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TECHNICAL ARTICLES
更新時間：2023-12-21
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絮凝，一種普遍應用的簡單而有效的水處理技術。基本過程是通過攪拌將絮凝劑分散到廢水中，使其中細小的懸浮顆粒和膠體物質失穩，聚集或凝聚在一起形成絮體，同時吸附有機物到絮體上，在沉淀固液分離過程中去除污染物。
但是傳統絮凝依靠重力作用自然沉降，分離時間長，工程應用中水力停留時間也較長，水流紊動還會影響處理效果，很煩！
在這種情況下，磁絮凝與磁分離技術應運而生。它結合了傳統絮凝的優勢，通過在絮凝工藝中加入磁性物質，形成具有磁性的高密度絮體，依靠重力沉降或外加磁場作用從水中快速分離，大大縮短了處理周期。
作為已經被證明了是一種有效的高新水處理技術之一，磁絮凝與磁分離技術對重金屬廢水、煤化工廢水、礦井水、含油廢水、生活污水、除藻等都具有明顯的絮凝效果。
磁絮凝工藝原理：
根據小編搜集的資料來看，磁絮凝沉淀的核心有3個關鍵點：
1.反應池投加PAC、PAM的同時投加高比重的磁粉；
2.沉淀部分可采用豎流沉淀池與高密度沉淀池相結合的形式：池型為豎流沉淀池，池內設置協管沉淀區、污泥回流等。
3.高效的磁粉回收系統是磁絮凝沉淀系統運行的保證。
絮凝與磁分離工藝是在傳統絮凝沉淀工藝的基礎上，增加了磁粉加載反應池、高剪切器以及磁分離器等設備。
采用該工藝處理污廢水時，根據其廢水的水質特性，調整pH后加入適量絮凝劑進行充分的混合反應，再加入載體磁粉強化絮凝反應。由于加載的磁粉相對密度為5.2，有效增加了絮體的總體密度，加快了絮體沉降速度，提高了澄清池表面負荷，減小用地面積。
高速沉降的絮體和磁粉形成污泥經由磁分離系統將磁粉回收，進行循環使用。澄清池底部污泥由于受加載磁粉重力影響，得到了有效濃縮，污泥濃度可達1％。且其穩定性高，不受水流影響，故不會導致污泥上漂溢流出澄清池進而影響出水水質。
無論是傳統絮凝或磁絮凝工藝，適當的加藥量，適度的攪拌混合，以及合理的水力停留時間都是保證出水達標的基本要求。磁絮凝工藝除了提高沉降速度，提供優質出水，減少占地面積外，最重要的一點是，它可優化并降低原用藥量達50％。且在適當加藥去除懸浮物的同時，對于總磷的去除更是*。
例如，美國麻省Concord市污水處理廠自2007年采用磁絮凝與磁分離工藝作為深度處理系統，出水穩定達到SS＜5mg／L，總磷＜0.2mg／L，且磁粉回收率高達99.5％。
磁絮凝工藝特點
◎ 絮凝效率高
在磁絮凝過程中，加入磁粉，可以增加體系中的懸浮物數量，提高懸浮物碰撞的幾率，同時由于磁粉自身的磁吸引力和較大的比表面積，使得懸浮物有效碰撞的幾率增加，并強化對污染物的吸附，其彼此之間相互吸引結合，并在絮凝劑的吸附架橋作用下，生成以磁粉為核心的磁性絮體，絮體結構明顯改善，強化絮凝處理效果，改善出水的水質。
例如，聚合鈦鹽絮凝劑能夠強化污泥的脫水性能，而加入Fe2O3納米粒子可以進一步加強污泥團聚、增強絮體強度、改善脫水性能，降低污泥的可壓縮性。
◎ 沉降速度快
磁粉的自身密度較大，因此，磁性絮體的密度也會比普通絮體的密度大，大大縮短了重力沉降的時間。也可以沿著重力方向施加磁場，進一步加快沉降，實現快速的固液分離，減少處理時間。
例如，使用四氧化三鐵/陽離子聚丙烯酰胺（Fe3O4/CPAM）富集微藻，與CPAM相比，投加量低且效果更優，磁絮凝絮體在外加磁場的作用下60s內快速沉降，而使用CPAM形成的絮體卻需要很長的時間才能沉降。
◎ 處理費用相對較低
磁絮凝體結合緊密，擠壓絮體間的自由水分，經過磁場作用污泥壓縮更密實，污泥產生量和含水量大大降低，可以減少后續污泥處理費用。
磁絮體通過再生處理，可以回收再利用磁粉，以降低處理成本。由于磁絮凝技術效率高，水力停留時間短，所需構筑物占地面積小，節約基建投資。
磁絮凝工藝影響因素
◎ 絮凝體投加量
在磁絮凝過程中，加入的磁性絮凝物質與懸浮物結合形成磁性絮體，經過固液分離去除污染物，絮凝劑投加量對絮凝效果具有很大的影響。
在一定投加量范圍內，隨著投加量的增加磁絮凝效果提升，投加過多時會引起體系的再穩定現象，導致絮凝效果變差，因此，絮凝劑存在一個最佳投加量。
◎ 磁粉投加量
在磁種、絮凝劑復配磁絮凝過程中，隨著磁粉投加量的增加，水體中懸浮顆粒物濃度也會升高，懸浮物之間碰撞頻率提升，容易形成以磁粉為核心的初始磁性礬花，進而通過磁粒子間的磁性凝聚力、磁粒子微弱磁場對電荷懸浮物的吸引力以及絮凝劑的吸附架橋網捕作用，進一步聚集形成緊密結實且相對密度較大的復合磁絮體，實現快速沉降固液分離。
同時磁粉對水體中的無機離子、有機物有較好的吸附性能，強化水體中污染物的去除。但是過多的磁粉不能有效地與懸浮物結合，反而使水體中的濁度增大，影響絮凝劑對污染物的吸附，同時產生的過強磁場也會影響絮體的穩定性，導致處理效率降低。
◎ 磁場強度
在磁絮凝過程中，無外加磁場時，磁性絮體依靠自身的重力沉降，細小的絮體難以沉降，去除效果有待進一步提高。
在外加磁場作用下，隨著磁感應強度的增大，磁性絮體受到的磁力增大，不僅粗大的磁性絮體被快速去除，同時一些細小的磁性絮體也被拉向底部，絮凝效果提高。
但是磁場強度增大到一定程度之后，繼續增大磁場強度對絮凝效果影響已不再明顯，因此，需要從實際操作、經濟成本等角度綜合考慮磁場強度。
◎ pH
在混凝過程中體系的pH非常關鍵，會影響絮凝劑在水中的水解過程和水解聚合產物形態。
例如鋁鹽絮凝劑的優pH范圍是5.5~7.7，鐵鹽絮凝劑的優pH范圍是4.5~7.7，同時pH也會影響到體系中懸浮物的表面電荷（Zeta電位），進而對絮凝效果產生影響。
此外，在磁絮凝過程中，pH還會對所加入磁性絮凝材料的表面電荷產生影響。使用Fe3O4/CPAM富集微藻，磁性絮凝劑在pH<7時顯正電荷，pH>7時顯負電荷，在酸性和堿性條件下電中和、網捕、架橋發揮不同的作用，處理效果表現出明顯的pH相關性。
◎ 攪拌條件
在磁絮凝過程中，為了使磁粉、絮凝劑在水中均勻分散，促進絮凝體的形成，必須充分攪拌。
但是隨著絮凝體粒徑的增大，原有絮凝體在剪切力作用下會發生破碎，顆粒在剪切場中的碰撞效率隨之減低，因此，攪拌速度和攪拌時間對磁絮凝效果有一定的影響。
攪拌速度低或攪拌時間不足，磁粉、絮凝劑、懸浮物混合不均勻，相互碰撞幾率減少，絮凝效果不佳。但是攪拌速度過大或者攪拌時間過長，磁性絮凝體被破壞再次分散到體系中，導致磁絮凝效率降低。
◎ 投加順序
使用單獨的磁性材料、復合磁性絮凝劑和改性磁性絮凝劑可一步投加處理廢水，但是磁種與絮凝劑復配處理廢水需要分步加入，投加順序會對磁絮凝的效果產生影響。
先投加磁種后投加絮凝劑的效果更好，這主要是因為先加入磁種可以有效增大懸浮物碰撞的幾率，并形成以磁種為核心的復合磁性絮體，后加入的絮凝劑能夠圍繞在磁性絮體的周圍，使其更緊密結合在一起。
而先加入絮凝劑，絮凝劑已經與懸浮物結合，后加入磁種錯過了絮體形成的時機，只能依附在絮體的表面，很難成為絮體的磁核，反而分散在水體系中，增加了懸浮顆粒的數量，導致絮凝效果不佳。
磁絮凝技術應用案例
◎ 市政污水
市政污水的處理多以生化系統為主，物化系統一般只作為深度處理或者一級強化處理。針對不同地區污水處理廠的進水和二沉池出水，進行磁絮凝和磁分離測試，磁粉的特殊作用在一定程度上加強了系統對總磷的去除效果。
市政污水處理廠實驗進出水SS情況
◎ 含磷廢水
采用生化處理很難實現除磷的技術突破，而物化處理在磷的去除方面有著很好的優勢，但其絮體一般較為松散，沉降性差，工程占地面積大，且出水效果也較不穩定。
磁絮凝技術一方面通過pH的調節以及精準的加藥系統實現對總磷的去除，另一方面利用污泥回流進一步加強反應達到去除總磷的效果。此外，磁粉的特殊作用在一定程度上加強了系統對總磷的去除效果。
含磷廢水處理進出水水質
◎ 重金屬廢水
重金屬行業產生的廢水對環境的污染極為嚴重，是工業廢水處理的一大難點。其中，重金屬廢水中銅離子的去除一般多采用傳統絮凝沉淀工藝，但其用藥量較大，絮凝沉降效果較差。
通過對含銅廢水的磁絮凝與磁分離技術的處理測試，證明了其處理的可行性與*性。對于低濃度的含銅廢水，直接采用磁絮凝與磁分離技術，出水Cu2＋可達到0.4mg／L的排放標準；高濃度的含銅廢水，經過二級除銅處理也可達到同樣優良的出水效果。
含銅廢水處理進出水Cu2＋濃度
磁絮凝技術應用前景
（1）磁絮凝與磁分離技術不僅已應用于處理市政污水、含磷廢水、采油廢水、紙漿廢水，而且在處理化工廢水、機械加工廢水、自來水和景觀水等方面也有良好效果。
（2）磁絮凝與磁分離工藝技術可用于高濃度污染物的去除，用藥量低、集成度高，便于自動化操作和管理。此外，它也適用于現有污水處理廠的升級改造、污泥脫水上清液處理及消化污泥的除磷，在不需擴建，甚至大規模改造的情形下，在原有混凝沉淀工藝構筑物的基礎上，可將原有出水量提高5～10倍，甚至更高。
（3）由于磁絮凝技術加載磁粉，對于設備材質選用的要求更為嚴格，以避免機具不必要的磨損或損害。另外，磁粉的質量要求和供貨也是必須審慎考慮的因素。因此，如何減少前期投資，確定藥劑的質與量和加載磁粉的合適配比，維持設備長期運行的穩定性是該工藝技術目前所面臨的主要問題。
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