工業(yè)廢水處理超導磁分離工藝
超導磁分離法與傳統(tǒng)的化學法、生物法以及普通電磁體磁分離不同，不僅具有投資小、占地少、處理周期短、處理效果好等優(yōu)點，還可達到普通電磁體3倍以上的磁場強度，從而提高磁分離能力，是未來極具潛在應用價值的技術。
一項超導磁體應用技術研究表明，采用超導高梯度磁分離技術可用于造紙、化工、醫(yī)藥工業(yè)廢水的凈化分離。與傳統(tǒng)的超導磁分離技術只能分離礦物、煤、高嶺土中磁性雜質(zhì)不同，該技術通過預先加入改性的磁種子顆粒材料，從而分離工業(yè)廢水中無磁性的有機、無機污染物，實現(xiàn)工業(yè)污水的達標排放。
該技術是由此中國科學院理化技術研究所李來風研究員領導的研究小組通過與東北大學和沈陽水務集團有限公司水業(yè)技術研發(fā)中心合作共同完成，研究報告刊登于《科技導報》雜志2009年第3期，題為“超導磁分離及在造紙廠污水凈化中的應用研究”，此研究得到國家科技部“十一五”863計劃和中科院海外杰出學者基金資助。（據(jù)新華網(wǎng)）
工業(yè)廢水如不達標排放，危害頗多。然而，目前使用的化學法和生物化學法存在投資大、運行成本高、反應時間長、占地面積大、效率低、能耗高等諸多問題。對于小型排污企業(yè)廢水處理，這些問題則愈加突出，廠家若因建立污水處理設施投資過高，大多可能采取直排或偷排，給環(huán)境造成了更大危害。因此，開展新型、高效、低成本工業(yè)廢水處理技術的研究顯得重要而迫切。
———技術解析———
鐵磁顆粒與污染物絮接
工業(yè)廢水中一般皆為有機、無機污染物，由于這些污染物本身沒有磁性，靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離。研究人員設計并研制出制冷機直接冷卻的超導磁體，磁場可達3.92T。利用該超導磁體對造紙廠廢水進行了磁分離處理。
實驗采用預先在廢水中加入經(jīng)過表面等離子有機聚合改性的鐵磁性顆粒并與污水中非磁性有害物質(zhì)絮接，通過強磁場實現(xiàn)水中污染物的分離。實驗結果表明，經(jīng)磁分離處理的廢水其COD值由起始的1780mg/L降到147mg/L，凈化效果良好。
———技術背景———
磁分離的發(fā)展
磁分離是一種通過磁體提供的磁場吸力來實現(xiàn)物質(zhì)分離的技術，屬于物理分離法，是上世紀70年代初在美國發(fā)展起來的一種磁分離技術，應用該法可快速地分離混合物中的磁性雜質(zhì)。但是，由于以往用于磁分離的磁體大多為普通電磁體或永久磁體，所提供的磁場在1特斯拉(T)左右，磁分離效果不是很明顯。
磁體的磁場強度是影響磁分離效率的重要參數(shù)，隨著超導技術的發(fā)展，采用超導材料繞制的超導磁體可獲得高磁場，磁場強度很容易達到3T甚至更高，而且能在較大的空間范圍內(nèi)提供強磁場及高梯度磁場，用于磁分離可顯著提高處理量。
超導磁分離的應用
采用超導磁體分離礦石、煤、高嶺土等固體物質(zhì)中磁性雜質(zhì)已得到廣泛應用，比如開采出的煤中，不可避免的存在鐵屑、雷管等磁性雜質(zhì)，應用超導磁分離技術可以很好地除掉這些雜質(zhì)。
超導磁體分離技術，在廢水分離凈化中尚少采用。近年采用超導磁分離技術分離凈化鋼廠、鋁廠等廢水中磁性金屬雜質(zhì)顆粒，分離效果明顯，但還局限在分離廢水中磁性金屬污染物。
對于廢水中的有機、無機污染物，由于這些污染物本身沒有磁性，靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離；若采用預先添加磁性顆粒，則普通電磁體因磁場強度太低，只有1T左右，分離效果不明顯，因而在污水處理領域一直未得到應用。
■專家解讀
解讀人：李來風（中科院理化所研究員、博導）
關鍵點：穿脫“西服”的“磁種子”
李來風：工業(yè)廢水主要來自化工廠、制藥廠、造紙廠、紡織廠、發(fā)酵工業(yè)、醫(yī)院、重金屬工業(yè)等，其中以醫(yī)藥、化工和造紙行業(yè)的廢水排放量最大。污水里的污染物無外乎無機、有機酸堿鹽離子，或者高分子有機物。值得注意的是，這些污染物本身并沒有磁性，磁鐵是無法吸出無磁性的東西。
這個時候就需要用到“磁種子”，就是帶有磁性的鐵磁顆粒。讓污染物吸附在“磁種子”上，然后被磁鐵吸出，就達到了凈化廢水的效果。最簡單的“磁種子”，就是四氧化三鐵。
然而，“磁種子”進到污水里去，怎樣去吸附有機的東西？吸不住怎么辦？
日本人想到了一個辦法———加入絮凝劑。絮凝的污染物與“磁種子”包裹在一塊，通過磁場帶出？墒切跄齽┍旧砭褪墙j合物，還是會造成二次污染。
我們想到，在“磁種子”表面上聚合一層有機物，形成各種表面官能團，這些活性基團與污染物鏈接，然后再把“西服”（即吸附，由于李來風多少帶些口音，筆者乍聽成了“西服”）脫掉，這樣“磁種子”還可以繼續(xù)使用。這一靈感來自于醫(yī)學上使用的靶向藥物，通過磁場導向，將帶有藥物的磁性顆粒引導人體指定部位然后釋放，好比定向炸彈。
通過研究廢水成分，多數(shù)工業(yè)廢水中的污染物就是這些，經(jīng)過調(diào)整“磁種子”表面官能團種類，可適用于多種廢水處理。
多數(shù)離子性污染物有極性，可以吸附在各種官能團上，可某些重金屬污染物卻不能被吸附，對此，我們想到給“磁種子”穿上一層纖維素的外衣，這些纖維素便可以吸附重金屬，同樣，這樣的“磁種子”脫了“西服”也可以重復使用。
突破點：成本與體積的節(jié)省
李來風：傳統(tǒng)的工業(yè)廢水處理方法主要有化學法和生物化學法，這些方法的問題在于投資大、運行成本高、反應時間長、占地面積大、能耗高等。
超導磁分離處理廢水設備的體積非常小，比如場強可達三至五特斯拉的磁體，加上相應的制冷設備加起來占地不過20平方米。
能耗方面，當電流達到100—200安培時，其電壓很低，只有1—2伏，所以總功率相當于一兩百瓦。超導磁體需要低溫維持，制冷設備的壓縮機功率在八九千瓦，而溫度到了就不再需要額定功率運行。據(jù)估算一天耗電量小于一百攝氏度，
成本方面，超導磁體是個很成熟的技術，3到5特斯拉的超導磁體，大約需要150多萬，孔徑在10厘米左右，一天處理一千多噸廢水，問題不大。設備都是一次性投資，磁種子材料也沒有多貴。也就是說每天千噸級的處理規(guī)模投資小于200萬元。
將超導磁分離技術應用在廢水處理，這個技術在國內(nèi)算是一種新技術。與傳統(tǒng)的化學、生物處理法相比，單位面積小，反應時間短，處理周期短。占地僅為傳統(tǒng)污水處理的1％，整個系統(tǒng)緊湊，可以靈活運輸，特別適合中小型企業(yè)的污水處理。
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