刘海燕

（南通市经济技术开发区通盛排水有限公司，江苏 南通 226017）

近年来，磁分离技术在各个行业的污水处理中越来越多地被使用，已经在实际污水处理中取得很好的效果。高效沉淀池工艺是一门具有较长历史、较成熟的技术，高效沉淀池可以投加磁粉，构成磁混凝高效沉淀池。磁混凝高效沉淀池利用所投加的磁粉增强絮凝效果，达到絮体快速沉降和分离的目的。其原理是向污水中投加适当的混凝剂（磁粉），使其与污染物絮凝成一体，然后通过高效沉淀的斜管沉淀区将水中污染物去除。其间可以通过磁分离机将污泥与磁粉分离，磁粉回收后可以循环使用。

1 磁混凝技术发展史

20世纪90年代，美国麻省理工学院将高梯度磁分离技术应用于水处理，1999年成立企业专司磁混凝工程化研究与推广，2000-2005年先后进行诸多小试、中试和生产性试验，取得稳定的水力参数，研发出工程技术。2005年，首座磁混凝工程于美国Concord 污水处理厂建设。随着国内长江大保护战略的实施，我国污水处理厂的出水指标一再提升，现污水处理厂排向长江的尾水几乎全部达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准，太湖流域及北方一些城市还有更为严格的地方标准，磁混凝高效沉淀池也在国内开始广泛使用。

2 工业污水处理厂磁混凝高效沉淀池实例分析

近些年，某城市规模不断扩大，很多化工企业向工业园区搬迁。工业园区污水处理厂处理的污水以工业废水为主，在工业废水中，农药等化工企业排放的污水占比大于50%，有一家农药企业的草甘膦产量占全国总产量的10%以上，生产数据显示，较难处理的污染物中，总磷（TP）位居第一。经过试验数据分析统计，污水处理厂进水总磷中，非磷酸盐类磷含量占比大于50%，如果采用传统活性污泥法的生物除磷工艺，出水总磷很难稳定达标，由于出水TP 最高限值为0.5 mg/L，因此必须在二级处理后增加化学除磷工艺。该污水处理厂通过大量的中试比选，结合现场施工用地等条件，于2014年对三期工程进行提标改造，增加磁混凝高效沉淀池进行深度处理，日处理水量为5 万t。运行1年后，再对一、二期进行提标改造，增加了日处理水量5 万t 的磁混凝高效沉淀池工段。多年来，磁混凝高效沉淀池稳定运行。

2.1 磁混凝高效沉淀池的原理

磁混凝高效沉淀池的原理如图1所示。

图1 磁混凝高效沉淀池原理

磁混凝高效沉淀池是高效沉淀池的一种，与加砂高效沉淀池的区别在于磁混凝高效沉淀池中投加磁粉，加砂高效沉淀池中投加砂，载体不一样。磁混凝高效沉淀池中分别投加聚合硫酸铁（PAFC）、活性炭、磁粉及阴离子聚丙烯酰胺（APAM）四种药剂。首先投加带正电荷的PAFC、磁粉，从而产生凝聚，磁粉的投加相当于引入絮体的晶核，而后投加APAM进行架桥吸附，让磁粉与混凝絮体有效结合，大大增加混凝絮体的比重，从而加快絮体的沉降速度。磁粉作为晶核，与悬浮物胶体颗粒碰撞，有利于脱稳并形成絮体，使得每个絮体都能包裹磁粉，SS 去除率更高，沉淀速度也更快。工业园区污水处理厂结合工业废水的复杂性，还增加活性炭的投加工序，更高效地去除水中污染物（COD、TP）。磁粉本身无磁性，但四氧化三铁能被磁铁吸引，真密度可达到6.0～7.0。

一般认为混凝包括凝聚和絮凝两个过程，凝聚是胶体脱稳的第一步，絮凝是凝聚体增大的前提，只有在凝聚的基础上才能完成絮凝，两个过程很可能是互相交叉的。对于凝聚完成时间与絮凝完成时间的分界线，目前还没有明确的有效数据。为了更好地理解磁混凝沉淀的原理，有必要考虑实验室理想条件时层流状态下自由颗粒在静水中的运动，即斯托克斯定律。其用公式可以表示为：

式中：u为颗粒沉降速度；ρ为颗粒密度；ρ为水的密度；为水的动力黏度；为重力加速度；为颗粒直径。

从式（1）可以看出，颗粒密度和直径越大，沉降速度越大。磁粉的包裹效果类似于在棉花中包裹一个具有吸力的石头。磁粉的絮凝原理如图2所示。

图2 磁粉絮凝原理

磁混凝高效沉淀池工艺特点如下：表面负荷较大，介于20～40 m/（m·h）；停留时间比较短，可以小于20 min；出水浊度小于1.0 NTU，SS 小于5.0 mg/L；可视深度较大；COD去除率显著高于常规混凝沉淀；除磷效果优异，出水TP 小于0.5 mg/L；占地面积小，抗冲击负荷能力强。

磁混凝高效沉淀池的停留时间较短，进水水质变化直接影响药剂的投加。必须实时掌握进水水质，根据水质调整药剂投加量，强化成本控制和污泥产量控制，使得出水稳定达标排放。

2.2 磁混凝小试数据分析

试验用水为三期工程厌氧-缺氧-好氧（AO）池的二沉池出水，为了解磁粉在磁混凝高效沉淀池中的作用，小试取4 个不同的加药状态。1#水样投加的药剂有PAFC、APAM、活性炭和磁粉；2#水样投加的药剂有PAFC、APAM 和磁粉；3#水样投加的药剂有PAFC、APAM 和活性炭；4#水样投加的药剂有PAFC 和APAM。小试数据如表1所示。

表1 小试数据

从表1 数据可以看出，磁粉的投加确实可以加快沉淀速度，絮凝效果比较明显。工业园区污水处理厂处理的污水为工业废水，COD去除压力较大，磁混凝高效沉淀池还需要投加活性炭。小试结果显示，活性炭对COD的去除效果比较明显。

2.3 磁粉的回收

磁粉在磁混凝高效沉淀池中不可缺少，斜管沉淀区的污泥层需要添加一定量的磁粉，那么磁粉的回收就是关键。工业园区污水处理厂采用的磁分离机是转鼓式。转鼓式磁分离机主要由固定的磁铁和在磁铁外面转动的不锈钢圆筒构成。磁铁区的磁块并不是整块，每一块中间有一定的空隙，沿轴向极性单一，圆筒用来运载黏附在其表面的磁性物质，其工作原理如图3所示。

图3 转鼓式磁分离机工作原理

斜管沉淀区的污泥回流后，首先通过高剪机的切割将含有磁粉的污泥完全打碎，使其从转鼓的一端进入磁分离机，磁分离机中的大磁块将磁粉吸出并附着在圆筒表面，随着不锈钢圆筒的转动，其被带至带有刮片的区域，磁粉直接分离流入加药搅拌区，污泥则在重力的作用下流至出口排出，完成磁粉与污泥的分离。通过磁分离机的回收，磁粉的损失量较小，工业园区污水处理厂每日损失量小于3 mg/L，在整个运行系统的成本中，磁粉费用是很小的一部分。

3 结论

多年的稳定运行实践可以有效证明，磁混凝高效沉淀池用于处理磷含量高的工业废水是有效的，在进水受到冲击时，可以快速调整加药量，出水的稳定达标具有可靠性，耐冲击负荷能力强。系统运行较为简单，只需要加强对药剂投加泵、污泥泵、磁分离机及刮泥机等设备的巡检，流程简单、易操作，其具有较好的工程参考价值。