超磁分離水體凈化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

王艷(蚌埠市五河縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，安徽 蚌埠 233300)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，水體的富營養(yǎng)化等污染問題日益嚴(yán)重，水體生態(tài)環(huán)境遭受不同程度的破壞，水體的水質(zhì)狀況越來越受到關(guān)注[1-2]。超磁分離水體凈化技術(shù)是一種低碳環(huán)保、節(jié)能減排的新型水體凈化技術(shù)。在磁場力的作用下，超磁分離水體凈化技術(shù)可以分離不同磁性物質(zhì)，直接減少有害物質(zhì)的排放，該技術(shù)最初起源于鋼廠工業(yè)性的生產(chǎn)技術(shù)，與生產(chǎn)緊密相連。一般來說，超磁分離水體凈化技術(shù)的使用前提是需要處理的污水中有毒有害顆粒應(yīng)該帶有一定的磁性。通常來說，在進(jìn)行磁分離的過程中，如果顆粒物質(zhì)的磁性不足則很難將有害物質(zhì)分離出去，這時(shí)需要進(jìn)行投加磁源并結(jié)合絮凝技術(shù)使其具有磁性的絮凝劑進(jìn)行水體凈化[3]。超磁分離水體凈化的設(shè)備通常由強(qiáng)磁力稀土磁盤與機(jī)械分離裝置構(gòu)成[4]。

1 超磁分離水體凈化技術(shù)的特點(diǎn)

超磁分離水體凈化技術(shù)可靠性較高，其懸浮物的去除能力高，處理所需時(shí)間較短，操作也簡單方便。超磁分離水體凈化技術(shù)是一種物理固液分離技術(shù)，在工業(yè)應(yīng)用過程中需要結(jié)合其他水體凈化技術(shù)[5]。超磁分離水體凈化技術(shù)分離原理首先微絮凝是以磁種為載體，磁種不僅賦予絮體顆粒微磁性，而且增強(qiáng)和加速了絮體顆粒的形成過程；經(jīng)過微磁凝絮預(yù)處理的水再輸入到超磁分離機(jī)，此時(shí)絮團(tuán)和水在磁力的作用下快速分離，從而實(shí)現(xiàn)水體凈化的目的；最后，利用磁分離磁鼓將污泥中的磁性物質(zhì)和非磁性污泥分離開來，潔凈的磁種得以回收利用，非磁性的剩余污泥則進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理[6]。超磁分離水體凈化技術(shù)具有以下特點(diǎn)[7]：(1)處理時(shí)間快速，使用效果好、效率高，可以產(chǎn)生高磁力，可以實(shí)現(xiàn)快速、多臺套的同時(shí)運(yùn)行，能夠進(jìn)行大流量、大規(guī)模的生產(chǎn)；(2)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，排泥濃度高；(3)出水水質(zhì)優(yōu)，耐負(fù)荷和水波沖擊力強(qiáng)；(4)低碳環(huán)保，且回收率高。

根據(jù)磁分離技術(shù)的特點(diǎn)與原理，超磁分離技術(shù)主要應(yīng)用于含非導(dǎo)磁性介質(zhì)的污水處理，包括工業(yè)廢水處理；冶金行業(yè)的鋼廠總排水，石油行業(yè)的采油回注水，造紙廢水的預(yù)處理和精處理，印染廢水的預(yù)處理和精處理；市政污水處理；公共水域凈化；供水預(yù)處理等。結(jié)合我國水體凈化的實(shí)際運(yùn)用情況，歸納了現(xiàn)階段超磁分離水體凈化技術(shù)的應(yīng)用情況，剖析了我國超磁分離水體技術(shù)特點(diǎn)，并對今后超磁分離水體凈化技術(shù)的發(fā)展趨勢與應(yīng)用前景進(jìn)行展望，以期為超磁分離技術(shù)在水體凈化中得到更好的應(yīng)用。

2 超磁分離水體凈化技術(shù)的應(yīng)用

水是人類生存和發(fā)展的寶貴資源，但由于城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，近年來城市污水排放量呈現(xiàn)出一種上升的趨勢，大量的河流受到污染，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，甚至部分地區(qū)的水體形成了黑臭水體。水體的污染導(dǎo)致自然生態(tài)景觀受到破壞，水生植物和魚類死亡，嚴(yán)重影響影響到附近居民的生活環(huán)境。傳統(tǒng)水處理中的混凝沉淀、斜板沉淀等懸浮物去除技術(shù)已經(jīng)不能很好的處理現(xiàn)有水質(zhì)污染。超磁分離水體凈化技術(shù)具有可靠性較高，其懸浮物的去除能力高，處理所需時(shí)間較短，設(shè)備占用空間位置小、施工周期短、操作也簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。其高容積負(fù)荷和高集成化的獨(dú)特技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性、高效的使用價(jià)值而在水體凈化的領(lǐng)域中有了更進(jìn)一步的發(fā)展，在很多典型水環(huán)境污染治理方面發(fā)揮了積極良好的作用，為我國保護(hù)水環(huán)境，改善水體生態(tài)功能等提供了更多技術(shù)可以選擇[1]。

2.1 礦井水處理

煤礦在采掘過程中會因?yàn)樘厥獾脑O(shè)備工藝進(jìn)而產(chǎn)生大量礦井水。礦井水中含有由氟、鐵、鋅、鉛等金屬和非金屬而絡(luò)合成的懸浮物和膠體物，更為特殊的是有些礦井受特定的地質(zhì)和形成過程而伴生成分限制，引發(fā)水質(zhì)發(fā)生變化是污水呈現(xiàn)酸性，這就進(jìn)一步的增加了水體的凈化難度[8]。針對一些礦井水處理不達(dá)標(biāo)的問題，只有進(jìn)一步處理達(dá)到國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)后，才可進(jìn)行排放或是循環(huán)再次利用。一般礦井水的處理手段主要是混凝沉淀，其缺點(diǎn)是設(shè)施占地面積大、處理成本高。超磁分離水體凈化技術(shù)是一種新型水體凈化技術(shù)，可以替代傳統(tǒng)水處理中的混凝沉淀、斜板沉淀等懸浮物去除技術(shù)，因其具有占地面積小、節(jié)能高效、操作簡單方便等優(yōu)點(diǎn)已在礦進(jìn)水處理中廣泛使用。

在實(shí)際的實(shí)例中，西山煤電集團(tuán)斜溝礦污水處理廠的斜溝礦井涌水經(jīng)過預(yù)沉淀后再進(jìn)行處理，由于預(yù)沉淀效果不理想，礦井水懸浮物絡(luò)合物的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國家要求的標(biāo)準(zhǔn)，對輸送管道和水泵增加了運(yùn)輸負(fù)擔(dān)，造成管道和設(shè)備的嚴(yán)重磨損[9]。他們在改造升級過程中使用超磁分離水體凈化技術(shù)，采用礦井水混凝沉淀預(yù)處理技術(shù)與超磁分離水體凈化相結(jié)合的技術(shù)和流程，通過特定的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)快速脫泥，回收之前用來產(chǎn)生磁力的磁種，進(jìn)而使其循環(huán)使用，這種增加磁種的回收利用，對環(huán)境的壓力負(fù)荷減少。同時(shí)，處理后污泥再經(jīng)過板框壓濾機(jī)等其他脫水設(shè)備壓縮成泥餅進(jìn)行外運(yùn)處理。

2.2 污水處理廠

超磁分離水體凈化技術(shù)在污水處理廠中一般用做深度處理工段，主要在污水處理主體反應(yīng)之后替代原有的二沉池，從而縮短除水體中懸浮物的時(shí)間，有時(shí)也可以用超磁分離水體凈化技術(shù)進(jìn)行脫氮除磷，工藝過程大大增加了污水凈化的效率[10]。北京市朝陽區(qū)處理奧運(yùn)村及周邊村莊的某污水處理廠，其處理后的水主要用作綠化種植和洗車用水；利用超磁分離水體凈化技術(shù)進(jìn)行深度處理，水質(zhì)達(dá)到地表水三類標(biāo)準(zhǔn)，固體懸浮物、總磷的處理效果顯著，出水可以提供沖廁、綠化用水，向奧運(yùn)森林公園提供景觀補(bǔ)充用水[11]。

另外對景觀用水和部分湖泊水也可以使用簡單的超磁分離水體凈化設(shè)備。對于景區(qū)的封閉水體富營養(yǎng)化問題，除了需要凈化水質(zhì)之外，更需要保護(hù)景區(qū)生態(tài)環(huán)境。結(jié)合國外經(jīng)驗(yàn)，目前一般采用的方案是超磁透析保護(hù)與原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行。例如在北京市大興新城某公園主要以景觀觀賞為主，該片區(qū)域位于水庫周邊，因此在凈化水質(zhì)的同時(shí)需要維持當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)。超磁透析技術(shù)可以進(jìn)行原位生態(tài)修復(fù)，具有處理效率高、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，處理過程不需要添加化學(xué)試劑、不占用土地等，受到使用者的廣泛歡迎。北京市通州區(qū)采用超磁分離技術(shù)處理景觀回用水，處理效果良好[12]；環(huán)能德美集團(tuán)也采用超磁分離凈化技術(shù)作為預(yù)處理技術(shù)處理水質(zhì)變化較大的黃河水。相對于傳統(tǒng)方法，超磁分離水體凈化技術(shù)成本不高，系統(tǒng)較簡單，自動化程度高且維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用低。

2.3 黑臭水體防治

城市黑臭水體防治是國家“水十條”的工作重點(diǎn)[13]。城市黑臭水體對城市居民生活有嚴(yán)重的損害，只有從源頭治理，“控源截污、內(nèi)源治理”實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)，達(dá)到水體無大面積漂浮物，兩岸無垃圾、無違法排污口，才能真正從源頭上消除黑臭水體，實(shí)現(xiàn)美好城市。暴雨初期雨水流量很大，將大量的污染物帶入到河道中，另外由于老城區(qū)的管網(wǎng)建設(shè)老舊，使得面源污染不斷加大，這也是導(dǎo)致河道水體黑臭的重要原因。根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)部的指示，在黑臭水體治理過程中，應(yīng)按照“外源減排、內(nèi)源控制、水質(zhì)凈化、補(bǔ)水活水、生態(tài)恢復(fù)”的技術(shù)操作體系和指導(dǎo)理念。超磁分離水體凈化技術(shù)可以快速削減初期水體中的污染物，減少入河負(fù)荷，對改善河道水質(zhì)安全和修復(fù)河道生態(tài)功能都具重要作用[14]。在處理黑臭水體時(shí)，與膜生物反應(yīng)器(MBR)相比，超磁分離水體凈化技術(shù)可以高效的去除化學(xué)需氧量、氨氮和總磷，處理效果明顯好于MBR反應(yīng)器。

超磁分離水體凈化技術(shù)的處理效果在受到水質(zhì)濃度影響的同時(shí)，還受污染物存在形式和狀態(tài)影響。對于部分黑臭水體也會出現(xiàn)某些水質(zhì)指標(biāo)的去除能力有限等問題，但從整體來說，超磁分離技術(shù)對固體懸浮物和總磷具有明顯的去除效果。超磁分離水體凈化技術(shù)可以在黑臭水體“控源”等方面和多種污染場合中靈活應(yīng)用，對于水質(zhì)維護(hù)和生態(tài)修復(fù)等方面可以與傳統(tǒng)的生化處理等工藝相結(jié)合發(fā)揮具有良好黑臭水體治理效果，實(shí)現(xiàn)河道水環(huán)境的綜合治理[15-17]。

2.4 海灣污水治理

隨著生態(tài)環(huán)境的不斷改善，海灣成為人民休閑健身、親海運(yùn)動的好去處，但受陸域污染源的影響，海灣海水水質(zhì)下降。陸域污染源包括流入海灣的河流以及排污口，因此對海灣污水的治理需要從兩個(gè)方面進(jìn)行。深圳市對深圳灣水質(zhì)治理中，實(shí)施了排污口和支流綜合整治工程。首先對排污口的處理規(guī)模進(jìn)行調(diào)查，再利用超磁分離水體技術(shù)對化學(xué)需氧量、總磷、固體懸浮物的污染物進(jìn)行去除[6]。

海灣水質(zhì)隨季節(jié)與潮汐有所不同，超磁分離凈化技術(shù)能夠?qū)⑽廴舅w凈化到較為穩(wěn)定的濃度范圍，而水中的非溶解性污染物因?yàn)樵谒刑幵趹腋〉臓顟B(tài)，與磁種結(jié)合可形成絡(luò)合物，可以達(dá)到較好的處理效果。例如固體懸浮物，對生化性質(zhì)較強(qiáng)的指標(biāo)如化學(xué)需氧量、總磷等因?yàn)樵谒刑幱谌芙獾臓顟B(tài)，去除的效率視外界的情況而定，去除的效率相對增加幾分不確定性，通常來講是伴隨沉淀去除為主[2]。在實(shí)際的凈化過程中，超磁分離凈化技術(shù)的去除污染物的效果有兩個(gè)因素：一是進(jìn)水水質(zhì)；另外與混凝、助凝劑的使用情況有關(guān)。但任何事物都是相對而言，當(dāng)過度的投加藥劑意味著運(yùn)營成本的上升，在這種情況下水質(zhì)凈化效果最好，而藥劑的量適當(dāng)之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)是較為關(guān)鍵的。超磁分離凈化技術(shù)在海灣污水治理的同時(shí)，還可以提高海灣生態(tài)修復(fù)，提升海灣生態(tài)功能，為鳥類提供更多的棲息環(huán)境，為游客提供更為豐富的生態(tài)景觀。

3 結(jié)語

相比較于傳統(tǒng)的固液分離工藝來說，超磁分離水體凈化技術(shù)具有可靠性較高，其懸浮物的去除能力高，處理所需時(shí)間較短，設(shè)備占用空間位置小、施工周期短、操作也簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。超磁分離水體凈化技術(shù)是一種物理固液分離技術(shù)，在工業(yè)應(yīng)用過程中需要結(jié)合其他水體凈化技術(shù)，如目前相對較為流行的超磁分離與曝氣生物濾池聯(lián)合工藝、超磁分離與吸附法聯(lián)合工藝等，聯(lián)合工藝具有更好的處理效果，處理后的磁種可以很好的進(jìn)行回收再利用，工藝使用成本更低，經(jīng)濟(jì)性更高。磁種混凝磁分離工藝以及磁加載混凝沉降工藝在各類廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。為了更好地促進(jìn)超磁分離凈化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，磁分離技術(shù)本身的發(fā)展也需要在產(chǎn)品和技術(shù)上的進(jìn)一步優(yōu)化，今后需要重點(diǎn)開展有效的磁性種回收技術(shù)研究。為了提高水體水質(zhì)處理效果，改善水環(huán)境質(zhì)量，使用超磁分離水體凈化技術(shù)可以有效提高水質(zhì)指標(biāo)和改善生態(tài)環(huán)境，但在工程應(yīng)用過程中應(yīng)注意分離設(shè)備本身的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。針對不同廢水特點(diǎn)，找出適宜的水質(zhì)分離技術(shù)與工藝參數(shù)，超磁分離技術(shù)可變?yōu)橄到y(tǒng)處理方案中的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，與其他技術(shù)進(jìn)行配套組合，充分利用磁場，有效去除污染物，從而保持水環(huán)境的健康。