磁混凝沉淀工藝在污水處理行業(yè)的應(yīng)用

＊?jiǎng)⒅均i

（藍(lán)深集團(tuán)股份有限公司 江蘇 211500）

1.發(fā)展歷程

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)自然資源的需要也日益增長(zhǎng)，其中淡水資源是人類(lèi)生存必不可少的自然資源，更是消耗的十分迅速。僅僅只靠大自然自身的進(jìn)化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足人們生產(chǎn)生活需求，因此在控制水源污染的同時(shí)也需要加快污水凈化再利用的腳步。

磁混凝分離技術(shù)作為最新型水處理技術(shù)之一，近幾年來(lái)，在國(guó)內(nèi)外開(kāi)始發(fā)展并廣泛應(yīng)用于大型的污水處理工程之中。磁分離是一項(xiàng)很早就得到應(yīng)用的物理技術(shù)，主要是運(yùn)用不同物質(zhì)在磁場(chǎng)力的作用下所受引力不同，將導(dǎo)磁性不同的物體區(qū)分開(kāi)來(lái)，最早是蘇聯(lián)利用磁聚凝法處理鋼廠除塵廢水，磁分離技術(shù)才開(kāi)始應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。伴隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，該技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)含非導(dǎo)磁性污染物水體的凈化處理，還大大加快了污染物分離的速度。

2.磁混凝高效沉淀工藝流程

磁混凝高效沉淀工藝主要包括混合池、加磁混合池、絮凝池、斜管沉淀池、磁粉回收系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)等組成，詳見(jiàn)圖1。

圖1 磁混凝高效沉淀池工藝流程

在混合池中投加混凝劑，通過(guò)快速攪拌方法使污水中的懸浮物質(zhì)迅速混合，通過(guò)中和作用，使污泥顆粒表面的負(fù)電荷被中和，污泥顆?！懊摲€(wěn)”，形成細(xì)小絮凝體，與此同時(shí)，加入磁粉與濃縮的回流污泥在混合池中充分混合絮凝?；炷A段產(chǎn)生的細(xì)小絮凝體流入絮凝池，同時(shí)在絮凝池加入絮凝劑，使得細(xì)小的絮凝體在電中和、吸附和架橋作用下形成大的絮凝體，并與磁粉相結(jié)合最終形成密度更大、更重的絮體團(tuán)。

絮凝出水在預(yù)沉區(qū)中，絮體團(tuán)快速沉淀，未來(lái)得及沉淀以及不易沉淀的微小絮體會(huì)沿著斜板向上流動(dòng)，較快的上升流速和斜板可以形成一個(gè)不斷自刮的過(guò)程，使得微小絮體相互之間碰撞結(jié)合，在斜板上堆積增大，最終在重力作用下落下，不會(huì)在斜板上長(zhǎng)時(shí)間堆積堵塞孔板。污泥會(huì)逐漸沉積在池底，然后通過(guò)刮泥機(jī)將含磁粉的污泥收集起來(lái)，用于回收及回流，而上層清液則由集水槽收集流入下一道工序。

污泥回流系統(tǒng)則將沉淀池中收集的大部分污泥，通過(guò)回流磁泥泵送至加磁混合池，作為絮體的種子加快高密度絮體的形成。剩余部分污泥經(jīng)過(guò)磁粉回收后進(jìn)入污泥脫水車(chē)間，脫水后外送。

磁粉回收系統(tǒng)是通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)備將磁粉從污泥中分離回收，從而達(dá)到磁粉的循環(huán)利用和更加環(huán)保節(jié)能的作用。

3.系統(tǒng)組成

(1)加藥系統(tǒng)

伴隨著城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求不斷提高，污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從一級(jí)B提高至一級(jí)A，為了能夠去除水中的污染物，需要往水中不斷添加藥劑來(lái)調(diào)節(jié)水質(zhì)，目前二級(jí)處理工藝主要需要處理的污染物為懸浮物（SS）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）和糞大腸桿菌。

加藥系統(tǒng)主要由堿液加藥系統(tǒng)、PAC加藥系統(tǒng)、PAM加藥系統(tǒng)組成。為了營(yíng)造利于水中微生物生長(zhǎng)的環(huán)境，需要在進(jìn)水端設(shè)置堿液投加裝置來(lái)調(diào)節(jié)水中pH值；為了能夠加快水中懸浮物的沉淀分離，需要添加2類(lèi)藥劑：①起混凝和除磷作用的聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、氯化鐵（FeCl3）等；②起絮凝作用的聚丙烯酰胺PAM（一般為陰離子）。

該系統(tǒng)由隔膜計(jì)量泵2臺(tái)、35m3藥劑儲(chǔ)罐2座、攪拌機(jī)2臺(tái)和電控系統(tǒng)組成。由于出水水質(zhì)具有不確定性，需要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的情況不斷調(diào)節(jié)各個(gè)加藥系統(tǒng)的藥劑投加量，因此加藥系統(tǒng)最好采用變頻控制，如此可以根據(jù)進(jìn)水流量、出水水質(zhì)、絮凝效果實(shí)時(shí)控制計(jì)量泵的流量。而磁粉的投加則只需要通過(guò)人工添加，因?yàn)榇欧劭梢酝ㄟ^(guò)后續(xù)的磁粉回收系統(tǒng)回收再利用，只需要在適當(dāng)時(shí)添加即可。

(2)混合反應(yīng)系統(tǒng)

加藥完成后，系統(tǒng)需要一定的時(shí)間來(lái)與水中的污染物發(fā)生反應(yīng)，因此絮凝反應(yīng)池的各個(gè)池子需要預(yù)留一定的水力停留時(shí)間。

該系統(tǒng)主要分為4個(gè)方面：①pH調(diào)節(jié)池用來(lái)調(diào)節(jié)水中pH至偏堿狀態(tài)（pH約7～7.5為佳）；②PAC混合池使得混凝劑與污水初步混合，形成細(xì)小的絮狀體，同時(shí)原水中的磷和混凝劑反應(yīng)形成磷酸鹽從而達(dá)到化學(xué)除磷的目的；③磁種混合池使得磁種與細(xì)小絮狀體充分混合；④PAM混合池使得小的絮狀體充分結(jié)合，形成更大的絮體，以利于在后續(xù)的沉淀池中能夠快速沉淀。

該系統(tǒng)主要應(yīng)用到的設(shè)備是攪拌機(jī)，攪拌機(jī)分為2種：槳式攪拌機(jī)、旋流式攪拌機(jī)。槳式攪拌機(jī)為快速攪拌機(jī)，一般設(shè)置在PAC混合池中，作用是將混凝劑快速分散到水中，與池內(nèi)原水均勻混合，懸浮顆粒表面帶的負(fù)電荷被投加的混凝劑中和，懸浮顆粒脫穩(wěn)，與混凝劑形成小的絮狀體。同時(shí)在磁種混合池也設(shè)置一臺(tái)，將回流的含磁污泥與磁粉快速的混合到絮狀體中，加速絮狀體的成型速度與質(zhì)量；旋流式攪拌機(jī)為慢速攪拌機(jī)，一般設(shè)置在PAM混合池中，作用是在不破壞已成形大的絮狀體的前提下，將藥劑與絮狀體充分混合，從而獲得大量高密度均質(zhì)礬花。

圖2 混合反應(yīng)系統(tǒng)

(3)沉淀系統(tǒng)

沉淀系統(tǒng)主要作用就是實(shí)現(xiàn)固液分離，絮凝出水在預(yù)沉區(qū)中快速沉淀，沒(méi)有來(lái)得及沉淀的微小絮體和小的不溶顆粒會(huì)隨著水流向上流入上部清水收集區(qū)域。在上升過(guò)程中，小的絮狀體之間會(huì)產(chǎn)生一定的碰撞從而會(huì)結(jié)合在一起，最后會(huì)在重力的作用下沉積于池底，池底沉積的污泥則經(jīng)由刮泥機(jī)收集，一部分用于回流，剩余一部分則進(jìn)入污泥收集池進(jìn)一步處理。

該系統(tǒng)主要由斜管、集水槽以及WNG型懸掛式中心傳動(dòng)刮泥機(jī)組成。斜管可以增加沉淀的面積，其縮短沉降距離從而提高顆粒的去除率，而且細(xì)小的絮狀體可以在斜管內(nèi)進(jìn)一步增大，從而使得沉淀速度加快以及未來(lái)得及沉淀的絮體沉淀。集水槽則是用來(lái)收集沉淀過(guò)后的上層清液，通過(guò)水槽兩邊的堰板可以調(diào)節(jié)出水的水位，從而可以改變水力停留時(shí)間與表面負(fù)荷。刮泥機(jī)的作用是收集池底沉積的污泥，刮泥機(jī)的水下部分材質(zhì)采用304不銹鋼并經(jīng)過(guò)鈍化處理，以保證其在污泥含磁粉的狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)磁泥系統(tǒng)

為了加快污泥的沉淀速度，需要增設(shè)污泥回流系統(tǒng)，將大部分刮泥機(jī)收集的污泥回流到磁種混合池，回流的污泥則作為種子進(jìn)一步長(zhǎng)大。剩下的部分污泥則需要將其中的磁粉先提取回收，既可以減少污泥對(duì)環(huán)境的污染，又可以變廢為寶將磁粉循環(huán)利用，節(jié)約成本。

該系統(tǒng)主要的設(shè)備有回流污泥泵、剩余污泥泵、高速剪切機(jī)、磁分離器以及污泥螺桿泵等。磁混凝工藝中最重要的就是磁粉回收的問(wèn)題，高速剪切機(jī)與磁分器則很好的解決這個(gè)問(wèn)題，將磁粉從絮狀體中提取出來(lái)再次利用。剩余的3種泵則起到了污泥輸送的作用。

4.磁混凝技術(shù)原理

磁混凝技術(shù)原理見(jiàn)圖3。在一般的混凝沉淀池中加入磁粉，以磁粉為載體同時(shí)添加PAC、PAM，通過(guò)絮凝、吸附、相互間的架橋作用使得污染物有效的聚合在一起。在添加磁粉的過(guò)程中，在電中和的作用下，由混凝劑產(chǎn)生的正離子聚集在帶負(fù)電荷的膠體顆粒和磁粉旁邊。當(dāng)靜電磁力慢慢消失，在范德華力的作用下，磁粉和膠體顆粒會(huì)聚集增大，從而形成大的絮狀體。因?yàn)橛写欧鄣拇嬖?，增加了絮體的體積和重量，使得絮體的沉降速度加快，有效的降低了澄清池的水力停留時(shí)間，增大了其表面負(fù)荷，使得污染物能夠快速?gòu)乃w中分離出來(lái)。

圖3 磁混凝原理

5.技術(shù)核心

(1)磁粉的種類(lèi)

磁混凝沉淀池中磁種作為重要的作用因素，主要的種類(lèi)分為以下幾種：比如鐵粉、磁性氧化鐵等物質(zhì)，不同種類(lèi)的磁粉由于其顆粒的大小，有效物質(zhì)含量、pH值等性能不同會(huì)在一定程度影響混凝效果。磁粉的選擇對(duì)設(shè)備的材質(zhì)選用也會(huì)有一定的影響，磁粉會(huì)對(duì)后續(xù)工藝設(shè)備產(chǎn)生一定的磨損，因此磁粉的選擇必須審慎考慮。

(2)磁粉的回收

磁混凝沉淀池中最關(guān)鍵也是最難的一點(diǎn)是關(guān)于磁粉的循環(huán)利用，磁粉回收不僅可以實(shí)現(xiàn)資源再利用，達(dá)到以廢治廢的效果，還能減少后期污泥的污染，使得污泥能夠直接進(jìn)入污泥池進(jìn)行后續(xù)的脫水處理。

目前常用的技術(shù)是將剩余污泥通過(guò)磁泥泵送至高速剪切機(jī)，其作用是將絮狀體重新打散分解，高剪機(jī)內(nèi)部獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流道會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切力，使得絮狀體中的磁粉恢復(fù)自由形態(tài)，從而便于后續(xù)的回收。被打散的磁粉會(huì)隨著污水流入磁分離機(jī)，污水從轉(zhuǎn)鼓一端進(jìn)入磁分離裝置，固定磁極將磁性顆粒吸出并附著在滾筒表面，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，被帶至磁系邊緣的低磁區(qū)，并從磁性物質(zhì)出口卸下，非磁性物質(zhì)則在重力的作用下，沿分離槽流至非磁性物質(zhì)出口排出，從而完成磁粉的分離。

圖4 磁分離原理

6.磁混凝技術(shù)優(yōu)勢(shì)

(1)運(yùn)營(yíng)成本低

磁混凝工藝投加的藥劑量較少，主要有：起調(diào)節(jié)進(jìn)水pH作用的堿液、起混凝和除磷作用的聚合氯化鋁（PAC）、起絮凝作用的聚丙烯酰胺（PAM）以及磁粉。相較于常規(guī)的混凝沉淀工藝可以節(jié)省15%-25%的藥劑投加量，預(yù)計(jì)投加量見(jiàn)下表1。

表1 藥劑預(yù)計(jì)投加量

(2)磁粉損耗低

磁混凝沉淀技術(shù)采用的投加物為磁粉，它比加砂沉淀技術(shù)采用的砂礫要重，磁粉的比重為5.1，而砂礫的比重只在2.6-3.1左右，而且磁粉的目數(shù)更大，會(huì)降低對(duì)后續(xù)設(shè)備的磨損。通過(guò)后續(xù)的磁粉回收系統(tǒng)可將大部分的磁粉回收循環(huán)利用，損耗量較低。

(3)效率高、負(fù)載大

由于磁混凝沉淀池具有高濃度和大密度的絮狀體、較快的沉淀速率以及更為穩(wěn)定的污泥層，其可以承受較高的沖擊負(fù)荷，在大水量或高污染的情況下依然可以穩(wěn)定的運(yùn)作。傳統(tǒng)的混凝沉淀池沉淀時(shí)間在1h左右，而采用磁混凝工藝沉淀的時(shí)間則僅僅需要15min左右，甚至可以在8min內(nèi)完成，且不受自然溫度的影響，處理速度更快。

(4)投資成本低

磁混凝工藝主要是利用絮體與磁粉微粒的結(jié)合，使絮體密度得到提高。相對(duì)于密度為2.60g/cm3的磁粉絮體，常規(guī)絮狀體的密度僅為1.15g/cm3，前者的沉淀速率約為后者的4-8倍，從而可以顯著降低水力停留時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到減少絮凝反應(yīng)沉淀池的占地面積，采用磁混凝高效沉淀池單位占地面積僅為80-120m2/萬(wàn)m3。土建工程量大大減少，可以縮短工程的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省建設(shè)成本。

表2 三種常見(jiàn)沉淀池工藝效果對(duì)比

7.主要應(yīng)用場(chǎng)景

目前主要應(yīng)用于以下3個(gè)方面：（1）污水處理廠提標(biāo)改造：去除懸浮性顆粒和TP的效率很高，可以作為對(duì)進(jìn)水負(fù)荷有要求的工藝預(yù)處理或者深度處理。（2）河道治理：采用體外凈化將河水引入水處理設(shè)備中，再將大量污染物除去后在排放回河道中，從而恢復(fù)水體透明度。（3）農(nóng)村分散式污水處理：通過(guò)移動(dòng)式車(chē)載磁混凝污水處理設(shè)備，進(jìn)行多點(diǎn)采集就地處理，可以解決農(nóng)村污水分散、管網(wǎng)不健全的問(wèn)題。

8.總結(jié)

現(xiàn)如今，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越迅速，環(huán)境保護(hù)也慢慢得到大家的重視，城市污水廠也在不斷的改造與擴(kuò)建，磁混凝高效沉淀工藝非常適用于現(xiàn)階段不斷增長(zhǎng)的污水處理需求，不僅在市政污水、含磷廢水等領(lǐng)域有應(yīng)用，在河道治理、農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)分散式污水處理等方面也取得了良好的效果。同時(shí)也響應(yīng)著國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，利用現(xiàn)代化的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用,達(dá)到以廢治廢,資源再用的目的。