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。对磁粉的ζ电位的测试结果表明,磁粉表面呈负电性(ζ=-10.5 mV)。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。
3 磁粉的回收
传统的磁粉回收装置有格栅型、鼓型、带型等,最常用的为转鼓式。它的主要部分由固定的磁系和在磁系外面转动的非磁性圆筒构成。磁系的磁极极性沿圆周方向交替排列,沿轴向极性单一,磁系包角106~135 °[3],圆桶是用来运载黏附在其表面上的磁性物质,其工作原理如图1 所示。
图1 转鼓式磁粉回收装置工作原理图
含有磁粉和污泥的污水从转鼓的一端进入分离装置,固定磁极将磁性颗粒吸出并附着在滚筒表面,随着滚筒的转动,被带至磁系边缘的低磁区,并从磁性物质出口卸下,非磁性物质则在重力的作用下,沿分离槽流至非磁性物质出口排出,完成磁性物质和非磁性物质的分离过程。
4 磁混凝沉淀技术的工艺流程及工艺参数
2007 年年底,10 000 t/d 的磁混凝沉淀试验装置在北京清河污水处理厂进行了为期2 个月的试验,取得了良好的效果。第2 年,运用该项技术的5 万t/d 的市政污水处理项目在该厂建成并投入运行。笔者将以该工程为例,介绍磁混凝沉淀技术的工艺流程及最佳工艺参数的确定。
4. 1 工艺流程
磁混凝沉淀工艺流程见图2。
图2 磁混凝沉淀工艺流程图
污水经格栅初步分离后,进入处理装置的1 级混合池,同时向1 级混合池投加混凝剂MMS-A,二者充分混合后进入2 级混合池,在此与回收的磁粉和回流污泥混合絮凝,然后进入3 级混合池,与在此加入的助凝剂MMS-M 进行反应,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2 级混合池继续参与反应,另一部分则经高剪切机进行污泥剥离,并进入磁鼓进行磁粉回收,回收的磁粉再次进入2 级混合池继续参与反应,剩余污泥则进入后续污泥处理系统。加药间调配好的MMS-A和MMS-M 溶液由加药泵输送至各加药点。MMS-A投加到1 级混合池。MMS-M 投加到3 级混合池。
4. 2 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,源水为清河污水处理厂总进水。现将基本工艺条件及参数列于表1。
表1 基本工艺条件及参数
工艺条件 |
进水COD(mg/L) |
进水总磷(mg/L) |
进水浊度/NTU |
参数值 |
380~520 |
4.5~6.5 |
250~450 |
工艺条件 |
混凝剂 |
助凝剂 |
磁粉 |
参数值 |
MMS-A |
MMS-M |
Fe3o4 |
工艺条件 |
1级混合池 |
2级混合池 |
3级混合池 |
停留时间 |
停留时间 |
停留时间 |
|
参数值 |
2min |
2min |
2min |
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MMS-A,再加入磁粉,然后加MMS-M;②同时加入磁粉和MMS-A,然后加MMS-M;③先加MMS-A,再加MMS-M,最后加磁粉。其中每种物料的投加间隔时间为2 min。针对以上3 种加料顺序分别测试上清液的浊度,结果列于表2。
表2 上清液测试结果
加料顺序 |
进水浊度/NTU |
上清液浊度/NTU |
去除率/% |
1 |
303.40 |
2.87 |
99.1 |
2 |
310.60 |
3.24 |
99.0 |
3 |
306.3. |
45.5 |
85.1 |
从以上数据中可以看出,前两种加料顺序的效果基本相同,第3 种显然不可取。究其原因,应该是磁粉加入太晚,赶不上参加混凝反应,未能形成磁性絮团。
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500 r/min 时,与250 r/min 的效果相差不大,因此,在1 级和2 级混合池宜采用250 r/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80 r/min 的搅拌速度。
保持其他参数不变,将MMS-M 投加质量浓度恒定,调节MMS-A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,将试验结果绘于图3 中。
从图3 中可以看出,系统对COD 的去除率保持在75 %以上,当加药量在25~30 mg/L 之间时,COD 的去除率在85 %左右,随着MMS-A投加质量浓度的提高,COD 去除率没有明显提高。
图3 COD、总磷及浊度去除率随MMS-A投加量的变化曲线
当MMS-A投加量在30 mg/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30 mg/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 %。具体参见更多相关技术文档。
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25 mg/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。
综上,在MMS-M 投加质量浓度恒定的条件下,当MMS-A的投加质量浓度(以Al2O3计)在25~30 mg/L 之间时,各项污染物指标都有较好的降低,随着MMS-A投加质量浓度的继续增大,各项污染物去除率均没有明显提高,因此,最佳的MMS-A投加质量浓度为25~30 mg/L,此时,COD、总磷、浊度的去除率分别为85%、97%、99%左右。
5 总结