磁分离调研报告_管养分离调研报告
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磁分离调研报告
一．磁分离概述
磁分离技术是将物质进行磁场处理的一种技术，是利用元素或组分磁敏感性的差异，借助外磁场将物质进行磁场处理，从而达到强化分离过程的一种新兴技术。
磁分离技术的基本原理：磁分离技术应用于废水处理有三种方法:直接磁分离法、间接磁分离法和微生物—磁分离法。
利用磁分离技术处理废水主要利用污染物的凝聚性和对污染物的加种性。凝聚性是指具有铁磁性或顺磁性的污染物,在磁场作用下由于磁力作用凝聚成表面直径增大的粒子而后除去。
加种性是指借助于外加磁性种子以增强弱顺磁性或非磁性污染物的磁性而便于用磁分离法除去;或借助外加微生物来吸附废水中顺磁性离子,再用磁分离法除去离子态顺磁性污染物。
一切宏观的物体，在某种程度上都具有磁性，但按其在外磁场作用下的特性，可分为三类：铁磁性物质、顺磁性物质和反磁性物质。
磁分离法按装置原理可分为磁凝聚分离、磁盘分离和高梯度磁分离法三种。按产生磁场的方法可分为永磁分离和电磁分离（包括超导电磁分离）。按工作方式可分为连续式磁分离和间断式磁分离。按颗粒物去除方式可分为磁凝聚沉降分离和磁力吸着分离。
二．磁分离案例
① 矿井水处理新技术—ReCoMag超磁分离水体净化系统 ReCoMag
™™超磁分离水体净化系统将絮凝、沉淀和过滤工艺结合在一起, 它不需
™超磁分离水体净化技术则是通过向水中投加要借助于重力沉降, 而是通过永磁铁的强磁力吸附去除磁性悬浮物。对于水中悬浮物本身不带磁性的, ReCoMag磁种、混凝剂和助凝剂, 通过微絮凝过程, 赋予絮体以磁性, 通过超磁分离机实现絮体和水的分离。该技术颠覆了所有的混凝沉淀, 能在3min左右完成整个微絮凝、过滤固液分离过程磁种通过回收系统循环反复使用。该系统的核心技术是在“ 稀土磁盘分离净化废水技术” 的基础上扩展而成的。“ 稀土磁盘分离净化废水技术” 及设备, 由四川冶金环能工程有限公司研制开发, 经过近20年的发展, 最早应用于冶金行业的轧钢、连铸、炼钢、轧管等含磁性悬浮物污水的处理, 现扩展到其他行业和市政领域, 使用量已经超过了206台（套），总计处理水量达到870万m³/d。工艺流程 ReCoMag™超磁分离水体净化系统处理矿井水的工艺流程见图1。
图1为ReCoMag
™超磁分离水体净化系统工艺流程
工艺流程简述如下：
（1）加入特选磁种：矿井水首先进入混凝反应器, 与一定浓度磁种混合均匀；（2）微磁絮凝：含有一定浓度磁性物质的水体,在混凝剂和助凝剂作用下, 完成磁种与非磁性悬浮物的结合, 形成微磁絮团, 混凝絮凝时间约2—3min。（3）快速分离：经过混凝反应后, 出水流入超磁分离设备, 在高磁场强度下, 形成的磁性微絮团通过与进水方向逆行的缓慢转动的磁盘打捞出水面, 实现微磁絮团与水体的分离, 水流经过磁盘机的流速高达300m/h—1000m/h,分离时间
（4）磁种回收：由磁盘打捞出来的微磁絮团经磁回收系统实现磁种和非磁性污泥的分离, 磁种回收再利用（回收率>99%），污泥进人污泥处理系统。（5）回收磁种计盆投加：回收的磁种加入一定量的清水, 搅拌均匀后通过计量泵重新投加到混凝反应器, 循环使用。工作原理
（1）微磁絮凝：ReCoMag
™超磁分离水体净化系统通过向待处理水中投加磁
种, 让非磁性悬浮物在混凝剂和助凝剂作用下与磁种结合。一方面, 磁种作为絮体的“ 凝核” , 强化并加速了絮体颗粒的形成。另一方面, 磁种赋予了絮凝体磁性。絮体只需微絮凝即可在超磁分离净化设备的强磁场作用下分离, 而无需形成大的絮团沉淀去除。因此, 所需投加的药剂量是普通的絮凝沉淀的1/3—2/3。根据水质不同, 投加混凝剂和助凝剂的量不同, 但总絮凝时间一般只需2—3min。与普通絮凝相比, 前期由于有“ 凝核” 易脱稳, 且少了絮体进一步变大即絮体熟化以便于后续沉淀的时间, 微磁絮凝所需的时间是普通絮凝所需时间的约1/3—1/4。（2）超磁分离：从絮凝装置出来的经过微磁絮凝的水自流入超磁分离机, 超磁分离机采用了稀土永磁强磁性材料, 通过聚磁技术, 其磁盘可产生大于重力640倍的磁力，瞬间（小于0.1s）能吸住弱磁性物质，平行磁盘间水的过流速度可达300m/h—1000m/h, 实现微磁絮团与水的快速分离, 水流经过整个超磁分离机的时间小于30s，实际经过磁盘的时间小于15s。由于分离时间很短, 占地面积小, 是常规平流沉淀池1/50—1/300，是高速澄清池的1/10—1/10。日处理量20000t的全套系统占地面积仅为12m x 9m。ReCoMag™超磁分离水体净化系统工艺参数
（1）磁种选择和用量：第一, 选用的磁种需要剩磁小, 通常要求剩磁小于8Gs，在经过退磁器后能均匀分散到水中, 有利于微絮凝体的形成。第二, 磁种的粒径有选择, 粒径太大, 不利于与徽细悬浮物形成磁性絮体, 且分散能耗高；粒径太小, 药剂量会增大, 形成絮凝体的磁性弱, 不利于分离。根据水源悬浮物的情况不同, 选用磁种的粒径范围不同, 需要通过试验确定。该矿井水处理通过实验室小试, 确定选用粒径小于200目的磁种。进水SS长期在250—450mg/L之间，个别时候悬浮物浓度突然提高。磁种投
加量确定为200mg/L。
（2）药剂用量：进水SS长期在250—450mg/L之间，个别时候悬浮物浓度突然提高, 经过长期的运行, 在满足出水SS
6、PAM为1 x 10-6，特别是在进水悬浮物浓度突 然提高的情况下出水仍然保持稳定。
从图中可以看出, 在设定固定的PAC和PAM投加量的情况下, 出水水质均满足要求, 有较强的耐冲击能力。（3）电耗：ReCoMag
™超磁分离水体净化系统单套处理量可达1000t/h, 日处
™超磁分离水体净化系统包括加药、理量达24000t, 系统总功率（包括混凝搅拌、超磁分离、磁性和非磁性物质的分散、退磁、磁粉回收等）不超过50KW, 吨水电耗不超过0.02元。
（4）占地面积：整套600m³/d的ReCoMag混凝、超磁分离、磁粉回收和电控等, 整套系统占地面积为2.4m x 4.0m。
（5）排泥浓度：微磁絮体经过磁盘吸附, 转到水面以上进行刮渣, 相当于一个沥水过程, 从刮渣系统刮下来的泥含水率已经较低, 经过后面的磁种回收系统, 最后的非磁性物质被分离出来排放到污泥处理系统, 含水率约90%。
另外, 与传统的过滤设备比较, ReCoMag
™超磁分离水体净化系统可连续运行, 絮体的去除通过耐磨的刮渣系统实现, 代替了过滤设备的截留, 无需反洗。系统第一次启动, 只需简单调试, 一周内即可稳定运行以后可随意起停, 起动到稳定运行时间只需1—2h。
结论：ReCoMag点：
（1）流程短, 整个处理过程约3min。（2）占地面积小。（3）混凝药量少。
（4）性能稳定，寿命长。（5）可连续性，无需反洗。（6）电耗低。
（7）排泥浓度高。
（8）系统简单, 日常维护方便, 自动化程度高, 不需人员值守。
② 赵官能源矿井水处理超磁分离净化工艺的应用
赵官能源公司是山东能源新矿集团的全资子公司，位于黄河北煤田中西部，井田面积59.21km2，地质储量3．47 亿t，可采煤层中以薄煤层为主，设计年生产能力90 万t。矿井正常涌水量1413 m3 /h。赵官能源应用超磁水处理工艺，将水处理工艺由地面搬到了井下，每小时600m3 的处理能力，满足了矿井水的清水升井要求，降低了水处理费用，保护了环境。
超磁分离水处理的工艺原理
超磁分离净化设备是由一组强磁力稀土磁盘打捞分离机械组成。流体流经磁盘之间的流道时，流体中所含的磁性悬浮絮团受到强磁场力的作用，吸附在磁盘盘面上，随着磁盘的转动，逐渐从水体中分离出来。磁盘转速为1 ～ 3r /min，待悬浮物脱去大部份水份，运转到刮渣条时，形成隔磁卸渣带，由刮渣刨轮刮入“螺旋输送机”，产生的废渣输入渣池。被刮去渣的磁盘又重新转入水体，形成周而复始的超磁分离净化水体的全过程。
微磁凝聚技术和磁种回收技术 微磁凝聚技术
超磁分离技术的关键是利用磁盘吸附具有磁性的悬浮物，而矿井水中的悬浮物本身是不带磁性的，如果要利用超磁分离净化设备净化矿井水，就必须让非磁性悬浮物带上磁性。微磁凝聚技术就是解决这一问题的关键。该技术通过向原水中投加专用磁种(磁粉)，使磁种在混凝剂和助凝剂的作用下与原水中的悬浮物形成以磁种为核的混合体絮团。因磁种带有微磁性，当絮团沿着水流经过超磁分离机时，聚磁组合磁盘能快速捕捉吸附絮团，实现悬浮物与水体的机械分离，从而达到净化水体的目的。
磁种回收技术
微磁凝聚技术解决了超磁水处理的第一个难题，同时带来另一个难题，就是磁种的连续投加增加了运行费用。为了节约资源同时也考虑吨水处理的运行成本，超磁处理工艺开发了磁种回收技术。将超磁分离净化设备分离出的废渣(磁种和悬™超磁分离水体净化技术用于矿井水处理主要具有以下几个优浮物的混合体)经螺旋输送装置进入脱磁和高速搅拌环节，实现磁种和悬浮物的分离，能将投加入废水中的磁种回收再利用，磁鼓磁场强度高，回收效率可达99%，剩余的非磁性物质作为污泥集中处理。
超磁分离水处理技术的特点及优势
(1)采用稀土磁钢构造分离磁场，技术稳定成熟。超磁分离水体净化技术在国内市场应用已有10 多年的历史。目前，冶金行业在线运行的成套设备达240多个工程项目，处理能力超过940 万t /d，是自主创新的国际先进技术，其超磁分离技术在设备的布磁、聚磁组合、微磁絮凝、脱磁、分散等工艺技术上实现了突破，设备不断改进与完善，已发展到了第五代超磁分离机，技术稳定而成熟。
(2)分离时间短。磁分离工艺与传统的絮凝沉降最主要的区别在于: 采用磁分离技术不需要沉降时间。传统的絮凝沉降工艺是在加药絮凝后形成大絮团，靠重力沉降。磁分离技术因采用稀土磁钢，其表面产生磁力是重力的640 倍以上，能快速地捕捉到微磁性絮团，整个分离过程仅需3 ～ 5s，分离时间远远小于沉降分离时间。
（3）水处理药剂用量少。磁分离依靠强磁力进行吸附分离，不需要大量的药剂形成大的絮团，仅需微凝絮团即可。与常规的混凝沉降系统比较，可大大节约 系统的药剂使用量(仅为常规水处理加药量的1 /3 ～1 /2)，节省药剂费用。
(4)设备占地少，处理量大。由于磁分离实现了悬浮物与水体的快速分离，大大提高了单位时间的处理效率，设备的占地面积也相应地大大节省。
(5)出渣污泥浓度高。磁分离设备分离悬浮物的方法是靠磁力把絮团吸出水面，完全实现渣与水的分离，出渣含量大于70000mg /L，含水率约93%，可不经过浓缩直接进入脱水设备。经过常规的压滤脱水后，污泥含水率小于45%，便于装卸外运。
超磁分离净化工艺设计
(1)设计规模: 设计水处理规模600m3 /h。(2)设计进水水质
矿井排水的主要污染物是煤粉、岩粉等无机污染物。进水水质:SS: 600 ～ 1000mg /L油: 20 ～ 30mg /L(3)设计出水水质PH 值: 6 ～ 9;总悬浮物50 mg /L;化学需氧量(CODcr)50 mg /L;石油类5 mg /L;总铁6 mg /L;总锰4mg /L(4)工艺流程说明
首先向调节池前的进水渠道中投加PAC，混合反应后流入调节隔油池中，进行水质、水量的均匀调节，在调节隔油池后端设置圆盘式除油器，去除上浮的油渣。调节隔油池出水进入超磁分离系统的混凝池，向混凝池中投加磁种、PAM，使水中悬浮物杂质和磁种形成带磁性絮体，经过絮凝的废水进入超磁分离机进行污染物的分离，形成的磁性絮体被超磁分离磁盘吸附，从而从水中分离出来，水体得到净化，超磁分离设备处理后的水达标排放。
经超滤分离设备分离出来的磁性污泥进入到磁分离磁鼓进行磁种与污泥的分离，分离出的磁种又投加到混凝池中进行絮凝反应，使磁种达到循环利用的目的。
③ 清河污水处理厂能力提升应急工程
工程简介：清河污水处理厂能力提升应急工程进水引自曝气沉砂池新建成的跨越管，通过DNl 200管道将污水输送到应急工程格栅间及进水泵房，经过提升后的污水通过配水井均匀地分配至加载混凝磁分离系统和转鼓精细过滤系统。其中加载混凝磁分离系统处理能力按5×104 In3／d设计，转鼓精细过滤系统处理能力按5×104 m3／d设计。经过处理后的污水通过退水管道排入清河污水处理厂总退水方沟，最终排人清河。剩余污泥通过污泥泵提升到贮泥池，剩余污泥经污泥螺杆泵加压后进入浓缩脱水机内进行浓缩脱水，经脱水处理后的泥饼通过外运、干化等方法处理。
工艺流程：加载混凝磁分离系统单体处理工艺流程如图
加载混凝磁分离系统单体处理工艺流程
工艺特点及参数： 预处理区
预处理区进水端设置一台孔板式格栅，孔径为3 mm，流量为4 166 m3／h，格栅后设置4台污水提升泵，同时根据工艺要求，可以选择超越格栅运行。污水经泵提升后，可以通过叠梁闸调配分给精细过滤和磁分离系统，磁分离系统可以通过调节出水管阀门大小与进水管流量计调配供水量，精细过滤可以通过出水阀门调节给水量。工艺基本参数
加载混凝磁分离技术是利用外加磁加载物的作用增大絮体密度以达到高效沉降和过滤的目的。该工艺最大的优点体现在沉淀效率比传统沉淀技术有很大提高，所以可以大幅减少沉淀时间，提高处理效率。整个磁分离工艺的处理量为5×104 m3／d，以处理量为10 000 m3／d的单体工艺为例，满负荷运行时进水量为420 m3／h左右，3座混合池的总容积为48 in3；每座混合池的容积一样，沉淀池总容积为70m3，污水的总停留时间仅为17 min左右，因为整个工艺的停留时间很短，因此对包括TP在内的部分污染物，出现反溶解过程的几率非常小，污泥回流比为50％～75％(根据回流污泥的性状调节)，排泥量为18—20 t／d。另外，系统中投加的磁种和絮凝剂对细菌、病毒、油及多种微小粒子都有很好的吸附作用，因此对细菌、病毒、油、重金属及磷的去除效果比传统工艺要好。
磁粉投加量：以10 000 m3／d的单体处理工艺为例，设备启动前投加磁粉量为100 kg，此后不再投加。通过从二级和三级混合池的不同点分别取出一定体积的混合液以及从污泥回流渠中取出一定量的回流污泥，可以测定二级和三级混合池混合液的MLSS，每个混合池的磁粉投加量，以及回流污泥浓度和磁粉含量。经测定可以得知，二级混合池的MLSS(含磁粉)为5 800～6 200 mg／L，三级混合池的MLSS(含磁粉)为5 700—6 150 mg／L，回流污泥的MLSS(含磁粉)为17 200—18 500 mg／L。三级混合池出水SV为8％～10％，SVI为14～16 mL／g。其中二级混合池的磁粉投加量为0．82～0．86 g／L，三级混合池的磁粉投加量为0．82～0．85 g／L，回流污泥中磁粉含量为2．3—2．6 g／L。
该工艺以前在工程实际中应用极少，原因是磁种的回收技术一直没有很好的解决，而现在这一技术难点被成功突破，磁种的回收率达到99％以上，已在城市污水处理、中水回用、自来水处理、河道水处理、高磷废水处理、造纸废水处理、油田废水处理等方面成功进行了多项不同运行参数的试验，并取得很好的效果。出水水质
2008年8月1日一10月29日对进、出水水质进行了3个月的实测，进、出水COD和BOD，的浓度变化见图2，进、出水TP的浓度变化见图3，进、出水SS的浓度变化见图4。
其中，进水COD、BOD，、SS和TP的浓度分别为(151～559)、(71．4—274)、(72—372)和(2．13～7．36)mg／L；平均进水浓度分别为317、146、170和4．5 ms／L；出水浓度分别为(28．6—171)、(15．3～84)、(7．75～58)和(0．1～2．52)mg／L；出水平均浓度为109、52、21和0．64 mg／L。对COD、BOD，、SS和TP的去除率分别为(40．1％一83．6％)、(47．6％～87．8％)、(68．5％一95．9％)和(49．2％一97．8％)，平均去除率分别为64．9％、64．6％、86．3％和85．8％。另外，还可以发现，在设备启动运行的前半段时间，由于处于调试运行阶段，各指标的去除率并不稳定。如果只考察最后一个月的进、出水指标和去除率，可以看到，对COD、BOD；、SS和TP的去除率分别为(51．1％～78．0％)、(52．5％一83．6％)、(68．5％一95．2％)和(84．7％一97．2％)；平均去除率分别为65．0％、67．5％、86．5％和91．5％。此时出水COD、BOD，、SS和TP浓度分别为(87．2～171)、(27．5～84)、(13—58)和(0．16～1．18)mg／L；各指标的平均出水浓度分别为126．
5、52．
9、22．2和0．39 mg／L。当设备稳定运行后，其出水水质明显好转。
同时可以看到，对BOD，和COD的去除率很相近，所以用BOD5／COD的比值来考察BOD，和COD经过该工艺处理后相应的变化趋势，如图5所示。
图5中的趋势线为进、出水BOD，／COD值的线性回归曲线。进水BOD，／COD的比值稳定在47％左右，其线性回归曲线也基本呈水平状态，出水BOD，／COD值的线性回归曲线在整体上有一定的下降趋势。在设备运行初期，出水BOD；／COD的比值略高于进水比值，以45 d为界限，前半段时间比值的平均值为50．6％，设备稳定运行后，该比值整体有下降的趋势，但并不明显，后半段时间比值的平均值为45．7％。可见，该工艺对BOD，的去除率略高于对COD的去除率，说明在该工艺运行过程中，除了单纯的物理作用外，由于回流污泥中可能存在微生物，因而具有一定的生物降解作用。另外，出水BOD，／COD的比值在45％左右，说明仍然具有很好的可生化性。所以当该工艺作为前处理时，可以为后续的生物处理提供较为适宜的进水水质。
PAC和PAM投配率及用量
投配率：混凝剂(PAC)为80 mg／L(折算为A1203为24 mg／L)，助凝剂(PAM)为2 mg／L。即对于处理量为10 000 rfl3／d的单体设备，10％浓度的PAC投加量为0．34 m3／h左右，0．2％浓度的PAM投加量为0．42m3／h左右。现的问题及解决方案 磁粉导致的问题
加入磁粉以后，由于磁粉颗粒细小，密度大，同时有混凝剂的包裹，使得磁粉进入水泵内部后不易被清理，容易导致水泵故障。同样由于磁粉密度大，导致磁粉容易淤积在沉淀池底部，不易被泵抽吸上来，或者在污泥回流明渠通道就开始沉淀，严重时会导致回流污泥外溢，同时降低了磁粉实际利用率。平时可以多观察三级混合池的絮体颜色及大小，如为大颗粒黑褐色絮体则正常，如果絮体颜色较浅，则要检查磁粉是否回收正常。
建议改造时可考虑将污泥回流明渠底部改为带式传送的方式运送淤积的磁粉，一方面可避免磁粉沉淀导致的回流污泥外溢现象，同时还可以节约不必要的人工成本。
另外，磁粉容易和其他杂物混合在一起堵塞沉淀池底部的布水管道，在调试初期布水管道孔径为30 mm，管道很容易堵塞，经改造后，孑L径由30 mm加宽到35 mm，基本上解决了布水管道堵塞的问题。建议适当增加布水管道的坡度，以保证磁粉的利用率，避免堵塞布水管道。PAC和PAM的投加量问题
在实际运行阶段投药量、进水量已经确定，但由于水质的变化，会对投药量产生一定的影响，这就要适时调整投药量以适应变化。观察三级混合池絮体矾花的状况，若为大颗粒黑褐色絮体则正常，若絮体较小，PAM投加不够；絮体少，PAC投加不够。同时观察沉淀池出水，若有小絮体流出，则应检查是否为PAC投加偏多，PAM投加偏少。磁粉流失的问题
导致磁粉流失的原因很多，如设备泄空、磁鼓工作异常、回流污泥外溢等。但是，在设备正常运行时，磁粉的回收率完全可以达到99％。现阶段需要解决的问题是通过工艺的改造，使得运行中的自动化得到全面完善，使其可以适时调整工艺参数，使磁粉流失降到最低。
三、磁分离的优点缺点
优点：
（1）流程短, 整个处理过程约3min。（2）占地面积小。（3）混凝药量少。
（4）性能稳定，寿命长。（5）可连续性，无需反洗。（6）电耗低。
（7）排泥浓度高。
（8）系统简单, 日常维护方便, 自动化程度高,不需人员值守。
缺点：
（1）介质的剩磁使得磁分离设备在系统反冲洗时，难以把被聚磁介质所吸附的磁性颗粒冲洗干净，因而影响着下一周期的工作效率。
（2）为了提高磁场梯度，必须选择高磁饱和度的聚磁介质，对聚磁介质的选择具有一定的技术困难，且增加运行的费用。
结束语
磁分离技术分离净化工艺设备，具有体积和占地面积小、能耗低、处理效率高、环保无污染等特点，该项技术在工业和城镇污水处理方面有着应用价值。
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