高梯度磁分离技术的应用
作者：一新祥宇
高梯度磁分离技术在废水处理中的应用范围非常广泛，几乎涉及到所有水处理领域，这是由于它比传统的废水处理技术有许多独特的优点。该技术广泛应用于造纸废水、糖蜜酒精废水[20]、城市污水、含油废水、电镀废水、放射性废水、食品工业废水、纺织印染废水、造纸废水、油漆工业废水、炼油厂废水、含酚废水、厨房污水、农药废水等处理以及去除水中藻类等方面。
(1)印染废水
印染废水成分复杂，存在着大量水溶性污染物，直接投加磁种和混凝剂进行磁种混凝难以使污染物与磁种形成含磁絮体，为此，首先必须通过适当的技术手段改变印染废水中水溶性污染物的溶解特性，使其通过磁种混凝获得磁性, 实现磁分离。 陈文松等采用低剂量的 Fenton 试剂以降低水中有机物的水溶性，促进助凝，采用氧化-磁种混凝-高梯度磁分离技术对印染废水的处理进行了研究。其中印染废水色度为800倍、COD 为565.0mg/L，成分复杂。研究发现，磁粉加入量并非越多越好，从处理效果看，当磁粉加入量达150～200mg/L时，色度和COD 去除率趋于平稳，都优于国家二级排放标准。
(2)用于炼油厂废水处理
美国帕特基斯等利用高梯度磁分离技术处理炼油厂废水处理场API 型油水分离器出水
[27]，处理结果见表2。当油水分离器出水用常规的空气浮选装置(A FU) 处理时，油质量浓度降至53～121 mg/ L，悬浮物降至42～44 mg/ L。当同样的出水经磁场强度为1.9 T的高梯度磁分离器处理后，尽管没有加磁种和混凝剂，但水质明显改善, 油质量浓度降至23 mg/ L ，悬浮物质量浓度降到5～7mg/L。在应用磁种并在较低的磁场强度下(约0.2 T) 运转时, 出水水质也得到改善。最好的结果是除投加磁种外，再加混凝剂，出水油质量浓度可降至5～20mg/L，悬浮物质量浓度降至1～5 mg/L，酚质量浓度降至0.26 mg/L。含酚量的明显降低可能是由于酚为强极性化合物，它优先吸附于磁种表面，而在高梯度磁分离器中被去除.
3) 用于城市污水处理
城市污水中含有大量的非磁性污染物，采用高梯度磁分离技术处理城市污水时，需投加磁种与混凝剂。污水首先流经格栅，用以去除粒径大于200μm 的粗颗粒。然后流入絮凝池，在其中加入磁种和适当的混凝剂，再通过高梯度磁分离器，能去除污水中的悬浮物、色度、浊度、磷酸盐、细菌和多种重金属悬浮体等美国麻省理工学院的研究者对城市污水投加Fe3O4和硫酸铝，进行高梯度磁分离处理，获得良好的效果.
(4)燃煤脱硫
燃煤中一般含有1%～4%的硫，它们在燃烧过程中主要以二氧化硫的形式排放到大气中，严重污染环境和空气。煤中的硫以硫铁矿、硫酸盐和有机硫三种形态存在。硫化亚铁正是硫铁矿的主要成分，硫铁矿平均约占总硫量的70%，硫酸盐只占总硫量的一小部分。硫铁矿和硫酸盐是弱磁性，煤本身是逆磁性的，硫化亚铁具有顺磁性，故可利用磁性的差异用高梯度磁分离装置将其除去。
高梯度磁分离器可以将总硫由1.3%降到0.8%，煤的回收率约为80%，在大规模生产过程中，如果从经济上考虑，这种方法要比其它方法得到清洁煤或者从烟道中除去硫的费用节省得多，因为这是从预防的角度出发来直接进行的，而从烟道中对烟气进行除尘脱硫一体化是从治理的角度所采取的间接补救措施。
近年来中国矿业大学一直在国际选煤科技前沿领域开展研究，关于高梯度磁分离脱硫的研究已完成半工业性试验，证明黄铁矿硫可以从1.26%降至0.6%，现已设计出处理能力为10t/h的高梯度磁分离器。青岛建筑工程学院使用“GC1060-150S-3”A型高梯度磁分离器的探索性试验表明，高梯度磁分离法脱硫效果明显。
(5)高梯度磁场磁滤除菌
高梯度磁场磁滤除菌主要通过在投加混凝剂前投加磁铁粉，然后再通过高梯度磁滤器，细菌的灭杀率达到99%以上，而不添加磁粉时，除菌率达90 %。添加的磁粉为细菌、病毒、藻类、微量有机物和很多其他致色成分提供了有效的吸附表面，并成为絮凝体或絮凝晶核。当凝絮物通过磁滤器钢毛滤层时被吸附，从而使细菌、病毒、藻类等和水分离。
高梯度磁场磁滤除菌作为饮用水的杀菌消毒深度处理技术，与其他消毒剂相比，主要优点是不产生有害的副产品，且简单容易、费用低。目前所用的消毒剂都是利用它的高度氧化性来消毒除菌，但存在的问题是，消毒剂高度的氧化性同时也氧化水中微量有机物而产生对人体有害的副产品。如氯气作为饮用水消毒剂杀菌氯化时，与水中腐殖酸和黄腐酸以及其他微量有机物反应产生三卤甲烷(THMs)和其他卤代烃化合物，这些化合物是多种疾病的致病因子; 消毒剂ClO2 必须现场制备，现场使用，操作不方便，且ClO2处理时会产生ClO-2，ClO-3等有机和无机氧化物，对它们的毒理存在着争论; 臭氧消毒，水中大的有机物分子破裂成较小的有机物分子(如甲醛、丙酮酸等) 对人体有害，如甲醛是致癌物质; 紫外线消毒也有类似问题，且处理费用高。高梯度磁场磁滤除菌技术在小型的水处理设施方面有着很好的发展前景.
(6)食品废水处理
大多数的食品发酵加工厂在加工过程中都要排放大量的废水，如酒精工业废水、啤酒工业废水、味精工业废水、柠檬酸工业废水、制糖工业废水、乳制品以及罐头食品和肉类加工工业产生的废水等[34]，并且排出的废水的水质差异很大，这些废水一般都属于高浓度有机废水，主要污染物包括：悬浮在废水中的固体物质以及油脂、蛋白质、淀粉、胶体等; 溶解在废水中的糖、酸、碱、盐等; 还有来自原料可能夹带的泥沙以及可能存在的病毒、病菌等，因此，食品工业废水的特点是：有机物和悬浮物含量高，COD 值高，易腐败，能使水体富营养化，迅速消耗水中溶解氧，造成水体缺氧，导致鱼类和其他水生物死亡，并促使水底沉积的有机物质在厌氧条件下分解，产生臭气，污染环境。由于食品发酵工业废水中主要的悬浮固体和高浓度有机物都只具有微弱磁性或抗磁性，所以，必须在废水中投入磁种，通过共价键和分子间的相互作用，使废水中的杂质如蛋白质、脂肪、胶体物质、悬浮物等被吸附或沉淀到磁种上，这样才能实现这些废弃组分的有效磁分离