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一， 工程說明 超磁分離技術(shù)設(shè)計要點 一、超磁分離技術(shù)的特點 超磁分離水體凈化技術(shù)是一項新穎的水處理技術(shù)，其成套設(shè)備與普通的沉淀和過濾相比，具有無反沖洗，分離懸浮物效率高，工藝流程短，占地少，投資省，運行費用低等特點。針對城市污水、工業(yè)廢水、礦井水、油田采出水、河道水、景觀水等不同種類的廢水，長期的凈化試驗和工程實例表明該技術(shù)具有以下顯著特點： 1、處理時間短、速度快、處理量大，磁盤瞬間產(chǎn)生大于重力 640 倍的磁力，處理效率高，流程短，總的處理時間大約3 min，可多臺并聯(lián)運行，滿足大流量處理要求； 2、占地少，出水穩(wěn)定，占地面積約為傳統(tǒng)絮凝沉淀的1 /8，混凝時間1min，絮凝時間2min，過水平均流速320m/h。（占地面積：600m3/d，2.44.0；3000 m3/d，9.66.0；10000 m3/d，磁盤機(jī)外形尺寸6.03.01.9，磁分離磁鼓外形尺寸，3.32.01.45） 3、排泥濃度高，磁盤直接強(qiáng)磁吸附污泥，連續(xù)打撈提升出水面，通過卸渣系統(tǒng)得到高濃度污泥； 4、運行費用低，采用微磁絮凝技術(shù)，投加藥量少，且磁種循環(huán)利用率高，運行費用低； 5、日常維護(hù)方便，設(shè)備無需反洗，自動化程度高，運行穩(wěn)定可靠。 二、超磁分離技術(shù)的原理 直接磁選技術(shù)在分離污水（如鋼廠廢水）中的鐵磁性雜質(zhì)方面效果明顯，但對于造紙、化工、制藥、食品、石油等工業(yè)廢水，由于廢水中的有毒有害物質(zhì)大多為酸堿離子、有機(jī)物、油等，主要是非磁性或弱磁性物質(zhì)，因此采用直接磁分離方法很難將這些有害物質(zhì)有效分離，必須通過預(yù)先加入磁種的方法，使本身無磁性的有害物質(zhì)帶上磁性，然后在高梯度磁場中實現(xiàn)磁分離。磁種—絮凝分選法主要包括磁種絮凝、磁分離和磁種回收三大主要步驟。具體方法是在一定的化學(xué)條件下，向污水中添加專用磁種和絮凝劑，或鐵磁性絮凝劑（如表面處理過的三價鐵鹽），水中有害物質(zhì)通過氫鍵、范德瓦爾斯力或靜電力與經(jīng)表面官能團(tuán)修飾的磁種絮接，從而使非磁性物質(zhì)具有磁性或使弱磁性物質(zhì)的磁性增強(qiáng)，與污染物結(jié)合的磁絮凝劑可以被高梯度磁濾網(wǎng)或磁盤捕獲，從而實現(xiàn)污染物的去除。磁分離設(shè)備分離出的廢渣（磁種和懸浮物的混合體） 經(jīng)輸送裝置進(jìn)入高速攪拌剪切環(huán)節(jié)，實現(xiàn)磁種和懸浮物的分離，再經(jīng)由磁鼓回收裝置，就可將其中的磁種分選出來，磁種回收率可達(dá)99.4 %以上?；厥盏拇欧N可循環(huán)利用，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，又減少了環(huán)境負(fù)荷。 圖：超磁分離水體凈化技術(shù)工藝流程 三、設(shè)計要點 1、 混凝反應(yīng)設(shè)計 （1）停留時間：磁分離設(shè)備的分離方式不同于沉淀池，無需形成大顆粒的密實絮體，屬于微絮凝技術(shù)，其混凝反應(yīng)停留時間約 3min，同時投加混凝劑和助凝劑，前段投加混凝劑，通常為聚合氯化鋁（PAC）或硫酸鋁，反應(yīng)時間 1min，后段投加助凝劑，通常為聚丙烯酰胺（PAM），反應(yīng)時間 2min。 在SS=200mg/L～450mg/L，磁種200目（44μm）投加量為200 mg/L～300mg/L，PAC:40 mg/L，PAM:1 mg/L. （2）藥劑投加設(shè)計：混凝劑和助凝劑采用隔膜或柱塞計量泵以溶液的形式定比自動投加，不同水體藥劑投加量需要根據(jù)混凝試驗確定，在缺乏混凝試驗資料時，混凝劑的投加量一般采用 10mg/L～15mg/L，助凝劑投加量為 1mg/L～2mg/L?；炷齽┡渲脻舛纫话銥?5%～10%，助凝劑配制濃度一般為 0.5‰~1‰。混凝劑需要定期配置，溶藥池容積保證每天溶藥次數(shù)不多于兩次，儲藥箱容積至少保證每天 24 小時連續(xù)運行所需的藥劑量；助凝劑溶解需要較長的時間，特別是在冬季氣溫較低的情況下，但不易吸潮，目前大型水處理或污泥處理均采用自動溶解投加一體機(jī)，極大的減輕了勞動強(qiáng)度。 （3）混凝工藝設(shè)計 在分析超磁分離設(shè)備工藝的基礎(chǔ)上，選擇機(jī)械混合，用電動機(jī)驅(qū)動攪拌器，使水和藥劑混合。機(jī)械攪拌機(jī)一般采用立式安裝，攪拌機(jī)軸中心適當(dāng)偏離混合池的中心，可減少共同旋流。機(jī)械混合攪拌器有：槳板式、螺旋式和透平式。槳板式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，適用于容積較小的混合池，其他兩種適用于容積較大的混合池。槳板式攪拌器的直徑 D0=（1/3～2/3）D（D為混合池直徑），攪拌器寬度 B=（0.1～0.25）D，攪拌器離池底（0.5～0.75）D。當(dāng) H︰D≤1.2～1.3 時（H為池深），攪拌器設(shè)計成 1 層，當(dāng) H︰D≥1.3 時，攪拌器可以設(shè)成兩層或多層。 2、強(qiáng)磁分離機(jī)系統(tǒng)：磁盤表面場強(qiáng)大于4000Gs，流道中心磁場場強(qiáng)大于800Gs；過水流速一般取 0.08m/s~0.1m/s，在設(shè)計范圍內(nèi)過水流速越低，處理效果越好，但是過水流速過低，單位面積磁盤上將吸附過多的絮團(tuán)，導(dǎo)致磁盤磁場強(qiáng)度衰減，影響處理效果；目前采用的磁盤直徑一般為 1200mm 和 1500mm，水體與磁盤的最大有效接觸時間為 12s~18.75s，磁場強(qiáng)度隨離開磁盤表面的距離增大而減小，超過 30mm，磁場強(qiáng)度將大幅降低，所以一般磁盤間距控制在 10mm~30mm；磁盤轉(zhuǎn)速 0.1r/min ~1.0r/min，磁盤轉(zhuǎn)速過低單位面積磁盤接觸絮團(tuán)的量將增加，造成吸附不充分；磁盤轉(zhuǎn)速過高將會導(dǎo)致吸附絮體中的水份來不及脫出，造成污泥含水率升高。根據(jù)處理水體污染物濃度和出水水質(zhì)要求不同，設(shè)備參數(shù)會有所變化。超磁分離設(shè)備多為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，設(shè)計單位提處理水質(zhì)水量和要求，設(shè)備廠家根據(jù)相應(yīng)要求進(jìn)行加工，目前市場上超磁分離設(shè)備的磁盤強(qiáng)度、磁盤直徑和間距一般都是固定的，設(shè)備加工中根據(jù)水質(zhì)水量不同改變磁盤的數(shù)量來增加或減少吸附面積來適應(yīng)處理水量和水質(zhì)的變化。 3、磁種回收投加系統(tǒng)：磁種回收投加系統(tǒng)中的回收用磁分離磁鼓的表面場強(qiáng)大于 6000Gs，噸水處理磁種耗損率小于 3g /m3；磁回收及投加設(shè)備的作用是實現(xiàn)磁粉的回收并將其二次投加到混凝反應(yīng)工藝單元，同時將產(chǎn)生的污泥排出系統(tǒng)。從超磁分離設(shè)備分離出的絮團(tuán)是磁粉和污泥的混合物，首先需要對磁粉進(jìn)行消磁，使絮團(tuán)之間得以分散，然后自流排入磁分散裝置，內(nèi)部設(shè)置高速攪拌機(jī)和退磁裝置，通過高速攪拌，將單個絮團(tuán)打散，使磁粉和污泥分離，在裝置的溢流口設(shè)置磁回收磁鼓，磁粉和污泥的混合物在溢流到磁鼓表面時，磁粉被磁鼓吸附回收，污泥無法被磁鼓吸附，通過在磁鼓底部設(shè)置的污泥管排出系統(tǒng)。被回收的磁粉通過刮板將其從磁鼓上刮離，再次退磁后返回磁粉投加裝置，然后通過計量泵再次加入到混凝反應(yīng)單元。由于磁粉重力比水大得多，且不溶于水，在水體中極易沉淀，向混凝反應(yīng)單元投加的是磁粉和水的混合懸濁液，要通過不斷攪拌保證磁粉始終處于懸浮狀態(tài)，磁粉濃度相對均勻，才能保證相對準(zhǔn)確的磁粉投加量，磁粉投加量需要根據(jù)試驗確定，在缺乏試驗數(shù)據(jù)的情況下，一般景觀水體磁粉的投加量是懸浮物 的 1.5 倍。隨著磁粉懸濁液的投加，磁粉投加裝置的液位將逐步降低，需要根據(jù)液位的變化自動補(bǔ)充自來水，保持磁粉濃度基本不變。 磁鐵粉的回收再應(yīng)用問題。 國外采用三種方法。一是用大離心力的旋流分離器可回收7 5 ～9 8 % 的磁鐵粉，二是利用超聲裝置，用強(qiáng)剪力使磁鐵粉與絮凝體分離，但運轉(zhuǎn)費用高，三是用泵使反洗水高速送入另一套高磁分離裝置，磁鐵粉即被捕捉與反洗水分離，使磁鐵粉能循環(huán)使用。該系統(tǒng)包括絮凝、磁分離、反洗、濃縮、磁種回收等，可全部自動化。 4、磁種微絮凝系統(tǒng)：Fe3O4 含量大于 95%，粒徑小于 44 μm 的占 80% 以上，剩磁小于 8Gs，易于分散 藥劑投加量: PAC 投加15mg /L，PAM 投加0. 5mg /L； 麥秸稈磁種材料制備 麥秸稈磁種是通過在無磁性的麥秸桿中植入 Fe3O4 磁性顆粒來實現(xiàn)的過程如下，將物質(zhì)的量比2:1 的 FeCl3 6H2O和 FeSO47H2O 溶于純水，將機(jī)械粉碎得到的麥秸桿粉末分散在該溶液中 在氮氣保護(hù)和磁力攪拌下將 25%的氨水緩慢滴入上述混合溶液中，然后70 度反應(yīng) 4h 所得反應(yīng)產(chǎn)物洗滌后磁性分離、烘干。 創(chuàng)新點：增加懸浮物測定儀，根據(jù)懸浮物多少控制磁盤轉(zhuǎn)速；采用推流、折流板、管道混合器方式，提高混合率，防止磁種和絮凝體沉淀；采用齒輪抓手，用于磁鼓分離含磁種污泥；磁種和絮凝劑的開發(fā)。 四、機(jī)械加工要點 1、混凝劑投加系統(tǒng)加工要點 投加系統(tǒng)分為：螺桿式固體絮凝劑投加裝置，攪拌溶解池，計量泵投加及管路系統(tǒng)。 2、磁盤機(jī)械加工要點 圓盤磁分離器的工作原理是在非磁性的圓板上嵌進(jìn)永久磁鐵，將數(shù)塊同樣的圓板以一定間隔裝在同一軸上。當(dāng)廢水進(jìn)入裝置時，廢水中的磁性顆粒被圓盤板邊上的磁鐵所吸附而被捕。隨著圓盤的旋轉(zhuǎn)，被捕集的磁性顆粒從水中進(jìn)入空間，再由刮板刮下來。 磁盤是磁分離裝置的核心，也是該裝置的設(shè)計關(guān)鍵所在。根據(jù)磁分離裝置基本設(shè)計要求：合理的表面磁場、高的磁場梯度、高的作用深度、寬的工作間隙、盡可能長的磁化流程、適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?、適合的轉(zhuǎn)速、方便刮泥、節(jié)能、安全、操作簡單等。提出磁盤的主要設(shè)計步驟：（1）磁性材料的選用；（2）磁系的設(shè)計；（3）磁塊的性能的選擇；（4）磁盤間隙大小和磁場分布。磁盤的磁系設(shè)計要考慮多種因素，既有磁體經(jīng)濟(jì)利用的要求，又有磁體產(chǎn)生足夠的場強(qiáng)和合理的磁場特性等要求。磁系設(shè)計時應(yīng)著重解決主要矛盾，首先考慮磁系，保證它有足夠的場強(qiáng)和合理的磁場特性，在此基礎(chǔ)上再很好地考慮磁體的經(jīng)濟(jì)利用問題，并使磁體的工作點盡量靠近最大磁能積點。 磁盤直徑取1.6米，磁鐵外側(cè)為圓弧形狀，覆板厚度4毫米，中間用8毫米厚加強(qiáng)肋，覆板用鉚釘連接，釹鐵硼為易腐蝕材料，必須保證磁塊密封在磁盤中，所有接口處均采用用橡膠圈密封，磁塊放置好后灌膠固定和密封。裝配流程示意圖與實體圖如下所示。 5 個磁盤的總重為 5500=2500Kg，軸的材料選用 45#優(yōu)質(zhì)中碳鋼，采用調(diào)質(zhì)表面處理。由于 5 個磁盤均勻分布在軸的中間部分 500mm 內(nèi)，軸徑為 d=80mm，軸承受徑向載荷為 轉(zhuǎn)速范圍 0~6 r/min。 其他部件設(shè)計 （1）動密封：在工作過程中，承載磁盤部分的軸段需要沉浸在水中，其他部件是不需要浸沒在水中，因此軸的兩端需要采用動密封，根據(jù)設(shè)計手冊查得，對于低速、常溫、常壓的液體密封使用普通的接觸式毛氈密封就可以滿足使用要求。而磁盤轉(zhuǎn)速小于 3m/s，因此選用接觸式粗毛氈密封。 （2）水泵助卸及卸料刮片：為了快速去除磁盤表面吸附的絮體，使用聚四氟乙烯材料制成了“V”字形的刮片，用螺釘緊固在鋼架結(jié)構(gòu)上其大小剛好可以裝配在磁盤間隙中起到刮的作用。由于刮下的絮體缺乏流動性，短時間內(nèi)會填滿“V”形槽，因此設(shè)計了助卸水泵，四個分管以一定壓力的水流沖走槽內(nèi)的絮體。刮片是損耗件，使用一段時間后需要對其更換以保證卸料穩(wěn)定。 （3）電器部分：主要由配電柜、變頻器和操作按鈕，動力由額定功率為4Kw的小型三相異步電機(jī)提供。根據(jù)被處理污水的水質(zhì)和絮凝的狀況需要使用變頻器控制磁盤的轉(zhuǎn)動速度，從而達(dá)到最佳的分離效果。 3、污泥輸送裝置加工要點 被磁盤分離出來的渣經(jīng)螺旋輸送裝置輸送到磁種回收系統(tǒng)中， 磁性絮團(tuán)通過高速分散機(jī)（高剪切機(jī)）后再流經(jīng)磁分離磁鼓機(jī)，磁種被篩選出來，剩余污泥從磁鼓的底部排污閥流出，排出的污泥被收集送至污泥處理系統(tǒng)中篩選出來的磁種被再次配制成一定濃度的溶液，配制磁種所需的補(bǔ)充水由補(bǔ)水電磁閥根據(jù)磁種液位的高低，自動控制補(bǔ)充; 磁種溶液通過磁種計量泵泵組以一定的量投加到混凝系統(tǒng)中，磁種在此完成循環(huán)回收及再利用。 11