（市政工程专业论文）污水磁分离工艺特性研究.pdf

、；：j “， ， ， 、 一 l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 7 移1 0 。 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：兰! ! ! ! 兰 一 、 j 捅要 摘要 随着我国经济的快速增长，水环境污染现象已经严重制约了我国经济的发 展，水资源的保护和污水的有效处理己成为当前所面临的严峻挑战之一。磁处理 是近几年新发展起来的一门水处理技术。磁处理技术与混凝剂、活性污泥工艺、 人工生态法等相结合，并在实际的水处理应用中取得了可喜的研究成果。本论文 以磁絮凝和磁粉活性污泥法处理污水作研究，取得了较好的处理效果。 混凝沉淀工艺是污水处理中最基本和重要的过程，可去除污水中的悬浮颗粒 和胶体物质，降低了污水中的s s 和浊度等。为了提高混凝沉淀的处理效果，决定 在投加混凝剂的同时投加磁粉，这样可减少混凝剂的投加量，使絮凝作用得到强 化，然后通过磁鼓分离器使磁粉污泥分离除去，能够获得比一般混凝沉淀更好的 处理效果。采用磁絮凝技术处理城市生活污水提高了污水中磷的去除效果，c o d 、 浊度、t p 和氨氮去除率分别为6 1 3 0 、9 8 9 0 、9 8 1 3 和1 8 5 8 ；磁絮凝处理 受污染河水，其处理效果好于传统混凝工艺，c o d 、浊度、t p 和氨氮去除率分 别为6 0 o o 、7 3 2 4 、8 7 8 0 和3 0 1 0 ，各项指标的出水浓度为：c o d 2 4 0 8 m g l 、 浊度3 8 0 n t u 、t p 0 0 7 2 m g l 和氨氮1 3 7 m g l ，均达到地表水类水体标准；磁 絮凝处理二级生化出水，各项检测指标均符合再生回用水质标准，出水t p 浓度 小于0 5 m g l 、浊度低于1 n t u ，对c o d 、氨氮也有一定的去除效果，去除率分 别为5 1 7 9 、2 2 1 0 。 污水处理目前多采用活性污泥工艺，试验采用磁粉活性污泥法处理生活污水 取得了较好的处理效果。经磁粉活性污泥处理的出水要优于普通活性污泥工艺， 磁粉投加量为1 5 9 l 的磁粉活性污泥工艺处理效果要优于投加量为1 0 9 l 的。随 着曝气时间的延长，c o d 、氨氮的去除率逐渐升高。曝气时间为8 5 h 时，磁粉投 加量为1 5 9 l 的出水c o d 浓度为5 9 7 2 m g l ，达到一级a 排放标准。对于氨氮的去 除，当曝气时间为3 5 h 时，磁粉投加量为1 5 9 l 的出水氨氮浓度为1 0 9 m g l ，最 终的出水氨氮浓度为2 1 6 m g l 。提高进水的c o d 容积负荷、氨氮负荷，反应器稳 定运行后，改善了污泥的沉降性能，磁粉投加量为1 5 9 l 时，出水c o d 浓度低于 4 0m g l ，远低于一级a 排放标准，出水的氨氮浓度为2 7 8 m g l 。 关键词：磁絮凝；聚合氯化铝p a c ；聚丙烯酰胺p a m ；磁粉；磁粉活性污泥 北京工业大学t 学硕七学位论文 、， f j - i a b s t r a c t a b s tr a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y se c o n o m y , t h ew a t e rp o l l u t i o nh a d b e e ns e r i o u s l yr e s t r i c t e dt h ed e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y , p r o t e c t i o na n de f f e c t i v e t r e a t m e n to fw a t e rh a db e c o m et h em o s ts e r i o u sc h a l l e n g e si no u rc o u n t r y m a g n e t i c w a t e rt r e a t m e n tw a san e ww a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s t h e c o u p l i n go fm a g n e t i ct e c h n o l o g yw i t hc o a g u l a n t ，a c t i v a t e ds l u d g ea n da r t i f i c i a l e c o s y s t e m s ，a c h i e v e dg r a t i f y i n gr e s u l t si np r a c t i c a lt r e a t m e n ta p p l i c a t i o n s i nt h i s t h e s i s ，t h em a g n e t i cf l o c c u l a t i o na n dm a g n e t i ca c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s su s e di n s e w a g e t r e a t m e n ta c h i e v e db e t t e rr e s u l t s c o a g u l a t i o nw a st h em o s tb a s i ca n dv e r yi m p o r t a n tp r o c e s si nw a t e rt r e a t m e n t ， c o u l dr e m o v es u s p e n d e dm a t e r i a la n dc o l l o i d a lm a t e r i a l ，d e c r e a s et h es sa n dt u r b i d i t y t oe n h a n c et h ee f f e c to fc o a g u l a t i o nt r e a t m e n t ，i tw a sd e c i d e dt h a ta d d i n gm a g n e t i c p o w d e rw i t hc o a g u l a n ts i m u l t a n e o u s l y , c o u l dr e d u c et h ed o s a g eo fc o a g u l a n t ，s ot h e f l o c c u l a t i o nw a ss t r e n g t h e n e d ，t h ee f f e c to fm i x e dl i q u i d so fm a g n e t i cs e p a r a t e df r o m h i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o nw a sb e t t e rt h a nc o n v e n t i o n a lc o a g u l a t i o np r o c e s s w i t ht h ea d d i t i o no fm a g n e t i cp o w d e ri nt h es e w a g et r e a t m e n t ，t h et o t a lp h o s p h o r u s r e m o v a lr a t ew a si m p r o v e d ，t h er e m o v a lr a t e so fc o d 、t h et u r b i d i t y 、t o t a lp h o s p h o r u s a n da m m o n i an i t r o g e nw e r e6 1 3 0 、9 8 9 0 、9 8 1 3 、1 8 5 8 ：m a g n e t i cf l o c c u l a t i o n t e c h n o l o g ya p p l i e df o rt h et r e a t m e n to fp o l l u t e dr i v e rw a t e r , t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h ee f f e c to fm a g n e t i cf l o c c u l a t i o nt e c h n o l o g yw a sb e t t e rt h a nc o n v e n t i o n a l c o a g u l a t i o np r o c e s s ，t h er e m o v a lr a t e so fc o d 、t h et u r b i d i t y 、t pa n da m m o n i a n i t r o g e nw e r e6 0 0 0 、7 3 2 4 、8 7 8 0 、3 0 1 0 ，w i t ht h ec o dc o n t e n to f 2 4 0 8 m g l 、t h et u r b i d i t yc o n t e n to f3 8 0 n t u 、t h et o t a lp h o s p h o r u sc o n t e n to f 0 0 7 2 r a g 、a n dt h ea m m o n i an i t r o g e nc o n t e n to f1 3 7 m g l t h ee f f l u e n ti n d i c e sw e r eu p t ol e v e l4o fn a t i o n a ls u r f a c ew a t e rs t a n d a r d ；m a g n e t i cf l o c c u l a t i o nt e c h n o l o g y a p p l i e df o r t h e t r e a t m e n to fs e c o n d a r yb i o c h e m i c a le f f l u e n t ，t h ew a t e rq u a l i t y d e t e c t i o ni n d e x sc o u l dm e e tt h er e q u i r e m e n to fr e u s eo fu r b a nr e c y c l i n gw a t e r , t h e t o t a lp h o s p h o r u sa n dt h et u r b i d i t yi nt h ee f f l u e n tw e r el e s st h a no 5 m g la n d1n t u ， r e s p e c t i v e l y , t h et e c h n o l o g yh a ds o m ec o da n da m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f e c t u n d e rt h eo p t i m i z a t i o nc o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lr a t e sw e r e51 7 9 a n d2 2 10 a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sw a su s e di ns e w a g et r e a t m e n t ，w i t hm a g n e t i ca c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s e ds e w a g et r e a t m e n tc o u l da c h i e v eg o o dr e s u l t s t h et r e a t m e n to f m a g n e t i ca c t i v a t e ds l u d g ew a sb e t t e rt h a nt h ec o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g e ，t h e d o s a g eo fm a g n e t i cp o w d e r1 5 9 lw a sb e t t e rt h a nt h ea m o u n t1 0 9 l w i t ht h e i n c r e a s eo fa e r a t i o nt i m e ，t h er e m o v a lr a t e so fa m m o n i an i t r o g e na n dc o di n c r e a s e d a e r a t e dt i m eo f8 5 h ，w i t ht h em a g n e t i cp o w d e rd o s a g eo f1 5 9 l ，t h ee f f l u e n tc o d w a s5 9 7 2 m g l ，c l o s e dt ot h ed i s c h a r g es t a n d a r di f o ra m m o n i an i t r o g e nr e m o v a l ， a e r a t e dt i m eo f3 5 h ，w i t ht h em a g n e t i cp o w d e rd o s a g eo f1 5 9 l ，t h ee f f l u e n t a m m o n i an i t r o g e nw a s10 9 m g l ，t h ef i n a le f f l u e n tw a s2 16 m g l b yg r a d u a l l y 北京工业大学工学硕十学位论文 i n c r e a s i n gt h ei n f l u e n tl o a do fc o da n da m m o n i an i t r o g e n ，t h er e a c t o r so p e r a t e d s t a b l y , w i t ht h ed o s a g eo fm a g n e t i cp o w d e r1 5 9 l ，t h ee f f l u e n tc o d b e l l o w e d4 0 m g l ，f 打b d o w e dt h el e v e lo fd i s c h a r gs t a n d a r di ，t h ee f f l u e n ta m m o n i an i t r o g e n w a s2 7 8m g l k e yw o r d s ：m a g n e t i cf l o c c u l a t i o n ；p o l y a l u m i n i u m c h l o r i d e ；p o l y a c r y l a m i d e ； m a g n e t i cp o w d e r ；m a g n e t i ca c t i v a t e ds l u d g e 1 v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 论文研究背景及研究意义1 1 2 城市污水的来源及主要污染物2 1 2 1 城市污水的来源2 1 2 2 城市污水的主要污染物2 1 2 3 城市污水的危害性。3 1 3 城市污水的处理方法一3 1 3 1 物理处理法。4 1 3 2 化学处理法4 1 3 3 生物化学处理法4 1 4 我国城市污水再生利用现状与发展一5 1 5 磁分离技术简介6 1 5 1 磁性分离基本原理。6 1 5 2 磁性分离技术在水处理上的应用7 1 5 3 现有磁性分离方法及应用现状8 1 5 4 磁性分离技术存在的问题1 0 1 6 本章小结l o 第2 章研究内容与方法1 1 2 1 试验安排11 2 2 试验主要用料1 1 2 3 试验测定方法1 4 2 4 试验装置1 4 2 4 1 磁絮凝试验装置1 4 2 4 2 磁粉活性污泥试验装置15 2 5 本章小结l5 第3 章污水磁絮凝工艺参数研究1 7 3 1 磁絮凝强化污水处理的试验研究17 3 1 1 单独投加混凝剂对污水处理效果的影响1 7 3 2 磁絮凝强化处理受污染河水中的试验研究2 8 3 2 1 磁粉、p a c 与p a m 协同时对磁絮凝效果的影响2 9 3 2 2 药剂投加顺序对磁絮凝效果的影响3 0 3 2 3 搅拌条件对磁絮凝效果的影响3 0 3 2 4 静沉时间对磁絮凝效果的影响3 1 3 2 5 磁絮凝最佳工艺参数3 2 3 3 磁絮凝强化处理二级生化出水的最佳工艺参数3 2 3 4 本章小结3 3 第4 章磁粉活性污泥处理污水的效能及作用机理探讨3 5 4 1 活性污泥的培养驯化3 5 4 2 结果与讨论3 6 4 2 1c o d 去除效果的对比3 6 4 2 2 氨氮去除效果的对比3 7 4 2 3 活性污泥耗氧速率的测定及试验对比分析3 7 4 2 4 抗冲击负荷的对比。3 9 4 2 5 污泥沉降性能对比4 0 4 2 6 活性污泥的生物相4 1 4 3 本章小结4 4 结论与建议4 5 参考文献4 9 攻读硕士学位期间所发表的学术论文5 5 致j 射5 7 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 论文研究背景及研究意义 随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的日益提高，产生了越来越多的 污水，污水排入水体后导致严重的水环境污染，使已经十分严重的水资源短缺变 得更为严峻。出台的污水排放标准对污水的排放提出了更为严格的要求。长期以 来，我国污水处理厂的运营一直受到以下两方面的困扰：一是处理效率较低、运 行效果不稳定；二是基建投资大，运行管理费用过高。因此，尽快研究出高效低 耗的污水处理技术迫在眉睫，是解决水资源短缺及环境污染问题的关键1 1 j 。 污水中磁处理的应用主要集中在磁絮凝、磁生物与磁分离技术三方面。从污 废水成分来看，污染物中除了含有少量重金属离子，绝大部分为无磁性的污染物， 不带磁性就无法用磁分离技术进行沉降分离。为了改变磁鼓分离器只能分离污废 水中磁性污染物的状况，使其可以分离无磁性的污染物，必须向污水中投加具有 磁性又有强化混凝效果的磁粉【2 】即磁絮凝，进而取得良好的处理效果。 活性污泥工艺被广泛应用于污水的处理过程中，由于二次沉池中污泥的沉降 能力有限，使得曝气池中污泥浓度较低，处理效率偏低，工艺流程占地面积大， 造成了工程投资的增加；此外，活性污泥絮体结构松散，容易产生污泥膨胀，致 使出水水质下降，给运行管理带来许多不便。有研究指出，磁粉活性污泥工艺在 去除c o d 、氨氮的效率及承受毒物能力上都优于普通活性污泥工艺。因此，本论 文就磁粉活性污泥法在污水处理中的作用机理进行了分析，并对相关结论进行了 可靠性验证。 磁分离技术是基于磁一重力效应，通过施加外部磁场，使污水中的磁性颗粒 磁化并凝聚，形成易于分离的磁性复合絮凝体，然后直接分离除去。磁分离技术 能去除那些耐药性和毒性很强的病毒、细菌及一些难以降解的有机物等，也可将 之作为生化处理的预处理，能够减少污水中c o d 、氨氮、总磷的含量，从而降低 后续处理负荷。因此，采用磁处理强化污水处理是可行的，对其去除机理、应用 领域作进一步的研究是必要的。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 城市污水的来源及主要污染物 1 2 1 城市污水的来源 城市污水的来源主要是通过城市污水管道系统收集到的各种污水，通常由生 活污水、工业废水和降水径流三部分组成。 生活污水是人类生活过程中所产生的污水，主要来自于居住区、学校、医院、 公共场所及其他城市公用设施等，主要包括厕所、厨房洗涤用水、淋雨排水及其 他排水等。生活污水中有机污染物约占6 0 ，如蛋白质、糖类、脂肪等；无机污 染物约占4 0 ，如沉砂、杂物等。此外，还含有相当数量的病原微生物及洗涤剂 等。 工业废水是从工业生产过程中所排出的废水。特点是水质和水量因生产工艺 和生产方式的不同差别很大。主要包括生产废水和生产污水。按企业生产的产品 和加工对象可分为造纸废水、毛纺废水、电镀废水、制革废水、农药废水、冶金 废水、炼油废水等。 降水径流是由降水或冰雪融化水所形成的，是水资源的根本来源。初期的降 水可淋洗空气中的污染物，尤其是工业区及空气污染较为严重的城市，这一现象 最为明显。降水和冰雪融化水的污染比较严重，若能纳入城市污水管道系统中并 加以处理，是一种比较理想的选择。对于采用分流制管道系统的城市，降水径流 汇入到雨水管道内而不加以处理；对于采用雨污合流制管道系统的城市，虽然能 把部分初雨径流与城市污水混合在一起加以处理，当降雨量较大时，由于截流干 管的输送能力及污水处理厂的处理能力有限，大量的雨污水出现溢流现象，造成 严重的水体污染现象。 1 2 2 城市污水的主要污染物 城市污水中含有大量的有毒污染物，进入生物体内并累积到一定数量，而 引起暂时或持久的病理状态，严重会危及生命。主要包括重金属和难分解的有机 污染物等。污城市污水中的污染物质按所含物质的种类可分为物理性污染、化学 性污染和生物性污染；按物理形态可分为悬浮固体物质、胶体物质及溶解性污染 物质；按化学成分可分为无机污染物质和有机污染物质两大类。 1 2 2 1 无机污染物 城市污水中的无机污染物分为直接毒害作用的无机污染物和有直接毒害作 用的无机污染物两类。 无直接毒害作用的无机污染物可分为三种类型：一是酸、碱无机盐类；二是 氮、磷等营养物；污水中的氮、磷主要来源于人体及动物的排泄物及化肥等，是 第l 章绪论 导致湖泊、水库、海湾等水体富营养化的主要物质。三是属于砂粒、矿渣类颗粒 物质。当这些无直接毒害作用的无机污染物聚集达到一定浓度时，就会呈现出 毒害作用，对人体造成一定程度的伤害，严重时会危及生命。 有直接毒害作用的无机污染物主要包括氰化物、砷化物和重金属离子。重金 属主要有汞、镉、铜、镍、锡、铬、铅、锌、铁、锰等。上述物质在污染控制中 必须严格管理，绝不容许排放水体中超标。， 1 2 2 2 有机污染物 城市污水中的有机污染物按生物降解的难易程度可分为易于降解的有机污 染物和难于降解的有机污染物。易于生物降解的有机污染物多属于碳水化合物、 蛋白质、脂肪等，易于氧化分解，分解时消耗水中的溶解氧。难于生物降解的有 机污染物主要是人工合成的有机物质。高浓度难降解有机废水主要是医药、燃料、 纺织、农药等生产过程中产生的废水，废水污染物浓度高、毒性大、难于生物降 解。 1 2 3 城市污水的危害性 世界上所有的城市地区一年排出的工业和生活污废水就多达5 0 0 立方公里， 而每一滴污水将污染数倍乃至数十倍的水体。城市污水不经处理直接排入水体 后，大量的微生物在分解有机物的时候要消耗水中的溶解氧，随着水体中的溶解 氧逐渐消失，直至变成厌氧状态，而厌氧菌分解有机物产生的硫化氢，使水体变 臭发黑。如果生活污水直接排入江河、湖泊、水库等，必然会引起水体富营养化， 造成大量的藻类繁殖，使水中的溶解氧急剧下降，致使鱼虾类水生物缺氧死亡； 工业废水不经处理直接排入水体，使水中的重金属离子、有机物严重超标，对人 体健康及水产养殖的危害性更大，要引起相关部门的高度重视。 1 3 城市污水的处理方法 城市污水的控制必须建立在完善的给排水系统之上，要使排水达到相应的排 放标准，必须有相应规模质量的污水处理厂做保障，采用先进的污水处理工艺， 将处理后达到排放标准的污水排入水体或者作为污水回用。 污水处理的基本方法就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分 离去除，或将有毒害作用的污染物转化为无毒害作用的物质，主要的处理方法是 生物化学处理法。污水处理技术按作用原理可分为三类：物理处理法、化学处理 法和生物化学处理法。 北京t 业大学工学硕士学位论文 1 3 1 物理处理法 物理处理法是通过物理分离作用，不改变污染物化学性质，去除污水中非溶 解性呈悬浮状态的污染物( 包括沉淀法、筛滤法、过滤法、气浮法和反渗透法等) 的方法。它是污水处理中最基本的方法，具有处理设备简单，操作方便，分离效 果好，应用极为广泛等优点。 l - 3 2 化学处理法 化学处理法是通过化学反应和传质作用，去除污水中呈溶解、胶体状态的污 染物。具体是往污水中加入化学药剂，去除或者回收污水中的污染物质，或将其 转化为无害物质。主要方法有萃取、中和、吹脱、电解、氧化还原、汽提、吸附、 离子交换、电渗析和反渗透等。 1 3 3 生物化学处理法 生物化学处理法，污水处理中最主要的处理方法。利用活性污泥中微生物的 新陈代谢作用将污水中的有机污染物进行吸附、氧化、分解，最终转化为无害物 质如水、二氧化碳等，以实现污水净化的方法。物理化学作用是利用微生物对有 机物的吸附能力使污水得到净化。生物化学作用是在有氧的条件下，好氧微生物 借助其自身分泌的胞外酶，将污水中的大分子及胶体性有机物分解为溶解性的小 分子有机物，连同污水中原有的溶解性有机物通过微生物的细胞膜进入其细胞内 部，然后将有机物氧化、分解并合成新的细胞，最后在体内酶的作用下，将其分 解成二氧化碳和水。在吸附阶段，。当活性污泥中微生物的吸附力达到饱和后，就 会失去活性。但通过氧化阶段，所吸收的大部分有机物被氧化分解，活性污泥将 又重新呈现活性，恢复它本来的吸附氧化能力。由于污水中污染物的成分是多种 多样的，因此在实际的应用中，需要将几种处理方法组合在一起，去除污水中的 各类污染物，使污水达到排放标准。 1 3 3 1 活l 生污泥法 在当前的污水处理领域中，活性污泥法是应用最为广泛的处理技术之一。活 性污泥法于1 9 1 4 年在英国曼彻斯特建成试验厂开创以来，已有将近百年的历史， 随着在实际生产中的广泛应用和技术上的不断革新改进，近几十年来，活性污泥 法在生物学、反应动力学的理论方面以及在工艺方面都得到了长足的发展，进而 出现了许多种能适应不同条件的工艺流程。 活性污泥工艺出水水质稳定且较好，运行管理简单，国内基本采用空气曝气， 其中污泥产生的沼气可以用来发电，直接驱动鼓风机，使污水处理的总能耗降低， 节约了运行成本低，特别是在大型污水项目建设中是国内广泛采用的污水处理技 第1 章绪论 术。国外采用纯氧曝气，曝气时间一般为空气法的1 3 - - 1 4 ，池子容积也差3 4 倍，占地面积可节省2 0 左右，基建费用节省1 0 - - 2 0 ，污泥量、可减少3 0 左右。 1 3 3 2 a j 3 法 a b 法系吸附一生物降解工艺的简称。德国亚琛工业大学宾克教授于7 0 年代 中期开创的。从8 0 年代开始用于生产实践，由于本工艺具有一系列独特的特征， 受到污水处理专家的重视。采用两次生化处理，工艺的单元构成较复杂，给管理 运行带来许多不便，基建投资较大，因此，污水处理成本也相对较高。 1 3 3 3 氧化沟法 氧化沟法是低负荷的污水处理工艺。具有出水水质好，运行管理稳定，负荷 低等优点。一般不设初沉池，二次沉淀池也可和曝气池组合为一，大大简化了工 艺流程，使运行管理较为简单，但是由于其负荷低，增加了污水处理设施的建设 投入，提高了运行成本。该工艺比较适合规模较小、技术力量较薄弱的中小型城 市的污水处理。 1 3 3 4a o 法、a 2 o 法污水处理技术 a o 法，是在8 0 年代初开创的脱氮工艺，其工艺特点是将反硝化放置在系统 之首，故又称前置反硝化生物脱氮系统，是目前应用比较广泛的一种脱氮工艺。 a 2 o 法，是在7 0 年代，由美国的一些专家在厌氧好养法脱氮工艺的基础上 开发的，其开发的宗旨是研究一项能够同时脱氮除磷的污水处理工艺。本工艺具 有以下特剧叫： ( 1 ) 在系统上可以称之为最简单的同步脱氮除磷工艺，水力停留时间少于其 他同类工艺。 ( 2 ) 在厌氧( 缺氧) 、好养交替运行的条件下，丝状菌不能大量繁殖，没有污泥 膨胀带来的不便，s v i 值一般小于1 0 0 。 ( 3 ) 污泥中磷的含量较高，具有很高的肥效。 ( 4 ) 运行中勿需投药，两个a 段只用轻缓搅拌，以不增加溶解氧为宜，运行 费用降低。 以上两种工艺是近几年较多采用的生物脱氮、除磷技术，不仅可以在活性污 泥法上使用，在a b 法、氧化沟法中也同样使用，用于进一步提高水质。 1 4 我国城市污水再生利用现状与发展 2 0 世纪8 0 年代初，我国就开始了城市污水的再生利用。例如在1 9 8 7 年出台的 ( ( - i t 京市中水设施建设管理试行办法中明确规定：儿建筑面积超过2 1 0 4 m 2 的 旅馆、饭店和公寓以及建筑面积超过3 1 0 4 m 2 的机关科研单位和新建的生活小区 北京工业大学t 学硕十学位论文 都要建立中水设施，从而推动了中水回用的较快发展。目前再生水的主要利用途 径包括灌溉用水、工业用水、娱乐和景观用水、生活杂用水、绿化用水、水体补 充用水及其他用水等。 到目前为止，我国已有大批城市正在实施城市污水再生利用工程或列入实施 计划。例如，北京高碑店污水处理厂再生水利用工程于2 0 0 1 年3 月实现全线贯通， 再生水将作为第一水源，服务于工业、园林、绿化等行业，每年节约清洁水约l 亿m 3 。该再生水利用工程投资3 2 6 亿元，每天将有2 0 万m 3 送往高碑店湖作为补充 水，同时供北京市第一热电厂作为冷却用水。此外，每天约有1 0 万m 3 送往水源六 厂，经过深度处理后，作为工业用水、园林绿化和市政杂用水等。 从2 0 0 1 年起，天津市将加大城市污水再生利用的规模和范围，从根本上推动 污水再生利用的发展。陈塘庄热电厂冷却用水工程、纪庄子污水处理厂二级出水 再生回用的梅江居住区示范工程、卫津河景观绿化回用工程、静海县农业灌溉工 程、东郊污水处理厂二级出水再生回用的程林苗圃工程以及再生水冲洗车业等6 项大型中水回用示范工程将陆续启动。正在实施的梅江小区中水回用工程每天可 为小区提供1 2 万m 3 的生活杂用水。卫津河景观绿化工程设计在卫津河改造后注 入纪庄子污水处理厂二级出水，沿岸建设的中水站可供居民区作为生活杂用水。 目前程林苗圃的绿化面积是9 6 公顷，年用水量5 0 万m 3 ，来源于东郊污水处理厂二 级出水。 尽管我国的城市污水再生利用技术研究在工程实践方面取得了一定的进展， 总体上，城市污水再生利用规模较小，二级处理出水的深度处理仅限于局部利用 或处理厂内部利用，与当前城市污水再生利用多元化体系的需求极不相符。城市 污水再生利用技术的滞后，应用规模不能大量普及，相关的工程技术规范和水质 标准体系的极不完善，在一定程度上限制了城市污水再生利用的发展。今后的总 体发展将趋向于成熟工艺技术的集成应用、工程建设与工程实施技术的开发易 用、用水用户的开发、用水水质的保障、大规模工程设施的建设与运行，以及政 策、法规、规范标准的研究编制。 1 5 磁分离技术简介 1 5 1 磁- 性分离基本原理 磁性分离技术是磁性材料在环境保护上的主要应用，因此磁性材料的选择、 制备及理论应用，进来成为广大学者研究的议题。物质的磁性源于电子绕原子核 做轨道运动和电子自旋运动产生的电流，然后产生磁偶极矩，使得物质带有一定 磁性【4 1 。 第l 章绪论 磁分离技术全称是加载絮凝磁分离水处理技术，向水中投加混凝剂的同时投 加纳米级磁粉，利用化学絮凝、高效磁聚结沉降和高梯度磁分离的技术原理，外 部施加磁场，强化絮凝和磁聚结以达到高效沉降和磁过滤的目的。可用来去除污 水中的悬浮颗粒、重金属、磷、藻类、浮油、甚至对一些病原微生物，都有良好 的处理效果【5 1 3 1 。由于其具有操作方便，去除污染物种类繁多，节省占地面积等 优点，是极具一项极具潜力的污水处理技术。 1 5 2 磁性分离技术在水处理上的应用 1 5 2 1 应用方向 利用磁性分离来处理污水，是一种新兴且极具潜力的水处理技术，目前可在 以下三个方向加以运用。 ( 1 ) 强化凝聚，增加沉淀效率 在沉淀过程中，由于污水中含有大量的悬浮物颗粒，大的悬浮固体物质在初 次沉淀池中受重力作用，比较容易沉淀下来，小的悬浮固体物质不易沉淀，有的 甚至带有电荷长期悬浮于水中，使水质变浑浊。如果在污水的外部施加磁场，能 减小悬浮颗粒的静电斥力从而凝聚在一起，容易形成较大的颗粒【悼1 6 1 增加了沉淀 效率。 ( 2 ) 提高处理效率，减轻后续处理负荷 污水经过磁化处理，可以增加了水中的溶解氧含量，提高微生物的新陈代谢， 增加了微生物的活性，进而减少了活性污泥产量，减轻了后续处理负荷，提高了 生物处理效率。 ( 3 ) 磁性分离 经过磁化处理的污水，无法在初级沉淀池中沉淀微粒( s s 以及水中的胶质) ， 因其电磁偶极性增加，在污水中处于悬浮状态，如果能将其通过磁性分离器，依 靠磁性过滤及静电吸附作用可去除污染物【1 7 。2 1 1 ，净化出水水质。 1 5 2 2 污水处理 ( 1 ) 去除重金属离子 水中的重金属离子( 女n p b 、c u 、c d 、z n 等) ，加入微细沸石颗粒，通过离子交 换作用达到去除重金属离子的目的。但当沸石颗粒过于微细时，较轻不易从水溶 液中分离除去。若加入少量f e 3 0 4 颗粒，并且以f e 3 + 盐作为混凝剂，便可提高 z e o l i t e 。m a g n e t i t e f e ( o h ) 3 混合物的磁性，然后通过磁性分离器去除。有研究指出 p b 的去除率可达1 0 0 ，c u 、z n 、c d 的去除率也高于9 0 【2 2 也8 1 。 ( 2 ) 去除水面的油脂 当油脂漂浮于水体表面( 如河流、海洋、湖泊等) 时，常会因风和潮汐散布于 北京丁业大学工学硕： 学位论文 各处，并随着时间的延长，水分会逐渐蒸发，油脂会形成高粘滞度的物质，对环 境造成危害。磁性分离技术可用来去除水体中的油脂，其去除方法是向含有油脂 的水中投加界面活性剂( s u r f a c t a n t ) ，使油脂乳化为较小的油滴，然后加入f e 3 0 4 颗粒，使乳化后的油脂附着在f e 3 0 4 表面，再通过磁性分离器，使油污的去除效 率高达9 0 以上【2 ”1 1 。 ( 3 ) 提高生物处理效率 磁性分离技术应用于生物处理过程中，系将磁性f e 3 0 4 颗粒加入活性污泥中， 使其具有磁性，使活性污泥附着于磁性转盘上。有研究指出，c o d 去除效率达到 9 2 以上，能够彻底分解水中的有机物【3 2 枷】。 有研究指出，磁性分离对于水中的磷酸盐、浊度、大肠杆菌、及悬浮固体的 去除效率均可达9 0 以上，加入f e 3 0 4 颗粒后，经搅拌混合均匀后，使磁粉颗粒 包裹于絮凝物中，后通过磁性分离器，便可将污染物去除，如此可提高大肠杆菌 的去除效率并能够缩短沉降时间【4 1 4 7 】。 1 5 - 3 现有磁性分离方法及应用现状 近几年来，磁性分离与其他水处理技术之间的结合是比较热门的领域，受到 了许多研究者的青睐。磁场与红外线辐射、超声波、光等物理技术相相互结合强 化处理锅炉用水，与生物技术协同作用进行杀菌防毒净化饮用水处理，与化学加 药法共同作用工业用水等等，都是值得研究的课题。因此，有效地利用磁场能量， 注重磁场带来的生物效应和磁粉强化混凝作用机理的研究，不断与其他技术相结 合，相互渗透来达到污水处理的排放要求，开展磁处理这方面的研究工作无疑具 有重要的意义。 w a l s h 通过向废水中投加铁的氧化物颗粒可除去水中的纤维素、铜以及陶瓷 粉末【，引。郑必胜在磁分离技术的基础理论问题上作了比较系统地研究，指出溶液 ( 糖液) 经过磁场处理时，其传热特性发生了变化，并探讨了在整个分离过程中， 高梯度磁分离器分离效果的变化特征，以及磁分离效率与处理能力、处理周期之 间的关系。研究结果表明，通过研究磁分离器中颗粒的捕集行为，得出颗粒在过 滤芯磁性不锈钢丝绒上的吸附为“多层吸附”；随着分离过程的进行或处理量的 增大，分离效率逐渐降低，磁鼓分离器的生产能力和运行周期主要由所要求的分 离指标来确定，也受操作条件的影响【4 8 - 4 9 。随着磁场强度的增大，分离效率逐渐 提高；在相同的磁场强度下，磁性强弱不同粒子的分离效率具有显著的差异，弱 磁性的粒子要在很强的磁场下才能够得到分离；对于同种特质，颗粒大的粒子比 颗粒小的粒子更易分离，通过加入“磁性种子”进行强化，高梯度磁分离技术可 以有效地处理有机工业废水【5 0 1 。过滤器的填料能够影响磁场强度，进而对磁分离 效果产生影响，选用磁性较强的材料作为过滤填料对磁分离更为有效，但实际应 用中以磁性不锈钢为宜，填料越细、填充度越高，分离效率越好，填充度一般以 5 - - 一1 0 为宜【5 l 】。 熊德琪等把磁处理技术与含酚废水的絮凝氧化技术相结合，研究絮凝氧化法 进行处理的新途径，使废水经过微弱磁场的磁化作用后，探讨了在不同条件下， 磁化效应对含酚废水处理效果的影响规律。研究结果表明：应用磁化技术能够明 显地改善絮凝氧化法处理含酚废水的效果【5 引。 曾胜采用混凝磁分离法处理厨房污水，进行了磁混凝与普通混凝的对比试 验。研究适宜的磁粉和混凝剂搭配比例及药剂投加顺序等因素对处理效果的影 响。采用自行研制的磁分离设备连续处理含油量和悬浮物分别为1 4 9 m g l 和 2 8 5 m g l 的厨房污水，其出水含油量及悬浮物可分别减少至l j 5 1 2 m g l 和6 8 m g l ， 占地面积仅为混凝气浮池的一半，大大节省了占地面积1 5 州。、一 张朝升采用大梯度磁滤器处理湖水中有害物质及藻类，对湖水中浊度、色度、 有机物、细菌、大肠杆菌、藻类均有很好的去除效果，该方法是一项很有发展前 景，极具潜力的水处理新技术【5 2 彤】。还以水厂现场试验为依据，分析了影响磁滤 器处理效果的许多因素。研究结果表明，磁滤器的处理效果与磁场强度、滤速、 沉淀出水的水质要求密切相关，对水中的病原微生物、细菌和有机污染物具有很 好的去除效果。与传统工艺相比，有机物去除率平均提高3 4 ，最高可达6 9 阱j 。 荷兰s m i t n y m e g e n 公司开发研制了一种用于污水处理的高梯度磁过滤器，并 成功地进行了工业试验 7 9 】；m a t t i a s f r a n z r e d 等人针对电磁高梯度过滤器能耗高的 问题，开发出了一种专用于污水处理的c a r o u s e l 永磁型h g m f ，研究表明，在最 佳工艺运行条件下，含磷废水经过该设各处理后，出水中磷含量降至0 5 m g l 以 下，去除率达8 0 以上【8 0 】。h a m i d i a 以f e 3 0 4 作为磁种，处理正磷酸盐的污水处理， 采用a 1 2 ( s o ) 3