磁混凝技術在工業污水處理中的應用

劉海燕

（南通市經濟技術開發區通盛排水有限公司，江蘇 南通 226017）

近年來，磁分離技術在各個行業的污水處理中越來越多地被使用，已經在實際污水處理中取得很好的效果。高效沉淀池工藝是一門具有較長歷史、較成熟的技術，高效沉淀池可以投加磁粉，構成磁混凝高效沉淀池。磁混凝高效沉淀池利用所投加的磁粉增強絮凝效果，達到絮體快速沉降和分離的目的。其原理是向污水中投加適當的混凝劑（磁粉），使其與污染物絮凝成一體，然后通過高效沉淀的斜管沉淀區將水中污染物去除。其間可以通過磁分離機將污泥與磁粉分離，磁粉回收后可以循環使用。

1 磁混凝技術發展史

20世紀90年代，美國麻省理工學院將高梯度磁分離技術應用于水處理，1999年成立企業專司磁混凝工程化研究與推廣，2000-2005年先后進行諸多小試、中試和生產性試驗，取得穩定的水力參數，研發出工程技術。2005年，首座磁混凝工程于美國Concord 污水處理廠建設。隨著國內長江大保護戰略的實施，我國污水處理廠的出水指標一再提升，現污水處理廠排向長江的尾水幾乎全部達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準，太湖流域及北方一些城市還有更為嚴格的地方標準，磁混凝高效沉淀池也在國內開始廣泛使用。

2 工業污水處理廠磁混凝高效沉淀池實例分析

近些年，某城市規模不斷擴大，很多化工企業向工業園區搬遷。工業園區污水處理廠處理的污水以工業廢水為主，在工業廢水中，農藥等化工企業排放的污水占比大于50%，有一家農藥企業的草甘膦產量占全國總產量的10%以上，生產數據顯示，較難處理的污染物中，總磷（TP）位居第一。經過試驗數據分析統計，污水處理廠進水總磷中，非磷酸鹽類磷含量占比大于50%，如果采用傳統活性污泥法的生物除磷工藝，出水總磷很難穩定達標，由于出水TP 最高限值為0.5 mg/L，因此必須在二級處理后增加化學除磷工藝。該污水處理廠通過大量的中試比選，結合現場施工用地等條件，于2014年對三期工程進行提標改造，增加磁混凝高效沉淀池進行深度處理，日處理水量為5 萬t。運行1年后，再對一、二期進行提標改造，增加了日處理水量5 萬t 的磁混凝高效沉淀池工段。多年來，磁混凝高效沉淀池穩定運行。

2.1 磁混凝高效沉淀池的原理

磁混凝高效沉淀池的原理如圖1所示。

圖1 磁混凝高效沉淀池原理

磁混凝高效沉淀池是高效沉淀池的一種，與加砂高效沉淀池的區別在于磁混凝高效沉淀池中投加磁粉，加砂高效沉淀池中投加砂，載體不一樣。磁混凝高效沉淀池中分別投加聚合硫酸鐵（PAFC）、活性炭、磁粉及陰離子聚丙烯酰胺（APAM）四種藥劑。首先投加帶正電荷的PAFC、磁粉，從而產生凝聚，磁粉的投加相當于引入絮體的晶核，而后投加APAM進行架橋吸附，讓磁粉與混凝絮體有效結合，大大增加混凝絮體的比重，從而加快絮體的沉降速度。磁粉作為晶核，與懸浮物膠體顆粒碰撞，有利于脫穩并形成絮體，使得每個絮體都能包裹磁粉，SS 去除率更高，沉淀速度也更快。工業園區污水處理廠結合工業廢水的復雜性，還增加活性炭的投加工序，更高效地去除水中污染物（COD、TP）。磁粉本身無磁性，但四氧化三鐵能被磁鐵吸引，真密度可達到6.0～7.0。

一般認為混凝包括凝聚和絮凝兩個過程，凝聚是膠體脫穩的第一步，絮凝是凝聚體增大的前提，只有在凝聚的基礎上才能完成絮凝，兩個過程很可能是互相交叉的。對于凝聚完成時間與絮凝完成時間的分界線，目前還沒有明確的有效數據。為了更好地理解磁混凝沉淀的原理，有必要考慮實驗室理想條件時層流狀態下自由顆粒在靜水中的運動，即斯托克斯定律。其用公式可以表示為：

式中：u為顆粒沉降速度；ρ為顆粒密度；ρ為水的密度；為水的動力黏度；為重力加速度；為顆粒直徑。

從式（1）可以看出，顆粒密度和直徑越大，沉降速度越大。磁粉的包裹效果類似于在棉花中包裹一個具有吸力的石頭。磁粉的絮凝原理如圖2所示。

圖2 磁粉絮凝原理

磁混凝高效沉淀池工藝特點如下：表面負荷較大，介于20～40 m/（m·h）；停留時間比較短，可以小于20 min；出水濁度小于1.0 NTU，SS 小于5.0 mg/L；可視深度較大；COD去除率顯著高于常規混凝沉淀；除磷效果優異，出水TP 小于0.5 mg/L；占地面積小，抗沖擊負荷能力強。

磁混凝高效沉淀池的停留時間較短，進水水質變化直接影響藥劑的投加。必須實時掌握進水水質，根據水質調整藥劑投加量，強化成本控制和污泥產量控制，使得出水穩定達標排放。

2.2 磁混凝小試數據分析

試驗用水為三期工程厭氧-缺氧-好氧（AO）池的二沉池出水，為了解磁粉在磁混凝高效沉淀池中的作用，小試取4 個不同的加藥狀態。1#水樣投加的藥劑有PAFC、APAM、活性炭和磁粉；2#水樣投加的藥劑有PAFC、APAM 和磁粉；3#水樣投加的藥劑有PAFC、APAM 和活性炭；4#水樣投加的藥劑有PAFC 和APAM。小試數據如表1所示。

表1 小試數據

從表1 數據可以看出，磁粉的投加確實可以加快沉淀速度，絮凝效果比較明顯。工業園區污水處理廠處理的污水為工業廢水，COD去除壓力較大，磁混凝高效沉淀池還需要投加活性炭。小試結果顯示，活性炭對COD的去除效果比較明顯。

2.3 磁粉的回收

磁粉在磁混凝高效沉淀池中不可缺少，斜管沉淀區的污泥層需要添加一定量的磁粉，那么磁粉的回收就是關鍵。工業園區污水處理廠采用的磁分離機是轉鼓式。轉鼓式磁分離機主要由固定的磁鐵和在磁鐵外面轉動的不銹鋼圓筒構成。磁鐵區的磁塊并不是整塊，每一塊中間有一定的空隙，沿軸向極性單一，圓筒用來運載黏附在其表面的磁性物質，其工作原理如圖3所示。

圖3 轉鼓式磁分離機工作原理

斜管沉淀區的污泥回流后，首先通過高剪機的切割將含有磁粉的污泥完全打碎，使其從轉鼓的一端進入磁分離機，磁分離機中的大磁塊將磁粉吸出并附著在圓筒表面，隨著不銹鋼圓筒的轉動，其被帶至帶有刮片的區域，磁粉直接分離流入加藥攪拌區，污泥則在重力的作用下流至出口排出，完成磁粉與污泥的分離。通過磁分離機的回收，磁粉的損失量較小，工業園區污水處理廠每日損失量小于3 mg/L，在整個運行系統的成本中，磁粉費用是很小的一部分。

3 結論

多年的穩定運行實踐可以有效證明，磁混凝高效沉淀池用于處理磷含量高的工業廢水是有效的，在進水受到沖擊時，可以快速調整加藥量，出水的穩定達標具有可靠性，耐沖擊負荷能力強。系統運行較為簡單，只需要加強對藥劑投加泵、污泥泵、磁分離機及刮泥機等設備的巡檢，流程簡單、易操作，其具有較好的工程參考價值。