引言
水是生命之源，它孕育和滋养了地球上的一切生命，并从各个方面为人类社会服务。水资源的短缺和水环境污染已经严重威胁着人类的健康和安全，制约着经济的进一步发展。水资源保护和水污染防治已成为人类能否实施可持续发展战略的关键问题，引起全世界的普遍关注，污水处理技术得到不断发展。现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法3大类。物理处理法是利用物理作用分离污水中呈悬浮固体状态的污染物质，方法有筛滤法、沉淀法、上浮法、气浮法、过滤法和反渗透法等。化学处理法是利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质，包括悬浮的、溶解的和胶体的。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。生物化学处理法是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为2大类，即利用好氧微生物作用的好氧法和利用厌氧微生物作用的厌氧法。纵观以上处理方法可见，污水处理的实质是对水中污染物进行分离和转化，而转化的最终产物大多需经分离予以除去，所以，分离是污水处理过程非常重要的一环，直接影响到处理的效果和成本，显然，强化分离过程对污水处理技术水平的提高具有重要意义。借助外加磁粉加强絮凝效果，提高沉淀效率，无疑是强化分离过程的有效手段。因此，笔者对磁性絮团的形成机理和形成规律进行了初步探讨，通过试验，取得了磁混凝沉淀工艺的最佳参数，从而为磁混凝沉淀技术在水处理中的应用创造了条件。
1磁混凝沉淀工艺原理
在混凝沉淀工艺中增加磁粉，使得混凝产生的絮体与磁粉有效结合。由于磁粉的相对密度为5.2～5.3，因此增加了絮体的密度，从而加快了絮体的沉降，同时设置了污泥回流系统，使得污泥中的大部分磁粉直接循环使用，剩余污泥经过磁粉回收后排出系统，磁粉回收率为99%左右。含磁絮团的形成与不含磁絮团的形成过程一样，都是在混凝剂的作用下完成的。对磁粉电位的测试结果表明，磁粉表面呈负电性。含磁絮团的形成过程如下：首先，混凝剂水解产生的正离子由于吸附电中和作用聚集于带负电荷的胶体颗粒和磁粉颗粒周围；然后，由于静电斥力的消失，胶体颗粒与磁粉颗粒之间以及它们自身之间通过范得华引力的作用，互相结合变大；最后，通过絮凝剂的架桥作用，进一步将凝聚体絮凝成大絮团而沉淀。
2工艺设计
2.1磁混凝沉淀池作用
磁混凝沉淀池作为芬顿反应的固液分离系统，将进一步去除污水中的SS、TP及COD，该工序对控制出水达标起着关键作用。
2.2磁混凝沉淀工艺流程
污水先进入磁混凝沉淀池的混合池，同时向混合池投加混凝剂(PFS)，二者充分混合后进入1级反应池，回收的磁粉与污水混合絮凝后，进入2级反应池，回流污泥接入3级反应池，助凝剂(PAM)投加入4级反应池，生成较大的絮体颗粒，最后进入沉淀池快速沉降，出水进入下一道处理工序。经沉淀池沉淀下来的污泥，部分经污泥回流泵回流到3级反应池继续参与反应，另一部分则经高剪切机进行污泥剥离，并进入磁分离机进行磁粉回收，回收的磁粉再次进入2级反应池继续参与反应，剩余污泥则进入后续污泥处理系统。加药间调配好的混凝剂(PFS)和助凝剂(PAM)溶液由加药泵输送至各加药点，混凝剂(PFS)投加到混合池，助凝剂(PAM)投加到4级反应池。
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2.3最佳工艺参数的确定
在污水处理中，COD、总磷、浊度是几项最常用的指标，下面我们通过对这几项指标的测定，分析磁混凝沉淀工艺的最佳运行参数。试验中，源水为污水处理厂总进水。
2.3.1加料顺序对系统运行的影响
保持其他工况不变分别试验以下3种加料顺序对磁絮凝反应的影响。①先加PAC，再加入磁粉，然后加PAM；②同时加入磁粉和PAC，然后加PAM；③先加PAC，再加PAM，最后加磁粉。其中每种物料的投加间隔时间为2min。
2.3.2搅拌条件对系统运行的影响
保持其他参数不变，分别调节3个混合池中搅拌机的运行频率，记录下各种组合下叶轮的转数和相应的污水水质指标，得出如下结论：在1级混合池和2级混合池需要快速搅拌，以增加混凝剂、磁粉与污物的碰撞机会，但是，搅拌速度并非越快越好，当搅拌速度达到500r/min时，与250r/min的效果相差不大，因此，在1级和2级混合池宜采用250r/min的搅拌速度。在3级混合池，宜采用较慢的搅拌速度，以免将生成的矾花打碎。该工艺条件下推荐80r/min的搅拌速度。
2.3.3混凝剂投加量对系统运行的影响
保持其他参数不变，将PAM投加质量浓度恒定，调节PAC的投加量（以Al2O3计），分别测试各种加药量下的COD、总磷及浊度指标，并计算出各项污染物的去除率，系统对COD的去除率保持在75%以上，当加药量在25～30mg/L之间时，COD的去除率在85%左右，随着PAC投加质量浓度的提高，COD去除率没有明显提高。当PAC投加量在30mg/L以内时，系统对总磷的去除率随着投加量的增加有显著提高，去除率可以达到97%，当投药量超过30mg/L后，总磷去除率仍可随加药量的增加而提高，但趋势放缓，维持在98%～99%之间，最高达99.3%。系统对浊度的去除率基本都可以维持在95%以上，当投药量在25mg/L以内时，随着投药量的增加，浊度的去除率有明显提高，可以达到99%，当投药量继续增大，浊度去除率提高不明显。
3磁絮凝作用机理初探
根据混凝机理，加入混凝剂主要是通过改变胶体或悬浮颗粒的表面性质，使胶体或絮团的吸引能大于排斥能而促进凝聚，而加入絮凝剂的作用主要是通过架桥作用使颗粒聚集增大的。陈文松在他的论文中对磁絮凝的作用机理进行了阐述，他认为，含磁絮团的形成与不含磁絮团的形成过程一样，都是在混凝剂的作用下完成的。磁粉表面呈负电性。由此可以推断，含磁絮团的形成经历如下：首先，混凝剂水解产生的正离子由于吸附电中和作用聚集于带负电荷的胶体颗粒和磁粉颗粒周围；然后，由于静电斥力的消失，胶体颗粒与磁粉颗粒之间以及它们自身之间通过范得华引力长大；最后，通过絮凝剂的架桥作用，进一步将凝聚体絮凝成大絮团而沉淀。由此可见，有磁粉参与的磁絮凝反应与没有磁粉参与的絮凝反应没有本质区别，磁粉与其他的细微悬浮颗粒一样，混凝剂的作用机理对它同样起作用，已有的混凝理论对磁絮凝反应同样具有指导意义，所有的强化混凝措施都将促进磁絮凝反应的进行。
结语
从污染物的去除效果上来讲，因为有磁性物质参与混凝反应，形成的絮团更紧密、结实，且能吸附更多的污染物，因此，它比普通混凝沉淀工艺具有更好的污染物去除效果，尤其是对水中的油脂类污染物、总磷等的去除更是有着让人满意的效果。
参考文献
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[2]陈克玲，罗继武.百乐克（Biolak）工艺优化设计探讨[J].中国给水排水论文汇编，2006（22）：55-57.
[3]王涛.百乐克工艺及其在设计中应注意的问题[J].中国给水排水，2003，19：79-80.
论文作者:梁文栋
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/27
标签：混凝剂论文; 磁粉论文; 絮凝论文; 作用论文; 颗粒论文; 污泥论文; 胶体论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;