磁分離技術在水處理工程中的應用工藝及發展趨勢

田智林

（金寨金葉供水有限公司，安徽 六安 237300）

近年來，磁分離技術已慢慢應用于水處理。從1960年代開始，前蘇聯使用磁凝聚力來解決鋼鐵廠的除灰廢水。1960年代末，英國MIT專家Kom教授發明了高梯度定向磁過濾裝置。1970年代，英國使用磁絮凝和高梯度定向磁選技術來解決鋼鐵、食品、化工廠和造紙行業的廢水。在我國從1970年代中期到1980年代初，磁凝、磁盤法和高梯度定向磁分離技術被用來解決煉鐵和軋鋼廢水。磁分離被用作污水處理中的物理解決技術，它已經以多種方式成功使用，顯示出許多優點。

一、磁分離技術物理原理

磁分離這一技術主要是以磁性為基礎，針對廢水當中所存有殘留顆粒進行分離，針對水體當中非磁性或弱磁性顆粒物，通過磁分離技術能夠令其具有磁性，從而被有效分離。基本概念是基于通過添加電磁場將其與廢水分離以產生去除或購買目的而產生的磁力，來排出廢水中的磁性漂浮顆粒。電磁場本身是一種具有獨特動能，水或溶液的電磁場，其電光特性，電導率，相對介電常數，粘度，化學變化以及界面張力和吸收，內聚效應和光催化效應的特性其他電平會導致可以準確測量的變化，并且當消除電磁場時，此類變化可能會持續數小時或數天，并帶有存儲空間。由于這種情況的存在，磁性技術多年來一直是科學研究網絡中的熱點。為了更好地分析和方便起見，我們將廢水中的磁性懸浮細顆粒視為球形物體，直徑為d，相對密度為p，質量為m。根據磁性粒子的承載力，其軌跡可以通過以下矢量方程式表示：M*dv/dt=F。式中M為漂浮顆粒的質量，kg；dv/dt漂浮顆粒，瞬時速度，m/s2；ZF作用在粒子上的力的組合N，其中≥F=Fg Ff Fp Fz（其中Fg是力，Ff是水的浮力，Fp是液體的摩擦阻力，Fz是磁力）。

二、磁分離水處理技術的運用與優勢

（一）磁凝聚法

磁凝聚這一方式能夠有效促進異相分離，同時也能夠有效促進砂礫池與磁盤工作效率，通過斯托克斯定律不難看出，磁盤通過對磁性顆粒的吸引，能夠令粒子逐漸加大，同時，其所承載磁力也會增長，這此時磁盤更易對其進行清除。在廢水中，水中的磁性顆粒會根據電磁場被磁化，從而產生一個有兩個磁極的小磁場。由于電磁場梯度的方向為零，因此會受到相同大小和方位角的反向力的影響，合作力為零。顆粒沒有被電磁場收集，但是顆粒彼此吸引并聚集成固體顆粒。單受到電磁作用后，由于廢水中所存有磁性顆粒通常帶有一定程度的磁能量，故而其會在磁盤影響下而出現凝聚作用。對于鋼鐵廢水，根據預磁化方案，一般地基沉降效率可以提高40%-80%。磁凝聚法的特點是：可以節省有機化學斜板沉淀池中使用的大量藥物及相應的儲藏，配制和投藥機械設備；使用電磁體時，僅需一項項目投資，而無須每天花費成本，不消耗電力和能源。磁凝聚法處理一立方米廢水僅需0.001-0.003 kWh，能耗非常小。實際效果穩定，無須復雜的實際操作和管理方法；無二次污染，廢水的鹽度不增加，有利于水循環。與有機化學藥物相比，污泥量少，易干燥，污泥可以回收利用。

（二）磁盤法

磁盤法依靠硬盤的磁力來吸收緩慢旋轉的磁盤上廢水中的漂浮顆粒。隨著磁盤的旋轉，將泥渣帶出水面，并通過刮擦擋泥板而被清除，磁盤表面再次進入水中。在這里，水中的顆粒再次被吸收，循環往復進行。為了提高實際效果，應該改善磁化強度，磁力梯度的方向和粒徑。因此，磁盤通常與磁凝聚法或旋轉斜盤沉淀池結合使用。磁盤法的特點是：效率高，凈化處理時間短。解決鋼廢水時，廢水僅需停留在磁盤工作區2-5s。根據所有步驟，上下僅需2分鐘。凈化處理效率可以達到94%-99.5%；面積很小，只需一般沉淀池的5%；污泥溶解后含水量低，容易干燥。磁盤及附屬機械結構簡單，運行可靠，維修方便，但刮泥方法有待改進。

（三）高梯度磁分離法

這一方式主要將具有極高磁性，并且磁力密集的不銹鋼板最為主要材料，當廢水當中所含有污染物真鋼毛所存有磁作用超出其摩擦阻力與作用使，此類污染物未被鋼絲絨所攔截，在對等效電路進行停止后，磁力便會消失，同時所收集污染物會經過水與蒸汽反洗，從而促使污染物得到有效分離。除此之外，高梯度磁分離這一技術不僅具有極強磁化，同時其所使用材料也具備極強磁能力，與傳統磁分離設備相比較，這一設備能夠在更短時間內對污染物進行分離，其在現階段諸如污水、重金屬、油澤、細菌、藻類、測速、有機化合物、放射性物質等方面有著極為強烈應用效果。

（四）超導磁分離法

超導體在特定壓力臨界值之下，具有較強導電性，即為零電阻，同時也不會產生任何熱損失，因此，可通過大電流增強磁分離強度，例如，可在2T強度的磁傳感器當中使用納米管。同時，超導體也能夠獲得較高磁力梯度方向，其主要特點為磁感應體不會發熱，并且能耗與運行成本性價比較高，能夠制作成為磁性過濾裝置。

三、磁分離水處理技術存有問題與未來發展趨勢

目前，磁分離廢水處理技術仍存在以下技術難點和局限性：第一，材料的磁損耗導致系統后退，磁設備無法磁吸引磁化介質，并清洗整理顆粒，從而危及下一個循環時間的工作效率。第二，為了更好地改善磁場梯度的方向，必須選擇具有高磁飽和度的磁化材料。磁化材料的選擇具有一定的技術水平，并增加了運營成本。最后，磁性種的成本非常高，無法購買和重復使用，易于應用且具有很強合理性的磁選技術設計是進一步開發中必須考慮的困難。盡管磁分離技術是一種簡單，可行，高效的廢水處理技術，但是由于上述技術上的困難和局限性，仍需要對其進行進一步研究。

在這一環節中，磁分離技術在食品，含油污水，生活污水處理和造紙廠廢水的處理中得到了極大的改進。它對于去除重金屬中多余的真空殘留物和非常細的總溶解固體（尤其是微生物菌株，病原體和藻類）非常有效。如何使包括磁場在內的空氣污染源也取得了突破性的成果。微磁性絮凝技術將空氣污染源變為磁性空氣污染源（ReCoMag技術），并且磁性催化反應速率將生物曝氣濾池改為磁性曝氣生物濾池（MagBR技術）已被廣泛使用。實際上，真正的磁分離技術是美國麻省理工學院的代表性高梯度方向感應線圈過濾器技術（HGMS）和成都的希臘土壤計算機硬盤的分離和純化技術，區別取決于正面。一個是感應線圈，它會被間歇性地過濾，而后者是一個永久性的鐵氧體，會被連續地分開。

四、結束語

綜合上文所述，相關科研人員仍在嘗試擴展新的應用方式，例如將磁分離技術應用于海平面的多層次消除以及蔬菜，水果，瓜類和蔬菜中農藥殘留的消除。磁分離技術是一種清潔，環保和節能的技術。它符合當前的可持續發展和環境保護概念。如果可以采用一些現有的技術來解決這些問題，那么磁分離技術可以在污水處理行業中發揮更大的作用。