浅析磁混凝沉淀技术处理污水原理

为达到更为严格的出水水质标准，许多水处理厂开始着手提标改造工作，在改造项目，有两个问题尤为突出：（1）预留可建设用地与工艺需求的主要矛盾：由于传统混凝沉淀工艺停留时间较长，一般需1-2.5h，占地面积大。以混凝+平流沉淀池工艺为例，占地约为300-330m2/万m3，混凝+斜管沉淀池占地稍小，需200-245m2/万m3。而老水厂周边配套往往十分成熟，预留建设用地非常紧缺。（2）传统混凝沉淀工艺耐冲击负荷能力差，前端生化二沉池出水水质/水量发生波动，则出水SS和TP较难保证。因此，急需一种结构紧凑且更为高效稳定的混凝沉淀工艺。磁混凝工艺正是基于以上问题而应运而生。

磁混凝工艺最大的特点就是大大缩短了混凝沉淀的时间。传统的混凝沉淀至少需要1h以上，而引用磁混凝工艺进行的混凝沉淀总时间在15min以下，甚至可以在7min以内完成。磁混凝工艺是一种极速沉淀技术，以投加微米级惰性高密度微粒（微砂、Fe3O4）作为絮凝核，在较优水力条件下形成高浓度和大密度复合絮体，该复合絮体在极短时间完成沉淀过程，使水体迅速得到净化，能够有效去除COD、总磷、氨氮等污染物质，提供更好的出水水质。

目前，面对土地资源越来越紧缺，水源水资源污染加重，水厂基建、运行费用高等问题，采用磁混凝工艺能够很好的解决这些问题。磁混凝工艺主要是利用絮体与磁粉微粒的结合，使絮体密度得到提高。对于相对密度为2.65g/cm3的磁粉絮体1.05g/cm3的常规絮体，前者的沉淀速率约为后者的5-10倍，从而可以显著现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法3 大类。物理处理法是利用物理作用分离污水中呈悬浮固体状态的污染物质，方法有筛滤法、沉淀法、上浮法、气浮法、过滤法和反渗透法等。化学处理法是利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质，包括悬浮的、溶解的和胶体的。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。生物化学处理法是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为2 大类，即利用好氧微生物作用的好氧法和利用厌氧微生物作用的厌氧法。

纵观以上处理方法可见，污水处理的实质是对水中污染物进行分离和转化，而转化的最终产物大多需经分离予以除去，所以，分离是污水处理过程非常重要的一环，直接影响到处理的效果和成本，显然，强化分离过程对污水处理技术水平的提高具有重要意义。借助外加磁粉加强絮凝效果，提高沉淀效率，无疑是强化分离过程的有效手段。因此，笔者对磁性絮团的形成机理和形成规律进行了初步探讨，通过试验，取得了磁混凝沉淀工艺的最佳参数，从而为磁混凝沉淀技术在水处理中的应用创造了条件。

磁混凝沉淀技术简介所谓磁混凝沉淀技术就是在普通的混凝沉淀工艺中同步加入磁粉，使之与污染物絮凝结合成一体，以加强混凝、絮凝的效果，使生成的絮体密度更大、更结实，从而达到高速沉降的目的。磁粉可以通过磁鼓回收循环使用。

整个工艺的停留时间很短，因此对包括TP 在内的大部分污染物，出现反溶解过程的机率非常小，另外系统中投加的磁粉和絮凝剂对细菌、病毒、油及多种微小粒子都有很好的吸附作用，因此对该类污染物的去除效果比传统工艺要好。同时由于其高速沉淀的性能，使其与传统工艺相比，具有速度快、效率高、占地面积小、投资小等诸多优点。

以前，磁混凝沉淀技术在水处理工程中实际应用极少，原因是磁粉的回收问题一直没有得到很好地解决。现在这一技术难题已被成功解决，磁粉回收率可达99 %以上，这样，磁混凝沉淀工艺的技术优势和经济优势就得到了充分体现，在国内外得到了越来越广泛地应用。目前，美国有15 000 t/d 的市政污水处理项目采用了磁混凝沉淀技术。我国在城市污水处理、中水回用、自来水处理、河道水处理、高磷废水处理、造纸废水处理、油田废水处理等方面对该技术的中试已经完成，均取得了较好的结果。

磁絮凝作用机理初探根据混凝机理，加入混凝剂主要是通过改变胶体或悬浮颗粒的表面性质，使胶体或絮团的吸引能大于排斥能而促进凝聚，而加入絮凝剂的作用主要是通过架桥作用使颗粒聚集增大的。

陈文松在他的论文中对磁絮凝的作用机理进行了阐述，他认为，含磁絮团的形成与不含磁絮团的形成过程一样，都是在混凝剂的作用下完成的。对磁粉的ζ电位的测试结果表明，磁粉表面呈负电性(ζ=-10.5 mV)。由此可以推断，含磁絮团的形成经历如下：首先，混凝剂水解产生的正离子由于吸附电中和作用聚集于带负电荷的胶体颗粒和磁粉颗粒周围;然后，由于静电斥力的消失，胶体颗粒与磁粉颗粒之间以及它们自身之间通过范得华引力长大;最后，通过絮凝剂的架桥作用，进一步将凝聚体絮凝成大絮团而沉淀。由此可见，有磁粉参与的磁絮凝反应与没有磁粉参与的絮凝反应没有本质区别，磁粉与其他的细微悬浮颗粒一样，混凝剂的作用机理对它同样起作用，已有的混凝理论对磁絮凝反应同样具有指导意义，所有的强化混凝措施都将促进磁絮凝反应的进行。

磁粉的回收传统的磁粉回收装置有格栅型、鼓型、带型等，最常用的为转鼓式。它的主要部分由固定的磁系和在磁系外面转动的非磁性圆筒构成。磁系的磁极极性沿圆周方向交替排列，沿轴向极性单一，磁系包角106～135 °。