磁分离技术在水处理工程中的应用工艺及发展趋势

田智林

（金寨金叶供水有限公司，安徽 六安 237300）

近年来，磁分离技术已慢慢应用于水处理。从1960年代开始，前苏联使用磁凝聚力来解决钢铁厂的除灰废水。1960年代末，英国MIT专家Kom教授发明了高梯度定向磁过滤装置。1970年代，英国使用磁絮凝和高梯度定向磁选技术来解决钢铁、食品、化工厂和造纸行业的废水。在我国从1970年代中期到1980年代初，磁凝、磁盘法和高梯度定向磁分离技术被用来解决炼铁和轧钢废水。磁分离被用作污水处理中的物理解决技术，它已经以多种方式成功使用，显示出许多优点。

一、磁分离技术物理原理

磁分离这一技术主要是以磁性为基础，针对废水当中所存有残留颗粒进行分离，针对水体当中非磁性或弱磁性颗粒物，通过磁分离技术能够令其具有磁性，从而被有效分离。基本概念是基于通过添加电磁场将其与废水分离以产生去除或购买目的而产生的磁力，来排出废水中的磁性漂浮颗粒。电磁场本身是一种具有独特动能，水或溶液的电磁场，其电光特性，电导率，相对介电常数，粘度，化学变化以及界面张力和吸收，内聚效应和光催化效应的特性其他电平会导致可以准确测量的变化，并且当消除电磁场时，此类变化可能会持续数小时或数天，并带有存储空间。由于这种情况的存在，磁性技术多年来一直是科学研究网络中的热点。为了更好地分析和方便起见，我们将废水中的磁性悬浮细颗粒视为球形物体，直径为d，相对密度为p，质量为m。根据磁性粒子的承载力，其轨迹可以通过以下矢量方程式表示：M*dv/dt=F。式中M为漂浮颗粒的质量，kg；dv/dt漂浮颗粒，瞬时速度，m/s2；ZF作用在粒子上的力的组合N，其中≥F=Fg Ff Fp Fz（其中Fg是力，Ff是水的浮力，Fp是液体的摩擦阻力，Fz是磁力）。

二、磁分离水处理技术的运用与优势

（一）磁凝聚法

磁凝聚这一方式能够有效促进异相分离，同时也能够有效促进砂砾池与磁盘工作效率，通过斯托克斯定律不难看出，磁盘通过对磁性颗粒的吸引，能够令粒子逐渐加大，同时，其所承载磁力也会增长，这此时磁盘更易对其进行清除。在废水中，水中的磁性颗粒会根据电磁场被磁化，从而产生一个有两个磁极的小磁场。由于电磁场梯度的方向为零，因此会受到相同大小和方位角的反向力的影响，合作力为零。颗粒没有被电磁场收集，但是颗粒彼此吸引并聚集成固体颗粒。单受到电磁作用后，由于废水中所存有磁性颗粒通常带有一定程度的磁能量，故而其会在磁盘影响下而出现凝聚作用。对于钢铁废水，根据预磁化方案，一般地基沉降效率可以提高40%-80%。磁凝聚法的特点是：可以节省有机化学斜板沉淀池中使用的大量药物及相应的储藏，配制和投药机械设备；使用电磁体时，仅需一项项目投资，而无须每天花费成本，不消耗电力和能源。磁凝聚法处理一立方米废水仅需0.001-0.003 kWh，能耗非常小。实际效果稳定，无须复杂的实际操作和管理方法；无二次污染，废水的盐度不增加，有利于水循环。与有机化学药物相比，污泥量少，易干燥，污泥可以回收利用。

（二）磁盘法

磁盘法依靠硬盘的磁力来吸收缓慢旋转的磁盘上废水中的漂浮颗粒。随着磁盘的旋转，将泥渣带出水面，并通过刮擦挡泥板而被清除，磁盘表面再次进入水中。在这里，水中的颗粒再次被吸收，循环往复进行。为了提高实际效果，应该改善磁化强度，磁力梯度的方向和粒径。因此，磁盘通常与磁凝聚法或旋转斜盘沉淀池结合使用。磁盘法的特点是：效率高，净化处理时间短。解决钢废水时，废水仅需停留在磁盘工作区2-5s。根据所有步骤，上下仅需2分钟。净化处理效率可以达到94%-99.5%；面积很小，只需一般沉淀池的5%；污泥溶解后含水量低，容易干燥。磁盘及附属机械结构简单，运行可靠，维修方便，但刮泥方法有待改进。

（三）高梯度磁分离法

这一方式主要将具有极高磁性，并且磁力密集的不锈钢板最为主要材料，当废水当中所含有污染物真钢毛所存有磁作用超出其摩擦阻力与作用使，此类污染物未被钢丝绒所拦截，在对等效电路进行停止后，磁力便会消失，同时所收集污染物会经过水与蒸汽反洗，从而促使污染物得到有效分离。除此之外，高梯度磁分离这一技术不仅具有极强磁化，同时其所使用材料也具备极强磁能力，与传统磁分离设备相比较，这一设备能够在更短时间内对污染物进行分离，其在现阶段诸如污水、重金属、油泽、细菌、藻类、测速、有机化合物、放射性物质等方面有着极为强烈应用效果。

（四）超导磁分离法

超导体在特定压力临界值之下，具有较强导电性，即为零电阻，同时也不会产生任何热损失，因此，可通过大电流增强磁分离强度，例如，可在2T强度的磁传感器当中使用纳米管。同时，超导体也能够获得较高磁力梯度方向，其主要特点为磁感应体不会发热，并且能耗与运行成本性价比较高，能够制作成为磁性过滤装置。

三、磁分离水处理技术存有问题与未来发展趋势

目前，磁分离废水处理技术仍存在以下技术难点和局限性：第一，材料的磁损耗导致系统后退，磁设备无法磁吸引磁化介质，并清洗整理颗粒，从而危及下一个循环时间的工作效率。第二，为了更好地改善磁场梯度的方向，必须选择具有高磁饱和度的磁化材料。磁化材料的选择具有一定的技术水平，并增加了运营成本。最后，磁性种的成本非常高，无法购买和重复使用，易于应用且具有很强合理性的磁选技术设计是进一步开发中必须考虑的困难。尽管磁分离技术是一种简单，可行，高效的废水处理技术，但是由于上述技术上的困难和局限性，仍需要对其进行进一步研究。

在这一环节中，磁分离技术在食品，含油污水，生活污水处理和造纸厂废水的处理中得到了极大的改进。它对于去除重金属中多余的真空残留物和非常细的总溶解固体（尤其是微生物菌株，病原体和藻类）非常有效。如何使包括磁场在内的空气污染源也取得了突破性的成果。微磁性絮凝技术将空气污染源变为磁性空气污染源（ReCoMag技术），并且磁性催化反应速率将生物曝气滤池改为磁性曝气生物滤池（MagBR技术）已被广泛使用。实际上，真正的磁分离技术是美国麻省理工学院的代表性高梯度方向感应线圈过滤器技术（HGMS）和成都的希腊土壤计算机硬盘的分离和纯化技术，区别取决于正面。一个是感应线圈，它会被间歇性地过滤，而后者是一个永久性的铁氧体，会被连续地分开。

四、结束语

综合上文所述，相关科研人员仍在尝试扩展新的应用方式，例如将磁分离技术应用于海平面的多层次消除以及蔬菜，水果，瓜类和蔬菜中农药残留的消除。磁分离技术是一种清洁，环保和节能的技术。它符合当前的可持续发展和环境保护概念。如果可以采用一些现有的技术来解决这些问题，那么磁分离技术可以在污水处理行业中发挥更大的作用。