浅谈磁分离技术的发展和应用

摘要：通过对磁分离技术在污废水中的作用，以及在处理城市污水中的应用，指出磁处理技术在水处理中的应用优势并讨论了该技术的应用和发展前景。

关键词：磁分离技术 物理力学效应 高梯度磁场

1.磁分离技术简介

磁技术是利用外加磁加载物的作用增强絮凝已达到高效沉降和过滤的目的，其原理是向污水中投加少量混凝剂、磁种等与污染物絮凝结合成一体，然后通过高效沉淀核磁过滤将水中的污染物去除，磁种通过磁鼓分离器回收循环使用，次过滤基本工作原理是在外加磁场下，磁性介质表面产生高梯度磁场，捕集经过它的磁性颗粒。

目前磁分离技术应用于废水处理有三种方法：直接磁分离法、间接磁分离法、微生物磁分离法。主要利用污染物的凝聚性和对污染物的加种性。具有占地面积小、能耗低、易于操作、无二次污染的优势。

2.磁场在污（废）水处理中的作用

2.1磁场的物理力学效应

磁分离技术是把已磁化的磁粉和絮凝剂投加到污水中并进行搅拌，油滴、颗粒物及胶体等污染物就会附着到磁种上，然后经磁分离器，可使吸附在磁粉上的污染物质和磁粉一起被磁场截留，或磁粉及被吸附的污染物发生磁聚絮凝加速沉降，从而净化污水。磁分离效率与磁场力、颗粒粒径、水流速度、颗粒磁化率及流体与磁体表面的接触面积等有关。

2.2 磁场对水中微生物的作用

2.2.1 对水中微生物生长代谢的影响

磁场类型、磁感应强度、作用时间以及生物细胞结构的不同，所引起的生物学效应也是不同的。栗杰等研究发现：在100 mT 的磁感应强度下磁场对放线菌和真菌表现出正效应，对细菌的生长则显示出抑制作用；而在300 mT 的磁感应强度下，不同类群的土壤微生物数量均有不同程度的增长。王祥三等通过磁化处理污水的生物效应试验，发现磁感应强度为0.37 T 时，好氧微生物的活性增大了17.3%，水藻的初级生产力由对照样的8.41 g /m3提高到16.9 g /m3。在生物流化床中引入磁场，采用UASB 厌氧/磁化复合系统以及磁场对厌氧活性污泥的活性影响的研究等都有明显的效果。同时磁场可以影响微生物酶的活性，可以使过氧化氢酶、过氧化物酶和三种磷酸酶的活性得到不同程度的提高，且磁场效应持续时间较长。

3.磁技术在废水处理中的研究与应用

3.1 餐饮废水

试验表明，磁粉类磁种具有良好的除油性能，投加经过磁化的磁种吸附污染物，进行磁分离可以使水质净化。朱又春等研究磁分离法处理含动植物油废水的原理和工艺条件时，采用磁粉搅拌混合/磁分离工艺流程处理餐厅厨房含油废水，除污效果显著。孙鸿燕等采用由PFS、PAM、磁粉复合而成的磁絮凝剂处理高浓度餐饮废水，研究表明：在COD为4 300 ～ 5 000 mg /L 的餐饮废水中，PFS /PAM 复合磁絮凝剂的性能明显高于PFS /PAM 复合絮凝剂。磁絮凝不但能提高絮凝效果，缩短絮凝与沉降时间，而且能使絮体（污泥）体积减少约1 /2。

3.2 印染废水

印染废水水质复杂、水量大、有机污染物含量高、色度高、pH 变化大、水质变化剧烈。因化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，使PVA 浆料、新型助剂等难以生化降解的有机物大量进入印染废水中，增加了处理难度。

刘建荣等在处理人工模拟印染废水试验过程中，在反应器中投加磁粉形成稳定磁场，同时向厌氧流化床中加入高效脱色菌种，采用聚集交联固定法，将脱色菌固定于活性污泥中。微生物在磁场的作用下产生生物磁效应，从而提高反应速率。赵静等研究不同条件下Fe3O4 磁流体对COD 和色度的去除，效果显著。磁分离技术相对于传统方法处理印染废水在技术和成本及管理方面有相对较大优势。

3.3 应用于城市污水处理

城市污水中含有大量的非磁性污染物，采用高梯度磁分离技术处理城市污水时，需投加磁种与混凝剂。污水处理中向絮凝池中加入磁种和适当的混凝剂，再通过高梯度磁分离器，能去除污水中的悬浮物、色度、浊度、磷酸盐、细菌和多种重金属悬浮体等。

美国麻省理工学院的研究者对城市污水投加Fe3O4和硫酸铝，进行高梯度磁分离处理，获得良好的效果其试验结果列于表1。

黄自力等[19]用梯度磁分离技术对污水中磷的处理进行了研究，并且同化学除磷作了比较：药剂省，分离速度快是磁种- 高梯度磁分离方法最显著的特点。采用磁分离技术进一步处理对于深度除磷、除COD，实现中水回用，合理用水，节约水资源等，都有重要意义。

4.磁技术在水处理中的应用前景

综上所述，磁复合生物法处理技术必将成为未来我国水处理领域一项极具发展前景的技术，有很大的探索空间：

（1）在水处理的应用中，要逐渐从磁场的物化效应转向磁场的生物效应对生物体的影响方面发展。磁作用是综合效应的结果，其复杂的作用机理和过程还需要更加深入的研究。

（2）对不同的磁场类型、磁场强度及磁场作用方式（水平、垂直、环状）等产生的效果差异做进一步研究，确定不同水质条件下水处理的各个阶段最佳的磁场参数。

（3）磁分离技术能实现多种污染的一次净化，具有多功能性和通用性。在原水中通过投加磁种和混凝剂，使得各种性质的弱磁性微细颗粒甚至半胶体颗粒在高梯度磁场中能得到高效去除，同时用磁分离技术还可进行海水淡化和除盐

（4）利用高梯度磁滤法可作为给水的杀菌消毒处理，可研究作为氯消毒的替代产品。有研究表明磁化后的水能促进水垢脱落，可利用磁场磁化那些矿化度较高的水源（如地下水源）作为锅炉用水和其它机械冷却用水等都是磁处理技术很不错的研究方向。

综上，有效的利用磁场的能量，注重磁场的生物效应和磁场强化絮凝机理的研究，不断与其他技术相互渗透、共同作用来达到废水处理的基本要求，开展这方面的研究工作无疑具有重要意义。

参考文献：

[1] 皮科武. 磁效应在水处理中的应用研究[J] . 环境科学与技术，2003，26（1）：26- 28

[2]栗杰，依艳丽，焦颖，等. 棕壤微生物和几种酶活性的磁致效应研究[J] . 土壤通报，2007，38（5）：22- 27.

[3]王祥三，王平. 磁化处理污水的生物效应试验[J].环境科学与技术，2000，（2）：33- 36.

[4]孙鸿燕，史少欣，王平宇. 几种复合磁絮凝剂在餐饮废水处理中的应用[J].工业水处理，2006，26（ 8）： 55- 58.

[5]赵静，刘勇健.磁流体处理印染废水初探[J].污染防治技术，2007，20（6）：14-16.