超磁分離技術設計要點

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一， 工程說明超磁分離技術設計要點一、超磁分離技術的特點超磁分離水體凈化技術是一項新穎的水處理技術，其成套設備與普通的沉淀和過濾相比，具有無反沖洗，分離懸浮物效率高，工藝流程短，占地少，投資省，運行費用低等特點。針對城市污水、工業(yè)廢水、礦井水、油田采出水、河道水、景觀水等不同種類的廢水，長期的凈化試驗和工程實例表明該技術具有以下顯著特點：1、處理時間短、速度快、處理量大，磁盤瞬間產(chǎn)生大于重力 640 倍的磁力，處理效率高，流程短，總的處理時間大約3 min，可多臺并聯(lián)運行，滿足大流量處理要求；2、占地少，出水穩(wěn)定，占地面積約為傳統(tǒng)絮凝沉淀的1 /8，混凝時間1min，絮凝時間2min，過水平均流速320m/h。（占地面積：600m3/d，2.44.0；3000 m3/d，9.66.0；10000 m3/d，磁盤機外形尺寸6.03.01.9，磁分離磁鼓外形尺寸，3.32.01.45）3、排泥濃度高，磁盤直接強磁吸附污泥，連續(xù)打撈提升出水面，通過卸渣系統(tǒng)得到高濃度污泥；4、運行費用低，采用微磁絮凝技術，投加藥量少，且磁種循環(huán)利用率高，運行費用低；5、日常維護方便，設備無需反洗，自動化程度高，運行穩(wěn)定可靠。二、超磁分離技術的原理直接磁選技術在分離污水（如鋼廠廢水）中的鐵磁性雜質方面效果明顯，但對于造紙、化工、制藥、食品、石油等工業(yè)廢水，由于廢水中的有毒有害物質大多為酸堿離子、有機物、油等，主要是非磁性或弱磁性物質，因此采用直接磁分離方法很難將這些有害物質有效分離，必須通過預先加入磁種的方法，使本身無磁性的有害物質帶上磁性，然后在高梯度磁場中實現(xiàn)磁分離。磁種絮凝分選法主要包括磁種絮凝、磁分離和磁種回收三大主要步驟。具體方法是在一定的化學條件下，向污水中添加專用磁種和絮凝劑，或鐵磁性絮凝劑（如表面處理過的三價鐵鹽），水中有害物質通過氫鍵、范德瓦爾斯力或靜電力與經(jīng)表面官能團修飾的磁種絮接，從而使非磁性物質具有磁性或使弱磁性物質的磁性增強，與污染物結合的磁絮凝劑可以被高梯度磁濾網(wǎng)或磁盤捕獲，從而實現(xiàn)污染物的去除。磁分離設備分離出的廢渣（磁種和懸浮物的混合體） 經(jīng)輸送裝置進入高速攪拌剪切環(huán)節(jié)，實現(xiàn)磁種和懸浮物的分離，再經(jīng)由磁鼓回收裝置，就可將其中的磁種分選出來，磁種回收率可達99.4 %以上?；厥盏拇欧N可循環(huán)利用，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，又減少了環(huán)境負荷。圖：超磁分離水體凈化技術工藝流程三、設計要點1、 混凝反應設計 （1）停留時間：磁分離設備的分離方式不同于沉淀池，無需形成大顆粒的密實絮體，屬于微絮凝技術，其混凝反應停留時間約 3min，同時投加混凝劑和助凝劑，前段投加混凝劑，通常為聚合氯化鋁（PAC）或硫酸鋁，反應時間 1min，后段投加助凝劑，通常為聚丙烯酰胺（PAM），反應時間 2min。 在SS=200mg/L450mg/L，磁種200目（44m）投加量為200 mg/L300mg/L，PAC:40 mg/L，PAM:1 mg/L.（2）藥劑投加設計：混凝劑和助凝劑采用隔膜或柱塞計量泵以溶液的形式定比自動投加，不同水體藥劑投加量需要根據(jù)混凝試驗確定，在缺乏混凝試驗資料時，混凝劑的投加量一般采用 10mg/L15mg/L，助凝劑投加量為 1mg/L2mg/L。混凝劑配置濃度一般為 5%10%，助凝劑配制濃度一般為 0.51?；炷齽┬枰ㄆ谂渲?，溶藥池容積保證每天溶藥次數(shù)不多于兩次，儲藥箱容積至少保證每天 24 小時連續(xù)運行所需的藥劑量；助凝劑溶解需要較長的時間，特別是在冬季氣溫較低的情況下，但不易吸潮，目前大型水處理或污泥處理均采用自動溶解投加一體機，極大的減輕了勞動強度。 （3）混凝工藝設計 在分析超磁分離設備工藝的基礎上，選擇機械混合，用電動機驅動攪拌器，使水和藥劑混合。機械攪拌機一般采用立式安裝，攪拌機軸中心適當偏離混合池的中心，可減少共同旋流。機械混合攪拌器有：槳板式、螺旋式和透平式。槳板式攪拌器結構簡單，加工制造容易，適用于容積較小的混合池，其他兩種適用于容積較大的混合池。槳板式攪拌器的直徑 D0=（1/32/3）D（D為混合池直徑），攪拌器寬度 B=（0.10.25）D，攪拌器離池底（0.50.75）D。當 HD1.21.3 時（H為池深），攪拌器設計成 1 層，當 HD1.3 時，攪拌器可以設成兩層或多層。 2、強磁分離機系統(tǒng)：磁盤表面場強大于4000Gs，流道中心磁場場強大于800Gs；過水流速一般取 0.08m/s0.1m/s，在設計范圍內過水流速越低，處理效果越好，但是過水流速過低，單位面積磁盤上將吸附過多的絮團，導致磁盤磁場強度衰減，影響處理效果；目前采用的磁盤直徑一般為 1200mm 和 1500mm，水體與磁盤的最大有效接觸時間為 12s18.75s，磁場強度隨離開磁盤表面的距離增大而減小，超過 30mm，磁場強度將大幅降低，所以一般磁盤間距控制在 10mm30mm；磁盤轉速 0.1r/min 1.0r/min，磁盤轉速過低單位面積磁盤接觸絮團的量將增加，造成吸附不充分；磁盤轉速過高將會導致吸附絮體中的水份來不及脫出，造成污泥含水率升高。根據(jù)處理水體污染物濃度和出水水質要求不同，設備參數(shù)會有所變化。超磁分離設備多為非標準設備，設計單位提處理水質水量和要求，設備廠家根據(jù)相應要求進行加工，目前市場上超磁分離設備的磁盤強度、磁盤直徑和間距一般都是固定的，設備加工中根據(jù)水質水量不同改變磁盤的數(shù)量來增加或減少吸附面積來適應處理水量和水質的變化。3、磁種回收投加系統(tǒng)：磁種回收投加系統(tǒng)中的回收用磁分離磁鼓的表面場強大于 6000Gs，噸水處理磁種耗損率小于 3g /m3；磁回收及投加設備的作用是實現(xiàn)磁粉的回收并將其二次投加到混凝反應工藝單元，同時將產(chǎn)生的污泥排出系統(tǒng)。從超磁分離設備分離出的絮團是磁粉和污泥的混合物，首先需要對磁粉進行消磁，使絮團之間得以分散，然后自流排入磁分散裝置，內部設置高速攪拌機和退磁裝置，通過高速攪拌，將單個絮團打散，使磁粉和污泥分離，在裝置的溢流口設置磁回收磁鼓，磁粉和污泥的混合物在溢流到磁鼓表面時，磁粉被磁鼓吸附回收，污泥無法被磁鼓吸附，通過在磁鼓底部設置的污泥管排出系統(tǒng)。被回收的磁粉通過刮板將其從磁鼓上刮離，再次退磁后返回磁粉投加裝置，然后通過計量泵再次加入到混凝反應單元。由于磁粉重力比水大得多，且不溶于水，在水體中極易沉淀，向混凝反應單元投加的是磁粉和水的混合懸濁液，要通過不斷攪拌保證磁粉始終處于懸浮狀態(tài)，磁粉濃度相對均勻，才能保證相對準確的磁粉投加量，磁粉投加量需要根據(jù)試驗確定，在缺乏試驗數(shù)據(jù)的情況下，一般景觀水體磁粉的投加量是懸浮物的 1.5 倍。隨著磁粉懸濁液的投加，磁粉投加裝置的液位將逐步降低，需要根據(jù)液位的變化自動補充自來水，保持磁粉濃度基本不變。磁鐵粉的回收再應用問題。國外采用三種方法。一是用大離心力的旋流分離器可回收7 5 9 8 % 的磁鐵粉，二是利用超聲裝置，用強剪力使磁鐵粉與絮凝體分離，但運轉費用高，三是用泵使反洗水高速送入另一套高磁分離裝置，磁鐵粉即被捕捉與反洗水分離，使磁鐵粉能循環(huán)使用。該系統(tǒng)包括絮凝、磁分離、反洗、濃縮、磁種回收等，可全部自動化。4、磁種微絮凝系統(tǒng)：Fe3O4 含量大于 95%，粒徑小于 44 m 的占 80% 以上，剩磁小于 8Gs，易于分散 藥劑投加量: PAC 投加15mg /L，PAM 投加0. 5mg /L；麥秸稈磁種材料制備麥秸稈磁種是通過在無磁性的麥秸桿中植入 Fe3O4 磁性顆粒來實現(xiàn)的過程如下，將物質的量比2:1 的 FeCl3 6H2O和 FeSO47H2O 溶于純水，將機械粉碎得到的麥秸桿粉末分散在該溶液中 在氮氣保護和磁力攪拌下將 25%的氨水緩慢滴入上述混合溶液中，然后70 度反應 4h 所得反應產(chǎn)物洗滌后磁性分離、烘干。創(chuàng)新點：增加懸浮物測定儀，根據(jù)懸浮物多少控制磁盤轉速；采用推流、折流板、管道混合器方式，提高混合率，防止磁種和絮凝體沉淀；采用齒輪抓手，用于磁鼓分離含磁種污泥；磁種和絮凝劑的開發(fā)。四、機械加工要點1、混凝劑投加系統(tǒng)加工要點投加系統(tǒng)分為：螺桿式固體絮凝劑投加裝置，攪拌溶解池，計量泵投加及管路系統(tǒng)。2、磁盤機械加工要點圓盤磁分離器的工作原理是在非磁性的圓板上嵌進永久磁鐵，將數(shù)塊同樣的圓板以一定間隔裝在同一軸上。當廢水進入裝置時，廢水中的磁性顆粒被圓盤板邊上的磁鐵所吸附而被捕。隨著圓盤的旋轉，被捕集的磁性顆粒從水中進入空間，再由刮板刮下來。磁盤是磁分離裝置的核心，也是該裝置的設計關鍵所在。根據(jù)磁分離裝置基本設計要求：合理的表面磁場、高的磁場梯度、高的作用深度、寬的工作間隙、盡可能長的磁化流程、適當?shù)墓ぷ鳒囟?、適合的轉速、方便刮泥、節(jié)能、安全、操作簡單等。提出磁盤的主要設計步驟：（1）磁性材料的選用；（2）磁系的設計；（3）磁塊的性能的選擇；（4）磁盤間隙大小和磁場分布。磁盤的磁系設計要考慮多種因素，既有磁體經(jīng)濟利用的要求，又有磁體產(chǎn)生足夠的場強和合理的磁場特性等要求。磁系設計時應著重解決主要矛盾，首先考慮磁系，保證它有足夠的場強和合理的磁場特性，在此基礎上再很好地考慮磁體的經(jīng)濟利用問題，并使磁體的工作點盡量靠近最大磁能積點。磁盤直徑取1.6米，磁鐵外側為圓弧形狀，覆板厚度4毫米，中間用8毫米厚加強肋，覆板用鉚釘連接，釹鐵硼為易腐蝕材料，必須保證磁塊密封在磁盤中，所有接口處均采用用橡膠圈密封，磁塊放置好后灌膠固定和密封。裝配流程示意圖與實體圖如下所示。5 個磁盤的總重為 5500=2500Kg，軸的材料選用 45#優(yōu)質中碳鋼，采用調質表面處理。由于 5 個磁盤均勻分布在軸的中間部分 500mm 內，軸徑為 d=80mm，軸承受徑向載荷為 轉速范圍 06 r/min。其他部件設計 （1）動密封：在工作過程中，承載磁盤部分的軸段需要沉浸在水中，其他部件是不需要浸沒在水中，因此軸的兩端需要采用動密封，根據(jù)設計手冊查得，對于低速、常溫、常壓的液體密封使用普通的接觸式毛氈密封就可以滿足使用要求。而磁盤轉速小于 3m/s，因此選用接觸式粗毛氈密封。 （2）水泵助卸及卸料刮片：為了快速去除磁盤表面吸附的絮體，使用聚四氟乙烯材料制成了“V”字形的刮片，用螺釘緊固在鋼架結構上其大小剛好可以裝配在磁盤間隙中起到刮的作用。由于刮下的絮體缺乏流動性，短時間內會填滿“V”形槽，因此設計了助卸水泵，四個分管以一定壓力的水流沖走槽內的絮體。刮片是損耗件，使用一段時間后需要對其更換以保證卸料穩(wěn)定。 （3）電器部分：主要由配電柜、變頻器和操作按鈕，動力由額定功率為4Kw的小型三相異步電機提供。根據(jù)被處理污水的水質和絮凝的狀況需要使用變頻器控制磁盤的轉動速度，從而達到最佳的分離效果。3、污泥輸送裝置加工要點被磁盤分離出來的渣經(jīng)螺旋輸送裝置輸送到磁種回收系統(tǒng)中， 磁性絮團通過高速分散機（高剪切機）后再流經(jīng)磁分離磁鼓機，磁種被篩選出來，剩余污泥從磁鼓的底部排污閥流出，排出的污泥被收集送至污泥處理系統(tǒng)中篩選出來的磁種被再次配制成一定濃度的溶液，配制磁種所需的補充水由補水電磁閥根據(jù)磁種液位的高低，自動控制補充; 磁種溶液通過磁種計量泵泵組以一定的量投加到混凝系統(tǒng)中，磁種在此完成循環(huán)回收及再利用。11