超磁分离净化技术在J河道治理中的应用研究

吴秀伟+蒲文鹏+刘旭+王冠平+王子钊+阮燕霞

摘要：指出了城市黑臭水体是民众反映强烈的水环境问题，不仅损害了城市人居环境，也极大降低了城市美感。根据《江苏省城市黑臭水体整治行动方案》确定的目标任务，到2017年南京市城市建成区基本消除黑臭水体，到2020年其他设区市城市建成区内黑臭水体基本消除。结合J河道整治项目，详细阐述了一种高效快捷河道治理技术——超磁分离净化技术。实践证明：该技术能快速有效去除水中的SS和TP污染物，具有处理速度快、占地面积小、運行成本低等特点。

关键词：超磁分离净化技术；河道治理；固体悬浮物浓度；总氮

中图分类号：TV85

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）22004904

1 引言

城市黑臭水体是民众强烈反映的水环境问题，不仅损害了城市人居环境，也极大降低城市美感。黑臭水体整治是国家“水十条”明确的工作重点[1]，同时亦是《江苏省城市黑臭水体整治行动方案》确定的目标任务，2017年底，南京市城市建成区需基本消除黑臭水体，其他省辖市建成区需实现河（湖）面无大面积的漂浮物，河岸无垃圾和无违法排污口，且40%以上黑臭水体得到整治。到2020年，各省辖市城市建成区内基本消除黑臭水体，实现城市建成区水体无异味、水质得到有效提升和人居环境明显改善等[2]。

2 J河道工程项目概况

2.1 J河道概况

研究对象为J河道，它是南京市某区C水系的一条上游支流，河道长约为2.5 km，河宽范围5～20 m，两岸分布着一所医院、三所学校和大片居民区，其水环境质量不仅关乎着两岸居民的生产和生活，还影响下游C水系的水质状况。经现场调查发现，该河道黑臭现象时有发生，对其污染源进行调查，发现该河道沿线存在两处排污口：某小区沿河处排污口和某施工工地排口（图1）。某小区沿河处污水井开口，污水直排进入河道，某建筑工地生活污水及施工废水也是未加处理排入河体中。污水直排致使河道水质较差，严重影响沿岸居民的生活，同时也对下游C水系水质带来不利影响，因此该河道水环境迫切需要治理。

2.2 J河道治理技术思路

黑臭水体治理应按照“外源减排、内源控制、水质净化、补水活水、生态恢复”的技术体系和理念。外源减排和内源控制是基础和前提，水质净化是重要阶段性措施，补水活水和生态恢复是水质长效改善和保持不可缺少的措施[3]。光大水务科技发展（南京）有限公司综合水体黑臭污染成因和外界环境条件，在外源减排、内源控制基础和前提条件下，通过采取水质净化（人工增氧和超磁分离净化技术）和补水活水方针对J河道进行治理。首先自S路往下游每隔100 m设置一台曝气设备，通过人工增氧方式提高水体溶解氧浓度和氧化还原电位，以防发生厌氧和生成黑臭物质。其次在J河道与Z河道交界处（见图1）设置拦水坝，并在拦水坝附近安装一台超磁分离设备（集装箱式）以去除河道水体中的污染物。最后经超磁分离设备处理后净水通过补水管线提升至该河道上游S路，对河道进行补水活水，以实现水体的净化和循环流动，设计河道换水时间15 d。在河道治理方案中，超磁分离净化技术可以在短时间快速净化水质，在污染物去除方面承担主要作用。

3 超磁分离净化技术概述

J河道治理采用稀土永磁型磁盘分离技术即超磁分离净化技术。超磁分离净化技术是通过物化反应使目标污染物和投加磁种形成磁絮体，再利用超强磁力实现磁絮体与水的快速分离，达到去除目标污染物目的的一种高效吸附净化技术。该技术广泛应用于矿井水、含油废水和机械抛光废水等工业废水的净化。近年来，超磁分离净化技术也被应用于生活污水处理，甚至河道治理中。

3.1 技术原理

在较短时间内，超磁分离净化技术可完成整个磁絮凝、固液分离过程，与传统混凝沉淀技术相比，工作原理特别之处主要表现在两个方面：一是在混凝剂和助凝剂作用下使待处理水中的非磁性目标污染物与磁种结合，形成以磁种为核心的磁絮体，磁絮体只需微絮凝，不需形成大的絮凝团便可在超磁分离设备产生的超强磁力作用下被吸附去除；二是含有磁絮体的水流经具有超强磁力（大于重力的640倍）的稀土永磁型磁盘，瞬间被吸附，实现磁絮体和水快速分离[4]。

3.2 技术特点

超磁分离净化技术与传统混凝沉淀技术相比，具有处理时间短、占地面积小、排泥浓度高、运行费用低和日常维护方便等特点[5]。

（1）处理时间短、效率高。磁盘产生超强磁力（大于重力的640倍），可瞬间吸附去除磁絮体，水力停留时间4～6 min，大大缩短处理时间。

（2）占地面积小。与传统混凝沉淀技术相比，占地面积仅为传统技术的1/6～1/8。

（3） 排泥浓度高。磁盘直接利用超强磁力吸附磁絮体，实现与水分离，后通过卸渣系统得到高浓度污泥，无需浓缩处理，可直接送入污泥脱水机进行脱水。

（4）运行费用低。利用磁絮凝技术，药剂使用少，且磁种回收率高，可循环使用，运行费用低。

（5）日常维护方便。设备无反洗操作，自动化程度高，无需人员值守。

4 J河道项目中超磁分离净化技术应用效果

4.1 超磁分离净化技术工程概况

超磁分离净化技术以集装箱形式安装在J河道与Z河道交界处设置拦水坝附近。该技术处理规模为5000 m3/d，占地面积为200 m2，处理工艺流程见图2所示。

待处理水首先通过泵站提升至磁混凝系统，在该系统中污染物与磁种、混凝剂和助凝剂混合形成以磁种为核心的磁絮体，磁絮体流经超磁分离设备，磁盘凭借超强磁力实现磁絮体与水快速分离。磁絮体通过卸渣系统刮出后送至磁回收设备，在磁回收设备-磁鼓作用下实现磁种和污泥有效分离，磁种可循环利用，脱磁后的污泥送至污泥处理设备进行脱水处理。超磁分离净化技术工艺主要包括以下5部分：泵房、磁混凝系统、超磁分离设备、磁回收设备和污泥处理设备。各工艺作用及参数如以下几个方面。

（1）泵房：用于提升待處理水至处理装置，该装置在河道边设置3个取水口，每个取水口安装2台泵（1用1备），运行时仅两个取水口的泵工作，每台泵流量：110 m3/h。

（2）磁混凝系统：包括混合搅拌装置、一级反应搅拌装置和二级反应搅拌装置。在混合搅拌装置中，待处理水、磁种与混凝剂PAC混合均匀，发生混凝反应后流至一级反应搅拌装置，再与助凝剂PAM进行絮凝反应，为增加反应时间，形成较大且稳定的磁絮体，二级反应搅拌装置提供适宜的空间。整个混凝时间大约为3～4 min。

（3）超磁分离设备：磁混凝系统中含有磁絮体水流至超磁分离设备，磁絮体被缓慢旋转稀土永磁型磁盘吸附，然后通过聚氨酯的刮渣条刮除磁盘吸附磁絮体，时间仅需30 s。

（4）磁回收设备：通过超磁分离设备分离出的磁絮体，输送到磁回收设备，通过磁鼓实现磁种和污泥有效分离，回收磁种，实现循环利用。排放泥浆含水率约为93%，可不通过浓缩直接进入污泥处理设备进行脱水处理。

（5）污泥处理设备：降低磁回收设备排出泥浆的含水率。

4.2 超磁分离净化技术运行效果及水质分析

2016年12月20日至2017年2月11日，对超磁分离净化工艺进、出水水质进行了近2个月的实测，超磁分离净化工艺进出水直观图如图3所示。通过现场观察对比，经过超磁分离净化工艺处理后，出水透明度明显提高，由灰褐色提升至透明色，水环境质量有了明显的改善。

水环境质量改善程度需依据水质监测数据进行定量分析，超磁分离净化工艺运行期间对SS、TP、COD和NH3-N和TN 5个水质指标进行监测，图4、5分别表示是该工艺处理前后SS和TP进出水水质特征和去除效果，表1表示处理前后COD、NH3-N和TN的进出水水质特征和去除效果。

从图4中可以看出，SS进水浓度最高为145 mg/L，最低浓度为4 mg/L，经过超磁处理后的SS出水最高浓度为19 mg/L，最低为1 mg/L，说明超磁分离净化工艺SS进水水质波动较大，而超磁出水较为稳定，基本维持在小于20 mg/L范围内。同时，从图中可以看出无论SS进水浓度如何波动，SS去除率维持在50%以上，且去除率多数为70%以上。此外，还可以看出当SS进水浓度较高时，其对SS去除率亦较高，说明SS去除率与进水浓度呈现一定的相关性。

从图5中可以看出，TP进水浓度最高为1.5 mg/L，最低浓度为0.245 mg/L，经过超磁处理后的TP出水最高浓度为0.451 mg/L，最低出水浓度为0.027 mg/L，说明超磁设备进水波动较大，出水波动亦较大。同时，从图中可以看出，无论TP进水浓度如何波动，超磁对TP去除率均大于40%，且多数维持在70%以上。由TP进出水浓度变化情况来看，该河道的TP水平在Ⅳ、Ⅴ和劣Ⅴ类的标准内上下波动，经过该设备处理后大部分时段内的TP水平能落在Ⅱ至Ⅳ类标准之间，整体来说，该设备对TP有明显的去除效果。

由表1可以看出，超磁分离净化技术对降低河水COD具有一定的效果。这主要是由于氨氮和总氮在水中以溶解态形式存在，超磁可有效去除水中悬浮态有机物，但对氨氮和总氮无去除效果。

超磁处理效果好坏，不仅受进水水质浓度影响，还受污染物存在形式影响。从数据可以看出，超磁处理效果与市场上声明的去除率有一定差异，是由于水质监测在冬天进行，进水水质相对较好，污染物浓度相对较低，因此对去除率造成一定影响。若污染物以溶解态形式存在，亦会影响去除效果。但从整体来说，超磁分离技术对SS和TP具有明显的去除效果。

5 结论及建议

通过J河道整治项目，详细阐述超磁分离净化技术的原理和特点。根据实际运行处理效果，可以得出下列结论。

（1）超磁分离净化技术可有效去除河水中SS，出水SS稳定在20 mg/L以内，多数情况下SS去除率达70%以上。

（2）根据河水TP检测结果可知，超磁分离净化技术可有效去除河水TP，出水TP在0.451～0.027 mg/L之间波动，多数情况下维持在70%以上。

（3）超磁分离净化技术通过去除悬浮态有机物，可有效降低河水COD，但无法去除河水中的氨氮和总氮等。

与传统混凝沉淀技术相比，超磁分离技术具有处理效率高、占地面积小和运行费用低等特点，在治理黑臭水体方面值得推广和使用。

参考文献：

[1]梁梦芽.浅谈城市黑臭水体整治技术[J].黑龙江通报，2016，40（2）：94～96.

[2]李兰娟，唐玉琼，王守攻.江苏省黑臭水体整治思路及实践探讨[J].建设科技，2017（14）：82～83.

[3]胡洪营，孙 艳，席劲瑛，等. 城市黑臭水体治理与水质长效改善保持技术分析[J].环境保护，2015（13）：24～26.

[4]牛明礼，单绍磊，刘 佳.超磁分离净化技术在矿井水井下处理站中的应用[J].能源环境保护，2013，27（3）：33～35.

[5]周建忠，靳云辉，罗本福，等.超磁分离水体净化技术在北小河污水处理厂的应用[J].中国给水排水，2012，28（6）：78～81.

Abstract： Urban black-odor water body is an aquatic environment problem strongly reflected by residents， which not only damages the urban living environment but also greatly reduces the city's aesthetic feeling. According to the objectives the Action Plan for Urban Black-odor Water Remediation in Jiangsu Province， by 2017the black water bodies are basically eliminated in the urban built-up areas of Nanjing.The black and odorous water bodies are basically eliminated in other built-up areas and urban built-up areas by 2020. Through the project of the J River， an efficient and quick river treatment technology--magnetic separation and purification technology is introduced. The technology can quickly and effectively remove SS and TP in water with fast processing， small footprint and low operating cost.

Key words： magnetic separation and purification technology； river regulation； SS； TP