技術(shù)分享|磁分離水體凈化技術(shù)
時(shí)間: 2021-03-31 08:38:06來(lái)源: 宜興市百洋環(huán)保科技有限公司
01技術(shù)發(fā)展史
磁分離技術(shù)是借助磁場(chǎng)力的作用,對(duì)磁性不同的物質(zhì)進(jìn)行分離的一種物理分離方法。磁分離技術(shù)可以說(shuō)是一門比較古老、較成熟的技術(shù),早應(yīng)用于選礦和瓷土工業(yè)。
1845年,美國(guó)發(fā)表了工業(yè)磁選機(jī)的專利。磁分離技術(shù)作為有磁性差異的兩種及多種物質(zhì)的選別手段,在礦石的精選、煤的脫硫、玻璃及水泥等原料的除鐵、高嶺土的提純、生物工程中的細(xì)胞分離、石化行業(yè)的催化劑回收等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。磁分離技術(shù)用于水處理工程,它又可以稱得上是一門新興技術(shù)。
從上世紀(jì)60年代開(kāi)始,蘇聯(lián)用磁凝聚法處理鋼廠除塵廢水,60年代末,美國(guó)MIT教授科姆發(fā)明高梯度磁過(guò)濾器,70年代美國(guó)應(yīng)用磁絮凝法和高梯度磁分離法處理鋼鐵、食品、化工、造紙等廢水。
1974年瑞典開(kāi)始用磁盤法處理軋鋼廢水,隨后的75年日本開(kāi)發(fā)盤式“兩秒分離機(jī)”。
我國(guó)從70年代中期到80年代初,將磁聚凝法、磁盤法、高梯度磁分離法用于煉鋼、軋鋼廢水的處理。近年來(lái),磁分離技術(shù)在電鍍廢水、含酚廢水、湖泊水、食品發(fā)酵廢水、市政廢水、鋼鐵廢水、廚房污水、屠宰廢水、石油采出水等處理方面都取得了一定的研究成果,有的已經(jīng)在實(shí)際廢水處理中得到了很好的應(yīng)用。
02技術(shù)原理
所謂的磁分離就是根據(jù)不同物質(zhì)具有不同的磁性性質(zhì)(物質(zhì)的磁性可分為三種:鐵磁性、順磁性和反磁性,其中鐵磁性物質(zhì)可以作為磁種添加到弱磁性的廢水中進(jìn)行磁分離),當(dāng)廢水中的磁性物質(zhì)或者非磁性物質(zhì)(需要添加磁種)處于磁場(chǎng)中時(shí),物質(zhì)必然會(huì)受到來(lái)自磁場(chǎng)的作用力,當(dāng)然,廢水中的懸浮不僅受磁場(chǎng)力,還受到重力、流體黏滯力、流體慣性力以及分子間的吸引力,只要我們所施加的磁場(chǎng)足夠大,就可以使得廢水中的懸浮顆粒進(jìn)行磁分離。
而磁分離的方法又可以采用永磁分離和電磁分離(包含超導(dǎo)磁分離)。磁力大小的公式為Fu=γVH(dH/dx),其中,γ為顆粒本身磁化率,V為顆粒體積,H為磁場(chǎng)強(qiáng)度,dH/dx為磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度。從實(shí)際應(yīng)用中來(lái)考慮,如果我們單純的用永磁體增加磁場(chǎng)強(qiáng)度,的確可以增加磁場(chǎng)力的大小,但是這樣所制造的磁鐵太耗成本。因此大多采用磁梯度分離法,即只需要增加磁場(chǎng)強(qiáng)度的梯度,就可以達(dá)到增強(qiáng)磁場(chǎng)力的效果。值得一提的是,要想產(chǎn)生高強(qiáng)度的磁場(chǎng),用一般的永磁鐵,很難實(shí)現(xiàn),可以采用超導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn),理論上處于臨界溫度以下的超導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到10T以上,可以在無(wú)需添加磁種的情況下就能輕松實(shí)現(xiàn)磁分離。一般的梯度磁分離可分離微細(xì)顆粒(線度1um)和弱磁性微粒(磁化率低到10-6),那么,超導(dǎo)梯度磁分離的范圍和精度將比此更廣,更。
03技術(shù)應(yīng)用
近年,在河道湖泊水體修復(fù)中,磁分離技術(shù)以其處理水量大、設(shè)備占地小、運(yùn)行效果穩(wěn)定、消除黑臭效果明顯等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)很多項(xiàng)目上得到運(yùn)用和推廣。河湖水體黑臭治理應(yīng)采用常態(tài)處理與短期處理相結(jié)合的思路。常態(tài)處理,就是修建納污管網(wǎng)、建設(shè)城市污水處理廠。短期處理,即在尚未修建好以上基礎(chǔ)設(shè)施的階段,采取短期處理措施,不可因無(wú)法完全達(dá)標(biāo)而不處理。首先采用“短期控源截污”,確保進(jìn)入河湖水環(huán)境的污水經(jīng)過(guò)處理,致水體黑臭的污染物得到削減,實(shí)現(xiàn)總量減排和斷面達(dá)標(biāo),河湖黑臭。其次,長(zhǎng)期來(lái)看則采用“長(zhǎng)效控源截污”和綜合治理,污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后入河。綜合生態(tài)、微生物和物化技術(shù)進(jìn)行河湖系統(tǒng)治理,實(shí)現(xiàn)河湖水質(zhì)和生態(tài)自凈能力提升。
04技術(shù)發(fā)展方向
磁分離水體凈化技術(shù)發(fā)展至今,從技術(shù)原理的論證、產(chǎn)品工藝的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析到終成套設(shè)備的制造涉及磁力學(xué)、流體力學(xué)、材料防護(hù)學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等多門學(xué)科,要解決污染物磁化絮凝、吸附打撈、卸渣除泥、磁種回收、污泥排放、自動(dòng)化控制等諸多技術(shù)難點(diǎn),技術(shù)密集度強(qiáng)、科技含量高。磁分離治理技術(shù)主要包含藥劑投加、磁絮凝反應(yīng)、磁盤分離、磁種回收循環(huán)、污泥處理五大系統(tǒng)。為了進(jìn)一步提高磁分離效率,穩(wěn)定磁分離出水水質(zhì),優(yōu)化磁盤組件、優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部水力流態(tài)、開(kāi)發(fā)基于來(lái)水水質(zhì)和出水狀態(tài)的自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)是近年的重點(diǎn)研發(fā)方向之一。
磁分離技術(shù)是借助磁場(chǎng)力的作用,對(duì)磁性不同的物質(zhì)進(jìn)行分離的一種物理分離方法。磁分離技術(shù)可以說(shuō)是一門比較古老、較成熟的技術(shù),早應(yīng)用于選礦和瓷土工業(yè)。
1845年,美國(guó)發(fā)表了工業(yè)磁選機(jī)的專利。磁分離技術(shù)作為有磁性差異的兩種及多種物質(zhì)的選別手段,在礦石的精選、煤的脫硫、玻璃及水泥等原料的除鐵、高嶺土的提純、生物工程中的細(xì)胞分離、石化行業(yè)的催化劑回收等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。磁分離技術(shù)用于水處理工程,它又可以稱得上是一門新興技術(shù)。
從上世紀(jì)60年代開(kāi)始,蘇聯(lián)用磁凝聚法處理鋼廠除塵廢水,60年代末,美國(guó)MIT教授科姆發(fā)明高梯度磁過(guò)濾器,70年代美國(guó)應(yīng)用磁絮凝法和高梯度磁分離法處理鋼鐵、食品、化工、造紙等廢水。
1974年瑞典開(kāi)始用磁盤法處理軋鋼廢水,隨后的75年日本開(kāi)發(fā)盤式“兩秒分離機(jī)”。
我國(guó)從70年代中期到80年代初,將磁聚凝法、磁盤法、高梯度磁分離法用于煉鋼、軋鋼廢水的處理。近年來(lái),磁分離技術(shù)在電鍍廢水、含酚廢水、湖泊水、食品發(fā)酵廢水、市政廢水、鋼鐵廢水、廚房污水、屠宰廢水、石油采出水等處理方面都取得了一定的研究成果,有的已經(jīng)在實(shí)際廢水處理中得到了很好的應(yīng)用。
02技術(shù)原理
所謂的磁分離就是根據(jù)不同物質(zhì)具有不同的磁性性質(zhì)(物質(zhì)的磁性可分為三種:鐵磁性、順磁性和反磁性,其中鐵磁性物質(zhì)可以作為磁種添加到弱磁性的廢水中進(jìn)行磁分離),當(dāng)廢水中的磁性物質(zhì)或者非磁性物質(zhì)(需要添加磁種)處于磁場(chǎng)中時(shí),物質(zhì)必然會(huì)受到來(lái)自磁場(chǎng)的作用力,當(dāng)然,廢水中的懸浮不僅受磁場(chǎng)力,還受到重力、流體黏滯力、流體慣性力以及分子間的吸引力,只要我們所施加的磁場(chǎng)足夠大,就可以使得廢水中的懸浮顆粒進(jìn)行磁分離。
而磁分離的方法又可以采用永磁分離和電磁分離(包含超導(dǎo)磁分離)。磁力大小的公式為Fu=γVH(dH/dx),其中,γ為顆粒本身磁化率,V為顆粒體積,H為磁場(chǎng)強(qiáng)度,dH/dx為磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度。從實(shí)際應(yīng)用中來(lái)考慮,如果我們單純的用永磁體增加磁場(chǎng)強(qiáng)度,的確可以增加磁場(chǎng)力的大小,但是這樣所制造的磁鐵太耗成本。因此大多采用磁梯度分離法,即只需要增加磁場(chǎng)強(qiáng)度的梯度,就可以達(dá)到增強(qiáng)磁場(chǎng)力的效果。值得一提的是,要想產(chǎn)生高強(qiáng)度的磁場(chǎng),用一般的永磁鐵,很難實(shí)現(xiàn),可以采用超導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn),理論上處于臨界溫度以下的超導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到10T以上,可以在無(wú)需添加磁種的情況下就能輕松實(shí)現(xiàn)磁分離。一般的梯度磁分離可分離微細(xì)顆粒(線度1um)和弱磁性微粒(磁化率低到10-6),那么,超導(dǎo)梯度磁分離的范圍和精度將比此更廣,更。
03技術(shù)應(yīng)用
近年,在河道湖泊水體修復(fù)中,磁分離技術(shù)以其處理水量大、設(shè)備占地小、運(yùn)行效果穩(wěn)定、消除黑臭效果明顯等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)很多項(xiàng)目上得到運(yùn)用和推廣。河湖水體黑臭治理應(yīng)采用常態(tài)處理與短期處理相結(jié)合的思路。常態(tài)處理,就是修建納污管網(wǎng)、建設(shè)城市污水處理廠。短期處理,即在尚未修建好以上基礎(chǔ)設(shè)施的階段,采取短期處理措施,不可因無(wú)法完全達(dá)標(biāo)而不處理。首先采用“短期控源截污”,確保進(jìn)入河湖水環(huán)境的污水經(jīng)過(guò)處理,致水體黑臭的污染物得到削減,實(shí)現(xiàn)總量減排和斷面達(dá)標(biāo),河湖黑臭。其次,長(zhǎng)期來(lái)看則采用“長(zhǎng)效控源截污”和綜合治理,污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后入河。綜合生態(tài)、微生物和物化技術(shù)進(jìn)行河湖系統(tǒng)治理,實(shí)現(xiàn)河湖水質(zhì)和生態(tài)自凈能力提升。
04技術(shù)發(fā)展方向
磁分離水體凈化技術(shù)發(fā)展至今,從技術(shù)原理的論證、產(chǎn)品工藝的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析到終成套設(shè)備的制造涉及磁力學(xué)、流體力學(xué)、材料防護(hù)學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等多門學(xué)科,要解決污染物磁化絮凝、吸附打撈、卸渣除泥、磁種回收、污泥排放、自動(dòng)化控制等諸多技術(shù)難點(diǎn),技術(shù)密集度強(qiáng)、科技含量高。磁分離治理技術(shù)主要包含藥劑投加、磁絮凝反應(yīng)、磁盤分離、磁種回收循環(huán)、污泥處理五大系統(tǒng)。為了進(jìn)一步提高磁分離效率,穩(wěn)定磁分離出水水質(zhì),優(yōu)化磁盤組件、優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部水力流態(tài)、開(kāi)發(fā)基于來(lái)水水質(zhì)和出水狀態(tài)的自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)是近年的重點(diǎn)研發(fā)方向之一。
此外,現(xiàn)有磁分離技術(shù)對(duì)懸浮物(SS),生化需氧量(COD)、總磷(TP)等有優(yōu)異的去除效果,但對(duì)于有效削減氨氮(NH3-N)和深度去除COD還需要進(jìn)一步研究進(jìn)行突破。因此,開(kāi)發(fā)與磁分離技術(shù)協(xié)同的大水量、快速反應(yīng)、效果穩(wěn)定的物化技術(shù)工藝,從而顯著提高NH3-N、COD、SS等的去除率,進(jìn)一步提高出水水質(zhì),提升河道水體環(huán)境,也是推動(dòng)磁分離技術(shù)在水體環(huán)境修復(fù)治理的關(guān)鍵問(wèn)題。
keyword:磁分離
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