劉大偉

（廣東新大禹環(huán)境科技股份有限公司，廣東 廣州 510663）

隨著水土資源的不斷消耗、全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口總量的不斷提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活所消耗的水資源需求量與日俱增，淡水資源正以驚人的速度消耗，僅憑大自然的生態(tài)循環(huán)進(jìn)化系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足人類生產(chǎn)生活的需要，因此需要在防治水資源污染的同時(shí)，提高污水處理再利用技術(shù)的改善進(jìn)程。磁混凝沉淀技術(shù)是目前最新型的污水處理技術(shù)之一，在大型污水處理項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。隨著磁混凝沉淀技術(shù)的不斷改進(jìn)，提高了污染物的分離速率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)含非導(dǎo)磁性污染物污水的凈化處理。

1 磁混凝沉淀技術(shù)概述

1.1 磁混凝沉淀技術(shù)的概念

磁混凝沉淀技術(shù)是在傳統(tǒng)混凝技術(shù)的基礎(chǔ)上添加磁介質(zhì)，使磁介質(zhì)與污染物和混凝劑等相結(jié)合，形成磁性復(fù)合體，并利用磁分離裝置和磁性復(fù)合體自身沉降快、比重大的特點(diǎn)，提高固液分離速率而去除污染物[1]。另外，磁介質(zhì)通過磁分離回收裝置，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁介質(zhì)的回收和循環(huán)使用，因而節(jié)約了污水處理成本。

1.2 磁混凝沉淀技術(shù)的作用機(jī)理

磁介質(zhì)在絮凝反應(yīng)中與其他細(xì)微懸浮顆粒的作用相同，均起到晶核的作用。磁混凝沉淀技術(shù)的作用機(jī)理與其他絮凝反應(yīng)基本相同，磁混凝沉淀技術(shù)也是以磁介質(zhì)為絮體晶核，在污水混合物中添加磁介質(zhì)、混凝劑和助凝劑，磁介質(zhì)通過與污水混合物中的物質(zhì)吸附、絮凝和架橋等作用，在電中和的作用下，使混凝劑所形成的正電離子與膠體粒子和磁性粒子附近的負(fù)電荷相吸附。隨著靜電磁場(chǎng)的逐漸消散，分子間的作用力使膠體粒子和磁性粒子聚集并擴(kuò)大，形成較大的絮狀物，即與污水中膠體顆粒、懸浮物相結(jié)合形成磁性復(fù)合體。磁介質(zhì)在污水混合物中經(jīng)過混凝劑和助凝劑的作用，使絮體的凝結(jié)重量和體積得到提高，并提高了磁介質(zhì)吸附污染物的能力，相對(duì)密度和體量較大的絮體會(huì)加速沉淀，從而有效縮短了沉淀池的水力滯留時(shí)間，提高了污水混合物的沉降速度及固液分離工序的速度，從而實(shí)現(xiàn)了迅速將污染物與水體高效分離的目的[2]。

1.3 磁混凝沉淀技術(shù)的核心

1.3.1 磁介質(zhì)的種類

磁介質(zhì)是磁混凝沉淀技術(shù)的重要因素，其主要類型有磁性氧化鐵和鐵粉等，不同磁介質(zhì)的有效物質(zhì)含量、pH值和磁介質(zhì)的顆粒粒徑等因素都會(huì)影響污水的絮凝效果。另外，不同類型的磁介質(zhì)會(huì)影響設(shè)備材質(zhì)的選用，由于磁介質(zhì)在攪拌、分離和回收等環(huán)節(jié)會(huì)對(duì)工藝設(shè)備造成一定的損耗，因此，技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際情況審慎選擇磁介質(zhì)種類[3]。

1.3.2 磁介質(zhì)的分離回收

磁混凝沉淀技術(shù)中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一就是對(duì)磁介質(zhì)的回收再利用環(huán)節(jié)。對(duì)磁介質(zhì)的分離回收可以實(shí)現(xiàn)資源的再利用，在實(shí)現(xiàn)以廢治廢效果的同時(shí)，降低了污水處理成本，同時(shí)還可以減少磁介質(zhì)混合物的污染，為污泥進(jìn)入脫水處理工藝環(huán)節(jié)提供便利。

現(xiàn)有的磁介質(zhì)分離回收技術(shù)是將剩余的污泥淤渣抽入高速剪切機(jī)，將混有磁介質(zhì)的絮狀物進(jìn)行打散分解，由于高速剪切機(jī)特殊的內(nèi)部機(jī)械構(gòu)造和內(nèi)部通道產(chǎn)生較大的剪切力，使絮狀物中的磁介質(zhì)還原成單體狀態(tài)，為后續(xù)的磁介質(zhì)回收提供便利。單體自由狀態(tài)的磁介質(zhì)與污水共同流入磁介質(zhì)分離機(jī)中，磁介質(zhì)分離機(jī)中的固定磁極會(huì)將磁介質(zhì)從污水中抽離并吸附在轉(zhuǎn)筒表面，被吸附的磁介質(zhì)隨著轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)通過低磁區(qū)，并從磁介質(zhì)出口卸下，剩余的非磁介質(zhì)物質(zhì)在重力作用下，由分離槽流向非磁介質(zhì)物質(zhì)出口，從而實(shí)現(xiàn)磁介質(zhì)的分離[4]。

1.4 磁混凝沉淀技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

磁混凝沉淀技術(shù)相較于傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)工藝具有污水處理效率高、處理總量大、能耗低、占地面積小、適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高以及操作管理方便等優(yōu)勢(shì)。

2 磁混凝沉淀技術(shù)的工藝流程

磁混凝沉淀系統(tǒng)由混凝裝置、沉淀裝置、磁介質(zhì)分離回收裝置以及檢測(cè)控制裝置組成。磁混凝沉淀技術(shù)的工藝流程如圖1所示。

圖1 混凝沉淀技術(shù)工藝流程圖

2.1 磁混凝沉淀技術(shù)工藝介紹

磁混凝裝置由T1快速混合反應(yīng)池、T2磁介質(zhì)混合反應(yīng)池和T3絮凝反應(yīng)池三部分組成。污水經(jīng)過T1快速混合反應(yīng)池，反應(yīng)池中添加了聚丙烯酰胺（PAM）混凝劑，通過快速攪拌使之與污水混合物快速混合后通過T2磁介質(zhì)混合反應(yīng)池，在T2反應(yīng)池中加入磁介質(zhì)，同樣通過快速攪拌使磁介質(zhì)與T1反應(yīng)池流出的混合物相混合，污水混合物在T3絮凝反應(yīng)池中通過助凝劑的添加和攪拌，加快磁介質(zhì)的絮凝反應(yīng)。需要注意的是，在T3絮凝反應(yīng)池中的攪拌速率應(yīng)相對(duì)放緩，避免因攪拌速度過快而使絮凝體被破壞，致使磁介質(zhì)絮凝失敗[5]。

污水混合物在經(jīng)過混凝裝置后進(jìn)入沉淀池，通常選用上向流斜板（管）沉淀，沉淀裝置包括沉淀區(qū)、污泥濃縮區(qū)、清水區(qū)、配水區(qū)以及緩沖區(qū)等。絮凝團(tuán)在沉淀區(qū)快速沉淀，不易沉淀和沉淀速度較慢的小體量絮體沿著斜板向上流動(dòng)，斜板與上升的流速形成自刮的過程，小體量絮體在該過程中不斷地互相碰撞和結(jié)合，使斜板上側(cè)的沉淀物的堆積量不斷增加，并受到重力作用影響開始下落。沉淀在沉淀池底的污泥通過刮泥機(jī)進(jìn)行磁介質(zhì)污泥回收，沉淀池將沉淀磁泥和水分離，分離后的水體由上側(cè)收集并流出，進(jìn)入水處理的下一個(gè)環(huán)節(jié)。沉淀的磁泥經(jīng)由解絮機(jī)和磁介質(zhì)分離回收機(jī)對(duì)磁介質(zhì)進(jìn)行分離、回收再利用，并將剩余污泥排出。

2.2 磁混凝沉淀技術(shù)的系統(tǒng)組成

2.2.1 藥劑添加系統(tǒng)

藥劑添加系統(tǒng)主要包括PAM藥劑添加系統(tǒng)、PAC藥劑添加系統(tǒng)、堿液添加系統(tǒng)。為了給水中的微生物生長(zhǎng)提供良好的條件，需要在進(jìn)水口位置安裝堿溶液添加裝置，以調(diào)節(jié)水體的酸堿值。通過添加兩類藥劑可以提高水中懸浮物的沉淀分離速度，第一類藥劑為氯化鐵（FeCl3）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）；第二類藥劑為聚丙烯酰胺（PAM）。

藥劑添加系統(tǒng)包括藥劑罐2個(gè)、攪拌機(jī)2個(gè)、隔膜計(jì)量泵2個(gè)以及電子控制系統(tǒng)1個(gè)。由于出水水質(zhì)的不確定性，藥劑添加裝置必須根據(jù)進(jìn)水水體的水質(zhì)隨時(shí)調(diào)整，故宜采用變頻調(diào)速控制，以便根據(jù)出水水質(zhì)、進(jìn)水量和絮凝效果對(duì)計(jì)量泵流量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。由于磁介質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)后續(xù)的分離回收再利用，所以磁介質(zhì)可以采用人工添加的方式加入至污水混合液中。

2.2.2 混合絮凝系統(tǒng)

污水經(jīng)過藥劑添加系統(tǒng)后需要一定的時(shí)間使藥劑與水體中的污染物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此混合絮凝系統(tǒng)需要為污水設(shè)置水流停滯時(shí)間?；旌闲跄到y(tǒng)主要分為四個(gè)部分：其一是水體酸堿調(diào)節(jié)池，通過加入堿性溶液調(diào)節(jié)水體的pH值，并調(diào)節(jié)至偏堿性狀態(tài)，pH值約為7～7.5；其二，PAC反應(yīng)混合池，通過加入PAC藥劑使污水與混凝劑初步結(jié)合，絮凝成較小的絮狀體，與此同時(shí)，水體中的混凝劑和磷反應(yīng)形成磷酸鹽，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)除磷；其三，在磁介質(zhì)混合池中，磁介質(zhì)與上個(gè)步驟中的較小絮狀體混合；其四，在PAM混合池中，PAM與更小的絮狀體進(jìn)行充分混合，絮凝成更大的絮體，從而為后續(xù)水體在沉淀池中的快速沉淀提供便利。

混合絮凝系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置是攪拌機(jī)，其攪拌機(jī)分為旋流式攪拌機(jī)和槳式攪拌機(jī)兩類，其中槳式攪拌機(jī)為快速攪拌機(jī)，通常將槳式攪拌機(jī)安裝在PAC混合池中，其作用是將加入到池中的PAC混凝劑快速攪拌并分散，使其與池內(nèi)的水體均勻結(jié)合，提高懸浮顆粒表面的負(fù)電荷與混凝劑的中和速度，保持懸浮顆粒的脫穩(wěn)，促進(jìn)其與混凝劑構(gòu)成較小的絮狀體。另外，需要在磁介質(zhì)混合池中安裝一臺(tái)攪拌機(jī)，通過攪拌機(jī)將含有磁介質(zhì)的污泥和磁介質(zhì)的快速混合，提高絮狀體的成型質(zhì)量和速度。旋流式攪拌機(jī)為慢速攪拌機(jī)，通常將其安裝在PAM混合池中，其作用是在不破壞已結(jié)絮狀體的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)PAM藥劑與絮狀體的充分混合，提高礬花的均質(zhì)密度。

2.2.3 沉淀系統(tǒng)

沉淀系統(tǒng)的主要功能是將絮凝物與液體分離，使絮凝物在預(yù)沉區(qū)中迅速沉降，細(xì)小的絮狀物和不可溶的微粒會(huì)隨水流而上，流向清水收集區(qū)。在上升過程中，這些細(xì)小的絮狀物會(huì)相互撞擊，最終沉淀到池底。沉淀在池底的淤泥通過刮泥機(jī)進(jìn)行回收，其中的一部分被排出用于回流，另一部分被送到淤泥收集池進(jìn)行進(jìn)一步處理。

沉淀系統(tǒng)主要由斜板（管）、WNG型懸掛式中心傳動(dòng)刮泥機(jī)和集水槽構(gòu)成。斜板（管）可以增大沉淀區(qū)的面積，縮短沉降距離，提高微粒的脫除率。同時(shí)，在斜板（管）中還可以進(jìn)一步增大絮狀體，加速沉淀，使未進(jìn)行沉淀的絮體沉淀。集水槽是用來(lái)收集上層的清質(zhì)液體，水槽兩側(cè)有一個(gè)擋板，可以調(diào)整出水的高度，這樣就能控制水流時(shí)間和水流壓力。刮泥機(jī)主要用于收集沉淀在沉淀池底部的污泥，刮泥機(jī)的底部材料選用304不銹鋼，并進(jìn)行鈍化處理，使其能夠在含有磁性的污泥中長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。

2.2.4 磁介質(zhì)污泥分離回收系統(tǒng)

磁介質(zhì)污泥分離回收系統(tǒng)的作用是加速沉淀，并將刮泥機(jī)所收集的污泥輸送到磁介質(zhì)混合池中，剩余的含磁介質(zhì)污泥通過磁介質(zhì)分離回收裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁介質(zhì)的再次利用，這樣不僅能減少含磁介質(zhì)污泥對(duì)環(huán)境的污染，還能將磁介質(zhì)再次回收轉(zhuǎn)化為資源，從而節(jié)約污水處理的資金。

磁介質(zhì)污泥分離回收系統(tǒng)主要包括剩余污泥泵、回流污泥泵、高速剪切機(jī)、污泥螺桿泵以及磁分離裝置等。磁分離裝置和高速剪切機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁介質(zhì)的高效回收，剩余污泥泵、回流污泥泵、污泥螺桿泵則起到輸送污泥的作用。

3 磁混凝沉淀技術(shù)與電鍍廢水處理技術(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

探索磁混凝沉淀技術(shù)替代電鍍廢水初沉池的可行性及最佳工藝參數(shù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

通過重量法可以測(cè)定電鍍廢水懸浮物的濃度，并采用控制變量法探索電鍍廢水磁混凝的工藝參數(shù)，從而測(cè)定電鍍廢水磁粉的回收率。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 電鍍廢水懸浮物測(cè)量結(jié)果和原水自然沉降實(shí)驗(yàn)

電鍍廢水懸浮物濃度測(cè)定結(jié)果為：SS=5.8 g/L。

原水自然沉降實(shí)驗(yàn)：將250 mL的原水放置于500 mL的量筒中，在不添加任何藥劑的情況下，進(jìn)行自然沉降實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：原水的自然沉降終點(diǎn)時(shí)間為20 min，上清液體積為60 mL，所占比例為24%，在未添加藥劑和磁介質(zhì)的情況下，電鍍廢水原水的沉降速度慢，沉降時(shí)間長(zhǎng)，沉淀5 min僅得能到25 mL的上清液；沉淀20 min后污泥上清液的體積維持在60 mL，上清液體積占比僅為24%，說(shuō)明該電鍍廢水的原水污泥含量高達(dá)76%，很難沉降。

3.3.2 磁混凝對(duì)比試驗(yàn)一（PAM定量）

磁混凝對(duì)比試驗(yàn)1：取4組250 mL的原水分別置于500 mL的量筒中，分別加入0 g、0.5 g、1 g、2 g的CZ-1磁粉，攪拌，再分別加入4 mL的PAM（1 g/L）藥劑，攪拌停止后開始計(jì)時(shí)，記錄上清液的體積與沉降時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在PAM用量為4 mL時(shí)，CZ-1磁粉用量越大，沉降時(shí)間越短，沉降后的上清液體積越大；磁粉的使用在沉降初期顯著提升了沉降速度，縮短了沉降時(shí)間，且污泥體積得到壓縮。綜合來(lái)看，最佳的磁粉用量為1 g/250 mL，即4 g/L。

3.3.3 磁混凝對(duì)比實(shí)驗(yàn)二（磁介質(zhì)定量）

磁混凝對(duì)比實(shí)驗(yàn)：取4組250 mL原水分別置于500 mL量筒中，分別加入1 g的CZ-1磁粉，攪拌后再分別加入2 mL、3 mL、4 mL的PAM（1 g/L）藥劑，攪拌停止后開始計(jì)時(shí)，記錄上清液的體積與沉降時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在CZ-1磁粉用量為4 g/mL時(shí)，PAM用量超過2 mL后，增大PAM用量提升沉降速度的效果不明顯，沉降時(shí)間僅略有縮短，沉降后的上清液體積增大；綜合來(lái)看，最佳PAM用量為2 mL/250 mL，即8 mL/L。因此，可以看出4 g/L的CZ-1磁粉+8 mL/L的PAM（1 g/L）的效果和成本較優(yōu)。

3.3.4 CZ-1磁粉回收率實(shí)驗(yàn)

在4 g/L的CZ-1磁粉+8 mL/L的PAM（1 g/L）條件下，將沉淀得到的污泥置于解絮機(jī)中解絮60 s，解絮后的污泥通過磁回收裝置，磁回收裝置吸附的磁性物用清水洗滌（帶磁吸力）60 s，再將磁性物用濾紙包裹置于烘箱內(nèi)，在105 ℃下烘烤2 h后稱重。磁粉的回收率為（4.15-3.17）÷1×100%=98%

3.3.5 藥劑成本的計(jì)算

以4 g/L的CZ-1磁粉+8 mL/L的PAM（1 g/L）的藥劑成本計(jì)算，在上清液體積量為105 mL，所占比例為42%時(shí)，磁粉的消耗成本為0.16元/噸，PAM成本為0.08元/噸，藥劑成本總計(jì)為0.24元/噸。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，磁混凝沉淀技術(shù)具有運(yùn)營(yíng)成本低、磁粉損耗低的特點(diǎn)，磁混凝沉淀技術(shù)的應(yīng)用適用于現(xiàn)階段的污水處理需求，而且利用磁混凝沉淀技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁介質(zhì)資源的循環(huán)利用，從而提高資源的利用率。