一種新型磁分離技術(shù)裝備及其在高蛋白廢水中的應(yīng)用試驗(yàn)

陳 錢，袁 軍，張富青

(武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430205)

近年來(lái)，隨著全國(guó)人民生活水品的不斷提高，人們對(duì)各種海魚制品的需求與日俱增，進(jìn)而延伸出了大大小小的水產(chǎn)工廠，各種琳瑯滿目的魚產(chǎn)品也不斷地被推上市場(chǎng)。然而在魚產(chǎn)品的制作過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，一般的企業(yè)通常會(huì)直接忽視這些廢水的價(jià)值，簡(jiǎn)單處理后就排放了。此類廢水中富含大量魚蛋白資源、氨基酸，并有豐富的生長(zhǎng)因子、膠體、不溶性的懸浮物等，還存在一定量的核苷酸[1]，這些都是可用的寶貴資源。這些資源由于回收困難，即被大量浪費(fèi)了，高蛋白廢水的隨意排放不僅浪費(fèi)資源還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的破壞，因此充分回收和利用此類資源迫在眉睫。

1 高蛋白廢水成因及危害

魚類的血液、內(nèi)臟及骨頭中均存在大量的蛋白質(zhì)，魚制品生產(chǎn)廢水的來(lái)源主要包括魚類屠宰清洗水、蒸煮廢水、生產(chǎn)車間和設(shè)備清洗水、地面清洗水、原料處理用水等。這些未處理廢水含有原料浸出物、產(chǎn)品溢流液，并混有原料殘?jiān)龋源祟悘U水中蛋白質(zhì)含量可高達(dá)5～30mg/mL[2]，COD值亦可達(dá)10000-20000mg/L，其直接的排入河流會(huì)使自然界的水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，水草瘋長(zhǎng)，水生動(dòng)物大量死亡，危害環(huán)境。因此我們不僅要回收此類廢水中的蛋白資源，更需把它處理到對(duì)環(huán)境傷害盡量最低的標(biāo)準(zhǔn)。

2 現(xiàn)階段高蛋白廢水處置方法

目前對(duì)高蛋白廢水所采用的是混凝絮凝+氣浮分離的混合工藝。該工藝的環(huán)保處理方式是新建廢水終極回收儲(chǔ)池(儲(chǔ)池下端安裝有大型攪拌裝置)，該儲(chǔ)池最大容量5000噸。生產(chǎn)車間產(chǎn)生的高蛋白廢水經(jīng)過(guò)幾級(jí)簡(jiǎn)單的過(guò)濾后儲(chǔ)存在規(guī)范的儲(chǔ)池中。當(dāng)儲(chǔ)池水量達(dá)到一定時(shí)，開啟攪拌裝置，待水流均勻湍動(dòng)時(shí)，廢水經(jīng)提升泵打入混凝藥劑桶，并在不斷地曝氣狀態(tài)下，藥劑與廢水充分混合，混合均勻后再經(jīng)另一級(jí)的提升泵打入氣浮分離塔進(jìn)行魚糜和廢水的分離。魚糜轉(zhuǎn)入其它加工車間，分離廢水則進(jìn)入深一步的處理或者直接排送污水處理廠。具體工藝流程見圖1。

圖1 氣浮工藝流程

3 磁分離技術(shù)

磁分離技術(shù)是利用元素或組分敏感性的差異，借助外磁場(chǎng)將物質(zhì)進(jìn)行磁場(chǎng)處理，從而達(dá)到強(qiáng)化分離過(guò)程的一種新興技術(shù)[3]。

3.1 傳統(tǒng)磁分離技術(shù)

磁分離工藝常與化學(xué)混凝工藝結(jié)合使用，傳統(tǒng)磁分離技術(shù)是在常規(guī)混凝的基礎(chǔ)上，向水中投加磁性物質(zhì)，使水中膠體懸浮顆粒、磁粉和混凝劑充分接觸碰撞結(jié)合形成"磁性絮團(tuán)"，利用磁粉顆粒密度大的特性使磁性絮團(tuán)快速沉降從而達(dá)到去除污染物的目的。該技術(shù)具有處理效率高、占地面積小，出水水質(zhì)安全可靠等優(yōu)勢(shì)。

3.2 新型磁分離技術(shù)

本次試驗(yàn)所采用的的是某環(huán)境公司自行設(shè)計(jì)并生產(chǎn)的新型稀土磁盤分離凈化裝置，如圖2所示。

圖2 磁分離裝置

該裝置的大致配備單元如下：混凝水槽、藥劑槽、磁粉攪拌槽、撞擊流反應(yīng)器、稀土磁盤主機(jī)、分散機(jī)，退磁機(jī)(磁鼓分離器)等。其對(duì)應(yīng)的詳細(xì)工藝流程如圖3所示。

圖3 磁分離工藝流程

將PAAS、經(jīng)撞擊流反應(yīng)器充分混合的高蛋白廢水、磁粉與PFSI分別按一定流速同時(shí)泵入以一定速度在攪拌的混凝水槽，藥劑與廢水在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生絮體，混合廢水流經(jīng)磁盤分離機(jī)后即得出水和磁絮體，出水進(jìn)一步后處理或外排，磁性絮體經(jīng)過(guò)分散機(jī)處理，不具磁性的絮體流經(jīng)磁轉(zhuǎn)鼓時(shí)，從底部流出即得可加工魚糜，分散后的磁粉被磁轉(zhuǎn)鼓吸附后，進(jìn)一步經(jīng)過(guò)退磁機(jī)處理，獲得可重復(fù)利用磁粉并螺旋推入磁粉槽回用。

該裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)：①磁盤分離機(jī)；②撞擊流反應(yīng)器；③該公司專利技術(shù)特殊處理磁種。

磁盤吸附分離原理：磁盤吸附分離設(shè)備是由稀土永磁材料做成的磁盤串裝而成，磁盤間為流水通道，通過(guò)對(duì)磁盤上磁極的布置，使磁盤間形成強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)水流流經(jīng)磁盤間的流道時(shí)，水中所含的磁性懸浮顆粒，受到磁場(chǎng)的吸引力Fm的作用，同時(shí)也受到重力Fg和水流阻力Fc的作用，當(dāng)Fm大于(Fg + Fc) 在磁力方向上的分量時(shí)，顆粒向磁源方向移動(dòng)，從流體中分離出來(lái)，吸附到磁盤上。磁盤以 1.2～2.0r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，讓懸浮物脫去大部分水分，運(yùn)轉(zhuǎn)到刮渣條時(shí)，形成隔磁卸渣帶，由刮渣輪刮入螺旋輸送機(jī)，被輸送至磁粉回收系統(tǒng)。刮渣后的磁盤重新轉(zhuǎn)入水中，形成周而復(fù)始的稀土磁盤分離凈化廢水過(guò)程[4]，分離原理如圖4所示。

圖4 磁盤吸附分離原理

撞擊流原理：撞擊流最早的構(gòu)思是由Elperin[5]提出的，使兩股等量氣體充分加速固體顆粒后形成的氣-固兩相流同軸高速相向流動(dòng)并在兩加速管的中間即撞擊面上相互撞擊，形成一個(gè)高速湍流、顆粒濃度最高的撞擊區(qū)，如圖5所示。

圖5 撞擊流結(jié)構(gòu)及原理

撞擊流這種傳遞方式的優(yōu)點(diǎn)在于:①相間傳遞可以通過(guò)顆粒與反向氣流間的相對(duì)速度大幅度增加；②顆粒在相向氣流間往復(fù)滲透延長(zhǎng)了它們?cè)趥鬟f活性區(qū)中的停留時(shí)間，使得強(qiáng)化傳遞的條件在一定程度上得以延續(xù)。而在氣-液體系撞擊流中，高的相間相對(duì)速度和顆粒碰撞促進(jìn)液相表面更新，減小液膜阻力，從而增大總傳質(zhì)系數(shù)。對(duì)于液-液連續(xù)相向撞擊，加上顆粒的往復(fù)振蕩運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致撞擊區(qū)強(qiáng)烈混合，造成溫度和組成均化。這有利于提高平均推動(dòng)力，促進(jìn)傳遞過(guò)程[6]。

該裝置引入撞擊流的目的是為了增強(qiáng)廢水與PFSI/磁粉混合藥劑的分散程度，以便于強(qiáng)化后續(xù)的混凝分離過(guò)程。

4 試驗(yàn)

4.1 原材料

以該工廠污水處理車間終極儲(chǔ)池廢水為原料，分別采用該新型磁分離裝置、混凝氣浮裝置進(jìn)行處理，并對(duì)處理前后水樣的色度、COD、蛋白質(zhì)含量、總P、總N、氨氮量進(jìn)行測(cè)定，然后對(duì)比分析。

4.2 化學(xué)藥劑

混凝劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%聚合硅酸鐵(PFSI)溶液。

磁粉：自制的專利技術(shù)改性的摻鋇鐵氧體磁粉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液。絮凝劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的陰離子型聚丙烯酸鈉(食品級(jí)PAAS)溶液。堿液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉溶液。

4.3 結(jié)果與討論

表1 數(shù)據(jù)匯總

表1(續(xù))

由表1可知，該新型磁分離法對(duì)蛋白廢水的色度、COD、蛋白含量、總P、總N的去除效果均較原始?xì)飧》蛛x法高達(dá)一倍，分為80%、63%、90%、87%、78%。尤其蛋白的去除率高達(dá)90%，這不僅有利于蛋白的回收利用，更便于后期的水處理進(jìn)程。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明該新型磁分離技術(shù)對(duì)水產(chǎn)行業(yè)高蛋白廢水的處理效果很理想，明顯優(yōu)于氣浮沉降工藝。同時(shí)該技術(shù)的應(yīng)用裝置還具有占地面積小、處理效率高的明顯優(yōu)勢(shì)，后期該設(shè)備的維護(hù)亦較為方便。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)遠(yuǎn)效益的角度考慮，該新型磁分離技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)混凝絮凝+氣浮沉降工藝是可行的。