MSS型磁种回收设备的应用研究

2018-11-15彭欣苓王晓明

中国资源综合利用 2018年10期

彭欣苓，王晓明

（1.北京矿冶科技集团有限公司；2.北矿机电科技有限责任公司，北京 100160）

城镇污水是国家城镇化发展过程中的必然产物，其主要包括生活污水、工业废水及大气降水，因各组分含量、成分差异、预处理程度不同等而不同。早期的城镇污水处理是通过污水收集系统收集并排放到附近下游水体，通过水体自身的稀释和自然净化变为清水[1-2]。随着国家工业迅速发展及城镇人口的急剧增长，城镇污水排放与日俱增，其成分也日趋复杂，天然水体的自净能力已不堪重负，人们必须通过构建水处理设施对污水进行净化处理[3]。

污水处理技术是伴随污水污染的控制需求而产生的，由于污水种类、污染物成分及出水要求的不同，人们应用的污水处理工艺不尽相同。常用的污水处理方法一般分为物理法、化学法和生物法。物理法常作为一种预处理方法，主要去除水中不溶解的悬浮物质。化学法是指向废水中投加化学物质如明矾等，通过化学反应生成无害物质而达到净化废水的目的。生物法是指利用微生物代谢降解有机物为无机物，通过人工创造适宜微生物生长、繁殖的环境，使之大量繁殖，从而提高微生物氧化、分解有机污染物的效率。与物理和化学法相比，生物处理具有经济、高效的优点，并可以实现污染物质无害化、资源化，因此生物法一直在污水处理中占据重要位置，应用较为广泛。近年来，人们又陆续开发了新的污水处理工艺，如吸附生物降解工艺（AB法）、序批式间歇反应器（SBR法）、膜分离活性污泥法、氧化沟工艺及其改进工艺，它们均得到一定的应用[1-3]。虽然生物法尤其活性污泥法得到一定的发展和工艺改进，仍存在工艺流程相对复杂、基建和运行费用高、耗能较大的缺点。

磁絮凝-磁分离技术作为一种新型的污水处理技术，近些年来在污水处理领域得到广泛应用[4-5]。由于其水中污染物质为弱磁性或者非磁性，通过常规磁选设备很难进行分离，故通过向其投加絮凝剂、磁性粒子-“磁种”、助凝剂进行污染物分离。其中，磁种作为磁性介质起着核心作用，其中絮凝剂、助凝剂起着增强吸附与桥架作用，通过搅拌作用，扩大污染物、磁种、絮凝剂及助凝剂的碰撞概率，形成磁性絮凝体，增大了污染物的体积和比重。形成的磁絮凝体比重大、水力停留时间短、沉淀速度快，处理能力大，有效减少澄清池的占地面积，同时该技术对去除水中的悬浮物，降低氮、磷、COD、BOD、细菌和病毒等也有较明显的效果。与其他污水处理工艺相比，该工艺流程短、处理速度快、处理能力大、耗能少、适应性强，总体运营成本低，综合经济效果显著，因此应用前景广阔。

MSS型磁种回收机为北矿机电科技有限责任公司专门针对磁絮凝-磁分离污水处理工艺开发的一种专用设备，主要用于磁絮凝体中磁种回收作业，作为该工艺中关键设备，为实现磁种重复利用、降低工艺的运营成本起到关键作用。

1 设备结构

磁种回机主要由电机减速机、磁筒、机架、槽体、上箱体、给矿装置、卸矿装置及磁系调整装置等部分组成，其结构组成如图1所示。

图1 设备结构

磁筒是磁种回收机的主要组成部件，一般由两侧端盖、筒体、主轴和磁系等组成，其核心部件为磁系，磁系为磁种的回收提供必要的磁场条件。筒体表面根据工况条件一般会增加耐磨层延长磁筒的使用寿命，由于污水成分复杂，其对耐磨材质耐磨、防腐具有一定要求，常用的耐磨层有不锈钢衬层、高分子衬层或者耐磨耐腐橡胶等。

槽体是逆流型，采用全不锈钢材质，分选空间较大，可保证一定的分选液面高度，分选路径长，分选时间充分，磁种回收率高；给料箱进口设有标准法兰，实现与外部设备的标准化对接，其内部设有双重混料、匀料结构，可实现将物料均匀、连续稳定给入槽体分选区。卸料装置采用背部卸料方式，卸料刮板材质一般采用较厚耐磨耐油橡胶或者聚氨酯板，其材质具有一定的弹性和硬度，对筒皮磨损较小，可有效实现连续卸料。

电机减速机为设备提供驱动力，一般根据设备规格及处理能力大小进行选型。磁系调整装置位于磁筒非传动一侧，与主轴通过键连接，调整磁系偏转角度，根据分选效果可以适当调整。磁筒转速可调，由变频调速，根据实际需要灵活调节。一般设备处理污水体积量较大，磁种含量少，磁筒转速较低，分选时间长，有利于磁种的充分回收。设备技术参数如表1所示。

表1 设备技术参数

2 设备特点

该类型磁种回收设备是根据磁絮凝工艺特点、磁性物（磁种）含量及分选要求而研制的，采用了特殊的分选原理及设备结构，设计合理，可以对磁絮凝工艺中磁性絮体的磁种进行分选，具有磁种回收率高、污泥黏带少、工艺适应性强等特点，能够有效实现磁絮凝工艺中磁种的高效回收。该设备具备以下优点。

2.1 大包角梯级磁系

磁场分为高场强区、中场强区、低磁场区和卸料区，梯级磁场均匀过渡。高磁场区域可对分选磁种进行有效回收，中磁场区、低磁场区对吸附磁筒表面磁种进行有效输送，卸料区对吸附磁筒表面磁种进行卸料收集。料浆在中场强区实现对给料中磁种的预磁化，由匀料装置直接给送到高场强区，磁种在高场强区强磁力作用下有效地吸附于分选筒表面。

2.2 设计高场强分选区磁场，采用逆流槽型

MSS型磁种回收机针对性设计高场强分选区磁场，可实现对磁种的充分回收，因此磁种回收率高。采用逆流槽型，与磁系结构合理匹配，分选时间长，有利于对磁种的充分回收。

2.3 采用独特的背部卸料方式

MSS型磁种回收机采用独特的背部卸料方式，由于磁絮凝工艺中使用磁种量一般较小，在磁筒表面料层薄，常规设备卸料间隙大，会存在卸料卸不干净或者难以卸料的难题，而独特的背部卸料可有效实现卸料。

2.4 选用二级布料匀料结构，磁筒转速可控

MSS型磁种回收机采用二级布料匀料结构，使物料充分混匀、连续稳定地给入槽体分选区域，提供磁种有效回收环境。磁筒转速可控，可实现一定范围内筒体转速变频调整，确保设备处于最佳条件，提高设备的现场适应性。

3 典型应用案例

磁种回收机的研制是与磁絮凝-磁分离工艺紧密结合的，用于磁性污泥絮体中磁种的回收。由于絮体与磁种存在相互黏附关系，若澄清池中污泥絮体直接通过磁种回收机回收，很难将污泥与磁种分离，而高剪机的使用则为磁种与污泥分离提供了条件。图2是磁絮凝与磁分离的典型工艺。

图2 磁絮凝与磁分离工艺流程

目前，磁絮凝-磁分离已应用于河道黑臭水体、市政污水、应急污水处理及污水处理厂的提标改造等场合，针对不同的污水处理水质及出水条件工艺条件会适当调整，磁种回收机的设备参数也会根据设计要求进行调整。

3.1 北京朝阳某河水治理工程

该项目位于北京朝阳区某河道，处理能力3 000 t/d，采用磁絮凝-磁分离工艺为城市内河道黑臭水体问题解决提供了可行的方案，使污水中SS、浊度、TP、TN得到较大程度降低，出水达到预期要求。该工艺中采用一台MSS0606磁种回收机，筒表磁场强度0.35 T，处理能力7～8 m3/h，经测算磁种回收率达到99.05%，实现了磁种的高效回收利用。该河道污水处理工程成为北京市城市河道治理的示范工程之一。

3.2 深圳某污水处理厂提标改造一级强化处理工程

该项目位于深圳市，为解决深圳流域水环境污染问题，某污水处理进行提标改造，在项目改造期间，污水需采用一级强化处理设施进行处理后再排放。本项目采用磁絮凝-磁分离工艺作为一级强化处理工艺，对污水进行过渡处理，直至该污水处理厂改造完成。该项目处理量50 000 t/d，采用两条污水处理线，每条处理量25 000 t/d，其污水处理指标如表2所示。该项目每条线采用一台MSS0612磁种回收机，筒表磁场强度0.35 T，处理量最大达到20 m3/h，经测算磁种回收率分别达到98.8%、99.15%，磁种回收率较高，达到预期效果。3.3 烟台龙口某污水处理厂提标改造项目

表2 污水处理指标

该项目位于烟台龙口市，处理能力20 000 m3/d，处理水源中工业废水占80%～90%，生活污水占10%～20%。为解决现有污水处理厂处理水量及水质不达标的问题，将某污水处理厂原有的斜管沉淀池进行改造，升级为磁加载絮凝-磁分离工艺，经升级系统处理后的COD和SS两项指标（见表3）优于预期要求，大大减少了后续工艺负荷，为保证污水处理厂整体工艺的稳定运行起到了决定性作用。该项目采用了一台MSS0612磁种回收机，筒表磁场强度0.35 T，处理能力18～20 m3/h，经测算磁种回收率达到99%，磁种回收率高，设备运行可靠，有力保证了升级改造系统的运行稳定性。