磁分离技术doc.docx

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磁分离技术doc

磁分离技术

什么是磁分离技术

更新时间：

08-4-817:

22

       磁场本身是一种具有特殊能量的场，经磁场处理过的水或水溶液，其光学性质、导电率、介电常数、粘度、化学反应及表面张力和吸附、凝聚作用及电化学效应等方面的特性都产生了可测量的变化，并且当撤掉磁场后，这种变化能保持数小时或数天，具有记忆效应。

由于这些现象的存在，多年来磁技术一直是研究热点。

        磁分离技术是将物质进行磁场处理的一种技术，该技术的应用已经渗透到各个领域，该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。

随着强磁场、高梯度磁分离技术的问世，磁分离技术的应用已经从分离强磁性大颗粒到去除弱磁性及反磁性的细小颗粒，从最初的矿物分选、煤脱硫发展到工业水处理，从磁性与非磁性元素的分离发展到抗磁性流体均相混合物组分间的分离。

作为洁净、节能的新兴技术，磁分离将显示出诱人的开发前景。

       近几年磁力分离法已成为一门新兴的水处理技术。

磁分离作为物理处理技术在水处理中获得了许多成功应用，显示出许多优点。

磁分离利用废水中杂质颗粒的磁性进行分离，对于水中非磁性或弱磁性的颗粒，利用磁性接种技术可使它们具有磁性。

借助外力磁场的作用，将废水中有磁性的悬浮固体分离出来，从而达到净化水的目的。

与沉降、过滤等常规方法相比较，磁力分离法具有处理能力大、效率高、能量消耗少、设备简单紧凑等一系列优点，它不但已成功应用于高炉煤气洗涤水、炼钢烟尘净化废水，轧钢废水和烧结废水的净化，而且在其它工业废水、城市污水和地皮水的净化方面也很有发展前途。

磁分离技术的基本原理

更新时间：

08-4-817:

03

       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。

       磁分离技术是借助磁场力的作用，对不同磁性的物质进行分离的一种技术。

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。

其中铁磁性物质是我们通常可利用的磁种。

各种物质磁性差异正是磁分离技术的基础。

       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。

磁分离技术分类

更新时间：

08-4-817:

06

1　磁凝聚法

        磁凝聚法是促使固液分离的一种手段,是提高沉淀池或磁盘工作效率的一种预处理方法。

       根据斯托克斯定律,利用磁盘吸引磁性颗粒,颗粒越大所受到的磁力越大,越易被磁盘吸着去除。

废水通过磁场,水中磁性颗粒被磁化,形成如同具有南北极的小磁体。

由于磁场梯度为零,因此它受到的大小相等方向相反的力的作用,合力为零,颗粒不被磁场捕集,但颗粒之间却相互吸引,聚集成大颗粒。

当废水通过磁场以后,由于磁性颗粒具有一定的矫顽力,因此能继续产生凝聚作用。

对于钢铁废水,通过预磁处理,一般沉降效率可提高40%—80%。

       磁凝聚法的特点是:

（1）可节省大量用于化学絮凝的药剂以及相应的贮存、制备和投加设备。

（2）用永久磁铁时,只需一次投资,不需日常管理费用,不消耗能源。

用电磁处理每m3废水也只需0.001—0.003kWh,电耗甚少。

       （3）效果稳定,不需要复杂的操作管理。

       （4）没有二次污染,不增加废水的含盐量,有利于水的循环利用。

       （5）与用化学药剂比,污泥体积较少,容易脱水,污泥可回收利用。

2　磁盘法

       磁盘法是借助磁盘的磁力将污水中的磁性悬浮颗粒吸着在缓慢转动的磁盘上,随着磁盘的转动,将泥渣带出水面,经刮泥板除去,盘面又进入水中,重新吸着水中的颗粒,如此周而复始。

       为提高处理效果,应提高磁场强度、磁力梯度和颗粒粒径。

因而,磁盘常常与磁凝聚或药剂絮凝联合使用。

       磁盘法的特点是:

（1）效率高,净化时间短。

处理钢铁废水时,废水在磁盘工作区间仅需停留2—5s,通过全部流程仅需2min左右,净化效率可达到94%—99.5%。

（2）占地面积小,只需一般沉淀池的5%左右。

       （3）处理后污泥含水率低,易脱水。

       （4）磁盘及其附属设备构造简单,运行可靠,维护方便,但刮泥方法尚需改进。

3　高梯度磁分离法

       高梯度磁分离器以高饱和磁密不锈钢聚磁钢毛为介质,当废水中的污染物对钢毛的磁力作用大于其粘性阻力和重力作用时,污染物被截留在钢毛介质上,在切断磁路后,磁力消失,被钢毛介质捕集到的污染物用水或气水反冲洗下来,从而达到从废水中去除污染物的目的。

       产生高梯度磁场不仅需要高的磁场强度,而且要有恰当的磁性介质。

可作介质的有:

不锈钢毛、软铁制的齿板、铁球、铁钉和多孔板等。

       与传统的磁分离器相比,高梯度磁过滤装置的分离速度快,分离效率高,在水处理、大气除尘等环境保护领域应用广泛,对水中各种悬浮物、重金属离子、油污、细菌、藻类、色度、浊度、有机物以及放射性污染物等的去除都比较有效。

4　超导磁分离法

       超导体在某一临界温度下,具有完全的导电性,也就是电阻为零,没有热损耗,因而可以用大电流,从而得到很高的磁场强度。

如用超导可获得磁场强度为2T的电磁体。

此外,超导体还可获得很高的磁力梯度。

       超导电磁过滤器的特点是:

可以获得很高的磁场强度和磁力梯度,电磁体不发热,电耗较少,运行费较低,能制成可以连续工作的磁过滤器。

磁分离技术的特点

更新时间：

08-4-817:

12

优点：

1、磁分离技术处理效率高

       该技术处理废水速度快、处理能力大，且不受自然温度的影响，对其他分离方法难以除去的极细悬浮物及低浓度的废水具有很强的分离能力。

特别是高梯度磁滤分离器的过滤速度是一般处理用的高速过滤机的10~30倍，相当于沉淀池的100倍。

2、磁分离设备体积小、结构简单、维护容易、费用低、占地少

       如高梯度磁分离设备，容易实现自动化;工作高度可靠，维修量适中;占地少，以普通快滤池为例，磁滤器占地面积仅为其1/6，土建量也很少，可以大大缩短建设周期。

因此，磁滤器特别适合中小型水厂及土地资源比较紧张的城镇采用。

3、利用高梯度磁滤法，可去除那些耐药性和毒性很强的病原微生物、细菌以及一些难降解的有机物等。

       有研究表明，磁场力可使病原微生物、细菌等细胞内的水和酶钝化或失活，从而它们被杀灭，通过磁滤达到去除的目的，而且不产生有害的副产品。

与用氯或氯制剂消毒相比，该磁分离技术不会产生废水3（试验设备按单独定制，造价比批量生产要高得多），但磁滤器对水中有机物的去除效果远高于传统工艺，且能去除藻类，出水水质优于砂滤池出水。

存在的问题

       磁分离技术处理废水存在如下的技术难度和局限性：

       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。

       尽管磁分离技术是一种简易可行且处理效率高的水处理技术，由于上述技术难度和局限性有待继续研究克服。

因此，在实际应用中影响着它的广泛应用。

什么是磁种强化

更新时间：

08-4-813:

54

       不同性质的水质选用磁分离技术时需要的条件也不同，钢铁工业废水中具有磁性的污染物，可以直接用磁处理方法除去。

但更多的污染物本身没有磁性，如要用磁处理法，就要投加“磁种”，增加体系的磁化率，以强化分离效果。

       这种经过特殊处理的磁性种子投入之后，在废水中起着“核心”的作用，使废水中的杂质与磁种之间通过粒子或分子之间的亲和作用，吸附在磁种上，然后通过磁分离装置高效快速地除去废水的污染物。

       磁种性质与价格直接关系到技术的可行性，是影响磁分离性能与运行费用的重要因素。

可用铁粉、磁铁矿、磁-赤铁矿、赤铁矿微粒，以及具有磁矩的细菌（吸附铁磁性离子）来做磁种。

郑学海等开发的廉价磁种以炼钢厂排放的烟尘和气溶胶凝聚物通过静电除尘后的“红土”状细粉为原料，其化学成分含铁量很高。

与商品磁粉相比，这种“红土”磁种在投加量、COD去除率、SS残留和吸着分离能力等方面均无差别，而在分散性、无需回收和价格低廉等方面更具有明显特点。

       郑必胜等采用的“包胶磁粉”具有可再生的特点。

这种磁种是在磁性粉末Fe3O4颗粒表面包裹上一层氢氧化铁胶，磁种的性质主要取决于氢氧化铁胶的性质。

氢氧化铁具有两性特性。

当溶液为酸性时，磁种表面带正电荷，此时，由于异性电荷的亲和吸附作用，它可以吸附废水中大量带负电荷的混浊物颗粒和胶体等各种杂质;再利用高梯度磁分离器就能快速分离得到清净的水。

当溶液为碱性时，磁种表面带负电荷，由于同性电荷相斥，此时表面带负电荷的杂质污染物就会脱离磁种，进入溶液中。

这样，磁种便获得再生，并可以反复多次使用。

       此外，王龙贵从粉煤灰中回收磁珠并用于含磷废水处理，达到“以废治废”的目的，且废水中磷的去除率较传统工艺效率高，速度快，亦为可行之计。

除文中所述磁种对污染物的吸附功能外，其他磁性颗粒（如软锰矿和磁黄铁矿等）对某些污染物也有很好的吸附功能。

研究各种磁性物质对污染物的吸附性能及其可选性，将会扩大磁种来源及该工艺。

磁分离器

更新时间：

08-4-817:

00

1　圆盘磁分离器

       圆盘磁分离设备的工作原理是在非磁性的圆板上嵌进永久磁铁，将数块同样的圆板以一定的间隔装在同一轴上。

当废水进入装置时，废水中的磁性粒子被圆盘板边上的磁铁所吸附而被捕。

随着圆盘的旋转，被捕集的磁性粒子从水中进入空间，再由刮板刮下来。

       圆盘磁分离器装置简单，所需要的电力仅仅是圆板旋转的动力，具有耗电小的优点。

但由于磁场弱，磁场梯度小，因而分离弱磁性的或直径为微米级的颗粒就有困难。

园盘磁分离器与高梯度磁分离器相比在添加强磁性粒子作为磁种时，必须添加更多的磁性粒子。

2　高梯度磁分离器

       高梯度磁分离技术适用于具有一定粒度和磁性的固体颗粒的多相分离。

被分离的颗粒在磁场中受到它本身的重力、磁场力、流体粘滞力、流体惯性力以及分子间的引力等力的作用，其中除了磁场力对分离有贡献外，其它几个力的合力效应对分离起反作用，因此，要使颗粒在磁场中顺利地被捕获分离，其所受到的磁场力要大于其它几个力的合力，也就是说，颗粒受到的磁场力越大，则被磁分离器抓住分离的可能性也就会越大，分离效率也就越高。

       高梯度磁分离器如图所示，在一个电磁场中置入一个装有不锈钢丝绒的容器就可构成高梯度磁分离器。

因为不锈钢丝绒的导磁率非常强，所以磁力线基本上集中从钢丝绒内通过，于是在钢丝绒表面的附近形成一个磁力线密度衰减，从而形成一个强的磁场强度梯度这样，当要被分离的颗粒在通过这些钢丝绒附近时，就会受到很强的磁场力的吸附作用，

使之与体系分离。

       一个磁分离器的生产能力和运行周期主要由所要求的分离指标来确定，但同时受到操作条件的影响；通过受到操作条件的影响;通过研究磁分离器中颗粒的捕集行为，得出颗粒在过滤芯磁性不锈钢丝绒上的吸附为“多层吸附”。

并且他们还发现随着磁场强度的增大，磁分离效率提高;在相同的磁场强度下，磁性强弱不同的粒子分离效率具有显著的差异，弱磁性的粒子要在很强的磁场下才能得到分离;对于同种特质，颗粒大的粒子比颗粒小的粒子更易分离，含有铁、铜等金属氧化物的废水可通过高梯度磁分离器直接过滤进行处理，而通过加入“磁性种子”进行强化，高梯度磁分离技术可以有效地处理有机工业废水。

过滤器填料影响磁场强度，进而对分离效果产生影响，选用磁性较强的材料作过滤填料对分离更为有效，但实际应用中以磁性不锈钢为宜，填料越细、填充度越高，分离效率越好，一般填充度以5%~10%为宜。

二级磁分离技术处理工业废/污水的方法

更新时间：

08-4-814:

27

        它包括以下步骤：

磁絮凝、磁鼓分离，此为第一级处理；磁过滤、反冲洗和二次磁粉回收，此为第二级处理。

经过二级处理的废水相当于可达到超滤的作用。

采用本发明处理工业废/污水，洁净度高，处理速度快、效率高，处理系统简单，方便适用，运行成本低，占地面积小，能直接处理高温废水，同时磁粉可回收重复使用，可适用于不同规模的工业废/污水的处理。

       采用二级磁分离技术处理工业废/污水的方法，其特征在于它包括以下步骤：

       ａ、磁絮凝：

工业废/污水进入一混合容器，对混合容器内的工业废/污水投入絮凝剂和纳米级磁粉，在废/污水中形成絮凝状的污泥团块。

       ｂ、磁鼓分离：

让上述工业废/污水在澄清容器内沉淀，沉淀后的污泥通过永久磁场的磁回收器进行处理，磁种被回收，污泥被排除；以上为工业废/污水的第一级处理。

       ｃ、磁过滤：

经沉淀后仍含有少量磁性絮凝团块的废/污水通过高梯度磁场固液分离器，磁性絮凝团块被吸附在高梯度磁场的磁介质表面上；　　　　

       ｄ、反冲洗：

将吸附于磁分离器中的磁性絮凝团块通过退磁、冲洗后将磁介质表面上的磁性絮凝团块洗除下，被反冲洗液带走；　　　　

       ｅ、二次磁粉回收：

被反冲洗液带走的磁性絮凝团块，经过粉碎后，经过磁回收器，磁种被回收，污泥被排除。

       ｆ、上述ｂ和ｅ过程中回收的磁种可再次送回混合容器中继续使用，以达到循环使用的目的。

磁分离技术的应用

更新时间：

08-4-814:

42

磁分离法多级海水淡化装置

       磁分离法多级海水淡化装置是一种在常温、常压条件下，对海水进行淡化处理的设备。

该装置由两个以上的磁性淡化器组装构成。

每个磁性淡化器由相互套装的引水管和相应的集水室组成，并在主导管的外壁与淡化器的外壳间设有主、付磁组，以使海水在流经管道时，在磁场作用下将其中的正、负离子分离，实现对海水的淡化处理。

磁分离法淡化海水不仅免除了常规海水淡化设备中的严重结垢现象，而且能耗低，体积小等显著优点是特别适用于海上船舶和海岛的海水淡化设备。

       磁分离法多级海水淡化装置由两个以上的磁性淡化器联接构成，各磁性淡化器由相互套装的引水管和相应的集水室组成；其特征是，每个磁性淡水器的主管道2的外壁与外壳1之间装置有主磁组6和付磁组7，磁极柱8装配在主管道2的轴线位置，主磁组6以在主管道内产生“鼓形”轴向磁场的方式排列，付磁组7以在主管道内产生径向磁场的方式排列；与主管道相互套装的各引水管有中心管4，淡水管3和进水管11，主管道两端分别装置着淡水集水室15，浓海水集水室17、9，各集水室均有出水管10、12、13、18、14、16；　　各磁性淡化器可采用相互串接或并联等排列方式构成多级海水淡化装置。

混凝磁分离法处理厨房污水

更新时间：

08-4-816:

28

       厨房污水目前多用混凝气浮法或生化法进行处理，效果良好，但占地面积较大，操作较复杂，所以其应用受到一定的限制。

磁分离技术是利用各种物质磁性的差别，在不均匀磁场中实现分离的一种方法。

本身具有磁性的物质可直接进行磁分离。

加入磁粉处理厨房污水的磁分离法虽然具有易于操作、运行费用低等优点，但出水的含油量难以达标排放。

针对上述缺点，试验在加入磁粉的同时加入混凝剂使混凝过程得到强化，然后通过磁分离器使混凝污泥分离除去，获得了较磁分离法和一般混凝法更好的处理效果。

目前，广州市对于厨房污水进行初级处理的主要控制指标为出水含油量和悬浮物，因此本文也以这两个指标为主要考察对象。

1试验条件

1.1原料、药品与主要仪器

       厨房污水：

取自广州某餐厅经隔油池处理后的污水；

       磁粉（Fe3O4）：

自制，Fe3O4含量≥95%，平均粒径8～10μm，价格约300元/t；

       混凝剂：

硫酸铁和硫酸铝按1∶1混合后，配成含量为10%的溶液；

       HJ—5型多功能搅拌器；

       721分光光度计。

1.2试验方法

       由于每次所取污水的含油量不同，而水的浊度值又由光的散射强度决定并与悬浮物重量浓度成比例，因此以浊度值的变化代表悬浮物浓度的变化规律。

虽然这种光学效应还与溶液中颗粒的大小及形状有关，但由于每批取样是均匀的，从总体来看颗粒粒径的分级状况应基本相同。

每次取400mL厨房污水于500mL烧杯中，滴加混凝剂；用10%氢氧化钠溶液调节pH值为6.5～7.0，同时加入磁粉，在搅拌速度为170r/min时搅拌10min后，将烧杯置于磁感应强度为0.047T的磁分离器中，使带有磁性物质的混凝污泥分离除去。

1.3水质检测方法

       含油量用重量法测定，浊度用分光光度法测定，悬浮物用重量法测定。

2结果与讨论

2.1磁粉对污泥沉降速度、体积的影响

       取400mL污水，加入混凝剂和磁粉处理后，倒入500mL量筒中，记录污泥沉降15min时的体积，结果如表1。

       比较试验1、2、3、4知，在相同混凝剂用量条件下，加入磁粉处理所得混凝污泥体积（自然沉降15min）较未加入磁粉减少了一半左右。

这是由于磁粉的铁磁特性通过磁场产生的磁凝聚力与铁铝絮凝剂的架桥吸附作用，使形成的絮凝胶团更粗大紧密，又由于磁粉的加入使得吸附了磁粉的污泥也具有磁性，可以利用磁场力加速沉降。

在磁场中，磁性粒子所受磁力Fm为：

       Fm＝x.V.H.（dH/dL）

（1）

　　式中　x——磁性粒子的磁化率

　　　　　V——磁性粒子的体积

　　　　　H——磁场强度

　　　　　dH/dL——磁场梯度

序号

1

2

3

4

混凝剂用量（mL/L）

磁粉用量（mg/L）

0

250

0

280

污泥体积（mL）

自然沉降

35

19

59

28

磁分离沉降

15

21

达到相同污泥体积所需的磁分离沉降时间（min）

6

7

       混凝产生的污泥因吸附磁粉而具有磁性，相当于增大了磁性粒子的体积V，从而使所受的磁场力Fm增大。

混凝剂—磁场协同效应大大加快了胶团的沉降速度，达到很好的沉降净化效果。

从表1也可以看出，达到相同的污泥体积，自然沉降需15min，磁分离沉降仅需6～7min。

这些优点为缩短处理周期，减少设备容积，降低污泥处理难度及节约费用提供了可能。

2.2磁粉加入量的影响

       当污水含油量126mg/L，浊度74NTU，磁分离时间5min，混凝剂用量为1.25mL/L，磁粉的加入量为0～500mg/L时，磁粉量对除油率和污水浊度的影响见图1。

       图1中曲线1、3分别表示混凝剂加入量为1.25mL/L时磁粉量与除油率和浊度的关系；曲线2为只加磁粉时磁粉的加入量与除油率的关系。

       比较曲线1和2可看出，无论是否加入混凝剂，随着磁粉加入量的增加除油率均逐渐增加，这首先是因为所加入的磁粉本身对污水中的油类、胶态物质等就具有良好的吸附能力；另外，加入的磁粉在搅拌状态下呈悬浮状，增加了水中的固体颗粒物数量，使胶粒磁撞次数增多，形成絮体的机会也加大了。

从曲线1和2还可以看出，混凝剂与磁粉联用处理厨房污水，其效果比单纯使用混凝剂或磁粉都要好。

采用磁粉混凝的除油率比只采用磁粉处理（曲线2）高30%～40%以上，而加入250mg/L磁粉与混凝剂相配合则比单纯使用混凝剂处理的除油率提高近10%。

比较图1中曲线1和3可以看出，磁粉的加入有利于去除污水中的悬浮物，使浊度降低，加入400mg/L磁粉即可使污水浊度降低到4NTU以下，这是由于磁粉吸附悬浮物的能力和磁性絮体所具有的优良沉降性能所致。

磁性物质的加入促进了污水中污染物的去除，试验最佳磁粉投量可取250mg/L。

2.3混凝剂加入量的影响

       当污水含油量73mg/L，浊度55NTU，磁分离时间5min，磁粉的加入量为250mg/L时，改变混凝剂用量0～2.5mL/L，结果如图2。

       从图2数据知，在相同的磁粉量250mg/L条件下，随着混凝剂用量的增加（0～2.5mL/L），除油率不断上升，浊度则逐渐下降；当混凝剂量超过1.25mL/L后，除油率和浊度改变不大。

因而，采用250mg/L磁粉量与1.25mL/L混凝剂量处理污水，既经济效果又明显。

2.4加药次序的影响

       试验一：

先加入1.25mL/L混凝剂，调节pH值后搅拌5min，再加入250mg/L磁粉搅拌10min。

       试验二：

先加入250mg/L磁粉搅拌10min，再加入1.25mL/L混凝剂，调节pH后搅拌5min。

       试验三：

同时加入250mg/L磁粉和1.25mL/L混凝剂，调节pH值，搅拌15min。

       分析出水含油量，结果如表2所示。

       表2加药次序的影响

试验号

1

2

3

出水含油量（mg/L）

除油率（%）

注原水含油量112mg/L，～

       由表2数据可知，不同的加药次序对除油率基本无影响。

3连续处理试验

3.1处理流程及装置

       处理工艺流程及其装置如图3所示。

污水经计量泵连续打入混凝槽搅拌，连续加入磁粉、混凝剂及NaOH溶液，产生的磁性絮体连同污水经计量泵进入磁分离器。

       磁分离器由内槽和外槽组成，水流先入内槽，从底部开孔处流入外槽并从上部流出。

磁性絮体则在水流流经内槽底部开孔时进入磁场区被截留下来。

定期打开污泥阀排泥。

3.2处理工艺条件

       污水水质：

含油量149mg/L，悬浮物285mg/L，污水流量3.5L/h

　　磁分离时间：

25min

　　磁粉加入量：

250mg/L

　　混凝剂加入量：

1.25mL/L污水

　　磁通密度：

0.045T

3.3处理结果

       处理装置连续运行8h的处理结果如图4所示。