磁化技术在工业水处理中的应用

收稿日期:2004-09-21

基金项目:天津市自然科学基金(项目编号:033603611)。作者简介:贾　亮(1980-),男,河北石家庄人,硕士研究生。联系人:贾绍义,电话:(022)87401961。

文章编号:1004-9533(2006)01-0059-06

磁化技术在工业水处理中的应用

贾　亮,李　真,贾绍义

(天津大学化工学院,天津300072)

摘要:磁化技术是一门新兴的科学技术,将磁化技术应用于工业水的处理,是近年来的热门研究课

题。本文在介绍了磁化分离技术的原理及分类、磁化水的性质和磁化分离特点的基础上,对近年来所研究开发的磁化处理工业水技术及其应用作了较为详细的介绍与评述。关键词:磁化技术;水处理;磁场中图分类号:T Q02818　文献标识码:A

Applications of Magnetization T echnology in the T reatment

of I ndustrial W aste w ater

J I A Liang ,LI Zhen ,J I A Shao 2yi

(School of Chemical Engineering and T echnology ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China )

Abstract :Magnetization technology is a newly arisen technology.Applying the magnetization technology in the processing of industrial wastewater is a popular research topic in recent years.The m ore detailed introduction and comments are given in this paper to the technology of magnetic treatment of industrial wastewater and its applications in recent years ,through introducing the principle and classification of technology of magnetic separation ,property of magnetic water and characterstics of magnetic separation.K ey w ords :magnetization technology ;water treatment ;magnetic field

随着工农业生产的发展,对水的用量以惊人的速度增长。合理地节约用水、,降低水耗和污水处理并回用,是综合利用水资源的一项重大课题。处理水的传统化学方法,不仅消耗化学药品,而且化学反应产物还可能造成二次污染,采取强磁技术处理工业用水则显示出突出的优点和强大的生命力。

磁场处理水的技术是近代发展起来的一门新兴科学技术,磁处理水的研究始于20世纪40年代。1945年比利时人Vermefiven T 应用水的磁化处理锅炉用水,并且获得了专利[1]

。20世纪中叶起,美国、原苏联及日本等国掀起了“磁处理研究”热潮。磁分

离技术首先应用于选矿和瓷土工业。20世纪60年

代末,前苏联开始用磁凝聚法处理钢铁厂的除尘废水。1970年美国研究用磁絮凝法处理钢铁、食品、

化工和造纸等工业废水[2]

。纽约的倍谢姆钢铁厂安装了磁分离设备。1974年瑞典等国开始用磁盘法处理轧钢废水。1976年日本用磁盘法处理平炉、转炉除尘污水,均取得良好效果。1977年美国和日本等国用高梯度磁过滤器处理钢铁工业废水,在滤速达170m Πh 的情况下,出水悬浮物<15mg ΠL 。近几年来,我国在这方面的研究也很活跃。

2006年1月Jan.2006 化　学　工　业　与　工　程CHE MIC A L I NDUSTRY AND E NGI NEERI NG 第23卷　第1期

　V ol.23 N o.1

1　磁化分离技术的原理及分类

利用元素或组分磁敏感性的差异,借助强磁场来强化分离操作是近几年发展起来的一种新兴分离技术。随着强磁场、高梯度磁分离技术的进展,磁分离技术的应用范围日益扩大。诸如用于矿物分选、乳浊液分离、反应触媒氧化钴和镍的分离回收、磁性制氧以及传质单元操作中的吸收、吸附、萃取、结晶、精馏等[3]。

磁场作为一种场,几乎对一切处于磁场内部的物质都产生磁化作用,产生了附加磁场,附加磁场与原磁场的叠加,使得空间位置上的实际磁场发生了变化,而所谓磁场的叠加,就是磁感应强度作为矢量的相加,这种叠加的结果可以根据磁介质的相对磁导率来进行分类:1)顺磁质:分子的固有磁矩不为零(线性磁介质)———每个分子中的各电子的运动对外总的磁效应可等效一个小环形电流(形成分子固有磁矩)。顺磁质的相对磁导率稍微大于1。2)抗磁质:分子的固有磁矩为零(线性磁介质)———每个分子中的各电子的运动对外总的磁效应为零(形成分子固有磁矩为零)。抗磁质的相对磁导率稍微小于1。3)铁磁质:铁磁质的相对磁导率极大。

磁化分离法按装置原理可分为磁凝聚分离、磁盘分离和高梯度磁分离法3种。按产生磁场的方法可分为永磁磁分离和电磁分离(包括超导电磁磁分离);按工作方式可分为连续式磁分离和间断式磁分离;按颗粒物去除方式可分为磁凝聚沉降分离和磁力吸着分离。

2　磁化水的性质和磁化分离的特点

大量的研究结果表明,经过磁化处理可使水的物化性质(如折射率、电导率、介电常数、表面张力、离子水合作用、粘度以及红外吸光谱等)发生变化[4];磁化处理对溶解、结晶、聚合作用、湿润性、凝聚作用、,蒸发以及凝固也有影响[5];磁化处理可使水系统显著活化,并能影响化学反应的动力学过程[6];磁处理对杀菌、促进植物生长、治疗心血管系统疾病等效果更为明显[7]。实验研究还发现,磁场对水系统的作用具有明显的记忆效应[8]。

磁化分离技术的特点[9,10]是:1)处理废水速度快,能力大,效率高,出水水质稳定。其过滤速度通常为100mΠh～500m/h,有时可达到1000m/h。处理量是快速过滤法的20倍～40倍,是混凝沉淀法的400倍～700倍。每小时废水处理量可达几十至几百立方米。2)设备简单,建造和运行费用低,操作容易,维修管理方便,占地面积小。3)适宜处理悬浮粒径为微米级的低浓度废水,且水温及气候变化不影响处理效果。4)磁化处理可以减少或者不使用化学药品,消除二次污染。

3　磁化技术在工业水处理中的应用

311　在除垢、防垢方面的应用

国外,磁化水防垢处理技术开始于上世纪40年代。而在我国,50年前就开始了这方面的研究工作。

自从Vermedven T于1945年获得第一个使用磁技术以减少锅炉水垢生成的专利(NO1460560)以来,磁化技术除垢、防垢的技术和设备已普遍用于锅炉用水处理、各种热交换器等许多方面。通常所用磁处理系统有永磁式和电磁式两种类型。永磁式因其不需消耗能源,使用简便,且运行成本较低,因而被较多地用于工业及民用给水系统中。目前,英、美等国家的很多公司均生产磁处理装置。挪威的P olar 公司已为全球400多家船务公司的20000多艘船舶及日本、欧洲等国家的各种工厂水系统提供了优质的磁气式水处理器(P.W.C)[11]。Baker J S等人的研究发现,只改善磁处理效果有时并不明显[12]。

G rutsch J F等研究发现,利用磁处理能成功地控制CaC O3和CaS O4垢的沉积[13]。前苏联的研究者将磁技术用于供暖系统等许多装置的冷凝器,发现不再形成污垢,早先形成的锅垢,则会溶解而被排出[14]。Paul Skeldon[15],Lucija Lipus[16]也分别就磁场对工业用水防垢做了研究。此外,国外学者对于磁场对金属管的防腐、防锈还作了不少研究。

1959年,我国生产出第一台永磁水处理器,随后经过多年研究和实践,磁处理水设备目前已在许多部门研究和使用。王瑞金报道了有关PMWP强磁水处理器的实验结果,发现其在一定条件下的阻垢能力明显优于电磁式和高频电场式阻垢器[17]。罗漫等[18]研究表明,磁场处理水阻垢率,随着硬度和碱度升高而下降,且存在最佳流速。中国科学院金属研究所等单位研制的BHC型磁防垢除垢器,集防垢、除垢功能于一体,也已成功用于热水锅炉等许

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化　学　工　业　与　工　程2006年1月