化廢水處理中的應(yīng)用

在煤高溫?zé)捊埂⒚簹鈨艋捊巩a(chǎn)品回收和精致的操作所產(chǎn)生的工業(yè)廢水被稱為焦化廢水。焦化廢水的化學(xué)成分主要為無機(jī)化合物類的銨鹽類和有機(jī)化合物中的酚類、單環(huán)和多環(huán)芳香族化合物、含有氮、硫、氧的雜環(huán)化合物。目前采用生化法處理焦化廢水是許多國家的選擇[4]。由于其難以生物降解的特性，所以很難用生化法將廢水處理達(dá)標(biāo)，進(jìn)而對于焦化廢水的深度處理多采用混合法。

現(xiàn)階段，相關(guān)部門對焦化廢水的深度處理一般運(yùn)用混凝法和吸附法，而磁絮凝技術(shù)作為新興的水處理技術(shù)，因其特有的優(yōu)勢使得越來越多的人進(jìn)行了研究。加入廢水中的磁粉在水中擴(kuò)散，依靠其磁力獲得大的比表面積并且產(chǎn)生磁場，以吸附帶電荷的膠粒。同時，在廢水中懸浮的磁粉顆粒增加了懸浮顆粒的數(shù)量，從而使得膠體顆粒的碰撞機(jī)會提升，導(dǎo)致更易形成絮體，去除率也隨著絮凝效果的增強(qiáng)而提高。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在投入磁粉的初期，焦化廢水的各項(xiàng)指標(biāo)隨著添加量的增加變大，當(dāng)投入量到達(dá)400 mg/L時，去除效果最好，CODcr的去除率為62.5%，濁度的去除率為92.2%，氨氮去除率為22.3%。相比于沒有加入磁粉時的去除率，分別提升了1.5%、2.4%和1.6%。然而再加入磁粉，去除率出現(xiàn)下降。實(shí)驗(yàn)觀察得出磁粉和絮體的結(jié)合形成了體積更小、結(jié)合更為緊密、沉降速率更快的復(fù)合磁絮凝體。分析得出在磁粉增加的過程中，使得更多的磁粉可以和絮體進(jìn)行結(jié)合，所以去除率得到升高。然而隨著磁粉添加量超過最佳值時，不但不再形成磁絮凝體，磁粉還會干擾污染物被絮凝劑吸附，從而去除率有了下降[5]。

5 磁絮凝技術(shù)在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用

由于人均水資源缺乏和城市中水資源受到污染，使得污水的高效處理獲得越來越多人的重視。目前，生活污水的處理工藝一般為一級物理處理和二級生化處理，但效果不夠理想。磁絮凝技術(shù)作為污水深度處理技術(shù)的一種，因其技術(shù)優(yōu)勢，成為了污水廠提標(biāo)改造的新途徑。為滿足出水的排放指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求，許多學(xué)者對磁絮凝技術(shù)在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

在一定范圍內(nèi)，通過增加PAC和磁粉藥劑投加量可以提高SS的去除率，但是隨著PAM的增加，SS的去除率呈現(xiàn)先升后降的趨勢。增加磁粉和PAC投加量能提高污水濁度去除率；隨著PAM 投加量的增加，濁度去除率后降的趨勢，攪拌速度也嚴(yán)重影響著去除效果，過快和過慢效果都不佳。同時提出磁粉呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢；攪拌速率過快或過慢去除效果不佳。磁體投加越早對SS的去除越有利，藥品投加順序依次為磁粉、PAC，然后攪拌4 min，再投加PAM。

漳浦污水處理廠建設(shè)總規(guī)模為6.0×104m3/d，2018年進(jìn)行了一級A標(biāo)準(zhǔn)升級改造，采用磁絮凝沉淀技術(shù)。設(shè)計(jì)時候采用專用攪拌形式，下推混合快速推進(jìn)，上推慢速上升，通過這種設(shè)計(jì)的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)PAC的快速混合和慢速絮凝都在一個池體中進(jìn)行。采用4池設(shè)計(jì)，混凝反應(yīng)池為2池，總停留時間為5 min，加載反應(yīng)池停留時間為2.5 min，絮凝反應(yīng)池停留時間為2.5 min。實(shí)際運(yùn)行中采用沉淀池表面負(fù)荷為16 m3/（m2·h），在后期運(yùn)行中沉淀池出水穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

青島即墨區(qū)污水處理廠建設(shè)總規(guī)模為20.0×104m3/d，由于運(yùn)行長期飽受壓力，導(dǎo)致污水廠出水指標(biāo)一直未能正常達(dá)到排放要求，從而進(jìn)行提標(biāo)改造，但是廠區(qū)用地限制，僅在廠區(qū)東南角有1 500 m2的可用土地，不能滿足常規(guī)深度處理用地的要求，最后只能夠即墨市污水處理通過小試、中試及方案論證，最終選擇增加磁絮凝沉淀池作為改造工藝，該絮凝沉淀池僅占地1 350 m2，設(shè)計(jì)水力停留時間20 min，沉淀池表面負(fù)荷＜20 m3/（m2·h），改造完成后，整體運(yùn)行費(fèi)用預(yù)計(jì)為低于0.09元/m3。出水效果極佳。

6 結(jié)論

磁絮凝技術(shù)在生活污水深度除磷、礦山尾礦水處理、焦化廢水深度處理、污水廠提標(biāo)改造中都得到極大的應(yīng)用。這些領(lǐng)域應(yīng)用磁絮凝技術(shù)處理污水，可以減少用藥數(shù)量，縮短沉降時間，提升去除質(zhì)量的優(yōu)勢，使得污水處理進(jìn)步，體現(xiàn)出了磁絮凝技術(shù)在污水處理領(lǐng)域具有極大的前景，也為絮凝技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。