磁分离技术在污水处理中的应用

摘要：磁分离技术具有分离速度快、效率高等特点，已经在水处理工程中得到了广泛的应用。本文概述了磁分离技术的原理，介绍了近年来磁分离技术在污水处理中的研究与应用，并展望了磁分离技术未来的应用前景。

关键词：磁分离技术 原理 应用 发展

1、引言

磁分离技术是借助磁场力的作用，对磁性不同的物质进行分离的一种物理分离方法。磁分离技术是一门新兴的环境保护技术， 国外自70 年代开始进行研究以来， 磁分离技术作为物理处理技术已成功地应用于城市工业废水和生活污水、废料、污染的河水、湖水以及饮用水的处理，上世纪80 年代以来， 我国开始了这一领域的研究[1]。本文主要介绍水处理工程中磁分离技术的应用工艺。

2、磁分离技术的原理

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[2]，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。由于这些现象的存在，多年来磁技术一直是研究热点。

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。

磁分离技术应用于废水处理有3 种方法： 直接磁分离法、间接磁分离法和微生物磁分离法。

3、磁分离技术在水处理中的研究与应用

3.1 处理富含磁性污染物的污水（直接磁分离法）

无论是开发成功的高梯度磁过滤器还是各种圆盘式磁分离器，在水处理方面，它们的首选应用领域都是钢铁废水的处理。钢铁热轧/ 连铸废水、冷轧乳化液等，其污染物98% 以上都是强磁性物质，另外还含有部分油类和少量非磁性物质，非常适合用磁分离的方式净化[5]。其工艺简单，占地面积小，处理效果好。

3.2 处理非磁性或弱磁性污染物废水水（间接磁分离法）

利用磁分离技术处理污水，其前提是污水中的颗粒需具有一定的磁性。对于非磁性或弱磁性污染物污水，一般通过投加磁种，然后利用絮凝技术使非磁性物质与磁种结合在一起，然后单独利用磁分离技术或絮凝沉降联合高梯度磁分离技术分离净化废水。这类技术被人们称为“磁种混凝磁分离”或者“磁加载磁分离”技术。

3.2.1餐饮废水

试验表明， 磁粉类磁种具有良好的除油性能， 通过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[3]研究磁分离法处理含动植物油废水的原理和工艺条件时发现， 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，且有较好的COD去除能力， 该技术有良好的实用性。

3.2.2含Ni2+电镀废水

孙水裕等[4]分两步进行了磁种凝聚/磁分离技术处理Ni2+电镀废水试验， 首先进行了磁种凝聚的试验， 研究了pH、磁种、聚丙烯酰胺对Ni（OH）2沉淀物与磁种凝聚成#磁性矾花？过程的影响。其次通过从废水中脱除磁性矾花的磁分离试验， 考察了磁场强度对磁分离过程的影响。试验结果表明， 经磁种凝聚/磁分离技术处理后， 废水中Ni2+的去除率达到99%以上， 出水Ni2+为0.42mg/L， 达到了相应的国家排放标准。Ni2+可以回收， 磁种经酸浸泡后可以循环再用。与其他方法相比， 采用磁种凝聚磁分离技术处理含Ni2+电镀废水具有处理时间短、处理量大、占地面积小的优点。

3.2.3 印染废水

印染废水成分复杂， 存在着大量水溶性污染物， 直接投加磁种和混凝剂进行磁种混凝难以使污染物与磁种形成含磁絮体， 为此， 首先必须通过适当的技术手段改变印染废水中水溶性污染物的溶解特性， 使其通过磁种混凝获得磁性，实现磁分离。

3.3 磁分离技术与生化技术的结合应用（微生物磁分离法）

为了更好地处理污水中的COD、BOD、氨氮、磷等污染物，只有将磁分离技术与现有的生物处理技术相结合，才可能达到比较好的效果。

3.3.1 BioMag工艺

将CoMagTM 工艺与活性污泥法结合，可以达到脱氮除磷的效果。该工艺的实质为生物处理加上加药化学除磷。除磷主要靠化学沉析及混凝磁分离来实现。

3.3.2 生物流化床

HulyaYavuz等在生物流化床中引入磁场， 以磁性聚苯乙烯颗粒作为微生物载体， 使污水处理效率得到大幅提高。

4、磁分离技术在水处理中的应用前景

磁场的引入使混凝工艺的分离速度较常用的斜管沉降法提高l0～50 倍，可极大地提高水处理速度和减少占地，易于实现自动化控制及小型集成化设备，在给排水及废水处理等领域均有诱人的发展前途。

尽管如此，磁分离技术处理废水存在如下的技术难度和局限性：①大型磁场系统的研制、工程规模的形成及面向各种废水的普适性方面均存在诸多困难，如接磁种的方法、磁种的选择及磁种回收工艺需要研究改进，其理论亦有待发展和完善。以氧化铁处理浮油为例[15]，吸附于氧化铁表面的浮油，可经由加热至300～350℃回收氧化铁，但由于氧化铁再加热的过程中其表面积及磁化率均会减低，故其后续处理能力亦有所下降；②介质的剩磁使得磁分离设备在系统反冲洗时， 难以把被聚磁介质所吸附的磁性颗粒冲洗干净， 因而影响着下一周期的工作效率；③为了提高磁场梯度， 必须选择高磁饱和度的聚磁介质，对聚磁介质的选择具有一定的技术困难， 且增加运行的费用。尽管磁分离技术是一种简易可行且处理效率高的水处理技术， 由于上述技术难度和局限性， 有待继续研究克服。

参考文献：

[1]郑必胜， 郭祀远， 李琳， 等. 磁分离技术处理食品发酵工业废水. 食品与发酵工业， 1999，25（01）

[2]B.N.克拉辛（ 苏）.水系统的磁处理[M]. 北京： 宇航出版社， 1988

[3]朱又春， 曾胜. 磁分离法处理餐饮污水的除油机理[J].中国给水排水， 2002， 18（ 7）：39-41

[4]孙水裕， 张俊浩，刘炳基， 等. 磁种凝聚-磁分离技术处理含Ni2+电镀废水的研究[J]. 环境工程， 2002，（ 4）： 17-19