成都源蓉科技有限公司

公司动态

当前所在位置:网站首页 > 公司动态

浅谈磁分离水体净化技术

浅谈磁分离水体净化技术

1前言

磁分离技术是一种利用磁场力分离不同磁性物质的物理分离方法。磁分离技术可以说是一种更古老、更成熟的技术,最早应用于选矿和瓷土工业。1845年,美国发布了工业磁选择机的专利。磁分离技术作为两种磁性差异和多种物质的选择手段,广泛应用于矿石选择、煤脱硫、玻璃、水泥、高岭土净化、生物工程细胞分离、石化催化剂回收等领域。磁分离技术用于水处理工程,也可称为一种新兴技术。自20世纪60年代以来,苏联一直在用磁凝聚法处理钢铁厂的除尘废水。20世纪60年代末,美国MIT教授科姆发明高梯度磁过滤器,70年代美国应用磁絮凝法和高梯度磁分离法处理钢铁、食品、化工、造纸等废水。1974年瑞典开始用磁盘法处理轧钢废水,随后的75年日本开发盘式“两秒分离机”。我国从70年代中期到80年代初,将磁聚凝法、磁盘法、高梯度磁分离法用于炼钢、轧钢废水的处理。近年来,磁分离技术在电镀废水、含酚废水、湖泊水、食品发酵废水、市政废水、钢铁废水、厨房污水、屠宰废水、石油采出水等处理方面都取得了一定的研究成果,有的已经在实际废水处理中得到了很好的应用。

2磁分离技术在水处理中的应用和研究

采用磁分离技术处理污水,前提是污水中的颗粒需要具有一定的磁性。因此,该技术广泛应用于钢铁工业废水的处理,如热轧、连铸废水和冷轧乳化液。98%以上的污染物是强磁性物质。此外,它还含有一些油和少量非磁性物质,非常适合磁分离净化。工艺简单,占地面积小,处理效果好。下图是一种典型的含磁污染物废水处理工艺。

有一种高梯度磁分离技术(HGMS技术)目前钢铁工业废水处理报道较多。该装置由钢毛微聚磁介质和铁铠线圈组成Kolm—Marston现代高梯度磁分器(High Gra nt Magnetic Separator)。一旦出现,传统的磁分离(或磁分离)装置因其体积小、效率高、投资省、运营成本低、操作简单、处理量大、模拟放大性好而发生了重大变化。因此,它广泛应用于钢铁行业和污水处理行业。下表是钢铁企业典型的废水处理结果。

对于非磁性或弱磁性污染物污水,通常通过添加磁性物质,然后利用絮凝技术将非磁性物质与磁性物质结合起来,然后单独利用磁分离技术或絮凝沉降与高梯度磁分离技术分离净化废水。该技术被称为磁混凝磁分离或磁加载磁分离技术。在废水处理领域,磁性物种没有选择性要求,一般只需要:①磁性强;②易于回收利用。下图是这种废水的常见处理工艺(CoMagTM)工艺,应用HGMS技术。因为HGMS该装置需要反洗,负荷不能过重,否则反洗频繁。因此,在前面设置了一个澄清池。该过程实际上是磁粉加载絮凝沉降。磁粉的大部分作用是加速澄清的配重和方便磁鼓回收的磁种。

城市污水中的污染物大多是非磁性的,通过高梯度磁分离器可以去除悬浮物、色度、浊度、磷酸盐、细菌等。麻省理工学院的研究人员向城市污水添加了Fe 3 O 4 和硫酸铝,高梯度磁分离处理,效果良好。然而,该技术与冷凝沉降没有实质性的区别,但磁分离取代了沉降重力分离,氨氮去除率较低。为了更好地处理污水COD、BOD、氨氮、磷等污染物只有将磁分离技术与现有的生物处理技术相结合,才能取得更好的效果。BioMag工艺将CoMagTM该工艺与活性污泥法相结合,可达到脱氮除磷的效果。该工艺的本质是生物处理和化学除磷。除磷主要通过化学沉析和混凝磁分离来实现。如下图所示。


3磁性材料的选择3.1考虑因素

选择磁性材料的最基本要求:1具有较强的磁性。2.利用磁场,易于回收和再利用。根据上述基本条件,我们可以直接选择常见的Fe粉,Fe2O3,Fe 3 O 4及其铁和铁氧化物的复合材料。当然,我们也可以选择钴镍等过渡金属及其合金,它们可以直接或间接产生磁性。然而,从技术经济的角度来看,由于钴镍及其相应的合金价格远高于铁及其铁氧化物,通常磁性材料倾向于铁、铁氧化物及其相应的复合物。

除了经济因素外,还应考虑磁性材料的吸附性能因素。如果我们的磁性材料很便宜,并且能很好地吸收我们想要去除的污染物。这样,我们就可以通过磁场加速污染物的沉淀,提高设备的沉淀性能,从而提高污水处理的生产能力。最后,我们需要考虑的是,我们选择的磁性材料易于回收,使磁性材料的利用率达到最大值,使企业的生产效率达到最佳水平。

3.2选取实例

在国内磁种选择方面,郑学海等学者采用炼钢厂排放的烟尘和气溶胶凝聚物,静电除尘后的红土细粉作为磁种。其效果与商用磁粉相当,但价格仅为1/20,用于有机废水、印染废水、含油废水和重金属废水的处理。细粉通过电子显微镜扫描,观察到颗粒形状主要为球形 ,粒径为 0.5接种过程中分散性好,准备和混凝反应更均匀。其化学成分含铁量高,杂质少 ,主晶相r—Fe 2 O3,红土有少量亚铁离子 FeO形态存在 ,但不影响吸入性能。FeO磁化率为7 200×10 -6 (293 ℃),Fe2O3为3586×10-6 (103℃)。直接加工成铁氧体 的主要磁性技术参数也可达到国家 SJ 285-77 标准。试验结果见下表(红土铁氧体磁性能)。

平行比较试验和大量使用结果表明,红土磁种和商业磁粉的开发COD 去除率 ,SS残留 、吸分离能力等方面没有差异 ,在分散、无回收、价格低等方面具有更明显的特点。比较结果如下表所示(商品磁粉和红土对 COD、SS 去除比较)。

国内赵爱武学者利用粉煤灰中的磁珠作为磁种,采用高梯度磁分离器处理含磷废水,达到废物处理的目的。粉煤灰中的磁珠易于分选,其自然属性更符合磁种的基本条件。它是一种强磁性物质,通常是 < 38Lm 是主导粒度,研究以粉煤灰磁珠为磁种用于污水处理,在资源合理利用、环境保护和污水处理等方面具有重要的现实意义。下表是淮南洛河电厂粉煤灰选择磁珠的磁性和物理特性。

从表中可以看出,磁珠的比磁化率大于强磁矿物比磁化率的边界值() ,属于强磁物,孔隙率高,有利于增加磁珠的比表面积,增强其附着力。

一般来说,两位学者选择了以下特点:1废物处理,原材料来源丰富,经济效益高;2原材料不需要复杂的制备工艺,易于开发;3性能高效,适用于各种工业废水 ;4易于回收,二次污染少。

国内外学者也选择纳米磁性物质作为磁性物质。纳米磁性材料由于其磁相关的物理长度处于纳米水平,可以表现出不同于传统磁性材料的物理化学特性(如超顺磁、高吸附能力),使其在环保领域具有巨大的应用潜力。例如,纳米磁性材料与传统絮凝剂的结合可以提高絮凝剂的沉积效果,提高污水处理效率,通过外部磁场有效回收磁性材料,从而实现资源的有效利用。例如,氧化铁纳米颗粒:成本低,来源广泛,具有磁性控制、毒性低、比表面积高的优点,在水处理方面具有自然优势。在外部磁场的作用下,易于回收,具有巨大的应用潜力。

4磁性材料和去除物的吸附

在目前使用的磁分离水净化技术中,磁性材料和去除物的吸附基本上是通过混凝技术实现的过添加具有絮凝功能的特异性磁性物种,通过磁性物种表面的特异性基团实现絮凝,实现吸附组合过程)。基本操作是通过控制处理水的相关最佳混凝条件,使磁性接种和混凝剂进入废水,形成稳定的磁性絮凝机制,主要具有电气合作、吸附桥、压缩双层。

(1)电中和作用

电中和作用是指混凝剂在水中形成带正电的橡胶颗粒,它能吸引水中带负电的橡胶颗粒,从而中和结。

(2)吸附架桥功能

一些呈线型结构的高分子混凝剂,以及金属盐类混凝剂在水中形成线型高聚物后,均能强烈吸附胶体微粒。当吸附的微粒增多时,上述线型分子会弯曲变形和成网。从而起到桥梁的作用,使微粒间的距离缩短而相互粘结,逐渐形成粗大的絮凝体。这种作用称吸附架桥作用。

(3)压缩双层

水中粘土胶团含有吸附层和扩散层,合称为双层。双层中的正离子浓度由内而外逐渐降低,最终等于水中的正离子浓度。因此,双层具有一定的厚度。如果将电解质添加到水中,其正离子将挤入扩散层并变薄;然后挤;然后挤压到吸附层中,以降低核心表面的负电性。这种功能被称为压缩双层。当双层压缩时,颗粒之间的静电排斥能就会降低。当降低到小于颗粒布朗运动的动能时,颗粒相互吸附和凝结。凝结颗粒在水的湍流中相互碰撞和吸附,形成絮凝剂(也称为绒毛或明矾)。絮凝剂具有很强的吸附能力,不仅能吸附悬浮物,还能吸附一些细菌和溶解物质。絮凝剂通过吸附、体积增加和下沉。

磁粉成核的混凝机理主要是电中和功能,电中和功能与其他两种完全不同。事实上,这种功能也可以看作是动电吸引。主要取决于固体颗粒和成核颗粒本身的表面性能,主要包括沉降性能和表面电荷。


目前,磁性材料与去除物的结合并不是通过添加磁性物种和混凝剂直接实现的。相反,它是一种特殊的负载微生物的磁性物种,即磁性生物载体。这种方法类似于污水生物处理中使用的生物膜技术。磁性物种的作用相当于生物过滤器中的过滤材料,用于微生物的生长栖息地,然后通过微生物的生命活动形成具有较强吸附和生物降解性能的结构。因此,该磁性生物载体具有普通生物膜法中载体的性能,如多孔、吸附性能、生物膜性能、耐冲刷性、对生物无毒性、比例略大于1,易于曝气形成流化态,但也具有顺磁性,易于磁分离。使用磁性生物载体的生化处理效果优于直接使用磁性粉末的磁性生物载体。右图为开发的磁性生物载体,粒径规格按用途0.3~0.8mm间。

5磁性材料的循环

为了进行磁性材料的循环,首先通过各种磁分离设备获得磁絮磁絮体与水中其他物质的磁差是磁分离的基础 。磁分离可分为永磁分离 、电磁分离和超导磁分离。根据结构原理,可分为凝聚分离、磁盘分离和高梯度磁分离 。根据工作模式,可分为连续或间歇、凝聚沉降分离和磁吸分离。以下是永磁连续吸分离器为例。

设备中的永久磁铁以一定方式排列形成磁回路。当污水通过磁盘的梯度磁场时,包裹磁体的磁絮体被吸入缓慢旋转的磁盘表面。随着旋转,污泥被带出水面,并开始排水并转移到刮泥板的出口。污泥被刮掉后,磁盘再次进入水中,一次又一次地吸入。原污水和磁盘的旋转方向逆流,SS 逐级被永磁体吸收,流动过程中污水逐级变清。工作原理图如下图所示。

污水中的大部分磁絮凝剂都是通过刮泥板的刮泥操作收集在一起的。我们现在要做的任务是如何从污泥中分离磁性物质混合物或磁性物质混合物,磁性物质混合物仍然具有良好的吸附性能。从查阅各种信息来看,我们发现这方面的内容并不丰富。以下是纳米磁性物种的回收研究——磁絮凝耦合重金属捕集剂EDTC研究酸性络合镍的深度去除和磁种回收。

取得磁絮体后, NaOH浸泡在溶液中搅拌(300r/min)—定时后得到Ni富集溶液和磁种。用去离子水洗涤磁种(至少3次),用磁铁吸附烧杯底部的磁种(l-2min),防止磁种流失,最后将磁种放入真空干燥箱中60℃恒温干燥至恒重,回收干燥磁种。磁种回收过程如下图所示。


从上述基本操作过程中得出结论,磁絮体中的磁性物质应与其他非磁性物质分离,以获得高含量的磁性物质。首先,破坏磁絮体状态,即通过碱,破坏胶体颗粒或絮体的稳定性状态。磁性物质通过永磁体等相应的磁场吸附聚集,其他非磁性物质通过洗涤去除,磁性物质夹带的水通过干燥去除。该方法回收的磁纯度高,成分稳定,可继续使用。


6总结

磁分离水净化技术确实具有异常明显的技术特点和优势。

? a、停留时间短。

能实现水体中污染物与水的快速分离,悬浮物、磷酸盐和藻类从反应到分离大约只需要3min。

‚ b、占地面积小。

停留时间的缩短将大大缩小处理设备的容积,从而大大减小占地面积。可以实现设备的复成,制作成车载式移动处理设备,提高利用率。

ƒ c、处理水量大。

单台设备可实现处理量1500m3/h。

„ d、出水水质好。

设备的处理出水悬浮物浓度低于8mglL,总磷低于0.3mg/L。

…e、 运行费用低。

作为对常规混凝沉淀过滤工艺的革新,除了药剂的运行费用外,设备本身的电耗成本极低,吨水处理电耗不到0.05元,在能耗上极具优势。


总体来说,磁分离水体净化技术是物化分离技术,与沉淀、过滤工艺相比,具有设备连续运行、可高效去除水中悬浮物和磷酸盐的特点,工艺上具有流程短、占地少、投资省、运行费用低等优势。

不过随着社会需求的增加,自身利益的需求,人们渴望获得高效吸附性能的磁种,于是出现了一些纳米磁种。这些纳米磁性材料由于它们的尺寸已经接近电子的相干长度,且都有高比表面积,因此其所表现出来的特性(例如熔点、磁性、光学和导热等)往往和该物质的宏观整体状态下的性质有巨大差异,如有别于常规磁性材料的理化特性(例如超顺磁,高吸附能力)。在具体点就如氧化铁类纳米微粒由于具有磁性可控、低毒性和高比表面积等优点,在水处理方面具有天然优势。再如纳米零价铁微粒在处理氯化有机物,聚氯联苯、无机非金属离子,重金属离子等污染物时表现出良好的处理效果 。纳米零价铁在除污方面有显著优势,一方面得益于其高的比表面积,使得它能高效地吸附污染物;另一方面是由于其本身具有较高的反应活性,可以和多种污染物发生化学反应,进而达到除污的效果。

但是,现阶段纳米磁性材料技术存在着许多亟待解决的问题。例如大规模工程化应用中的磁种回收问题,相对于实验室级别的回收技术而言,大规模工业回收技术发展还不成熟,因此限制了该技术的大规模应用。此外,普通的纳米磁性材料对单一废水的处理效果较好,但在处理多组分高浓度废水时,会遇到处理效果不理想,处理结果不稳定的现象,因此开发更高效的适用范围更为广泛的复合纳米磁性材料将会是日后研究的重点之一。

因为纳米磁性材料的这些问题,人们更倾向于使用一些常规的磁性材料。但考虑到经济性,人们有用炼钢厂排放的烟尘和气溶胶凝聚物通过静电除尘后的“红土”状细粉作为磁种,也用粉煤灰中的“磁珠”作为磁种。将另一种看似没有任何价值的“废物”,经过不算复杂的工艺,以废治废,变废为宝。像这些大直径的磁种在回收操作方面比纳米磁种相比,显得简单高效,最重要的是其成本远远低于商品磁粉。

关于磁种与去除物的吸附这方面的技术,个人更倾向于采用专门研制的一种专门负载微生物用的磁种,也即磁性生物载体。该方法可以减少混凝剂,助凝剂等化学试剂的添加量,可以节省较多资金,并且该法的生化处理效果优于常规投加磁种和混凝剂法。不过该法中较关键的生物挂膜技术具有一定的生物周期,并且还要保证微生物维持其生命活动的基本营养物质,必须要妥善解决这些问题,才能更好地发挥该项技术。

总之,磁分离水体净化技术具有较大的潜力,值得每一位环保工作者进行深入研究。






m.yuanrong2015.b2b168.com

返回目录页