超磁分离技术设计要点

一，工程说明

超磁分离技术设计要点

一、超磁分离技术的特点

超磁分离水体净化技术是一项新颖的水处理技术,其成套设备与普通的沉淀和过滤相比,具有无反冲洗,分离悬浮物效率高,工艺流程短,占地少,投资省,运行费用低等特点;针对城市污水、工业废水、矿井水、油田采出水、河道水、景观水等不同种类的废水,长期的净化试验和工程实例表明该技术具有以下显著特点：

1、处理时间短、速度快、处理量大,磁盘瞬间产生大于重力 640 倍的磁力,处理效率高,流程短,总的处理时间大约3 min,可多台并联运行,满足大流量处理要求；

2、占地少,出水稳定,占地面积约为传统絮凝沉淀的1 /8,混凝时间1min,絮凝时间2min,过水平均流速320m/h;占地面积：600m3/d,2.4×4.0；3000 m3/d,9.6×6.0；10000 m3/d,磁盘机外形尺寸6.0×3.0×1.9,磁分离磁鼓外形尺寸,3.3×2.0×1.45

3、排泥浓度高,磁盘直接强磁吸附污泥,连续打捞提升出水面,通过卸渣系统得到高浓度污泥；

4、运行费用低,采用微磁絮凝技术,投加药量少,且磁种循环利用率高,运行费用低；

5、日常维护方便,设备无需反洗,自动化程度高,运行稳定可靠;

二、超磁分离技术的原理

直接磁选技术在分离污水如钢厂废水中的铁磁性杂质方面效果明显,但

对于造纸、化工、制药、食品、石油等工业废水,由于废水中的有毒有害物质大多为酸碱离子、有机物、油等,主要是非磁性或弱磁性物质,因此采用直接磁分离方法很难将这些有害物质有效分离,必须通过预先加入磁种的方法,使本身无磁性的有害物质带上磁性,然后在高梯度磁场中实现磁分离;磁种—絮凝分选法主要包括磁种絮凝、磁分离和磁种回收三大主要步骤;具体方法是在一定的化学条件下,向污水中添加专用磁种和絮凝剂,或铁磁性絮凝剂如表面处理过的三价铁盐,水中有害物质通过氢键、范德瓦尔斯力或静电力与经表面官能团修饰的磁种絮接,从而使非磁性物质具有磁性或使弱磁性物质的磁性增强,与污染物结合的磁絮凝剂可以被高梯度磁滤网或磁盘捕获,从而实现污染物的去除;磁分离设备分离出的废渣磁种和悬浮物的混合体经输送装置进入高速搅拌剪切环节,实现磁种和悬浮物的分离,再经由磁鼓回收装置,就可将其中的磁种分选出来,磁种回收率可达99.4 %以上;回收的磁种可循环利用,既节约了生产成本,又减少了环境负荷;

图：超磁分离水体净化技术工艺流程

三、设计要点

1、混凝反应设计

1停留时间：磁分离设备的分离方式不同于沉淀池,无需形成大颗粒的密实絮体,属于微絮凝技术,其混凝反应停留时间约 3min,同时投加混凝剂和助凝剂,前段投加混凝剂,通常为聚合氯化铝PAC或硫酸铝,反应时间 1min,后段投加助凝剂,通常为聚丙烯酰胺PAM,反应时间 2min; 在SS=200mg/L～450mg/L,磁种200目44μm投加量为200 mg/L～300mg/L,PAC:40 mg/L,PAM:1 mg/L. 2药剂投加设计：混凝剂和助凝剂采用隔膜或柱塞计量泵以溶液的形式定比

自动投加,不同水体药剂投加量需要根据混凝试验确定,在缺乏混凝试验资料时,混凝剂的投加量一般采用 10mg/L～15mg/L,助凝剂投加量为 1mg/L～2mg/L;混凝剂配置浓度一般为 5%～10%,助凝剂配制浓度一般为 0.5‰~1‰;混凝剂需要定期配置,溶药池容积保证每天溶药次数不多于两次,储药箱容积至少保证每天 24 小时连续运行所需的药剂量；助凝剂溶解需要较长的时间,特别是在冬季气温较低的情况下,但不易吸潮,目前大型水处理或污泥处理均采用自动溶解投加一体机,极大的减轻了劳动强度;

3混凝工艺设计

在分析超磁分离设备工艺的基础上,选择机械混合,用电动机驱动搅拌器,使水和药剂混合;机械搅拌机一般采用立式安装,搅拌机轴中心适当偏离混合池的中心,可减少共同旋流;机械混合搅拌器有：桨板式、螺旋式和透平式;桨板式搅拌器结构简单,加工制造容易,适用于容积较小的混合池,其他两种适用于容积较大的混合池;桨板式搅拌器的直径 D0=1/3～2/3DD为混合池直径,搅拌器宽度 B=0.1～0.25D,搅拌器离池底0.5～0.75D;当 H︰D≤1.2～1.3 时H为池深,搅拌器设计成 1 层,当 H︰D≥1.3 时,搅拌器可以设成两层或多层;

2、强磁分离机系统：磁盘表面场强大于4000Gs,流道中心磁场场强大于800Gs；过水流速一般取 0.08m/s~0.1m/s,在设计范围内过水流速越低,处理效果越好,但是过水流速过低,单位面积磁盘上将吸附过多的絮团,导致磁盘磁场强度衰减,影响处理效果；目前采用的磁盘直径一般为 1200mm 和1500mm,水体与磁盘的最大有效接触时间为 12s~18.75s,磁场强度随离开磁盘表面的距离增大而减小,超过 30mm,磁场强度将大幅降低,所以一般磁盘间

距控制在 10mm~30mm；磁盘转速 0.1r/min ~1.0r/min,磁盘转速过低单位面积磁盘接触絮团的量将增加,造成吸附不充分；磁盘转速过高将会导致吸附絮体中的水份来不及脱出,造成污泥含水率升高;根据处理水体污染物浓度和出水水质要求不同,设备参数会有所变化;超磁分离设备多为非标准设备,设计单位提处理水质水量和要求,设备厂家根据相应要求进行加工,目前市场上超磁分离设备的磁盘强度、磁盘直径和间距一般都是固定的,设备加工中根据水质水量不同改变磁盘的数量来增加或减少吸附面积来适应处理水量和水质的变化;

3、磁种回收投加系统：磁种回收投加系统中的回收用磁分离磁鼓的表面场强大于 6000Gs,吨水处理磁种耗损率小于 3g /m3；磁回收及投加设备的作用是实现磁粉的回收并将其二次投加到混凝反应工艺单元,同时将产生的污泥排出系统;从超磁分离设备分离出的絮团是磁粉和污泥的混合物,首先需要对磁粉进行消磁,使絮团之间得以分散,然后自流排入磁分散装置,内部设置高速搅拌机和退磁装置,通过高速搅拌,将单个絮团打散,使磁粉和污泥分离,在装置的溢流口设置磁回收磁鼓,磁粉和污泥的混合物在溢流到磁鼓表面时,磁粉被磁鼓吸附回收,污泥无法被磁鼓吸附,通过在磁鼓底部设置的污泥管排出系统;被回收的磁粉通过刮板将其从磁鼓上刮离,再次退磁后返回磁粉投加装置,然后通过计量泵再次加入到混凝反应单元;由于磁粉重力比水大得多,且不溶于水,在水体中极易沉淀,向混凝反应单元投加的是磁粉和水的混合悬浊液,要通过不断搅拌保证磁粉始终处于悬浮状态,磁粉浓度相对均匀,才能保证相对准确的磁粉投加量,磁粉投加量需要根据试验确定,在缺乏试验数据的情况下,一般景观水体磁粉的投加量是悬浮物

的 1.5 倍;随着磁粉悬浊液的投加,磁粉投加装置的液位将逐步降低,需要根据液位的变化自动补充自来水,保持磁粉浓度基本不变;

磁铁粉的回收再应用问题;

国外采用三种方法;一是用大离心力的旋流分离器可回收7 5 ～9 8 % 的磁铁粉,二是利用超声装置,用强剪力使磁铁粉与絮凝体分离,但运转费用高,三是用泵使反洗水高速送入另一套高磁分离装置,磁铁粉即被捕捉与反洗水分离,使磁铁粉能循环使用;该系统包括絮凝、磁分离、反洗、浓缩、磁种回收等,可全部自动化;

4、磁种微絮凝系统：Fe3O4含量大于 95%,粒径小于 44 μm 的占 80% 以上,剩磁小于 8Gs,易于分散药剂投加量: PAC 投加15mg /L,PAM 投加0. 5mg /L；

麦秸秆磁种材料制备

麦秸秆磁种是通过在无磁性的麦秸杆中植入 Fe3O4磁性颗粒来实现的过程如下,将物质的量比2:1 的 FeCl3·6H2O和 FeSO4·7H2O 溶于纯水,将机械粉碎得到的麦秸杆粉末分散在该溶液中在氮气保护和磁力搅拌下将 25%的氨水缓慢滴入上述混合溶液中,然后70 度反应 4h 所得反应产物洗涤后磁性分离、烘干;

创新点：增加悬浮物测定仪,根据悬浮物多少控制磁盘转速；采用推流、折流板、管道混合器方式,提高混合率,防止磁种和絮凝体沉淀；采用齿轮抓手,用于磁鼓分离含磁种污泥；磁种和絮凝剂的开发;

四、机械加工要点

1、混凝剂投加系统加工要点

投加系统分为：螺杆式固体絮凝剂投加装置,搅拌溶解池,计量泵投加及管路系

统;

2、磁盘机械加工要点

圆盘磁分离器的工作原理是在非磁性的圆板上嵌进永久磁铁,将数块同样的圆板以一定间隔装在同一轴上;当废水进入装置时,废水中的磁性颗粒被圆盘板边上的磁铁所吸附而被捕;随着圆盘的旋转,被捕集的磁性颗粒从水中进入空间,再由刮板刮下来;

磁盘是磁分离装置的核心,也是该装置的设计关键所在;根据磁分离装置基本设计要求：合理的表面磁场、高的磁场梯度、高的作用深度、宽的工作间隙、尽可能长的磁化流程、适当的工作温度、适合的转速、方便刮泥、节能、安全、操作简单等;提出磁盘的主要设计步骤：1磁性材料的选用；2磁系的设计；3磁块的性能的选择；4磁盘间隙大小和磁场分布;磁盘的磁系设计要考虑多种因素,既有磁体经济利用的要求,又有磁体产生足够的场强和合理的磁场特性等要求;磁系设计时应着重解决主要矛盾,首先考虑磁系,保证它有足够的场强和合理的磁场特性,在此基础上再很好地考虑磁体的经济利

用问题,并使磁体的工作点尽量靠近最大磁能积点;

磁盘直径取1.6米,磁铁外侧为圆弧形状,覆板厚度4毫米,中间用8毫米厚加强肋,覆板用铆钉连接,钕铁硼为易腐蚀材料,必须保证磁块密封在磁盘中,所有接口处均采用用橡胶圈密封,磁块放置好后灌胶固定和密封;装配流程示意图与实体图如下所

示;

5 个磁盘的总重为 5×500=2500Kg,轴的材料选用 45优质中碳钢,采用调质表面处理;由于 5 个磁盘均匀分布在轴的中间部分 500mm 内,轴径为

d=80mm,轴承受径向载荷为转速范围 0~6 r/min;

其他部件设计

1动密封：在工作过程中,承载磁盘部分的轴段需要沉浸在水中,其他部件是不需要浸没在水中,因此轴的两端需要采用动密封,根据设计手册查得,对于低速、常温、常压的液体密封使用普通的接触式毛毡密封就可以满足使用要求;而磁盘转速小于 3m/s,因此选用接触式粗毛毡密封;

2水泵助卸及卸料刮片：为了快速去除磁盘表面吸附的絮体,使用聚四氟乙烯材料制成了“V”字形的刮片,用螺钉紧固在钢架结构上其大小刚好可以装

配在磁盘间隙中起到刮的作用;由于刮下的絮体缺乏流动性,短时间内会填满“V”形槽,因此设计了助卸水泵,四个分管以一定压力的水流冲走槽内的絮体;刮片是损耗件,使用一段时间后需要对其更换以保证卸料稳定;

3电器部分：主要由配电柜、变频器和操作按钮,动力由额定功率为4Kw 的小型三相异步电机提供;根据被处理污水的水质和絮凝的状况需要使用变频器控制磁盘的转动速度,从而达到最佳的分离效果;

3、污泥输送装置加工要点

被磁盘分离出来的渣经螺旋输送装置输送到磁种回收系统中, 磁性絮团通过高速分散机高剪切机后再流经磁分离磁鼓机,磁种被筛选出来,剩余污泥从磁鼓的底部排污阀流出,排出的污泥被收集送至污泥处理系统中筛选出来的磁种被再次配制成一定浓度的溶液,配制磁种所需的补充水由补水电磁阀根据磁种液位的高低,自动控制补充; 磁种溶液通过磁种计量泵泵组以一定的量投加到混凝系统中,磁种在此完成循环回收及再利用;