超磁分離技術在蘇州市平江河治理中的工程應用研究

摘要：蘇州市平江河水質曾長期偏差，直接影響古城形象。2019年，乘軌道交通施工之機，蘇州市新建一座超磁分離水體凈化站作為平江河治理的水質應急保障工程。近年來，該工程運行穩定，累計處理水量超過5 200萬m3。超磁分離技術對微污染景觀類水體的改善與維持效果非常顯著，懸浮物（SS）、總磷（TP）的去除率均超過90%。該工程通過構建河道水下森林，恢復水生植物的自凈能力。除總氮（TN）外，實測水質指標已達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類水質要求。

關鍵詞：超磁分離；混凝分離；景觀水處理

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）04-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.04.051

Engineering Application Research of Supermagnetic Separation Technology in Pingjiang River Treatment in Suzhou City

SHENG Linhua1， LI Can2， BI Yongwei2， JI Qingqing2， HUANG Gguanghua2

（1. Suzhou River Management Office， Suzhou 215011， China;

2. CSCEC SCIMEE Sci. amp; Tech. Co.， Ltd.， Chengdu 610045， China）

Abstract： The water quality of the Pingjiang River in Suzhou City has had a long-term deviation， directly affecting the image of the ancient city. In 2019， taking advantage of the construction of rail transit， a supermagnetic separation water purification station was built in Suzhou City as an emergency water quality guarantee project for Pingjiang River treatment. In recent years， the project has been operating steadily， with a cumulative treated water volume exceeding 52 million m3. The supermagnetic separation technology has a significant improvement and maintenance effect on micro polluted landscape water bodies， with the removal rates of suspended solids （SS） and total phosphorus （TP） exceeding 90%. The project recovers the self purification ability of aquatic plant by building underwater forests in river channels. Except for total nitrogen （TN）， the measured water quality indicators have met the Class Ⅲ water quality requirements of the “Surface Water Environmental Quality Standard” （GB 3838—2002）.

Keywords： supermagnetic separation; coagulation separation; landscape water treatment

蘇州市有著“東方水城”的美譽，曾經的平江河承載著一代代蘇州人的記憶，平江路是蘇州市迄今保存最完整的歷史街區之一，但河道水質偏差曾嚴重影響平江古城的水城形象。2019年6月，蘇州市軌道交通6號線正式啟動。蘇州市借此機會對城市水環境進行修復，新建一座超磁分離水體凈化站作為平江河治理的水質應急保障工程，大幅改善平江河水質，還平江河自然之美。平江歷史街區主要景觀河道長約為1.1 km，支流河道長約為2 km，寬為10～15 m，水深為0.5～2.5 m，河道內水體發黃且渾濁，夏季常暴發藍藻。由于地鐵的修建，部分河段被封堵，施工期約為3年，造成流通不暢，加劇黑臭現象。經技術與經濟比選，蘇州市采用超磁分離技術對平江河河道進行修復治理，快速提高水體透明度，增加水體溶解氧含量，消除藻類[1-3]。

1 超磁分離技術特點

超磁分離技術是一種物化水處理技術，利用磁性介質與污染物形成磁性絮凝體，然后通過永磁磁場進行吸附分離，核心設備為超磁分離機，可在30 s內完成固液分離。它具有處理水量大、固液分離時間短、排泥含水率低等特點。該技術已廣泛應用于市政、河道、煤礦等廢水處理領域[4]。

2 平江河治理項目設計

考慮到原有水系景觀功能，在平江河上游增設臨時攔河壩，通過潛水泵將原水提升至超磁分離水體凈化站，快速去除SS、TP、藻類等污染物，然后就近排入原河道。為增加水體自凈能力和打造景觀效果，出水段增加水下森林措施，進一步去除氮磷[5]。

2.1 設計規模

本項目設計規模為5萬m3/d，由2套處理能力

2.5萬m3/d的超磁分離成套設備組成。

2.2 設計水質

本項目設計進水水質根據實測水樣而定，進水水體發黃且渾濁，處理后的出水透明度需要大于1.2 m，具體水質如表1所示。

2.3 主體工藝設計參數

2.3.1 磁混凝反應箱

設備型號為HHN-25000，配備2套，采用四級攪拌，箱體外形尺寸為11.6 m×2.9 m×2.9 m，設計水力停留時間為5 min。四級攪拌功率分別為3.0 kW、1.5 kW、1.5 kW、1.5 kW，攪拌轉速分別為80 r/min、30 r/min、30 r/min、25 r/min。

2.3.2 超磁分離主機

設備型號為BSMD-25000，配備2套，主機功率為1.1 kW，輔機功率為4.0 kW，主機帶變頻控制，轉速可調。設計水力停留時間小于30 s，磁盤磁感應強度大于1 500 Gs。

2.3.3 磁分離磁鼓機

設備型號為HCG-25000，配備2套，磁鼓電機功率為0.55 kW，帶變頻控制，轉速可調，高速分散電機功率為5.5 kW，磁種投加泵功率為2 kW，磁鼓磁感應強度大于3 000 Gs。

2.3.4 藥劑投加裝置

混凝劑采用濃度10%的液體聚合氯化鋁（PAC），投加量為20～50 mg/L；助凝劑采用自動溶藥機，設備型號為JY2500，配制濃度為1.0‰～1.5‰，投加量為0.5～1.0 mg/L，混凝劑加藥泵功率為0.55 kW，額定流量為700 L/h，助凝劑加藥泵功率為0.75 kW，額定流量為1 500 L/h。

2.3.5 污泥脫水裝置

污泥脫水裝置配備1套，設計處理時間為8～10 h，設計處理量為450 kg DS/h，進料污泥濃度為97%～98%，出泥含水率不超過80%。

3 工程運行數據

3.1 工程實際進出水水質

本工程已累計運行超過3年，選取2020年7月至2022年6月連續2年的實測數據進行分析。數據表明，除TN外，其余指標均符合《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類水質標準。項目實際進出水水質如表2所示。

由圖1可知，實際進水SS濃度為40～100 mg/L，出水SS濃度始終維持在小于10 mg/L的水平，表明超磁分離條件下，進水SS濃度較低時，出水SS濃度可穩定小于10 mg/L。SS去除率通常在85%～95%，原水SS波動較大時，SS去除率也在80%以上。

由圖2可知，進水TP濃度為0.05～0.45 mg/L，出水TP濃度維持在小于0.05 mg/L的水平，表明超磁分離條件下，進水TP濃度小于0.5 mg/L時，出水TP濃度可穩定小于0.05 mg/L。TP去除率通常在85%～90%，原水TP濃度波動較大時，TP去除率在70%以上。

由圖3可知，工程實施前取水口透明度很低，在0.2～0.5 m，經過超磁分離凈化后，水體透明度在1.2 m以上。由于河道取水點位于上游，取水口的透明度代表進水透明度。

3.2 工程運行成本

工程總投資約為1 500萬元，包括土建費、安裝費、措施費等。直接運行費主要包括人工費、電費、藥劑費、污泥脫水費等。一是人工費。設備維護工人有7人，人工定額為350元/人，折噸水成本0.049元/m3。

二是電費。噸水電耗約為0.1 kW·h/m3，每千瓦時電按0.8元計，折噸水成本0.08元/m3。三是藥劑費。PAC、聚丙烯酰胺（PAM）、磁種的投加量分別為50 mg/L、0.5 mg/L、5 mg/L，成本單價分別為0.15萬元/t，2萬元/t，0.35萬元/t，折噸水成本0.103元/m3。四是污泥脫水費。污泥脫水采用疊螺脫水機，脫水率達到80%后外運處置，污泥調質劑投加量為5.0 kg/t DS，單價為3萬元/t，日產濕污泥20 t，處置清運單價為350元/m3，折噸水成本0.152元/m3。綜上所述，本工程運行期間，直接運行成本約為0.384元/m3，每天的運行成本為19 200元。

4 結語

超磁分離技術對SS、TP的去除率超過90%，但無法直接去除水體中氨氮和TN，本工程在超磁分離后端河道中增設水下森林，總體水質達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類水質要求（TN除外）。本項目運行期間，TN去除率偏低，未達到地表水Ⅲ類標準，經重新構建，生態系統正在逐步恢復，后期可開展長期的跟蹤與監測，探尋更加經濟合理的TN去除工藝。與傳統的混凝沉淀相比，超磁分離技術具有啟動迅速、運行穩定、成本低等特點，在微污染類景觀水體中值得大量推廣與應用。

參考文獻

1 湯祎峰，黃天寅，王怡文，等.超磁分離技術在河道應急處理中的應用[J].水處理技術，2021（5）：130-136.

2 吳秀偉，蒲文鵬，劉 旭，等.超磁分離凈化技術在J河道治理中的應用研究[J].綠色科技，2017（22）：49-52.

3 劉鐘文，黃 潔，鄧力禹.超磁分離水處理技術在某機場管廊水處理中的應用[J].四川水泥，2020（7）：155-156.

4 張鶴清，吳振軍，呂志國，等.絮凝快速分離水處理技術簡介及發展趨勢[J].環境工程，2018（36）：56-61.

5 于金旗，張鶴清，孫 磊，等.超磁-水下森林耦合工藝在景觀水體修復中的應用[J].給水排水，2022（9）：62-67.