超磁分離凈化技術在J河道治理中的應用研究

吳秀偉+蒲文鵬+劉旭+王冠平+王子釗+阮燕霞

摘要：指出了城市黑臭水體是民眾反映強烈的水環境問題，不僅損害了城市人居環境，也極大降低了城市美感。根據《江蘇省城市黑臭水體整治行動方案》確定的目標任務，到2017年南京市城市建成區基本消除黑臭水體，到2020年其他設區市城市建成區內黑臭水體基本消除。結合J河道整治項目，詳細闡述了一種高效快捷河道治理技術——超磁分離凈化技術。實踐證明：該技術能快速有效去除水中的SS和TP污染物，具有處理速度快、占地面積小、運行成本低等特點。

關鍵詞：超磁分離凈化技術；河道治理；固體懸浮物濃度；總氮

中圖分類號：TV85

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）22004904

1 引言

城市黑臭水體是民眾強烈反映的水環境問題，不僅損害了城市人居環境，也極大降低城市美感。黑臭水體整治是國家“水十條”明確的工作重點[1]，同時亦是《江蘇省城市黑臭水體整治行動方案》確定的目標任務，2017年底，南京市城市建成區需基本消除黑臭水體，其他省轄市建成區需實現河（湖）面無大面積的漂浮物，河岸無垃圾和無違法排污口，且40%以上黑臭水體得到整治。到2020年，各省轄市城市建成區內基本消除黑臭水體，實現城市建成區水體無異味、水質得到有效提升和人居環境明顯改善等[2]。

2 J河道工程項目概況

2.1 J河道概況

研究對象為J河道，它是南京市某區C水系的一條上游支流，河道長約為2.5 km，河寬范圍5～20 m，兩岸分布著一所醫院、三所學校和大片居民區，其水環境質量不僅關乎著兩岸居民的生產和生活，還影響下游C水系的水質狀況。經現場調查發現，該河道黑臭現象時有發生，對其污染源進行調查，發現該河道沿線存在兩處排污口：某小區沿河處排污口和某施工工地排口（圖1）。某小區沿河處污水井開口，污水直排進入河道，某建筑工地生活污水及施工廢水也是未加處理排入河體中。污水直排致使河道水質較差，嚴重影響沿岸居民的生活，同時也對下游C水系水質帶來不利影響，因此該河道水環境迫切需要治理。

2.2 J河道治理技術思路

黑臭水體治理應按照“外源減排、內源控制、水質凈化、補水活水、生態恢復”的技術體系和理念。外源減排和內源控制是基礎和前提，水質凈化是重要階段性措施，補水活水和生態恢復是水質長效改善和保持不可缺少的措施[3]。光大水務科技發展（南京）有限公司綜合水體黑臭污染成因和外界環境條件，在外源減排、內源控制基礎和前提條件下，通過采取水質凈化（人工增氧和超磁分離凈化技術）和補水活水方針對J河道進行治理。首先自S路往下游每隔100 m設置一臺曝氣設備，通過人工增氧方式提高水體溶解氧濃度和氧化還原電位，以防發生厭氧和生成黑臭物質。其次在J河道與Z河道交界處（見圖1）設置攔水壩，并在攔水壩附近安裝一臺超磁分離設備（集裝箱式）以去除河道水體中的污染物。最后經超磁分離設備處理后凈水通過補水管線提升至該河道上游S路，對河道進行補水活水，以實現水體的凈化和循環流動，設計河道換水時間15 d。在河道治理方案中，超磁分離凈化技術可以在短時間快速凈化水質，在污染物去除方面承擔主要作用。

3 超磁分離凈化技術概述

J河道治理采用稀土永磁型磁盤分離技術即超磁分離凈化技術。超磁分離凈化技術是通過物化反應使目標污染物和投加磁種形成磁絮體，再利用超強磁力實現磁絮體與水的快速分離，達到去除目標污染物目的的一種高效吸附凈化技術。該技術廣泛應用于礦井水、含油廢水和機械拋光廢水等工業廢水的凈化。近年來，超磁分離凈化技術也被應用于生活污水處理，甚至河道治理中。

3.1 技術原理

在較短時間內，超磁分離凈化技術可完成整個磁絮凝、固液分離過程，與傳統混凝沉淀技術相比，工作原理特別之處主要表現在兩個方面：一是在混凝劑和助凝劑作用下使待處理水中的非磁性目標污染物與磁種結合，形成以磁種為核心的磁絮體，磁絮體只需微絮凝，不需形成大的絮凝團便可在超磁分離設備產生的超強磁力作用下被吸附去除；二是含有磁絮體的水流經具有超強磁力（大于重力的640倍）的稀土永磁型磁盤，瞬間被吸附，實現磁絮體和水快速分離[4]。

3.2 技術特點

超磁分離凈化技術與傳統混凝沉淀技術相比，具有處理時間短、占地面積小、排泥濃度高、運行費用低和日常維護方便等特點[5]。

（1）處理時間短、效率高。磁盤產生超強磁力（大于重力的640倍），可瞬間吸附去除磁絮體，水力停留時間4～6 min，大大縮短處理時間。

（2）占地面積小。與傳統混凝沉淀技術相比，占地面積僅為傳統技術的1/6～1/8。

（3） 排泥濃度高。磁盤直接利用超強磁力吸附磁絮體，實現與水分離，后通過卸渣系統得到高濃度污泥，無需濃縮處理，可直接送入污泥脫水機進行脫水。

（4）運行費用低。利用磁絮凝技術，藥劑使用少，且磁種回收率高，可循環使用，運行費用低。

（5）日常維護方便。設備無反洗操作，自動化程度高，無需人員值守。

4 J河道項目中超磁分離凈化技術應用效果

4.1 超磁分離凈化技術工程概況

超磁分離凈化技術以集裝箱形式安裝在J河道與Z河道交界處設置攔水壩附近。該技術處理規模為5000 m3/d，占地面積為200 m2，處理工藝流程見圖2所示。

待處理水首先通過泵站提升至磁混凝系統，在該系統中污染物與磁種、混凝劑和助凝劑混合形成以磁種為核心的磁絮體，磁絮體流經超磁分離設備，磁盤憑借超強磁力實現磁絮體與水快速分離。磁絮體通過卸渣系統刮出后送至磁回收設備，在磁回收設備-磁鼓作用下實現磁種和污泥有效分離，磁種可循環利用，脫磁后的污泥送至污泥處理設備進行脫水處理。超磁分離凈化技術工藝主要包括以下5部分：泵房、磁混凝系統、超磁分離設備、磁回收設備和污泥處理設備。各工藝作用及參數如以下幾個方面。

（1）泵房：用于提升待處理水至處理裝置，該裝置在河道邊設置3個取水口，每個取水口安裝2臺泵（1用1備），運行時僅兩個取水口的泵工作，每臺泵流量：110 m3/h。

（2）磁混凝系統：包括混合攪拌裝置、一級反應攪拌裝置和二級反應攪拌裝置。在混合攪拌裝置中，待處理水、磁種與混凝劑PAC混合均勻，發生混凝反應后流至一級反應攪拌裝置，再與助凝劑PAM進行絮凝反應，為增加反應時間，形成較大且穩定的磁絮體，二級反應攪拌裝置提供適宜的空間。整個混凝時間大約為3～4 min。

（3）超磁分離設備：磁混凝系統中含有磁絮體水流至超磁分離設備，磁絮體被緩慢旋轉稀土永磁型磁盤吸附，然后通過聚氨酯的刮渣條刮除磁盤吸附磁絮體，時間僅需30 s。

（4）磁回收設備：通過超磁分離設備分離出的磁絮體，輸送到磁回收設備，通過磁鼓實現磁種和污泥有效分離，回收磁種，實現循環利用。排放泥漿含水率約為93%，可不通過濃縮直接進入污泥處理設備進行脫水處理。

（5）污泥處理設備：降低磁回收設備排出泥漿的含水率。

4.2 超磁分離凈化技術運行效果及水質分析

2016年12月20日至2017年2月11日，對超磁分離凈化工藝進、出水水質進行了近2個月的實測，超磁分離凈化工藝進出水直觀圖如圖3所示。通過現場觀察對比，經過超磁分離凈化工藝處理后，出水透明度明顯提高，由灰褐色提升至透明色，水環境質量有了明顯的改善。

水環境質量改善程度需依據水質監測數據進行定量分析，超磁分離凈化工藝運行期間對SS、TP、COD和NH3-N和TN 5個水質指標進行監測，圖4、5分別表示是該工藝處理前后SS和TP進出水水質特征和去除效果，表1表示處理前后COD、NH3-N和TN的進出水水質特征和去除效果。

從圖4中可以看出，SS進水濃度最高為145 mg/L，最低濃度為4 mg/L，經過超磁處理后的SS出水最高濃度為19 mg/L，最低為1 mg/L，說明超磁分離凈化工藝SS進水水質波動較大，而超磁出水較為穩定，基本維持在小于20 mg/L范圍內。同時，從圖中可以看出無論SS進水濃度如何波動，SS去除率維持在50%以上，且去除率多數為70%以上。此外，還可以看出當SS進水濃度較高時，其對SS去除率亦較高，說明SS去除率與進水濃度呈現一定的相關性。

從圖5中可以看出，TP進水濃度最高為1.5 mg/L，最低濃度為0.245 mg/L，經過超磁處理后的TP出水最高濃度為0.451 mg/L，最低出水濃度為0.027 mg/L，說明超磁設備進水波動較大，出水波動亦較大。同時，從圖中可以看出，無論TP進水濃度如何波動，超磁對TP去除率均大于40%，且多數維持在70%以上。由TP進出水濃度變化情況來看，該河道的TP水平在Ⅳ、Ⅴ和劣Ⅴ類的標準內上下波動，經過該設備處理后大部分時段內的TP水平能落在Ⅱ至Ⅳ類標準之間，整體來說，該設備對TP有明顯的去除效果。

由表1可以看出，超磁分離凈化技術對降低河水COD具有一定的效果。這主要是由于氨氮和總氮在水中以溶解態形式存在，超磁可有效去除水中懸浮態有機物，但對氨氮和總氮無去除效果。

超磁處理效果好壞，不僅受進水水質濃度影響，還受污染物存在形式影響。從數據可以看出，超磁處理效果與市場上聲明的去除率有一定差異，是由于水質監測在冬天進行，進水水質相對較好，污染物濃度相對較低，因此對去除率造成一定影響。若污染物以溶解態形式存在，亦會影響去除效果。但從整體來說，超磁分離技術對SS和TP具有明顯的去除效果。

5 結論及建議

通過J河道整治項目，詳細闡述超磁分離凈化技術的原理和特點。根據實際運行處理效果，可以得出下列結論。

（1）超磁分離凈化技術可有效去除河水中SS，出水SS穩定在20 mg/L以內，多數情況下SS去除率達70%以上。

（2）根據河水TP檢測結果可知，超磁分離凈化技術可有效去除河水TP，出水TP在0.451～0.027 mg/L之間波動，多數情況下維持在70%以上。

（3）超磁分離凈化技術通過去除懸浮態有機物，可有效降低河水COD，但無法去除河水中的氨氮和總氮等。

與傳統混凝沉淀技術相比，超磁分離技術具有處理效率高、占地面積小和運行費用低等特點，在治理黑臭水體方面值得推廣和使用。

參考文獻：

[1]梁夢芽.淺談城市黑臭水體整治技術[J].黑龍江通報，2016，40（2）：94～96.

[2]李蘭娟，唐玉瓊，王守攻.江蘇省黑臭水體整治思路及實踐探討[J].建設科技，2017（14）：82～83.

[3]胡洪營，孫 艷，席勁瑛，等. 城市黑臭水體治理與水質長效改善保持技術分析[J].環境保護，2015（13）：24～26.

[4]牛明禮，單紹磊，劉 佳.超磁分離凈化技術在礦井水井下處理站中的應用[J].能源環境保護，2013，27（3）：33～35.

[5]周建忠，靳云輝，羅本福，等.超磁分離水體凈化技術在北小河污水處理廠的應用[J].中國給水排水，2012，28（6）：78～81.

Abstract： Urban black-odor water body is an aquatic environment problem strongly reflected by residents， which not only damages the urban living environment but also greatly reduces the city's aesthetic feeling. According to the objectives the Action Plan for Urban Black-odor Water Remediation in Jiangsu Province， by 2017the black water bodies are basically eliminated in the urban built-up areas of Nanjing.The black and odorous water bodies are basically eliminated in other built-up areas and urban built-up areas by 2020. Through the project of the J River， an efficient and quick river treatment technology--magnetic separation and purification technology is introduced. The technology can quickly and effectively remove SS and TP in water with fast processing， small footprint and low operating cost.

Key words： magnetic separation and purification technology； river regulation； SS； TP