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廢水高梯度磁分離處理法

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廢水高梯度磁分離處理法是廢水物理處理法之一種。利用磁場中磁化基質的感應磁場和高梯度磁場所產生的磁力從廢水中分離出顆粒狀污染物或提取有用物質的方法。磁分離器可分為永磁分離器和電磁分離器兩類,每類又有間歇式和連續式之分。高梯度磁分離技術用於處理廢水中磁性物質,具有工藝簡便、設備緊湊、效率高、速度快、成本低等優點。

1 廢水高梯度磁分離處理法 -基本簡介

廢水高梯度磁分離處理法是廢水物理處理法之一種。利用磁場中磁化基質的感應磁場和高梯度磁場所產生的磁力從廢水中分離出顆粒狀污染物或提取有用物質的方法。磁分離器可分為永磁分離器和電磁分離器兩類,每類又有間歇式和連續式之分。高梯度磁分離技術用於處理廢水中磁性物質,具有工藝簡便、設備緊湊、效率高、速度快、成本低等優點。

2 廢水高梯度磁分離處理法 -方法概要

根據磁場產生的方式,磁分離器可分為永磁分離器、電磁分離器兩類;按液流工作方式,每類又有間歇式和連續式之分。永磁分離器所能達到的磁場強度和梯度一般較低,而且磁場強度不能調變,應用範圍受到限制。電磁分離器因為在60年代末H.H.科爾姆改用纖維狀鐵磁性不鏽鋼毛作基質材料,磁場梯度大大提高,分離能力明顯增強而得到普遍重視。70年代以來,磁分離技術的理論研究和應用試驗十分活躍,進展較快。在美、日等國用於凈化工業廢水和電站冷凝循環水的高磁處理裝置已正式投產。中國於1978年開始將高磁分離技術納入水處理研究計劃,已在飲用水凈化、工業廢水處理等試驗研究中取得一定成果。

3 廢水高梯度磁分離處理法 -特點原理

高梯度磁分離器由軛鐵、電磁線圈和裝填不鏽鋼毛的分離容器組成(圖1)。通電時,電磁線圈產生電磁場,流過分離器的廢水中的顆粒物在磁場中受到磁力的作用,被基質──鋼毛捕獲。磁力愈強,捕獲顆粒物的可能性愈大。在理論上,顆粒物所受的磁力(Fm)同磁場強度(H)、磁場梯度(dH/dx)和顆粒物的磁化率(x)和體積(V)等呈正相關關係:

廢水高梯度磁分離處理法

因此,在磁場強度相同的情況下,高梯度磁分離器的分離能力比常規磁分離器要高,梯度越高,分離能力越強。

所謂磁場梯度是指單位距離內磁場強度的變化。在一定的磁場強度下,梯度的高低同基質的磁化強度、形狀、直徑、填裝率等有關。纖維狀不鏽鋼毛基質磁化強度高,銳邊多,直徑小,填裝率低(4~6%),梯度可高達1000高斯/微米,是普通的小鐵球、齒板、鋼針等基質所不能比擬的。所以,採用鋼毛基質的高梯度磁分離器可以分離一般磁分離器不能分離的磁化率低、體積小的弱磁性細顆粒物。此外,鋼毛基質還具有一定的物理和化學穩定性,矯頑力小,捕集點多,過水性能好,是目前公認的最好基質材料。

4 廢水高梯度磁分離處理法 -主要優點

作用在磁場中磁性顆粒物上的力除磁力外,還有與磁力相斥的重力、水流拖力、摩擦力、慣性力和分子間力等。磁力必須大於各斥力之和,否則不能把顆粒物從水中分離出來。處理工藝、水質、分離設備不同,各種斥力的影響也不同。在水處理工藝中,水流拖力影響最大。而在一定水質條件下,水流拖力主要取決於水流速度,流速越大,顆粒物越易漂走。但在高梯度磁分離器中顆粒物受到的水流拖力遠比磁力為小,因此顆粒物在比一般沉澱法和過濾法高數十倍乃至上百倍的流速下仍能被有效地分離出來。這是高梯度磁分離的主要優點之一。

廢水中的鐵磁性和順磁性污染物如鐵和錳、鈷、鎳、鉻等金屬氧化物可直接被磁分離器分離。如用電磁式高梯度磁分離器能有效地處理含強磁性和順磁性懸浮物的高爐煤氣洗滌廢水。在磁場強度和流速分別為5千高斯和1.3米/分或10千高斯和3.4米/分的條件下,懸浮固體去除率大於99%。日處理能力57000米3的高磁處理系統,如在磁體內腔直徑為3米,工作磁場強度為2千高斯,流速為 2.5米/分,進水懸浮物濃度為2000~3000毫克/升,過濾時間為10分鐘,沖洗時間為3分鐘等條件下工作,出水懸浮物濃度可降為 5~15毫克/升。而弱磁性或反磁性的污染物則必須通過接種磁種,投加混凝劑,使磁種和污染物形成具有磁性的混凝體,才能被基質捕獲,得到分離。

5 廢水高梯度磁分離處理法 -工藝流程

在進水投加磁種(一般是四氧化三鐵)和混凝劑,廢水經混合反應后,按規定流速流經分離器。為延長基質的工作時間,防止堵塞,要進行大顆粒污染物的預分離。基質吸附飽和后消磁反衝洗以氣水混合反衝洗效果較好,也可用水或非水沖洗。反衝洗出來的混合物直接回用或經機械、水力或磁性分離,磁種可重複使用,污泥則另行處理。磁種使用多次后,表面結垢,活性降低,應用機械或化學方法再生。

廢水高梯度磁分離處理法高梯度磁分離器處理工藝組成

磁種作為磁性媒介,磁化強度要高,矯頑力要小;作為混凝顆粒,粒度一般不應大於320目,這對低濁度水的處理是十分重要的。磁種還可以作為混凝時的晶核,縮短反應時間,又可作為某些污染物的吸附表面,促進共沉澱,這在大量使用時必須考慮。

混凝效果對高梯度磁分離有重要影響。只有使包括磁種在內的所有污染物凝聚,才能使非磁性污染物如石棉纖維、大多數重金屬、放射性物質、油類、病毒、藻類、磷酸鹽等得以有效地分離,去除濁度、 色度、BOD(生化需氧量)和 COD(化學需氧量)等。如用投加磁種和混凝劑的高磁分離技術能有效地處理生活污水、有機廢水(如造紙廢水、屠宰廢水、印染廢水)和受污染的河水等。有代表性的去除率為:BOD60~90%,COD80~90%,細菌99%以上,濁度75~95%,色度90%以上,磷酸鹽85~97%。

6 廢水高梯度磁分離處理法 -前景價值

高梯度磁分離技術用於處理廢水中磁性物質,具有工藝簡便、設備緊湊、效率高、速度快、成本低等優點。但用於處理非磁性物質,由於增加了接種混凝和磁種分離、再生等操作而使工藝複雜化,成本也相應提高。

電磁高梯度磁分離器的發展方向是研究磁種的分離、再生和循環使用技術;研究減少電耗和提高處理效率的合理處理系統和流程等。超導磁分離器耗電少、磁體體積比具有相同磁場強度和有效孔徑的常規磁體小得多,已引起人們的極大興趣,但目前仍處於試驗研究階段。

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