磁混凝在重金属废水预处理中的应用设计要点

净水技术2018,37(5):56-61WaterPurificationTechnology何磊•磁混凝在重金属废水预处理中的应用设计要点•净水技术，2018,37(5):56-61HeLei.KeypointsofdesignandapplicationofmagneticcoagulationinpretreatmentofheavymetalwastewaterJ].WaterPurificationTechnolog,2018,37(5):56-61.磁混凝在重金属废水预处理中的应用设计要点何磊(宝钢工程技术集团有限公司，上海201900)摘要磁混凝技术可以形成密度较大的磁性絮凝体，与传统工艺相比，具有处理速度快、效率高、占地面积小等诸多优点，得到了越来越广泛的应用。结合实际工程案例，对磁混凝技术在重金属废水预处理系统中的设计应用进行分析和总结，重点分析管道选材、磁回收系统等工程应用的关键点，以期为类似工程提供指导和借鉴。关键词磁混凝重金属废水预处理设计应用工程案例中图分类号：TU992.3文献标识码:A文章编号％1009-0177(2018)05-0056-06DOI：10.15890/j.cnki.jsjs.2018.05.010KeyPointsofDesignandApplicationofMagneticCoagulationinPretreatmentofHeavyMetalWastewaterHeLei(BaosteelEngiiweringandTechnologyGroupCo.，Ltd.’Shanghai201900，China)AbstractMagneticcoagulationtechnologymayformmagneticfloeswithhigherdensity.Comparedwithtraditionalcoagulationprocess，ithasmanyadvantages’suchashighprocessingspeed’highefficiency’smallareaandsoon.Ithasbeenusedmoreandmorewidelyinwastewatertreatment.Basedonactualcaseofmagneticcoagulationtechnologyinheavymetalwastewaterpretreatmentsystem，keypointsofdesignandapplicationareanalyzedandsummarized，especiallyintheanalysisofpipelinematerial，magneticseedrecoverysystem.Anditcanprovidecertainguidanceandreferenceinthesimilarprojectdesignandapplication.Keywordsmagneticcoagulationheavymetalwastewaterpretreatmentdesignandapplicationprojectcase钢铁冶金企业在生产过程中采用酸洗工艺对钢铁产品进行再加工，钢铁中的各种金属元素（铁、镍、锌等)会在酸性环境中形成金属离子进人酸液中，最终形成大量重金属废水。若大量重金属废水未经处理直接排放甚至是处理不达标排放，都将造成严重的环境污染和资源浪费，且重金属离子一旦进人环境，不能被生物降解，大多数参与食物链循环，并最终在生物体内积累，破坏生物体正常生理代谢活动，危害人体健康，社会危害性极大。但是，传统的重金属废水处理技术存在处理效果不稳定、[收稿日期]2017-06-15[作者简介]何磊（1985—），男，工程师，从事工业给排水设计，E-mail:[e-mail]。[本文编辑]李佳佳成本高、固液分离困难等问题，已经难以满足日益严格的废水排放要求。自20世纪70年代中期开始，磁混凝工艺在水处理领域逐渐得到应用，与普通的絮凝沉淀和过滤方法相比，其具有快速、高效的特点[1]。磁混凝工艺是在常规混凝沉淀工艺中增加了磁种，作为沉淀物结晶晶核，有利于混凝絮体生成与长大；同时磁种可与混凝絮体有效地结合[2]，使混凝絮体密度远超过常规混凝工艺形成的絮体，可大幅提高絮体的沉降速度，从而减少反应时间和占地面积。磁混凝技术一般同步设置污泥回流系统，将絮体污泥中磁种和化学沉淀物进行分离，磁种可以循环使用，降低运行费用。磁混凝技术经试验验证可用于处理电镀废水、含铜废水、含镍废水、含锌废水中，均取—56—净水技术WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYVol.37,No.5,2018May25th,2018得了很好的去除效果[3]。是，磁技术在重金属废水处理中应用的工程案例鲜。轧厂产生含重金属废水亟：行处理，经大量的，最终大胆决定采用磁技术对该重金属废水进行预处理。从到工程应用，尚诸多工程问题需要解，对磁技术用设计过程中的要：行，剖、运行过程中出现的问题出对策，弥补磁混凝技术在重金属废水处理工程案例较少的，以为类似工程项目的设计？导和借鉴。1磁混凝机理所谓磁技术就是在普通的工艺中同步加人磁种，与污染物合成一体，以加、的效果，使生成的絮体密度更大、实，从而实现高降、缩水时。外，系统中投加的磁种对细菌、病、及多种微小粒子很好的用，因此对该类污染物的去除效果比传统工艺要好。同时，由于其高的性能，使其与传统工艺相比，具有速度快、效率高、占地面积小等诸多优点。理，加人主要是通变胶体或悬浮颗粒的表面性质，使胶体或絮团的能大于排斥能而，而加人的作用主要是通过架桥作用使颗粒增大。磁的作用理明[4]，磁团的形成与磁絮团的成过程一样，都是的作用下完成的。对磁种的（电位的果表明，磁种表面呈负电性%!=-10.5mV)。由此可以，含磁团的形成经历如下:首先，水解产生的阳离子由于'电中和作用于带负电荷的胶体颗粒和磁种颗粒周围;然后，由于静电斥力的消失，胶体颗粒与磁种颗粒之间以及它们自身通德大;最后，通的架桥作用，进一步体成较大絮团而沉淀去除。由此可见，有磁种参与的磁絮与没有磁种参与的质区别，混的作用机理对它同样起作用，所的强化措磁的进行。2项目应用概况项目用于处理轧厂产生的重金属废水，预处理系统分为平行的2个系列，每个系列处理能力均为40m3/h，每个系列均有完整的工艺处理流程，可以独立运行，以便于系统的：和切换，总处理能力按80m3/h设计。NaOH溶液投加浓度为101，HC1溶液投加浓度为71，混凝采用聚合氯化铝％PAC)，投加浓度为31。助凝剂采用阴性烯酰胺％PAM)，投加浓度为1S。一级pH整槽搅拌为200r/min，二pH整槽搅拌为80/mi，混合槽搅拌机为18r/min。污泥泵采用隔膜泵，2台％1用1备），单台参数：〇=20=3/1!，_=20=。混合槽和澄清池的污泥浓度均4000~5000mg/L。重金属废水预处理系统的工艺流程如图1所示。HC1、NaOH助凝剂F/1图1预处理系统工艺流程图ProcessFlowChartofPretreatmentSystem—57—何嘉.磁混凝在重金属废水预处理中的应用设计要点Vol.37,No.5,2018重金属废水首先进人调节池进行均质均量处理后，送人一、二级pH调整槽将PH调整至最佳反应区间内，使得重金属离子最大量地转化为氢氧化物沉淀，随后通过后续的混合絮凝和澄清池，去除废水中的氢氧化物沉淀。在反应过程中向混合絮凝槽中投加磁种，增大形成絮凝体的密度，保证沉淀效果，并设置磁回收装置和污泥回流管道，通过磁种和絮凝剂的回收及再利用，减少新磁种和絮凝剂（混凝剂和助凝剂）的投加量。磁种回收系统使得磁种与混凝絮体分离并有效回收，回收后的磁种返回混合絮凝槽。经过磁种分离后的剩余污泥用气动隔膜泵输送至污泥调节池进人后续处理流程。经沉淀处理后的重金属废水进人后续深度处理工艺（过滤+R0)处理后回用。同时，澄清池污泥中也含有一定量的未发挥作用的混凝剂和助凝剂，通过污泥回流可以充分利用这部分药剂，减少药剂投加量。回流污泥可以使混合絮凝槽和澄清池内维持较高的污泥浓度，有助于混合絮凝槽中絮凝体的形成和粒径增大，也有助于澄清池中泥渣层的形成和稳定。研究表明，磁种絮凝过程中为保证较高的絮凝效率，磁粉的粒径不应大于10[5]。本项目中各工艺段的设计参数如表1所示。表1各工艺段设计参数表Tab.1!DesignParametersofEachProcessSection调节池一级pH调整槽二pH整槽混合絮凝槽澄清池容积/=357665651465表面积/m212830308.3218停留时间F7.20.8120.810.1750.812表面负荷/[m3/(m2•h)]0.6251.231.235.711.23材质钢衬玻璃钢防腐本系统自2016年10月投人运行至今，出水水质稳定达到表2中“处理要求”的各项指标，达到预期处理效果。表2进、出水水质表Tab.2WaterQualityofInfluentandZfluentpH重金属离子s〇4-SS电导率进水2〜3115-594mg/L2855-4632m/L75-280m/L3470~46700S/ci出水8.5-9.50.3-0.81mg/L2637-4371m/L11〜46m/L2305-8216S^cc处理要求8.5-9.51.0m/L5000m/FL50m/L10000S/cm去除率-99.74%-99.86%5.63%-7.63%83.57%-85.31%33.57%-82.41%硫酸根和电导率是后续反渗透深度处理的重要参数，该工艺处理后电导率指标稳定达标。由于本系统主要是通过氢氧化物沉淀法去除重金属离子，重金属离子主要与OH-反应结合，故对S〇S_去除作用微弱，主要依靠机组源头的控制。本系统对重金属离子去除率达到99.71以上，这是传统混凝沉淀工艺较难实现的。可见，磁混凝技术可以应用于重金属废水处理，出水水质较好，达到预期设计目。3设计、应用要点分析3.1管道及阀门重金属废水进水pH值较小（约1~2)，为强酸性废水，对常规的钢管有很强的腐蚀性。所以，pH调整槽的进水管、出水管、放空管道均采用碳钢衬塑（CS/P0)管道。碳钢衬塑（CS/P0)管道是通过管道内壁制作衬塑层来隔离废水与钢管内壁，避免酸性介质对金属管道的腐蚀。经过一级pH调整槽的调节后，在二级pH调整槽中投加混凝剂，且废水pH最后人合槽，后管道可以不考虑废水的腐蚀作用。但是，混合絮凝槽内投加磁种，成磁性体，废水中还有未利用的磁种，磁种对金属管道有一定的磁吸附作用，因此混合絮凝槽至澄清池的管道采用化工级UPVC(Sch80)，而不能采用普通的金属管道，以避免磁种在管内壁的吸附。经过澄清池处理后，出水中基本不含有磁种，可采用普通的金属管道。常规的污泥管道可以采用无缝钢管、碳钢管道，但是本系统采用了磁混凝技术，澄清池产生的—58—净水技术WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYVd.37，N-.5,2018May25th,2018污泥均含有大量的磁种。磁种本身是具有一定磁性的金属微小颗粒，如果采用无缝钢管或碳钢管道，磁种则会吸附在金属管道内壁上，一方面影响磁种回收率、增加系统运行成本;另一方面也会减小管道有效横截面积，增大堵塞发生概率。若采用碳钢衬塑管道％CS/PO)，虽然管道的钢管外壁与内部污泥之间有一层塑料间隔，能一定程度上减缓磁种在管壁上的吸附，但在一定的流速作用下，磁种会对衬塑层造成划伤，进而吸附在管道上。因此，本系统中从澄清池排除的污泥管道采用化工级UPVC%S680)管道，经过磁分离器处理后的污泥管道可采用无缝钢管等金属管道。刀闸阀工作原理同闸阀，但是为适应在污泥、渣浆等介质输送管道上的应用，刀闸阀对闸板、闸板槽等内部结构进行了改进。刀闸阀具有密封性好、耐磨耐腐性好等特点，能很好地应用于本项目的污管。由于回流污泥管道的使用频率较低，一般在设备异常状况下使用，每次污泥回流后管道