郎國成，蘇元戎，劉灑，王宏義，柳金賢，張新

（1.中煤華晉集團有限公司王家?guī)X礦，山西 河津 043300；2.中煤張家口煤礦機械有限責任公司 河北省高端智能礦山裝備技術創(chuàng)新中心，河北 張家口 075000；3.中建環(huán)能（山東）環(huán)境科技有限公司，山東 泰安 271000）

磁分離技術作為一種把物質利用磁場處理的技術手段，其是借助組成元素的磁敏感性差異來完成分離的。磁分離技術能夠將水中的浮油、懸浮顆粒、藻類、磷類、重金屬等有效分離出來，同時，對一部分病原微生物也可以達到很好的處理效果，能夠有效處理環(huán)境污染問題，因此，加強對磁分離技術方面的研究是非常有必要的。

1 磁分離技術的概述

磁分離技術作為一項物理分離處理技術，其是利用磁場力的作用分離出不同的磁性物質。由于污水中存在多種多樣的污染物，使用高梯度磁分離技術能夠把磁性較強的污染物分離出來，在磁性相對較弱的污染物中投入混凝劑和赤鐵礦、磁鐵礦、鐵粉等微粒，促使污染物和磁種有效結合，再借助高梯度的磁分離技術進行分離。磁分離技術的原理就是借助外加磁場產(chǎn)生的磁力將污水中帶有磁性的懸浮顆粒吸附分離出來，進而實現(xiàn)回收和去除的作用。

2 磁分離技術的實際原理

2.1 磁混凝原理

比表面積相對較大的磁粉與使用了混凝劑而將礦井井水中細小的膠體微粒和懸浮物進一步聚集后，能夠產(chǎn)生極易沉淀的大顆粒絮體，進而增強其重力，提升污染物在后續(xù)固液分離的效率。其工藝原理同Dualsand的微砂絮凝工藝原理、DensaDeg的微砂絮凝工藝原理、 Actiflo的微砂絮凝工藝原理等類似。

2.2 磁分離原理

針對磁場而言，與其他磁力的競爭力相比，磁場中磁性顆粒較大的磁力較弱，而磁場中非磁性或弱磁性顆粒的磁力競爭相反。與此同時，實際流體顆粒物的運動軌跡是由合力決定的，能夠把物料有效分離出來。結合絮凝體固液分離處理技術，其磁分離過程是由磁力吸附分離和磁混凝沉降分離組成。如果根據(jù)裝置的原理進行分類，通常有高梯度、磁盤、重力3種分離方式。磁力吸附分離作為一種磁盤分離裝置的分離方式，其是通過轉動的磁盤裝置將污水中附著的磁性絮體吸附出來，最后，當磁盤升出水面后，再將附著在磁盤上的絮體使用刮泥板清理干凈，然后，再將磁盤投入水體中循環(huán)吸附水體顆粒。

而磁力吸附分離是借助高梯度磁分離裝置形成的一種分離方式，高梯度磁分離裝置是將高飽和磁密不銹鋼聚磁鋼毛作為載體，當水中的磁性絮體重力和黏性阻力小于鋼毛磁力的情況下，鋼毛載體會截留污染物，當切斷磁路后磁力也會隨之消失，被鋼毛載體截留的污染物通過氣或水反復沖洗下來，就可以起到把污染物從廢水中除去的作用。

磁混凝沉降分離是借助重力分離裝置形成的一種分離方式，傳統(tǒng)的澄清工藝或沉淀工藝與此裝置的工作原理相似，因為磁粉的比表面積相對較大，所以使得占地面積降低、水力停留時間縮短、液面負荷和沉降速度得以有效提升，進而節(jié)省一部分安裝費用。重力分離裝置的磁粉比微砂絮凝工藝的回收率相對更高一些，進而有效降低了整體的運行成本。

3 磁分離技術特征

3.1 高效性

比表面積較大是磁粉的特性，而同樣具備此特性的還有混凝時產(chǎn)生的大顆粒絮凝體，其可以使分離構筑物的體積得以縮小，使停留時間得以縮短，相比傳統(tǒng)工藝而言，磁分離技術具有高效性。為提升分離效果，需要在污水中添加具有較強磁性的磁粉，能夠有效提升凈化污水的效果，其可以把污水中部分有害物質吸附出來，這部分磁性較小的顆粒物就是污水中存在的有害物質，借助磁分離技術能夠有效將其進行吸附，進而實現(xiàn)清除的作用。為有效提升工作效率，可將絮凝劑添加到污水中，能夠有效提升污水中磁性小顆粒的吸附能力，進而提升整體的分離效果，將污水中的有害物質快速分離出來，促使污水的凈化效果得以有效提升。特別是能夠很好地分離出工業(yè)污水中含有的重金屬、合成洗滌劑、病毒、細菌等污染物質。磁分離技術與以往的化學處理方法和生物處理方法存在一定的差異性，但存在各自特有的優(yōu)點。磁分離技術高效地分離出污水中的有害物質后將污水處理成清水，其不會受到污染物毒性帶來的不利影響，其有效性較強，所以被越來越多的企業(yè)和工程項目所使用。與此同時，磁分離技術不會受到自然溫度帶來的太大影響，對于濃度較低且懸浮物較細小的污水也可以達到更好的分離效果，在污水處理中，有效應用磁分離技術能獲取較顯著的高效性。

3.2 磁分離技術的節(jié)能性

與傳統(tǒng)污水處理技術相比，磁分離技術對能源消耗要求相對較低，同時，在實際使用過程中，其能夠比傳統(tǒng)污水處理技術節(jié)省5%的耗電量，由此可見，其節(jié)能性能較強。

3.3 磁分離技術的經(jīng)濟性

磁分離技術只需要投放少許混凝劑就能夠讓水中的污染物變成絮凝狀態(tài)，其能夠在一定程度上降低藥劑的實際使用量。因為構建物體積的減少和停留時間的縮短，使得磁分離技術的實際用地面積得以減少，降低了購地的成本。同時，其井下項目和改造項目的優(yōu)勢也較高。

4 在煤礦礦井水處理中應用磁分離技術

4.1 礦井水的理化性質

采煤期間需要將水排出，國內煤礦每噸煤會排放約2～2.5m3的水。據(jù)統(tǒng)計，2005年，國內所有礦井約排放42億m3，現(xiàn)今已超過60億m3。從本質上說，礦區(qū)開拓巷道和采層附近的地下水就是礦井水，時常還會有部分地表水會從地表裂隙中滲透出來。礦床地質構造、水文地質以及開采等條件都會直接影響煤礦礦井水的水質。煤礦礦井水具備一定的煤炭行業(yè)特性，所以水質與普通地表水存在顯著的差別。高礦化度、酸性、含懸浮物、清潔等礦井水是國內主要的煤礦礦井水的類型，其中最常見的是含懸浮物礦井水，其含有的污染物主要由石油類、COD(化學需氧量)、SS(懸浮物)、pH以及部分金屬非金屬元素成分。有相關統(tǒng)計調查展示，1～20mg/L的礦井水中油占79%、100～400mg/L的礦井水中COD占76%、600～3000mg/L的礦井水中SS占73%，含懸浮物的礦井水中所含的巖粉懸浮物和煤粒懸浮物等相對較多，同時，所含的黑色COD相對較少，可是礦化度和硬度卻都相對較低，常被認為其是由于SS的去除而隨之消失的，因此，僅用混凝方法、沉淀方法、過濾方法或者使用自然沉淀的方法就能夠把礦井水中的SS除去，所呈現(xiàn)的處理效果也比較顯著。

4.2 磁分離技術的應用現(xiàn)狀

4.2.1 磁分離技術與傳統(tǒng)工藝的對比

針對含有懸浮物的礦井水而言，主要是為了處理礦井水中的膠體和懸浮物。其中混凝、沉淀、過濾處理工藝是我國應用最廣泛的一種處理工藝，主要以隔板絮凝池或網(wǎng)格絮凝池進行混凝。以效率更高的高密度迷宮斜板沉淀池、斜板沉淀池、斜管沉淀池為主要的沉淀池，重力式無閥濾池則作為常見的一種濾池。相對而言，磁分離技術的工藝效率經(jīng)濟技術指標比傳統(tǒng)工藝高8.3倍，能夠節(jié)約83%的占地，能夠降低60%的PAM加藥量，降低58%的PAC加藥量，提升75%的污泥濃度，節(jié)省40%左右的運行成本，處理時間也縮短了70%，同時，能夠減少70%的施工周期。

4.2.2 比對井上設置與井下設置的優(yōu)缺點

構筑物通體量相對較大是傳統(tǒng)井水處理的一大特性，為避免在冬季構筑物出現(xiàn)結冰的情況，還應采取保溫措施。為此，相對礦井水下處理而言，將其設置在礦井水地面上更適合。同時，因為礦井水井下采煤作業(yè)的過程中需使用的水量較大，經(jīng)過地面處理后的水還應該再輸送到井下，進而極易導致能源的浪費問題。針對磁分離技術而言，其具備一體化、布局調整性較大等優(yōu)勢，所以，其相對而言，更適合井下處理工藝。將處理站建設在井下具備5大優(yōu)勢：（1）井下排水管路的使用壽命得以延長，排水泵所需的維護成本相對較低。在井下所建的礦井水處理站，因常年處于運轉狀態(tài)下的排水泵，其流體中所含雜質不多，不會大面積損害排水泵，所以無須花費較多的維護費用。此外，污染物對排水泵管路的腐蝕和磨損的程度較低，所以會延長其使用壽命。（2）方便就近復用?，F(xiàn)今，國內大部分礦井水回用主要是用于井下煤層注水、降塵灑水等井下生產(chǎn)用水。將處理站建設到礦井下，不但會減少礦井水回用環(huán)節(jié)，而且還能夠有效降低成本。（3）降低征地。將處理站建設在礦井下，只需要在地面上建立一個清水池就可以，不需要另外征用多余的土地，直接開鑿硐室在礦井下就可以，改擴建項目還可使用原有的巷道或硐室，能夠有效降低井巷的工程建設量。（4）避免了氣候帶來的不利影響。國內寒冷地區(qū)的煤炭資源分布較廣，當把處理站建在地面上還應該采取防凍措施，但是，將處理站建設到礦井下，就不用考慮氣候帶來的影響，有效降低了工程量。（5）水倉有效容積增大，降低了水倉清理的次數(shù)。將處理站建設到礦井下，還能夠對礦井水進行持續(xù)處理作業(yè)，可以對沉積在井下水倉底部的污染物起到一定的清理作用，逐步增加水倉有效容積，使清理水倉的次數(shù)得以降低。

通過以上分析，了解到將處理站建設到礦井下的優(yōu)勢較多，但其同樣有一定的局限性。（1）受井下特殊環(huán)境的限制，應做好通風、支撐保護、防爆防腐等干擾因素。（2）受井巷尺寸的限制，無形中增加了水處理設備的安裝和水處理配備維護的難度。（3）對于礦井井下工作，通常情況下，都禁止進行焊接操作，進而使得井下水處理站的施工作業(yè)增加了一定的難度。

5 磁分離技術存在的問題以及未來的展望

磁分離技術工藝比傳統(tǒng)技術工藝具備處理礦井水的優(yōu)勢更大，其具備適用性強、節(jié)省占地面積、藥劑投加量少等優(yōu)勢，可是也同樣有問題存在，主要包含：（1）由于所需使用的磁粉價格相對偏高，個別磁粉還需要進口，因此，應該加大對優(yōu)質磁粉和廉價磁粉的研發(fā)。（2）整體磁粉的回收率不高，現(xiàn)階段，實驗室試驗階段的磁粉回收率相比礦井工程磁粉的回收率相差較大，所以加強磁粉回收率的可行性方案研究是極其有必要的。（3）無法確認磁分離效果會受到高礦化度礦井水中磁性污染物產(chǎn)生的多大影響。磁分離技術不但是一項環(huán)保項目，而且還是一項循環(huán)經(jīng)濟和清潔生產(chǎn)的項目。不但具備綠色環(huán)保、節(jié)水節(jié)能、降低污染物排放量、資源的回收再利用等綜合功效，同時，其經(jīng)濟、安全、社會和環(huán)境等效益也相對較高，因此，其未來的發(fā)展前景極其開闊。

6 結語

磁分離技術有效應用了物理高能磁場、物理處理法、化學處理法，能夠對固體廢棄物和不同污水進行有效的分離處理，具備較強的環(huán)保性，能夠實現(xiàn)廢物再利用的效果，提升了資源的利用率，降低了環(huán)境污染問題。將磁分離技術有效應用于礦井水處理工藝中，能夠將礦井下的泥水進行有效分離，提升礦井水質，不但可以提升礦區(qū)的環(huán)保效果，而且還能夠有效提升經(jīng)濟效益，滿足國內可持續(xù)發(fā)展建設的理念和目標，所以可以被進一步推廣和應用。