磁分離與生物耦合技術在污水處理中的成效觀察

倪亭亭 劉慶玉

1.青島海檢節能環保有限公司；2.青島理工大學 機械與汽車工程學院

1 前言

磁分離技術體現出分離速度較快、效率較高等多種優勢，被廣泛地運用至食品廢水處理、含油廢水處理中。傳統的污水處理工藝中，污泥的沉降性能對于污水廠的基本運行情況能夠產生一定的影響，特別是污泥膨脹現象，很多污水處理廠均會出現。該項技術的誕生能夠合理地應對污泥膨脹現象，體現出十分理想的應用前景。水是一種不可再生資源，在社會循環影響下，很多雜質會融入其中，這就使得水資源承受著嚴重的影響，最終導致地球上有限的水資源日益減少。為了合理控制此類危害，應該采取科學化的方案，將磁力分離法適當的運用起來，保證水資源的安全。

2 磁分離技術及生物耦合技術的基本含義

近些年，磁分離技術成為一門新型的技術，生物耦合技術也在實際應用的過程中彰顯出自身價值，二者的有效結合，將會更好的作用于水污染的治理工作中。應該明確磁分離技術的基本含義，同時了解生物耦合技術，在進行了有效的解讀之后，為水污染工作的治理提供借鑒。

2.1 磁分離技術

磁分離技術指的是在磁場之中對具備一定磁性的物質或者加磁后的物質進行處理，主要是通過元素或者是磁性方面的不同，來分離或者去除受污染水體中的具有強、弱磁性或反磁性的污染物。磁分離技術起初主要是用于分離礦石以及高嶺土這類固體物質中的磁性雜質，直至2000 年以后才被相關人員應用在了污水處理領域。與傳統的水處理技術相比，磁分離技術是利用外加磁場直接處理污染物，從原水體系之中抽取污染物的效率更快，并且不會污染原水體系，不會產生生物反應和化學反應，具備分離速度較快、占地面積相對較小的優點。但同時也存在著一定的弊端，主要是不能直接分離磁性較弱或者不具備磁性的污染物，必須通過對磁場強度的提升以及磁種的添加來完成物質的加磁處理，這樣才能實現污染物的分離與去除。

2.2 生物耦合技術

生物耦合技術主要指的是以生物接觸氧化法為技術支撐，通過生態浮床的輔助來完成對有機廢水的凈化。生物接觸氧化法屬于生物膜法工藝的范疇，向污水中投加填料作為載體，附著在載體上的生物膜與污水相接觸，并通過曝氣的方式讓污水處于一種流動狀態，在生物膜上微生物的作用下使污水得到凈化。通過增加污水和載體的接觸面積，可以有效提升污水處理成效。

3 磁分離技術及生物耦合技術的原理

在污水治理中，應該明確不同技術的原理，科學使用相關的手段，保證達到理想化的凈化水的效果，讓污水處理更加到位，真正的滿足現階段水資源保護的具體需求。

3.1 磁分離技術原理

污水中的污染物種類較多，對于部分磁性較強的污染物而言，可以適當地運用高梯度磁分離技術，若是磁性較弱的污染物，可以適當地投加磁種，如鐵粉和赤鐵礦微粒等，聯合混凝劑的作用，讓磁種與污染物有效地結合起來，運用高梯度磁分離技術加以去除。磁分離技術對污水進行處理的時候，重點是通過外加磁場的方式，讓磁力產生，將廢水中的磁性懸浮顆粒吸出，由此完成和廢水的分離，保證達到理想的凈化效果。

3.2 生物耦合技術原理

生物耦合技術重點是借助于兩個或者是以上不同部分的協同作用和不同因素的耦合作用，確保生物多種功能得以實現，充分體現出適應性。在污水處理工作中，生物耦合技術便是利用了這一基本的原理，讓污水中的雜質得到有效的清除，確保水質量明顯提升，得到有效的凈化。

4 磁分離技術在污水處理中的成效

磁分離運用廢水中雜質顆粒的磁性進行科學化分離，針對水中存在的弱磁性以及非磁性顆粒，通過磁性接種的方式讓其具備磁性，使用外力磁場，讓廢水中磁性懸浮固體科學分離，以此達到相對理想的凈化目的。將該項技術和沉降技術、過濾技術等加以對比，能夠明確磁分離技術的處理能力較強、效率較高和能量消耗少等多種優勢，其被廣泛地運用至污水處理中，如煉鋼煙塵凈化廢水和燒結廢水凈化等，展現出理想的發展前途。下面對其成效詳細解讀。

4.1 磁分離對絮凝團的強化去除作用

為研究磁分離對絮凝團的強化去除作用，本文開展了實驗研究。實驗設置3 個實驗組，每組將200mL 的污水添加至燒杯中，其中兩個實驗組投加磁種，另外1個實驗組作為對照不投加磁種，在絮凝團完成反應后將其分別倒入燒杯中進行沉降。3個實驗組的具體實驗條件如下：第1組不加磁種，且無外加磁場；第2 組投加磁種但無外加磁場；第3 組投加磁種同時施加外加磁場。統計絮凝團的實際沉降時間，觀察沉降情況，并計算每組絮凝團的沉降速度，沉降情況如表1所示。

表1 絮凝團沉降情況

由實驗結果可得知，將磁種添加至絮凝過程中，所生成的磁性絮凝團由于受到了自身重力以及外加磁場力的影響，沉降速度最快，達到傳統沉降速度的8.2 倍。磁種是磁性絮凝團的核心，能增大磁性絮凝團的密度，使固液分離操作更易完成，且處理周期較短。

4.2 pH值對污水濁度、COD以及TP去除的影響

為了研究pH值對污水濁度、COD以及TP去除的影響，本文設計并開展了實驗研究。實驗設置5個實驗組，每組將200mL污水置入燒杯，按順序分別調整污水 pH 值為 5.0、6.0、7.0、8.0 和9.0，然后各投加60mg 磁種、3mL 聚合氯化鋁（PAC）以及8mL 聚丙烯酰胺（PAM）。使用攪拌機先進行高速攪拌5min，平均攪拌速度為300r∕min，再低速攪拌10min，平均攪拌速度為100r∕min。然后在外加磁場的作用下沉降20min，最后取上清液分別測定濁度、COD以及TP，進而分析pH值對磁分離技術處理污水效果的影響。

結果顯示，pH值主要影響濁度以及COD，對TP去除率無直接影響。當pH 值低于7.0±0.3，pH 值越高，濁度去除率越高；當pH值為7.0±0.3，濁度去除效果最佳；當pH值大于7.0±0.3，pH值越高，濁度去除率越低。相似的，當pH 值低于7.0±0.3，pH 值越高，COD去除率越高；當pH值為7.0±0.3，COD去除效果最佳，可達到57.90±0.2%；當pH 值大于7.0±0.3，pH 值越高，COD 去除率越低。當pH 值低于7.0±0.3，TP 去除率隨著pH 值的增大而增大；當pH值為7.0±0.3，TP去除效果最佳，可高達90.15±0.4%；當pH值大于7.0±0.3，TP去除率隨著pH值的繼續增大而降低。

引起以上實驗結果的原因是PAC 中的水解產物Al3+自身帶有高正電荷，并屬于多核羥橋絡離子，聚合度較低，且在酸性條件下可以對水中的負電膠體產生中和作用，能促進絮凝作用，但這一過程中所產生的絮凝體的凝聚性較弱，導致其吸附性較弱，絮凝效果無法達到既定標準。而在堿性條件下，由于偏鋁酸根的存在增加了污水中的鋁量，降低絮凝作用，且水中形成膠體的概率迅速上升，嚴重影響絮凝效果，使得去除率大幅下降。因此，通過上述實驗能夠確定，7.0±0.3的pH 值是磁分離技術處理污水的最佳pH值，需要相關技術人員引起高度的重視。

5 生物耦合技術在污水處理中的成效

生物耦合技術主要是在污水處理池中構建相應的生態浮床，以此來對污水中的惡臭物質以及污染物質進行處理。生態浮床主要是將填料作為固定介質，并將挺水植物種植其中，由于其根系較為發達，在與填料縱橫交織之下讓生物膜有著更大的附著面積，同時植物根系會催生出多種多樣的生物群體，可有效提升污水的凈化效果。

研究發現，應用生物耦合技術可產生較為顯著的成效，主要有以下幾個方面。

一是能夠有效提升硝化以及反硝化的效果。通過將生物耦合技術與普通污水處理技術進行對比后能夠得知，其在氨氮方面的去除率超過了99%，在總氮方面的去除率超過了90%，這無疑會讓硝化及反硝化效果大幅上升。

二是能夠有效增強生物降解性能。在利用生物耦合技術所構建的立體生態體系之中，存在著諸如蠕蟲、單細胞纖毛蟲、節肢動物這類生命周期較長的生物，讓體系保持較長的食物鏈，進而完成對多種類型有機物的分解，有效增強了生物降解性能，有利于降低污水處理后的COD濃度。

三是能夠實現對環境的凈化。通過生物耦合技術所種植得挺水植物，能夠形成一個完善的除臭系統，有效凈化污水處理中所產生的惡臭氣體以及二氧化碳，不但能夠實現對周圍生態環境的保護，減少對周邊居民正常生活的不利影響，還能夠從某種程度上完成碳減排。

四是所構建的系統運轉較為穩定且高效。在使用生物耦合技術之后，構建了一個植物、動物、微生物集聚的生態系統，其中的植物根系是動物、微生物的良好生長棲息環境，整個生態系統有著較高的穩定性與活力，在生物有機體自我合成和吸收太陽能的作用下，能夠實現最大化的污染物降解效果。

6 結語

綜上所述，磁分離技術以及生物耦合技術具有良好的污水處理效果，前者的污染物分離速度較快，占地面積較小，但污水處理的范圍并不廣泛，無法直接處理部分磁性較弱以及非磁性污染物，且成本造價較高。而生物耦合技術不僅能完成對污染物的分離，還能夠起到凈化環境的作用，但污水處理所需時間較長。相關技術人員要根據所處理污水的實際情況來選擇合適的處理技術，以此來有效提升污水處理成效。