磁分离技术

磁分离技术及其在水处理上的应用

张和烽

（武汉理工大学）

摘要：文介绍了磁分离技术的基本原理、分离方法，设备以及特点, 综述了该技术在水处理中的应用现状。它已经应用于食品废水处理、含油废水处理、城市污水处理、印染废水处理等工业废水的处理。简要讨论了该技术的应用情况并展望了该技术的发展前景。

关键词：磁分离技术；磁性物质；高梯度磁分离器；废水

Application of Magnetic Separation Technology in

Water Treatment

HeFeng Zhang

(WuHan University of Technology)

Abstract: Fundamental principle, separating method and equipment of magnetic separation technology are introduced1 Development and application of treatment of some industrial wastewaters are summarized. Applications are discussed and foreground is prospected in magnetic separating treatment of industrial polluted waters.

Key words: Magnetic separation technology; magnetic material; high gradient magnetic separation; wastewater

1 磁分离技术简介

磁场本身是一种具有特殊能量的场，经磁场处理过的水或水溶液，其光学性质、导电率、介电常数、粘度、化学反应及表面张力和吸附、凝聚作用及电化学效应等方面的特性都产生了可测量的变化[1]，并且当撤掉磁场后，这种变化能保持数小时或数天，具有记忆效应[2]。由于这些现象的存在，多年来磁技术一直是研究热点。

磁分离技术是将物质进行磁场处理的一种技术，该技术的应用已经渗透到各个领域，该技术是利用元素或组分磁敏感性的差异，借助外磁场将物质进行磁场处理，从而达到强化分离过程的一种新兴技术。随着强磁场、高梯度磁分离技术的问世，磁分离技术的应用已经从分离强磁性大颗粒到去除弱磁性及反磁性的细小颗粒，从最初的矿物分选、煤脱硫发展到工业水处理，从磁性与非磁性元素的分离发展到抗磁性流体均相混合物组分间的分离。作为洁净、节能的新兴技术，磁分离将显示出诱人的开发前景[3]。

近几年磁力分离法已成为一门新兴的水处理技术。磁分离作为物理处理技术在水处理中获得了许多成功应用，显示出许多优点。磁分离利用废水中杂质颗粒的磁性进行分离，对于水中非磁性或弱磁性的颗粒，利用磁性接种技术可使它们

具有磁性。借助外力磁场的作用，将废水中有磁性的悬浮固体分离出来，从而达到净化水的目的。与沉降、过滤等常规方法相比较，磁力分离法具有处理能力大、效率高、能量消耗少、设备简单紧凑等一系列优点。特别是近年来, 在印染废水

[4]、工业烟气除尘[5]、食品发酵废水[6]、含油废水[7]、钢铁废水[8]、厨房污水[9]和环境保护等方面取得相当的成果，有的已运用于实际废水处理。本文就磁分离技术的设备、研究与进展及其存在的问题进行综述。

2 磁分离技术的基本原理与分类

2.1 磁分离技术的原理

废水中的污染物种类很多，对于具有较强磁性的污染物，可直接用高梯度磁分离技术分离；对于磁性较弱的污染物可先投加磁种（如铁粉、磁铁矿、赤铁矿微粒等）和混凝剂，使磁种与污染物结合，然后用高梯度磁分离技术除去。磁分离的物理作用基本原理就是通过外加磁场产生磁力，把废水中具有磁性的悬浮颗粒吸出，使之与废水分离，达到去除或回收的目的。为了分析方便，我们把废水中微小的磁性悬浮颗粒看作直径为d 的球形物体，其密度为ρ，质量为m ，由物理力学知识，磁性颗粒在磁场中受力分析见图1所示[10]。

其中 F g ——为重力, F f ——为浮力, F p ——为流体阻力, F z ——为磁力。

通过对以上磁性颗粒的受力分析可知，影响磁场捕获磁粒的主要因素有磁场力、悬浮颗粒的磁化率、悬浮颗粒粒径、水流速度与接触面积等。磁分离技术应用于废水处理3种方法：直接磁分离法、间接磁分离法和微生物磁分离法。利用磁技术处理废水主要利用污染物的凝聚性和对污染物的加种性，

凝聚性是指具有F g

F p

F f

图1

铁磁性或顺磁性的污染物在磁场作用下，由于磁力作用凝聚成表面直径增大的粒子而后除去；加种性是指借助于外加磁性种子以增强弱顺磁性或非磁性污染物的磁性而便于用磁分离法除去；或借助外加微生物来吸附废水中顺磁性离子，再用磁分离法除去离子态顺磁性污染物。郑必胜等人对磁分离技术的基础理论问题进行了研究。

磁种的制备方法是：先将Fe2O3磁粉进行硅烷化处理，即用γ—氨基丙基三乙氧基硅烷作偶联剂，它的V基团首先水解成硅醇，然后硅醇脱水与Fe2O3中的Fe原子耦合Fe2O3，表面被包了一层单分子层的硅烷偶联剂，再用戊二醛活化，从而得到具有特殊吸附功能的种。磁种表面的醛基靠共价键和废水中的胶体、悬浮物、蛋白质、脂肪、磷酸盐等结合在一起，在进行高梯度磁分离时，就能够在过滤器中将带有杂质颗粒的磁粉捕获，从而达到分离的目的。通过改变溶液体系的pH值，可以强化分离效果[11]。

2.2 磁分离技术分类

磁分离技术是借助磁场力的作用，对不同磁性的物质进行分离的一种技术。一切宏观的物体，在某种程度上都具有磁性，但按其在外磁场作用下的特性，可分为三类：铁磁性物质、顺磁性物质和反磁性物质。其中铁磁性物质是我们通常可利用的磁种。各种物质磁性差异正是磁分离技术的基础。磁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三种。按产生磁场的方法可分为永磁分离和电磁分离（包括超导电磁分离）。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[12]。

3 磁分离设备

具有代表性的磁分离设备主要是圆盘磁分离器和高梯度磁分离器。

3.1 圆盘磁分离器

圆盘磁分离设备的工作原理是在非磁性的圆板上嵌进永久磁铁，将数块同样的圆板以一定的间隔装在同一轴上[13]。当废水进入装置时，废水中的磁性粒子被圆盘板边上的磁铁所吸附而被捕。随着圆盘的旋转，被捕集的磁性粒子从水中进入空间，再由刮板刮下来。圆盘磁分离器装置简单，所需要的电力仅仅是圆板旋转的动力，具有耗电小的优点。但由于磁场弱，磁场梯度小，因而分离弱磁性的或直径为微米级的颗粒就有困难。园盘磁分离器与高梯度磁分离器相比在添加强磁性粒子作为磁种时，必须添加更多的磁性粒子[14]。