摘要：磁混凝沉淀技術(shù)將磁分離和絮凝有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮磁凝聚力和絮凝劑吸附架橋作用，吸附污水中的帶電顆粒，形成較大的含磁絮體，從而加速沉淀。以保定市魯崗污水處理廠為例，研究磁混凝沉淀技術(shù)在項(xiàng)目提標(biāo)改造中的應(yīng)用，分析磁混凝沉淀池的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主要構(gòu)筑物和設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行效果。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，磁混凝沉淀池占地面積小，懸浮物（Suspended Solids，SS）與總磷（Total Phosphorus，TP）去除效果明顯，該工藝可作為深度處理工藝，用于污水處理廠提標(biāo)改造。

關(guān)鍵詞：磁混凝沉淀技術(shù)；污水處理廠；提標(biāo)改造；深度處理；磁分離；絮凝

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）07-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.071

Application of Magnetic Coagulation Sedimentation Technology in the Upgrading and Renovation of Lugang Sewage Treatment Plant

LI Xiaoya1， LI Gang2， LIU Wei2， TIAN Yue’an2， HU Xiaolei2， LI Junbo1， FU Shixiang1， CHEN Lizheng1

（1. Hebei Tianda Environmental Research Institute Co.， Ltd.; 2. Baoding Drainage Service Center， Baoding 071051， China）

Abstract： Magnetic coagulation sedimentation technology effectively combines magnetic separation and flocculation， fully utilizing the magnetic cohesion and flocculant adsorption bridging effect to adsorb charged particles in wastewater， forming larger magnetic flocs and accelerating sedimentation. Taking the Lugang sewage treatment Plant in Baoding city as an example， the application of magnetic coagulation sedimentation technology is investigated in project upgrading and renovation， and the system design， main structures and equipment， and system operation effect of the magnetic coagulation sedimentation tank are analyzed. Through practical verification， the magnetic coagulation sedimentation tank has a small footprint and significant removal effects on Suspended Solids （SS） and Total Phosphorus （TP）， which can be used as a deep treatment process for upgrading and renovation of sewage treatment plants.

Keywords： magnetic coagulation sedimentation technology; sewage treatment plant; upgrading and renovation; deep treatment; magnetic separation; flocculation

載體絮凝是一種快速沉淀技術(shù)，是指在混凝階段添加高密度的不溶于介質(zhì)的顆粒[1]，利用介質(zhì)顆粒的重力沉降及載體的吸附作用使脫穩(wěn)后的雜質(zhì)顆粒以載體為絮核，通過(guò)高分子鏈的架橋吸附作用和顆粒的沉積網(wǎng)捕作用快速沉淀，不斷循環(huán)，介質(zhì)顆粒和各種化學(xué)藥劑強(qiáng)化絮體往復(fù)接觸，增加抗沖擊負(fù)荷的能力[2-3]。

磁混凝沉淀技術(shù)是載體絮凝技術(shù)的一種，以磁粉為載體[4]，創(chuàng)新性地將加載型沉淀技術(shù)和礦山冶煉行業(yè)成熟的磁粉回收技術(shù)進(jìn)行跨界組合，從而有效提高污染物的去除率。磁混凝沉淀技術(shù)是磁分離技術(shù)和絮凝技術(shù)的有機(jī)結(jié)合[5]。研究表明，加入的磁粉可以增加水中顆粒物含量，形成以磁粉為核心的初始礬花，原因是磁性顆粒在磁場(chǎng)中的預(yù)處理可導(dǎo)致顆粒間相互作用的變化[6-7]。除了范德華引力和靜電斥力，粒子磁化還會(huì)產(chǎn)生磁吸引力，它可以支配其他電位，并形成初級(jí)團(tuán)聚。在磁凝聚力和絮凝劑吸附架橋作用下，磁混凝沉淀技術(shù)可以吸附水中的帶電顆粒，進(jìn)一步形成具有較強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力的較大含磁絮體，從而加速沉淀。因此，以保定市魯崗污水處理廠為例，研究磁混凝沉淀技術(shù)在項(xiàng)目提標(biāo)改造中的應(yīng)用，分析磁混凝沉淀池的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主要構(gòu)筑物和設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行效果，以期更好地實(shí)現(xiàn)磁混凝沉淀技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

魯崗污水處理廠位于河北省保定市，是白洋淀流域重點(diǎn)項(xiàng)目之一。2018年，魯崗污水處理廠實(shí)施污水深度處理的提標(biāo)改造工程，出水水質(zhì)執(zhí)行《大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2795—2018）的重點(diǎn)控制區(qū)排放限值（水質(zhì)接近Ⅳ類(lèi)）。提標(biāo)改造后，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)出水水質(zhì)如表1所示。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)有化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）、懸浮物（Suspended Solids，SS）、總氮（Total Nitrogen，TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）和氨氮（NH3-N）。污水深度處理采用“磁混凝沉淀池+反硝化深床濾池+高級(jí)氧化”工藝[8-9]，高級(jí)氧化工段將紫外線（Ultraviolet，UV）光解、H2O2氧化和O3氧化相結(jié)合。該項(xiàng)目于2019年12月完工并投入運(yùn)行，2020年3月通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

2 磁混凝沉淀池系統(tǒng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)污水處理規(guī)模為8×104 m3/d，設(shè)置1座磁混凝沉淀池處理二沉池出水。污水處理的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為SS、TP，設(shè)計(jì)進(jìn)水SS濃度為20 mg/L，出水SS濃度為5 mg/L，設(shè)計(jì)進(jìn)水TP濃度為6.0 mg/L，出水TP濃度為0.3 mg/L。磁混凝沉淀池工藝流程如圖1所示，投加的藥劑有聚合氯化鋁（Polyaluminum Chloride，PAC）、磁粉和聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）。

3 主要構(gòu)筑物和設(shè)備

3.1 反應(yīng)池

磁混凝沉淀池設(shè)置3個(gè)反應(yīng)池，分別用于投加PAC、補(bǔ)充磁粉（含回收的磁粉）和投加PAM。污水在反應(yīng)池的總水力停留時(shí)間約為6 min，每座反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置1臺(tái)攪拌機(jī)。

3.2 澄清池

澄清池設(shè)有進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、斜管分離區(qū)和底部污泥區(qū)，單組澄清池規(guī)格為13.8 m×13.8 m×7.8 m（長(zhǎng)×寬×高），有效水深為6.95 m。澄清池平均表面水力負(fù)荷為10.67 m3/（m2·h），最大表面水力負(fù)荷為13.87 m3/（m2·h），經(jīng)過(guò)絮凝反應(yīng)形成絮體的污水進(jìn)入沉淀區(qū)，混凝絮體在此區(qū)域沉淀至池底。其中，斜管分離區(qū)設(shè)置斜管，斜管材質(zhì)為聚丙烯，安裝傾斜角度為60°，斜管區(qū)表面水力負(fù)荷為21.5 m3/（m2·h），板內(nèi)流速為6 mm/s。底部為污泥區(qū)，刮泥機(jī)將污泥刮至中心泥斗，中心泥斗中的污泥回流至反應(yīng)池，污泥回流比為5%。外排污泥由剩余污泥泵輸送至高剪機(jī)和磁分離機(jī)，回收后的磁粉直接返回反應(yīng)池，磁粉回收后的剩余污泥排放至污泥池，再由污泥輸送泵輸送至濃縮池。

3.3 污泥泵房

在污泥回流泵和剩余污泥泵出口設(shè)置流量計(jì)，記錄并控制回流污泥及剩余污泥的流量?；亓魑勰啾昧髁繛?00 m3/h，揚(yáng)程為12 m，功率為4.0 kW，每組有2臺(tái)，共計(jì)4臺(tái)，2用2備，采用變頻控制。剩余污泥泵流量為40 m3/h，揚(yáng)程為12 m，功率為4.0 kW，共計(jì)3臺(tái)，2用1備，采用變頻控制。污泥輸送泵流量為80 m3/h，揚(yáng)程為25 m，功率為7.5 kW，共計(jì)2臺(tái)，1用1備。

3.4 加藥間

磁混凝沉淀池投加的藥劑有PAC、磁粉和PAM。

混凝劑為PAC溶液，投加量為30～90 mg/L。每天補(bǔ)加1次磁粉，單軌式電動(dòng)葫蘆吊裝到位后，人工割開(kāi)包裝，磁粉自動(dòng)流入磁粉反應(yīng)池，投加量為3.0～6.0 mg/L。

采用配備螺桿泵的自動(dòng)配藥機(jī)投加PAM，投加量為0.5～1.5 mg/L。

3.5 構(gòu)筑物所用設(shè)備

快混攪拌機(jī)配備2臺(tái)，單機(jī)功率為4.0 kW，采用變頻控制；磁混攪拌機(jī)配備2臺(tái)，單機(jī)功率為5.5 kW，采用變頻控制；絮凝攪拌機(jī)配備2臺(tái)，單機(jī)功率為7.5 kW，采用變頻控制；濃縮刮泥機(jī)配備2套，圓刮輪直徑為13.8 m，單機(jī)功率為2.2 kW。污泥循環(huán)泵配備4臺(tái)，2用2備，單臺(tái)流量為100 m3/h，功率為4.0 kW，采用變頻控制；污泥排放泵配備2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為40 m3/h，功率為3.0 kW，采用變頻控制。磁粉投加及回收系統(tǒng)配備2套，單套功率為5.5 kW。絮凝劑制備裝置配備1套。加藥螺桿泵配備3臺(tái)，額定流量為1 500 L/h，入口壓強(qiáng)為0.1 MPa，2用1備。磁分離機(jī)配備2臺(tái)，高剪機(jī)配備2臺(tái)。其他設(shè)備有污泥泵出口電磁流量計(jì)、SS在線監(jiān)測(cè)儀、TP在線監(jiān)測(cè)儀、濁度在線監(jiān)測(cè)儀和自動(dòng)配藥機(jī)等。

4 磁混凝沉淀池系統(tǒng)運(yùn)行效果

4.1 污染物去除效果

2022年1月到2023年3月，魯崗污水處理廠磁混凝沉淀池處理前后的進(jìn)出水TP、TN、COD和SS濃度對(duì)比如圖2所示。數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)磁混凝沉淀池處理，TP的平均去除率為60.57%，TN的平均去除率為8.61%，COD的平均去除率為25.72%，SS的平均去除率為49.09%。

4.2 藥劑用量分析

2022年，魯崗污水處理廠實(shí)際污水處理量為2 559.0萬(wàn)t，平均日處理量為7.01萬(wàn)t，磁混凝沉淀池的藥劑用量按照滿負(fù)荷8萬(wàn)t/d設(shè)計(jì)，水量差值為0.99萬(wàn)t。同年，PAC、磁粉和PAM的投加量如表2所示。數(shù)據(jù)顯示，2022年，相比方案噸水用量，PAC溶液（濃度10%）、磁粉和PAM（陰離子）的實(shí)際噸水用量分別增加25.88%、20.33%和33.00%。在實(shí)際運(yùn)行中，出水水質(zhì)執(zhí)行《大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2795—2018）的核心控制區(qū)排放限值（水質(zhì)接近Ⅲ類(lèi)）。方案噸水用量按照《大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2795—2018）的重點(diǎn)控制區(qū)排放限值（水質(zhì)接近Ⅳ類(lèi)）評(píng)估，污水處理廠實(shí)際運(yùn)行執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)比技術(shù)方案標(biāo)準(zhǔn)高，采購(gòu)中，不同廠家、不同批次的藥劑質(zhì)量存在差異和波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致各藥劑的實(shí)際噸水用量大于方案噸水用量。

5 結(jié)論

磁混凝沉淀池占地面積小，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效。經(jīng)磁混凝沉淀池處理，污水的TP去除率為60.57%，TN去除率為8.61%，COD去除率為25.72%，SS去除率為49.09%。磁混凝沉淀技術(shù)對(duì)TP、SS的去除較為顯著，對(duì)COD、TN的去除也有一定效果。近年來(lái)，對(duì)白洋淀上游水質(zhì)的要求不斷提高。經(jīng)運(yùn)行工藝優(yōu)化，PAC、磁粉和PAM投加量得到調(diào)整，從主要評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，出水水質(zhì)現(xiàn)已達(dá)到《大清河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2795—2018）的核心控制區(qū)排放限值要求（水質(zhì)接近Ⅲ類(lèi)），其中磁混凝沉淀技術(shù)發(fā)揮重要作用。磁混凝沉淀池選用鋁鹽作為除磷劑，相比鐵鹽，出水更加清澈，除磷效果好。相比鋁鹽，鐵鹽更加容易附著在紫外線燈管和在線儀表探頭上，影響紫外線光解效率和在線儀表測(cè)試精度。冬季，PAM不易溶解，磁混凝沉淀池需要做好加熱，保證水溫在15 ℃以上。PAM、PAC質(zhì)量直接影響除磷效果和SS去除率，保證藥劑質(zhì)量穩(wěn)定良好是強(qiáng)化生產(chǎn)運(yùn)行管理不可或缺的手段。

參考文獻(xiàn)

1 潘旭東，徐海波，魏文宇.載體絮凝技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國(guó)給水排水，2007（8）：1-4.

2 劉 云，王檳強(qiáng).污水廠深度處理投資控制及運(yùn)營(yíng)成本影響因素分析[J].城市建設(shè)理論研究，2019（28）：13-14.

3 石春寅，李國(guó)煒，鄒浩東.高效沉淀池及生物濾池工藝在城市污水處理廠的應(yīng)用及運(yùn)行效果[J].凈水技術(shù)，2021（1）：134-139.

4 霍槐槐.SediMag?磁絮凝技術(shù)用于污水廠高效沉淀池改造[J].中國(guó)給水排水，2020（14）：122-126.

5 王 捷，尹延梅，賈 輝，等.磁場(chǎng)強(qiáng)化絮凝減緩膜污染的影響因素分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013（3）：664-670.

6 Lipus L C，KorPe J，Crepinsek L.Dispersion destabilization in magnetized water treatment[J].Journal of Colloid Interface Science，2001（2）：60-66.

7 Stolarski M，Eichholz C，F(xiàn)uchs B，et al.

Sedimentation acceleration of remanent iron oxide by magnetic flocculation[J].China Particuology，2007（1）：145-150.

8 刁可心，蘇 雷，李亞峰.城市污水深度處理技術(shù)探討與展望[J].遼寧化工，2016（8）：1102-1105.

9 朱忠華，賈伯林，房 燕.污水深度處理技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)排放污水處理廠的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2022（2）：245-247.