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磁絮凝,在污水处理中的应用效果真的好?

点击次数:1299 更新时间:2023-12-21

絮凝,一种普遍应用的简单而有效的水处理技术。基本过程是通过搅拌将絮凝剂分散到废水中,使其中细小的悬浮颗粒和胶体物质失稳,聚集或凝聚在一起形成絮体,同时吸附有机物到絮体上,在沉淀固液分离过程中去除污染物。

但是传统絮凝依靠重力作用自然沉降,分离时间长,工程应用中水力停留时间也较长,水流紊动还会影响处理效果,很烦!

在这种情况下,磁絮凝与磁分离技术应运而生。它结合了传统絮凝的优势,通过在絮凝工艺中加入磁性物质,形成具有磁性的高密度絮体,依靠重力沉降或外加磁场作用从水中快速分离,大大缩短了处理周期。

作为已经被证明了是一种有效的高新水处理技术之一,磁絮凝与磁分离技术对重金属废水、煤化工废水、矿井水、含油废水、生活污水、除藻等都具有明显的絮凝效果。

磁絮凝工艺原理:

根据小编搜集的资料来看,磁絮凝沉淀的核心有3个关键点

1.反应池投加PAC、PAM的同时投加高比重的磁粉;

2.沉淀部分可采用竖流沉淀池与高密度沉淀池相结合的形式:池型为竖流沉淀池,池内设置协管沉淀区、污泥回流等。

3.高效的磁粉回收系统是磁絮凝沉淀系统运行的保证。

絮凝与磁分离工艺是在传统絮凝沉淀工艺的基础上,增加了磁粉加载反应池、高剪切器以及磁分离器等设备。

采用该工艺处理污废水时,根据其废水的水质特性,调整pH后加入适量絮凝剂进行充分的混合反应,再加入载体磁粉强化絮凝反应。由于加载的磁粉相对密度为5.2,有效增加了絮体的总体密度,加快了絮体沉降速度,提高了澄清池表面负荷,减小用地面积。

高速沉降的絮体和磁粉形成污泥经由磁分离系统将磁粉回收,进行循环使用。澄清池底部污泥由于受加载磁粉重力影响,得到了有效浓缩,污泥浓度可达1%。且其稳定性高,不受水流影响,故不会导致污泥上漂溢流出澄清池进而影响出水水质。

无论是传统絮凝或磁絮凝工艺,适当的加药量,适度的搅拌混合,以及合理的水力停留时间都是保证出水达标的基本要求。磁絮凝工艺除了提高沉降速度,提供优质出水,减少占地面积外,最重要的一点是,它可优化并降低原用药量达50%。且在适当加药去除悬浮物的同时,对于总磷的去除更是*。

例如,美国麻省Concord市污水处理厂自2007年采用磁絮凝与磁分离工艺作为深度处理系统,出水稳定达到SS<5mg/L,总磷<0.2mg/L,且磁粉回收率高达99.5%。

磁絮凝工艺特点

◎ 絮凝效率高

在磁絮凝过程中,加入磁粉,可以增加体系中的悬浮物数量,提高悬浮物碰撞的几率,同时由于磁粉自身的磁吸引力和较大的比表面积,使得悬浮物有效碰撞的几率增加,并强化对污染物的吸附,其彼此之间相互吸引结合,并在絮凝剂的吸附架桥作用下,生成以磁粉为核心的磁性絮体,絮体结构明显改善,强化絮凝处理效果,改善出水的水质。

例如,聚合钛盐絮凝剂能够强化污泥的脱水性能,而加入Fe2O3纳米粒子可以进一步加强污泥团聚、增强絮体强度、改善脱水性能,降低污泥的可压缩性。

◎ 沉降速度快

磁粉的自身密度较大,因此,磁性絮体的密度也会比普通絮体的密度大,大大缩短了重力沉降的时间。也可以沿着重力方向施加磁场,进一步加快沉降,实现快速的固液分离,减少处理时间。

例如,使用四氧化三铁/阳离子聚丙烯酰胺(Fe3O4/CPAM)富集微藻,与CPAM相比,投加量低且效果更优,磁絮凝絮体在外加磁场的作用下60s内快速沉降,而使用CPAM形成的絮体却需要很长的时间才能沉降。

◎ 处理费用相对较低

磁絮凝体结合紧密,挤压絮体间的自由水分,经过磁场作用污泥压缩更密实,污泥产生量和含水量大大降低,可以减少后续污泥处理费用。

磁絮体通过再生处理,可以回收再利用磁粉,以降低处理成本。由于磁絮凝技术效率高,水力停留时间短,所需构筑物占地面积小,节约基建投资。

磁絮凝工艺影响因素

◎ 絮凝体投加量

在磁絮凝过程中,加入的磁性絮凝物质与悬浮物结合形成磁性絮体,经过固液分离去除污染物,絮凝剂投加量对絮凝效果具有很大的影响。

在一定投加量范围内,随着投加量的增加磁絮凝效果提升,投加过多时会引起体系的再稳定现象,导致絮凝效果变差,因此,絮凝剂存在一个最佳投加量。

◎ 磁粉投加量

在磁种、絮凝剂复配磁絮凝过程中,随着磁粉投加量的增加,水体中悬浮颗粒物浓度也会升高,悬浮物之间碰撞频率提升,容易形成以磁粉为核心的初始磁性矾花,进而通过磁粒子间的磁性凝聚力、磁粒子微弱磁场对电荷悬浮物的吸引力以及絮凝剂的吸附架桥网捕作用,进一步聚集形成紧密结实且相对密度较大的复合磁絮体,实现快速沉降固液分离。

同时磁粉对水体中的无机离子、有机物有较好的吸附性能,强化水体中污染物的去除。但是过多的磁粉不能有效地与悬浮物结合,反而使水体中的浊度增大,影响絮凝剂对污染物的吸附,同时产生的过强磁场也会影响絮体的稳定性,导致处理效率降低。

◎ 磁场强度

在磁絮凝过程中,无外加磁场时,磁性絮体依靠自身的重力沉降,细小的絮体难以沉降,去除效果有待进一步提高。

在外加磁场作用下,随着磁感应强度的增大,磁性絮体受到的磁力增大,不仅粗大的磁性絮体被快速去除,同时一些细小的磁性絮体也被拉向底部,絮凝效果提高。

但是磁场强度增大到一定程度之后,继续增大磁场强度对絮凝效果影响已不再明显,因此,需要从实际操作、经济成本等角度综合考虑磁场强度。

◎ pH 

在混凝过程中体系的pH非常关键,会影响絮凝剂在水中的水解过程和水解聚合产物形态。

例如铝盐絮凝剂的优pH范围是5.5~7.7,铁盐絮凝剂的优pH范围是4.5~7.7,同时pH也会影响到体系中悬浮物的表面电荷(Zeta电位),进而对絮凝效果产生影响。

此外,在磁絮凝过程中,pH还会对所加入磁性絮凝材料的表面电荷产生影响。使用Fe3O4/CPAM富集微藻,磁性絮凝剂在pH<7时显正电荷,pH>7时显负电荷,在酸性和碱性条件下电中和、网捕、架桥发挥不同的作用,处理效果表现出明显的pH相关性。

◎ 搅拌条件

在磁絮凝过程中,为了使磁粉、絮凝剂在水中均匀分散,促进絮凝体的形成,必须充分搅拌。

但是随着絮凝体粒径的增大,原有絮凝体在剪切力作用下会发生破碎,颗粒在剪切场中的碰撞效率随之减低,因此,搅拌速度和搅拌时间对磁絮凝效果有一定的影响。

搅拌速度低或搅拌时间不足,磁粉、絮凝剂、悬浮物混合不均匀,相互碰撞几率减少,絮凝效果不佳。但是搅拌速度过大或者搅拌时间过长,磁性絮凝体被破坏再次分散到体系中,导致磁絮凝效率降低。

◎ 投加顺序

使用单独的磁性材料、复合磁性絮凝剂和改性磁性絮凝剂可一步投加处理废水,但是磁种与絮凝剂复配处理废水需要分步加入,投加顺序会对磁絮凝的效果产生影响。

先投加磁种后投加絮凝剂的效果更好,这主要是因为先加入磁种可以有效增大悬浮物碰撞的几率,并形成以磁种为核心的复合磁性絮体,后加入的絮凝剂能够围绕在磁性絮体的周围,使其更紧密结合在一起。

而先加入絮凝剂,絮凝剂已经与悬浮物结合,后加入磁种错过了絮体形成的时机,只能依附在絮体的表面,很难成为絮体的磁核,反而分散在水体系中,增加了悬浮颗粒的数量,导致絮凝效果不佳。

磁絮凝技术应用案例

◎ 市政污水

市政污水的处理多以生化系统为主,物化系统一般只作为深度处理或者一级强化处理。针对不同地区污水处理厂的进水和二沉池出水,进行磁絮凝和磁分离测试,磁粉的特殊作用在一定程度上加强了系统对总磷的去除效果

市政污水处理厂实验进出水SS情况

◎ 含磷废水

采用生化处理很难实现除磷的技术突破,而物化处理在磷的去除方面有着很好的优势,但其絮体一般较为松散,沉降性差,工程占地面积大,且出水效果也较不稳定。

磁絮凝技术一方面通过pH的调节以及精准的加药系统实现对总磷的去除,另一方面利用污泥回流进一步加强反应达到去除总磷的效果。此外,磁粉的特殊作用在一定程度上加强了系统对总磷的去除效果。

含磷废水处理进出水水质

◎ 重金属废水

重金属行业产生的废水对环境的污染极为严重,是工业废水处理的一大难点。其中,重金属废水中铜离子的去除一般多采用传统絮凝沉淀工艺,但其用药量较大,絮凝沉降效果较差。

通过对含铜废水的磁絮凝与磁分离技术的处理测试,证明了其处理的可行性与*性。对于低浓度的含铜废水,直接采用磁絮凝与磁分离技术,出水Cu2+可达到0.4mg/L的排放标准;高浓度的含铜废水,经过二级除铜处理也可达到同样优良的出水效果。

含铜废水处理进出水Cu2+浓度

 

磁絮凝技术应用前景

(1)磁絮凝与磁分离技术不仅已应用于处理市政污水、含磷废水、采油废水、纸浆废水,而且在处理化工废水、机械加工废水、自来水和景观水等方面也有良好效果。

(2)磁絮凝与磁分离工艺技术可用于高浓度污染物的去除,用药量低、集成度高,便于自动化操作和管理。此外,它也适用于现有污水处理厂的升级改造、污泥脱水上清液处理及消化污泥的除磷,在不需扩建,甚至大规模改造的情形下,在原有混凝沉淀工艺构筑物的基础上,可将原有出水量提高5~10倍,甚至更高。

(3)由于磁絮凝技术加载磁粉,对于设备材质选用的要求更为严格,以避免机具不必要的磨损或损害。另外,磁粉的质量要求和供货也是必须审慎考虑的因素。因此,如何减少前期投资,确定药剂的质与量和加载磁粉的合适配比,维持设备长期运行的稳定性是该工艺技术目前所面临的主要问题。


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