磁絮凝技术在水处理中的应用与前景_庞治邦

doi： 10． 3969 / j． issn． 1674－8425（ z） ． 2015． 10． 018
磁絮凝技术在水处理中的应用与前景
a b 姚吉伦 ， 刘 庞治邦 ， a 波， 周
振
a
（ 后勤工程学院
a． 国防建筑规划与环境工程系；
b． 国家救灾应急装备工程技术研究中心 ， 重庆 401331 ） 摘 要： 介绍了磁絮凝技术的特点， 探讨了其作用机理。分析了应用该技术处理不同污、 废
［7 ］
中某些成分 的 固 体 物 质。 吸 附 剂 是 否 有 吸 附 作 用， 要看“固 － 液 ” 两相的接触角 θ。 当 0 ° ＜ θ ＜ 90 ° 时， 吸附剂为亲水性； 当 90 ° ＜ θ ＜ 180 ° 时， 吸附 剂为亲油性。在水中分散性良好的吸附剂对污染 物有好的吸附作用。 经实验测定： 磁粉的接触角 为 45 ． 5 ° 时属于亲水性物质， 对水溶性物质具有吸 附作用。故磁粉靠其较大的比表面积能吸附水中 的悬浮物和胶态物质。 1． 2 增加碰撞机会 根据混凝动力学可知， 当水中悬浮物浓度很 低时， 颗粒碰撞速率将大大减小， 混凝效果差
表2 文献 8］ 文献［ 13］ 文献［ 14］ 文献［ 15］ 文献［ 含磷废水的进出水总磷浓度
－1 出水 TP / （ mg·L ）
进水浊度 出水浊度 进水 COD / （ NTU） （ NTU） （ mg·L － 1 ） 2． 8 2． 7 2． 4
33 ～ 42
180 ～ 225
－1 进水 TP / （ mg·L ）
［16 ］
表4 水 样 1 2 3
焦化废水进出水 COD 情况 出水 COD / （ mg·L － 1 ） 85． 83 84． 02 86． 06
通过
COD 实验表明， 当废水含油量为 120 ～ 700 mg / L， 为 2 100 mg / L 时， 利用高梯度磁分离法处理， 可使 油和 COD 的去除率均达到 80% 左右。
第 29 卷
第 10 期
重 庆 理 工 大 学 学 报（ 自然科学）
Journal of Chongqing University of Technology（ Natural Science）
2015 年 10 月
Oct． 2015 Vol． 29 No． 10
［12 ］
重金属废水进出水离子浓度 出水浓度 / （ mg·L － 1 ） 0． 069 0． 603 0． 309 2． 351 0． 692 去除 率 /% 90． 48 67． 86 6． 93 12． 28 69． 31
进水浓度 / （ mg·L － 1 ） 0． 725 1． 876 0． 332 2． 680 2． 255
表5 重金属 离子 Fe3 + Cu
2+
2． 4
造纸废水 造纸废水中含有大量的纤维、 色素和无机盐，
BOD 可达 5 ～ 40 g / L。 一 有机物浓度和浊度很高， 般采用絮凝沉淀作为预处理工艺， 然后进行生化 处理和其他工艺处理， 达标后排放。 海南某造纸 厂采用磁絮凝与磁分离工艺处理造纸废水， 情况 见表 3
。而磁絮凝能强化絮凝效果， 使形成的絮
体粒径增大， 密实度增加， 易于沉降， 从而加强系 统对总磷的去除效果。 表 2 列出了部分文献中磁 絮凝工艺进出水的总磷浓度。 2． 3 含油废水 磁粉本身对废水中的油类和胶态物质具有良 好的吸附能力 离。王利平等
［15 ］
。 而絮凝剂能通过絮凝作用包
裹油类物质和其他悬浮物形成絮体从而使油水分
［3 － 4 ］
2． 2
含磷废水 饮用水中的磷主要通过与混凝剂形成沉淀以
［11 ］
及与非溶解性的磷形成矾花而被去除
。 当絮
。
凝效果好时， 大部分的磷可由絮凝沉淀去除。 但 是在常规絮凝除磷中， 絮体一般较为松散， 沉降性 能差， 处理构筑物占地面积大且出水效果也不稳 定
［12 － 14 ］
对 ζ 电位的影响 ζ 电位是颗粒之间的相互排斥和吸引的强度
8］ 10 ～ 20 文献［ 9］ 文献［ 10］ 文献［ 130 ―
，
增加 而扩散在水中的磁粉使水中悬浮颗粒增多， 了胶体物质碰撞的机会， 并且磁粉产生的微弱磁 场使磁粉周围带电胶体受到洛伦兹力的作用而运 动， 促进了悬浮物和胶体物质的碰撞。 这样就使 水中 颗 粒 形 成 絮 体 的 几 率 更 大， 强化了絮凝 效果 1． 3
。而且由于 “磁性复合体 ” 以磁粉为核心使
絮体密度增大、 沉降速度加快， 从而使后续处理单 元如沉淀池占地面积减小。
2
2． 1
磁絮凝在水处理中的应用
市政污水 市政污水是造成水体污染的重要原因， 其处
1
1． 1
磁絮凝技术的作用机理
吸附作用 吸附剂是指能有效地从气体或液体中吸附其
理效果越来越受到人们重视。 与传统生物处理相 比， 投加混凝剂的化学强化一级处理具有自然条 件约束少、 占地省、 流程短、 处理速度快、 基建与运 行费用低、 操作灵活等特点
［2 ］
。 此外， 磁絮凝技术
还有简单经济、 能快速沉降和分离、 污泥含水率低 等优点， 故而成为极具竞争力的城市污水处理方 法。表 1 列出了部分文献中磁絮凝工艺处理市政 污水的处理效果。
表1 文献 磁絮凝工艺处理市政污水的处理效果 进水浊度 出水浊度 进水 COD / 出水 COD / （ NTU） （ NTU） （ mg·L － 1 ） （ mg·L － 1 ） 3． 80 ― ― 50 ～ 80 206． 40 290 ～ 310 24． 08 43． 60 78． 14 （ 去除率）
PANG Zhibang a ，YAO Jilun b ，LIU Bo a ，ZHOU Zhen a
（ a． Department of National Defense Architectural Planning and Environment Engineering ； b． Engineering and Technological Ｒesearch Center of National Disaster Ｒelief Equipment ， Logistics Engineering University ，Chongqing 401331 ，China） Abstract： The article described the characteristics of magnetic flocculation technology and analyzed its mechanism． Ｒeferred to the analysis of the related literatures about technology applied to handle different sewage ， waste water experiments and engineering practices， the technical universality and efficiency in the field of water treatment were illustrated． And the application prospect of the technique and development trend was prospected． Key words： magnetic flocculation ； mechanism of action ； water and wastewater treatment 磁絮凝技术是常规混凝与磁化技术的有机结 合。该技术通过磁性接种， 即投加磁粉， 并投加混 凝剂， 使污染物与磁粉絮凝结合成一体， 形成带有 磁性的絮凝体， 从而使原本没有磁性的污染物具 有磁性， 然后通过高梯度磁分离技术或自身的高 效沉降， 使具有磁性的絮凝体与水体分离， 从而将
2． 6
重金属废水 重金属行业产生的废水对环境的污染极为严
0． 9 ～ 1． 2 0． 59 0． 91 ～ 1． 55 9． 5 ～ 10． 0
0． 069 0． 072 0． 22 0． 18
重， 是工业废水处理的一大难点。 重金属废水的 常规处理方法有化学沉淀法、 氧化还原法、 铁氧体 法、 电解法、 蒸发浓缩法、 离子交换树脂法等， 但这 些方法存在投资大、 运行成本高等问题。 通过对 重金属废水的磁絮凝 － 大梯度磁滤工艺的处理试 验， 证明了其处理的可行性与优越性， 结果见表 5 。
［1 ］
通过试验发现絮凝剂与磁粉联用
101 庞治邦， 等： 磁絮凝技术在水处理中的应用与前景 处理含油废水比单独采用 絮 凝 剂 或 磁 粉 效 果 要 好， 去除率提高了 30% ～ 40% 。 姚晔栋等
水的试验和工程实际的相关文献 ， 说明了该技术在水处理领域的广泛性和高效性， 并对该技术 的应用前景和发展趋势进行了展望 。 关 键 词： 磁絮凝； 作用机理； 水与废水处理 文献标识码： A 文章编号： 1674 － 8425 （ 2015 ） 10 － 0099 － 04 中图分类号： X52
Application and Prospects of Magnetic Flocculation in Water Treatment
铜、 铅离子有 磁絮凝 － 大梯度磁滤工艺对铁、 较好的 去 除 效 果， 但 对 锰、 锌离子去除效果不 明显。
的度量。ζ 电位越高， 说明水中胶体的分散系越稳 定。降低或消除胶粒的 ζ 电位能降低排斥能峰进 。 试验结果表明： 原水的 ζ 电位 “脱稳 ” 而使胶体 为 11． 7 mV， 加入絮凝剂后为 9． 81 mV， 加入磁粉 后为 8． 7 mV。 1． 4 “磁核” 作用 加入水中的磁粉与水中的悬浮物结合， 形成 。 这些“磁性复 了以磁粉为核心的“磁性复合体 ” 合体” 在磁场力的作用下相互吸引， 形成粒径大、
100 重庆理工大学学报 污染物去除
［1 ］
。 磁絮凝技术具有处理效果好、 占
密实 度 高 的 絮 体， 且 更 耐 水 力 剪 力， 不易破 碎
［5 － 6 ］
地面积小、 沉降性能好以及沉降污泥密实、 含水率 低等优点。 作为近几年新兴的水处理技术， 磁絮 凝工艺在给水处理和各类污、 废水处理中得到快 速发展， 并在工程实际中得到应用。 本文就磁絮 凝技术的作用机理和应用进行了研究， 并分析了 该技术的发展前景。
收稿日期： 2015 － 04 － 21 基金项目： 国家科技支撑计划资助项目 （ 2012BAK05B03 ） 主要从事水处理技术研究 ； 通讯作者 姚吉伦， 高级工程师， 主要从事膜 男， 硕士研究生， 作者简介： 庞治邦（ 1990 —） ， 水处理和野营净水装备的研究 。 J］ ． 重庆理工大学学报： 自然科学版， 2015 引用格式： 庞治邦， 姚吉伦， 刘波， 等． 磁絮凝技术在水处理中的应用与前景［ （ 10 ） ： 99 － 102． Citation format： PANG Zhibang，YAO Jilun，LIU Bo，et al． Application and Prospects of Magnetic Flocculation in Water Treatment［ J］ ． Journal of Chongqing University of Technology： Natural Science， 2015 （ 10 ） ： 99 － 102．
。
表3 造纸废水进出水 COD Cr 情况
－1 出水 CODCr / （ mg·L ）
Mn2 + Zn2 + Pb
2+
－1 水样 进水 CODCr / （ mg·L ）
1 2 3 4
2 304 3 004 2 020 2 280
Baidu Nhomakorabea
1 422 ～ 1 766 2 076 ～ 2 200 1 508 ～ 1 596 1 736 ～ 1 808