污水厂提标中磁混凝澄清工艺的应用探讨

马树坚

污水厂提标中磁混凝澄清工艺的应用探讨

马树坚

（广东正诚环境科技有限公司广州分公司，广东 广州 510000）

以汕头市某污水处理厂磁混凝提标改造项目为例，介绍了污水厂提标中磁混凝澄清工艺的原理、应用特点、工艺设备配置、设计运行参数及实际运行效果，分析了磁混凝澄清工艺在提标改造中存在的问题，提出了相应的改进措施。

提标改造；磁混凝澄清；污水处理厂；磁分离

水环境污染日益严重、水资源不足，迫切需要对达不到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准的污水处理厂进行升级改造。污水处理厂在原址提标改造，普遍存在改造用地受限，传统的除磷、除SS混凝工艺停留时间较长，需在后端增加转盘滤布滤池、砂滤池等过滤工艺才能稳定达到执行一级A标准，急需一种缩短污水停留时间、快速沉淀的污水处理工艺，从而实现节省用地、提质增效。

磁混凝澄清工艺由美国麻省理工学院在20世纪90年代末开发应用的，其创新性将当时开始流行的加载型沉淀技术和矿山冶炼行业成熟的磁粉回收技术进行跨界组合，发明了以磁粉为加载载体的磁混凝澄清技术。此技术于2006年取得美国麻省环保局工艺使用许可，2007年首个工程案例在美国麻省康科德市正式运行，2009年磁混凝澄清工艺成为美国环保署推荐工艺[1]。磁混凝澄清技术引入中国后，经过工程技术人员的研发改进、优化、技术推广，在工业污水处理、市政污水提标改造领域中应用广泛。

1 磁混凝澄清工艺

1.1 工艺流程

磁混凝澄清工艺流程如图1所示。

1.2 工艺原理

磁混凝工艺是在常规混凝沉淀工艺中添加了磁粉（Fe3O4），磁粉微小，作为沉淀析出晶核，使得水中胶体颗粒与磁粉颗粒很容易碰撞脱稳而形成絮体，晶核较多，能够使得每一粒微小的悬浮物颗粒能够形成絮体，并且在每一个絮体中包裹有磁粉，从而悬浮物去除效率也大为提高。磁粉密度为 4.5～6.5 g·cm-3，絮体密度远大于常规混凝絮体，以磁粉作载体，大幅提高沉淀速度，污水在澄清池中快速沉降并分离澄清。

图1 磁混凝澄清工艺流程

沉淀下来的污泥中含有磁粉，外排污泥前先进入磁粉回收系统，磁粉回收后的污泥则输送至污水处理厂污泥处理系统进行处理。磁粉回收系统由高剪机与磁分离机共同组成。高剪机的功能是将混凝絮体重新分解，特殊的流道与旋转产生强烈的剪切力，使得絮体中的磁粉成为自由状态，提高磁粉的回收率。磁分离机的功能是利用含有稀土的永久磁铁，磁场强度达5 000高斯以上，将污泥中磁粉吸出并返回到磁混反应池重新使用，从而达到循环利用磁粉的目的。

1.3 工艺特点

1）在磁粉和特殊的混凝系统的共同作用下，磁混凝澄清工艺沉淀表面负荷达 2O～40 m3·m-2·h-1，同时出水可与普通石英砂过滤相媲美[2]。

2）通过泥污回流，保持磁混凝系统内的带磁种污泥量的同时，污泥中未反应完全的药剂再利用，节约药剂量。

3）出水效果好，悬浮物和总磷可有效控制在一级A标准以内[3]。

4）采用磁种作为载体构造磁絮团，技术稳定成熟[4-5]。

5）与传统混凝沉淀工艺相比，占地面积小。

2 工程实例

2.1 工程概况

汕头市某污水处理厂设计规模为12万m3·d-1，设计出水水质采用《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2008）中二级标准，实际基本能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。项目工程经提标改造后出水排放标准执行广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）第二时段一级标准和国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准中的较严值。项目设计进出水水质如表1所示。

表1 设计进出水水质指标（mg/L）

提标改造工艺采用“粗格栅及进水泵房（现状）+细格栅及涡流沉砂池（现状）+ A/A/O生化池（现状）+二沉池（现状）+二级提升泵房（新增）+配水井（预留）+磁混凝沉淀（新增）+过滤（远期预留，现阶段不实施）+紫外线消毒（新建）”。

2.2 磁混凝澄清池设计

12万m3·d-1水质净化厂提标改造设计磁混凝澄清池尺寸为33 m×27 m，处理单元分为2组，每组设置3个混凝反应池、1个澄清池、1套磁粉回收系统、污泥回流及剩余污泥系统。

2.2.1 混凝反应池

混凝反应池分别由快混反应池、磁混反应池和絮凝反应池组成，单个反应池反应时间约2～4 min，混凝反应池中与回流污泥及磁粉形成密实的絮体，之后进入沉淀池。混凝反应池分别设置搅拌机，每组快混反应池、磁混反应池和絮凝反应池配置机械搅拌机各1台。

快混反应池：3.5 m×3.5 m×6 m，配套搅拌机功率约4 kW，浆叶直径Φ1.85 m，变频控制。

磁混池：3.5 m×3.5 m×6 m，配套搅拌机功率约5.5 kW，浆叶直径Φ2.05 m，变频控制。

絮凝池：4.8 m×4.8 m×6 m，配套搅拌机功率约7.5 kW，浆叶直径Φ3.15 m，变频控制。

2.2.2 澄清池

澄清池采用上方下圆单泥斗形式，并附设配套刮泥机，每组池内径Φ14 m，深7.35 m，设置斜管每组约140 m2，斜管长1.5 m。澄清池表面负荷约19.93 m3·m-2·h-1，日变化系数值取1.3，峰值流量下，表面负荷约25.91 m3·m-2·h-1，配套刮泥机功率每台约1.5 kW，刮臂采用4刮臂形式。

2.2.3 磁粉回收系统

高剪机的功能是将磁粉与污泥的混合絮体打散，使磁粉可以通过磁分离机回收，实现絮体和磁粉的有效分离，污泥可以排放到污泥脱水系统。每组设置高剪机1套，处理量30 m3·h-1，功率1.5 kW。每组设置磁分离机1套，处理量30 m3·h-1，功率 3 kW，变频控制。

2.2.4 污泥系统

共设污泥泵8台，回流污泵3台（2用1备），剩余污泥泵3台（2用1备）。污泥暂存池设置排泥泵2台（1用1备）。回流污泥泵：流量120 m3·h-1，扬程10 m，功率7.5 kW，变频控制。剩余污泥泵：流量30 m3·h-1，扬程8 m，功率3 kW，变频控制。排泥泵：流量95 m3·h-1，扬程12 m，功率约5.5 kW，变频控制。

2.2.5 加药系统

对原厂内加药系统进行改造，PAC投加系统设置在加药间，PAM投加系统存放磁混凝澄清池上部，每种药剂2个投加点。

PAC投加至快混反应池内，位于磁混凝澄清池进水端，采用液体PAC。对现状加药间投加系统进行改造，每台计量泵配一台备用泵，即计量泵（2用2备，共计4台）：=1 000 L·h-1，=0.4 MPa，=0.75 kW，液体矾库设计1座2组，单池净尺寸 6 m×6 m，H=2.5 m，储存约1周液体药剂量。

AM投加系统设计2套PAM一体式投药系统，单套制备能力2 000 L·h-1。质量分数为１‰～3‰。PAM投药螺杆泵2用1备，共计3台，单台螺杆泵：2 600 L，0.3 MPa，1.5 kw，每台螺杆泵配套1台稀释装置，=4 000 L·h-1。

2.3 磁混凝澄清池运行出水质状况

该污水处理厂经过单机调试、联合调试、环保验收，运行监测磁混凝澄清池进出水水质数据如表2所示。

表2 磁混凝澄清池进出水水质数据

由运行检测数据可分析得出，污水处理厂出水效果良好，出水总磷稳定保持在0.5 mg·L-1以下，出水SS保持在10 mg·L-1以下，稳定达到一级A排放标准。

3 磁混凝运行中存在的问题

3.1 澄清池斜管积泥

尽管与传统斜管沉淀池比较，磁混凝澄清池在运行过程中发生斜管堵塞的风险已降至最低，但仍然存在会有少量化学污泥和藻类物质存留在斜管区，普遍存在积泥，直接导致出水水质变差。对传统清洗澄清池斜管积泥，普遍设置高压冲洗泵，降低澄清池液位至斜管以下，用高压水枪进行人工冲洗，工作量较大，费时，费力，不易实现自动化清洗。

3.2 污泥回流泵、剩余污泥泵叶轮被垃圾缠绕堵塞泵，影响回流及磁粉回收

磁混凝澄清池工艺前端普遍性存在格栅对毛发、塑料绳、细小漂浮物、澡类等物质截留有限，透过的垃圾经磁混凝澄清池混凝加药反应、絮凝加药反应后，与污泥进入污泥回流泵、剩余污泥泵系统后，缠绕堵塞泵叶轮，对磁混凝系统正常运行污泥回流造成影响。

3.3 自来水或中水水压不稳定

大部分污水处理厂为节约用水成本，采用中水回用作水源供加药系统配制PAM药剂，部分污水处理厂采用自来水供配制药剂，而中水或自来水供水系统在污水处理厂其他系统遇到用水量大时，如污泥脱水系统进行压泥工序时，清洗滤布的情况下，启动冲洗高压泵大量用水，造成水压不稳定，出现水量不足等情况。此时，配制磁混凝PAM药剂供水量不足或压力不稳定，配制PAM药剂不及时，影响PAM絮凝剂的投加，直接造成系统澄清池沉淀效果变差，出水水质变差，如SS、总磷出水不达标。

4 磁混凝提标改造中改进措施

4.1 澄清池斜管积泥清洗措施

为了快速处理斜管积泥及堵塞，恢复系统运行，可采取定期对斜管进行反冲洗措施。提出曝气式反冲洗装置方案，设置ABS穿孔曝气管于斜管以下，由鼓风机提供气源，均匀稳定地向斜管装置底部曝气，气泡在板间隙上升过程中与板激烈碰撞，接触斜管表面的污泥或藻类，使斜管积泥和藻类上浮或滑落。磁混凝澄清池斜管装置进行反冲洗，ABS穿孔曝气管气泡均匀，稳定，不会对斜管装置产生较强的冲击，确保斜管结构稳定。根据污水处理厂运行实际情况，设定斜管反冲洗清洗周期。

反冲洗步骤如下：冲洗第1组沉淀区斜管，此时沉淀池进水堰门关闭，空气管路阀门打开，开启鼓风机进行气洗，时间15～30 min，冲洗结束后第1组沉淀池鼓风机关闭，空气管路关闭，约沉淀1 h后开启进水堰门，反冲洗程序结束；待第1组磁混凝系统恢复正常进水并正常出水后，进行第2组沉淀池的斜管反洗程序，进水堰门关闭，空气管路阀门打开，鼓风机开启，进入反冲洗程序，反洗过程与第1组相同。

4.2 污泥回流、剩余污泥泵堵塞措施

1）选用防堵塞污泥泵，内部刀盘跟随主轴一起转动，刀盘上的第一刀片对水流中的杂质进行切割粉碎，从而有效防止杂质缠住叶轮。

2）在污泥回流泵前端增加破碎装置，运用高速剪切刀对回流的污泥中的杂物进行粉碎性破坏，保护后端污泥回流泵叶轮，保证回流泵的有效运行。

4.3 配置供水稳压系统

磁混凝系统在设计时，应考虑系统内配置中水或自来水稳压系统，配置稳压泵、增压泵，保证满足系统药剂配制及磁分离器的冲洗用水要求，从而保证磁混凝澄清系统的正常运行。

［1］龚正.磁混凝澄清池在污水除磷中应用[J].江西建材，2017（16）：76.

［2］区颖，黑国翔.磁混凝澄清工艺在污水厂提标中的应用[J].环境保护与循环经济，2015，35（5）：31-32.

［3］霍槐槐.SediMagTM磁絮凝沉淀用于污水处理提标改造和深度除磷[J].中国给水排水，2017，33（8）：53-56.

［4］施园. 磁混凝澄清工艺在污水厂提标中的应用[J].水处理技术，2018，44（11）：136-137.

［5］周碧雯，张军，李日标，等.磁加载絮凝工艺处理城市生活污水的试验研究[J].当代化工，2018，47（10）：2085-2088.

Discussion on Application of Magnetic Coagulation Process in Wastewater Treatment Plants

（Guangdong Zhengcheng Environmental Technology Co., Ltd., Guangzhou Branch, Guangzhou Guangdong 510000, China）

Taking a sewage treatment plant in Shantou city as an example, the principle, application characteristics, process equipment configuration, design operation parameters and actual operation effect of magnetic coagulation process was introduced, the existing problems of magnetic coagulation process in upgrading and reconstruction were analyzed, and the improvement measures were put forward.

Upgrading and reconstruction; Magnetic coagulation; Sewage treatment plant; Magnetic separation

2020-12-18

马树坚（1985-），男，广东省肇庆市人，环境工程师，研究方向：水环境治理工程技术。

TU992.3

A

1004-0935（2021）06-0799-04