如何利用磁場處理廢水

1、如何利用磁場處理廢水1引言磁分離技術(shù)是指利用元素或組分磁勢的差異，借助外磁場對(duì)物質(zhì)進(jìn)行處理，從而達(dá)到強(qiáng)化分離過程的一種分離技術(shù).根據(jù)外磁場源的不同，磁分離可以分為永磁分離、電磁分離、超導(dǎo)磁分離;根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同可將其分為濕式磁分離和干式磁分離;根據(jù)磁反應(yīng)器的不同可分為傳統(tǒng)磁分離、磁盤分離、高梯度磁分離和開梯度磁分離因其快速高效的分離效果，特別是隨著超導(dǎo)磁體技術(shù)與高梯度磁技術(shù)的發(fā)展，磁分離已在尾礦分選、鋼渣回收、高嶺土脫色等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且近二、三十年來，磁分離在生物技術(shù)、水處理、水生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域得到了眾多的研究和應(yīng)用.不同于常規(guī)水處理技術(shù)，磁分離技術(shù)利用磁場力直接作用于污染物或目標(biāo)

2、雜質(zhì)，從而將污染物脫離于原水體系，不對(duì)水體造成影響，也不會(huì)發(fā)生化學(xué)和生物的反應(yīng)，具有不產(chǎn)生二次污染、分離速度快、占地少等顯著優(yōu)勢尤其是隨著高梯度磁分離技術(shù)和超導(dǎo)磁技術(shù)的出現(xiàn)，磁分離已成為水處理領(lǐng)域頗具前景的處理技術(shù)，在水處理中具有廣泛的應(yīng)用潛力.因此，本文通過文獻(xiàn)調(diào)研，分析了目前國內(nèi)外磁分離技術(shù)在水處理中的研究及應(yīng)用進(jìn)展，并對(duì)目前國內(nèi)磁分離技術(shù)在水處理領(lǐng)域工程應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，最后提出了磁分離技術(shù)在水處理領(lǐng)域的未來發(fā)展方向.2磁分離技術(shù)及其在水處理中的應(yīng)用簡介人們利用磁現(xiàn)象進(jìn)行物質(zhì)的分離具有悠久的歷史，磁分離設(shè)備的開發(fā)利用始于18世紀(jì)晚期但由于傳統(tǒng)磁分離技術(shù)提供的磁場有限，直到20世紀(jì)70年代后

3、隨著高梯度磁分離技術(shù)的出現(xiàn)(1971;Oberteuffer,1973),磁分離技術(shù)才逐漸地開始大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用磁分離屬于一種新型水處理技術(shù)，并隨著更高分離效率的高梯度磁分離技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展而逐漸展開高梯度磁分離技術(shù)是指在磁分離器中填充一定量的磁敏感性介質(zhì)，引起磁性介質(zhì)周圍的磁場發(fā)生異化，產(chǎn)生較高的磁梯度，極大化地增加磁場力，進(jìn)而提高分離的速率與效率高梯度磁分離帶來了磁分離技術(shù)的第一次突破，有效的拓寬了其應(yīng)用的范圍，特別值得說明的是磁分離在水處理領(lǐng)域研究和應(yīng)用的開展很大程度上取決于高梯度磁分離技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展而展開的.目前高梯度磁分離技術(shù)在高嶺土脫色、礦選、燃煤脫硫、工業(yè)廢水處理、河流修復(fù)、

4、土壤修復(fù)以及生物技術(shù)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了一定的研究和應(yīng)用磁分離技術(shù)的發(fā)展也取決于磁體技術(shù)的不斷進(jìn)步，經(jīng)歷了弱磁選即永磁分離(磁絮凝-磁分離技術(shù)可以有效去除水中的色度、濁度、有機(jī)物、懸浮顆粒、重金屬、氮磷和放射線污染物，是一種非常有效的新型水處理技術(shù)如表1所示，磁絮凝-磁分離技術(shù)可以有效去除水中的顆粒物和有機(jī)物，特別是將磁絮凝與高梯度磁分離技術(shù)相結(jié)合，目前已在廢水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.Chin等利用磁絮凝-磁分離技術(shù)去除化學(xué)機(jī)械拋光廢水中的二氧化硅納米顆粒物，結(jié)果表明，在800G外加磁場下，不僅處理后的廢水濁度降到1NTU,濁度去除率高達(dá)99%以上，而且磁種可以回收并多次使用.同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)納米磁粉

5、的分散性對(duì)顆粒物間的充分碰撞至關(guān)重要，同時(shí)pH也是影響磁分離效率的一個(gè)重要因素.趙紅花等(2002)將磁絮凝-磁分離技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理研究，結(jié)果表明在15min之內(nèi)SS去除率達(dá)到80%以上，可以顯著減少沉淀池體積.王利平等(2007)利用磁絮凝-磁分離技術(shù)處理含油廢水，并考察了混凝劑、助凝劑、磁種添加對(duì)其處理效果的影響，結(jié)果表明，對(duì)于含油量100200mgL-1的含油廢水，除油率可達(dá)83%以上，出水濁度低于7NTU;載磁絮體結(jié)構(gòu)更緊密，縮短了沉降所需時(shí)間，提高了絮凝效率，不僅易于實(shí)現(xiàn)固液的磁分離，并降低了14磁性污泥的含水率孫鴻燕等(2006a;2006b)將磁絮凝-磁分離技術(shù)應(yīng)用于餐飲廢

6、水的處理，發(fā)現(xiàn)磁種的添加有助于縮短廢水分離時(shí)間，并使污泥體積減少一半，同時(shí)提高了COD的去除率，例如，高COD(43OO5OOOmgL-1)廢水的COD去除率高達(dá)98%,低COD濃度(28003400mgL-1)廢水也能夠達(dá)到83%的COD去除率.管大祥等(2014)將磁絮凝應(yīng)用于煤制油廢水的處理，發(fā)現(xiàn)磁絮凝處理煤制油廢水的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的混凝，磁粉的加入可使絮體形成快且大而密實(shí)，進(jìn)而縮短了絮體沉降時(shí)間，COD和濁度的去除率分別達(dá)到了56.9%和99.7%.磁絮凝也被應(yīng)用于其他含高濃度有毒有害有機(jī)物工業(yè)廢水及豬場養(yǎng)殖廢水的處理，取得了不錯(cuò)的處理效果磁絮凝-磁分離技術(shù)對(duì)重金屬(如砷、鎘、鉻、銅、鋅

7、、鎳等和磷等污染物具有較好的去除效果，是重金屬廢水處理與資源回收的一種有效手段.Li等(Lietal.，2010;Zhaoetal.，2012)采用開梯度磁分離作為預(yù)處理技術(shù)，利用磁種絮凝超導(dǎo)高梯度磁分離技術(shù)處理含As(V)、PO3-4廢水，都取得了98%以上的去除效果康小紅等(2011)開展了磁絮凝去除工業(yè)廢水中銅離子的試驗(yàn)研究，取得了良好的處理效果，當(dāng)絮凝劑聚合硫酸鐵(PFS)的投加量為100mgL-1，pH&0,沉淀時(shí)間20min，磁粉投加量400mgL-1時(shí)，銅離子去除率超過了97%，出水銅離子濃度低于0.5mgL-1.生活污水10城市污朋他理12豬揚(yáng)窯殖廢*12覽應(yīng)德液：13餐飲愿嫌

8、表1磁絮凝-磁分離技術(shù)在水處理中的研究與應(yīng)用案例序號(hào)處理對(duì)集換作殺件去劇果工業(yè)廢亦1機(jī)械拋光廢歡共沉沆制備Fed作和磁種濁度由曲NTUPi1NTU2煤制油舷FeQ艇種，PFS混凝劑,PAM助凝捌COD去除率5&.9%濁度去除率99.7%3焦化腳FeQ藏沖，PF魂凝劑，PAM助凝割COD去瞬率：62.5%氨氮去除率：22.3%濁度去P余率92.2輻4含油廢水很Cm磁種穩(wěn)PFC溫凝劑，PAM助凝捌賒油率2%,出水濁度？NTU5染整愿水展口磁種，F(xiàn)eS混凝祐巳暢助灘劑出CaD2D0mg-L-濁度韻DNTU,色度弐皿倍，6脫管生尹廢亦鋼鐵廠紅土讖沖，PFS混凝制;盼皿助凝利COD去嗓率：97%7治煉廠

9、含洞廢永FeQ敲種餐FAC渤斷洞去除率遽8含昭愿求FejO,PF魄凝軻昭去除率陰.1%9含磷廢水FeM種，PAU連;疑割磷酸根去除率FeQ皤種，亦作混凝制COD去除率93.5%黒浮物去除率S3.2%FegO麟種廣PAC理澀制，RAkl助凝制UOD去除單:61.02%濁度去p:23.26%犠鐵礦粉備種，F(xiàn)S含里肖9%,PASS昆凝制，F(xiàn)A麗助凝劑總磷去除率高達(dá)出一33%;總氮去除率高達(dá)51.35%迪6磁種，F(xiàn)AU、PA.FU、PFS混凝臥FWvl助凝制COD23M-3400rtig-L-1:GO吐除率：鹽騎以上COD43。5価mgL慮河湖遁體1516美國2吟河湖中高魯磷就“北京通惠河河?xùn)X濮基鐵粉

10、臓種Feg磁種，出丸和巳応混避揶巳側(cè)助:腳改性粉煤換巌種，PAF昆凝劑裁銀二甲墓二烯丙基氟化鑲(PDMDAAC：砂凝利：磷去腹率天于麵鳴COD去除車：旳氨氮去險(xiǎn)率：30.1%總磷去除室：S7.S%濁度去陳率：73.24%C0D去除窒：92.3%總磷去賒筆：94.3%總鼠去陰率:M.4騎濁度去曉窒：9S.8%重金屬禽子有一走去除作用磁絮凝-磁分離技術(shù)不但應(yīng)用于工業(yè)廢水處理，而且在河湖生態(tài)修復(fù)中也有一定的研究與應(yīng)用，尤其對(duì)磷和浮游生物均具有一定的去除效果北京市政院開展了“高梯度磁分離水處理技術(shù)的研究”，通過在污染渠水中投加磁鐵粉和混凝劑，大幅提高了沉降速度，出水中總磷、色度、濁度、細(xì)菌等有明顯改善

11、，相較傳統(tǒng)處理方式有很大優(yōu)勢總之，磁絮凝-磁分離技術(shù)綜合了混凝與磁分離的特性，對(duì)一些顆粒型污染物、高分子有機(jī)物、重金屬類物質(zhì)、磷酸鹽類離子具有較好的去除效果，目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但由于無法去除大多數(shù)離子及小分子類有機(jī)物污染物，其推廣應(yīng)用存在一定的限制3.3磁種吸附-磁分離技術(shù)投加磁載體，然后通過物理或化學(xué)的方法將污水或廢水中的污染物質(zhì)與之結(jié)合或者降解，最后利用外加磁場將磁載體-污染物復(fù)合體進(jìn)行有效分離，這是磁分離在水處理中的一個(gè)重要手段往水中添加磁種和絮凝劑是一種非常有效的方法，但對(duì)于很多離子或溶解性的有機(jī)污染物特別是小分子有機(jī)物，很難通過絮凝將其與常規(guī)的磁種結(jié)合起來，因此無法通過后續(xù)的磁

12、分離達(dá)到去除的目的常規(guī)磁種如磁鐵礦、赤鐵礦以及納米Fe304等雖存在一定的吸附能力和微污染物去除效果，但是常規(guī)磁種的吸附位點(diǎn)有限且無選擇性，直接處理生活污水和工業(yè)廢水很難達(dá)到理想的效果，而將傳統(tǒng)的吸附技術(shù)與磁分離結(jié)合是一種有效的解決方法如表2所示，磁吸附劑制備及其在水處理中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛.磁種吸附-磁分離技術(shù)的核心在于制備具有優(yōu)良吸附性能的特異性磁種，可通過化學(xué)沉積、共沉淀、水熱法、包被等方法在磁種表面加入一些特定的功能性物質(zhì)或化學(xué)基團(tuán)以增加磁種的吸附能力，常見的吸附磁種主要有磁核型、磁殼型及均勻分布型，主要和制備工藝相關(guān)(圖2).這種特異性的結(jié)合可有效拓寬磁種吸附-磁分離技術(shù)的應(yīng)用范圍，目前

13、該技術(shù)已應(yīng)用于水中重金屬離子、有機(jī)物、無機(jī)物、放射性物質(zhì)的去除，并達(dá)到了較理想的效果.Kim等利用氨基功能化介孔硅材料與磁鐵礦制備功能化的磁種，將介孔硅材料作為吸附功能層進(jìn)行Cu2+吸附試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)它的Cu2+吸附容量達(dá)到0.5mmolg-1,且可以通過磁場快速回收磁種材料Wei等利用共沉淀法制備磁性鐵鎳氧化物并將其應(yīng)用于含Cr6+、Ni2+混合廢水中Cr6+的回收與再利用，發(fā)現(xiàn)在pH=5時(shí)它的Cr6+吸附量為30mgg-1，主要吸附機(jī)理為離子交換.Monier等采用水/油乳液交聯(lián)技術(shù)制備交聯(lián)型殼聚糖-丁酮肟磁樹脂(Cross-linkedmagneticchitosan-diacetylm

14、onoximeSchiffsbaseresin,CSMO)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)Cu2+、Co2+、Ni2+的吸附量分別可達(dá)954、601.5和471.5mgg-1,并且通過乙二胺四乙酸(EDTA)處理可以實(shí)現(xiàn)84%以上的再生.Wang等通過共沉淀法制備Fe3-xLaxO4納米復(fù)合吸附材料并將其應(yīng)用于剛果紅廢水的處理，通過摻加鑭(La)元素，極大地提高了磁種材料對(duì)剛果紅的吸附能力(37.4mgg-1提高至79.1mgg-1)，且摻加La后磁種依然表現(xiàn)出良好的鐵磁性能.張曉蕾等(2013)采用共沉淀法制備殼-核結(jié)構(gòu)的磁性吸附劑Fe3O4/MnO2并用于除鉛，最大吸附量可達(dá)142mgg-1.王雪等(2013)

15、制備了Fe304Si02-NH2磁性復(fù)合材料用于水中單寧酸吸附，吸附能力可達(dá)85.18mgg-1，主要吸附機(jī)理為氨基與單寧酸上酚羥基的反應(yīng).總體來說，磁性復(fù)合吸附材料的研究是近年來非常熱門的研究方向，依托磁核材料易分離特性與吸附材料的吸附性能，可高效去除水中有機(jī)污染物、重金屬離子、放射性污染物等同時(shí)，特異性的趨磁微生物也作為一種有效的磁種并得到了一定的關(guān)注Watson等(Watsonetal.，1994)利用兩種硫酸鹽還原菌(CandidaUtilis，BacillusSubtilis)作為吸附材料進(jìn)行了水中重金屬離子的吸附研究，該細(xì)菌代謝過程中會(huì)產(chǎn)生磁性硫化鐵，因此可以達(dá)到多種金屬離子的吸附

16、，并通過高梯度磁分離去除重金屬離子.表2磁吸附劑制備及其在水處理中的應(yīng)用研究序吸附詡制備方法處理對(duì)象結(jié)果與討迫1FesOJMnOs共沉注法Pb!+1.飽和槪業(yè)強(qiáng)度54.7A-m2kg-1N最丸卿|握：142卿2F氏X孔硅復(fù)臺(tái)材料(MSM)1.自組裝臺(tái)成疥孔硅2.療乳硅包裏煦幻3氨基功能化Cu21履忌率6.9emu-gT2.眼附里：0.5mmol-g3.哪f揃腳3Fe-Wi氧化物共沉淀法Cr(Vl)回收1.CrV|)回收率達(dá)到97.7%2.心創(chuàng)吸附不受離子強(qiáng)度隸向4犠性螫臺(tái)樹脂4売聚癬総制備2-M陰功能化3.同步無沉從制備槪Cu2_,Co,N產(chǎn)1咖握：Cu2:(954mgg_1Co3-:(601

17、.5)他叩nF性眼附劑率高于84%5Fe3-.xLa,xOA米晶共珈淀法剛果紅染料1.晞世琳于1t.4e(曠2.DM179.1mgg1玄丙酮脫P(yáng)|6微生物吸附剽Cu21.去除率高于般2-DesulfovibrioK氧過程產(chǎn)生高比表予7赤鐵礦-Fe2O5)1.購買2機(jī)械化學(xué)法3.落臉凝腕法As(V)舊忌率分別為刊.7、19.664.3emug2.吸附里可達(dá)1f面PH相關(guān)Ni(l)pCHOI),Cd(ll),Cr8FejOi仁共沉淀法2.PE砲覆(VI)1.磁化率分別為M3、了8.2emug12.綜臺(tái)吸附里達(dá)34.陽9包0咆SiO；ZrO瘟聳材料共沉強(qiáng)法PO1血附里M36mgg-12.吸附機(jī)理垢恚

18、面絡(luò)合COF62O4話性質(zhì)磁性納米夏臺(tái)材V料共遢淀法羅丹明B染料1履附重曲51mgg-12.4次循壞吸附里維持2%圖23種特異型磁種示意圖及核殼結(jié)構(gòu)磁種TEM圖(a.磁殼結(jié)構(gòu);b.磁核結(jié)構(gòu);c.均勻結(jié)構(gòu);d.Fe304/Si02核殼結(jié)構(gòu)磁性吸附材料TEM圖；e.y-Fe203-PS250-b-PAA13磁性微球TEM圖(a)(b)(c)由于納米材料具有獨(dú)特的表面活性以及巨大的比表面積，納米吸附材料近年來也開始應(yīng)用于磁分離領(lǐng)域，使得納米磁分離技術(shù)的應(yīng)用取得了較大進(jìn)展磁性納米顆粒的表面物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了很大改變，使其對(duì)污染物具有很強(qiáng)的吸附能力，F(xiàn)e304納米吸附劑的處理能力可以達(dá)到相應(yīng)微米尺寸材

19、料的510倍.目前磁性納米顆粒作為吸附劑被用于多種重金屬離子、有機(jī)污染物、放射性污染物質(zhì)等的去除研究，取得了良好的處理效果納米材料及其在環(huán)境中的應(yīng)用是目前的熱點(diǎn)研究方向，雖然磁性納米吸附材料存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，但磁性材料以及高磁場分離技術(shù)的引入將大大降低納米材料的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)將促進(jìn)納米吸附材料的回收利用隨著超導(dǎo)磁分離技術(shù)和磁分離器設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展與完善，可以預(yù)見，未來磁性納米吸附材料將會(huì)在水處理領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景總之，作為高梯度磁分離在水處理領(lǐng)域的另一個(gè)重要分支，磁種吸附-磁分離技術(shù)雖然目前已經(jīng)得到了大量的關(guān)注，但其關(guān)鍵在于特異型磁性吸附劑及磁性納米吸附劑的開發(fā)，通過與材料科學(xué)的結(jié)合

20、研究，該技術(shù)將會(huì)成為水處理領(lǐng)域的一個(gè)重要的分離方法.3.4磁種催化-磁分離技術(shù)催化氧化是處理難降解有機(jī)物、某些重金屬離子等污染物的一種有效方法，但其在水處理應(yīng)用中存在的一個(gè)挑戰(zhàn)是催化劑的回收，且這一問題隨著納米催化劑的廣泛研究和應(yīng)用得到了更多關(guān)注磁性材料與催化材料復(fù)合制備磁性催化復(fù)合材料（磁種催化劑）是解決催化劑回收的一個(gè)有效途徑，近年來日益得到重視（表3）.常見的磁種催化劑結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于兼具催化劑的催化降解性能及磁性材料的易分離性，不僅可以有效地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)污染物的去除及催化材料的回收與再利用，而且可以降低納米催化劑的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)表3磁性催化劑制備及其水處理應(yīng)用研究序制備方法處理對(duì)象結(jié)果與

21、討進(jìn)1TiCyCoF比TiO：/BaFei；Oi91.CoFe2aBaFe12Oi洪沉淀法制備2.Ti麺凝膝法牙性普施安紅MX-5B1.T比例的増加眈催1慮課増加NTIO頻重比達(dá)95潤寸磯果2TiOz/SiO2/Fe3OzJ共沉淀N熾燒苯甲酸1W28emu-g2辟解率達(dá)胛陰3一回收率90%tJz3Ag-TiOSiO2/Fe3p4共頊淀法蠱敷旌橙匐嶗料1網(wǎng)含里為咔催化盧率最高，達(dá)9W以上2-循環(huán)使用4FejOi/BiOCI共檢送羅丹明琛料亞甲基藍(lán)染.料1染料完全隆縮2-BiOCI具有相似眸解孰率和速率3熱催化速率5ZnFezOJBiVOi共富淀法甲基橙日染料去除率gg%,高于純znFejOc和三

22、帖0的59%和和6TiO2/MMC仁旻湊法制備出蹴性介孔抜載體（MMC）2.溶膠凝膠法員載T羅丹明日染料玄磁化5居emug-12.3.5h眸解率達(dá)100%7F田6硅烷化披性聚合物f強(qiáng)熱法制備抵0鈉米杲融工共混法制備硅烷幢怖的陽0鋪；米顆粒羅丹明日染料水楊酸:轡1.120min若丹明B完全褪色2連續(xù)6次循壞物衰變3.可克85%Ti02是一種常見的光催化劑，催化效果良好，目前有關(guān)磁性Ti02催化劑的研究較多.Fu等制備了核-殼結(jié)構(gòu)的Ti02/CoFe204、Ti02/BaFel2019復(fù)合磁性催化材料，并應(yīng)用于紫外光催化降解染料普施安紅MX-5B的研究，發(fā)現(xiàn)具有一定的降解效果，例如，隨著TiO2/

23、CoFe2O4比例的增加催化效果增加，當(dāng)TiO2質(zhì)量比達(dá)95%時(shí)可以達(dá)到接近純TiO2的降解效果.Su等通過共沉淀-煅燒的方法制備了Ti02/Si02/Fe304復(fù)合催化劑并應(yīng)用于苯甲酸的降解研究，發(fā)現(xiàn)在pH=3、煅燒溫度750C的制備條件下可以達(dá)到近97%的去除效果，同時(shí)在磁場下催化劑的回收率可達(dá)90%以上.Xu等制備了Ag-Ti02/Si02/Fe304復(fù)合磁性催化劑,并對(duì)其表面進(jìn)行了鍍銀處理以增強(qiáng)催化劑的降解能力，研究了銀含量對(duì)光催化降解OrangII染料效果的影響，發(fā)現(xiàn)Ag含量為0.5%時(shí)制備的復(fù)合磁性催化劑表現(xiàn)出最佳的降解效果，且其在多次的再生循環(huán)之后依然可以保持較高的降解效果除了T

24、i02,其它的催化材料也被應(yīng)用于磁性催化劑的研究.Zhang等利用共沉淀法制備了Fe304/Bi0Cl納米復(fù)合材料并作為磁性光催化劑應(yīng)用于若丹明B和亞甲基藍(lán)染料的降解，能夠達(dá)到近100%的去除效果;機(jī)理分析結(jié)果表明，這種耦合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料相較核-殼結(jié)構(gòu)的TiO2類材料具有更強(qiáng)的光催化活性，且該超順磁材料可以實(shí)現(xiàn)在磁場下的分散與收集，進(jìn)而提高催化效果和保證催化劑的回收Zhang等通過一步共沉淀法制備了ZnFe2O4/BiVO4復(fù)合磁性光催化劑并應(yīng)用于可見光催化處理亞甲基藍(lán)染料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的催化能力優(yōu)于BiVO4催化劑.國內(nèi)目前有關(guān)磁性催化劑的研究逐年增加，促進(jìn)了磁性催化劑的發(fā)展，進(jìn)一步拓寬了磁

25、分離技術(shù)的應(yīng)用.可以說，磁性催化劑在水處理甚至大氣、土壤污染的治理中都存在著一定的優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)的催化過程，磁種催化-磁分離技術(shù)可以極大地提高磁種回收率，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益，降低潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因此，磁性催化劑的研究將是未來催化分離領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，特別是在水處理領(lǐng)域?qū)?huì)得到更廣泛的關(guān)注.3.5磁分離耦合技術(shù)磁場只能作用于磁性顆粒物，因此其必須與絮凝或吸附結(jié)合才能更有效地應(yīng)用于水處理領(lǐng)域但是，隨著人們對(duì)水質(zhì)要求的提高，單一的水處理技術(shù)不能達(dá)到理想的效果，多種單元處理技術(shù)的耦合是今后水處理領(lǐng)域的發(fā)展方向因?yàn)榫哂懈咝У姆蛛x性能，高梯度磁分離技術(shù)可以與很多的其他水處理技術(shù)聯(lián)用，包括催化氧化、生化處理技

26、術(shù)、膜分離技術(shù)等渡辺恒雄(2002)將電解技術(shù)與高梯度磁分離技術(shù)結(jié)合處理垃圾填埋場滲濾液，通過兩個(gè)電解池與一個(gè)磁分離裝置聯(lián)合，可以去除88%的總磷、77%的總氮以及62%的COD.Ihara等將電絮凝、高梯度磁分離、電化學(xué)氧化工藝耦合處理垃圾填埋場滲濾液，發(fā)現(xiàn)在電絮凝磁分離階段可以有效去除部分有機(jī)污染物和大部分總磷，在流速100Lh-1時(shí)總磷去除率依然高達(dá)90%以上;經(jīng)過電絮凝-磁分離預(yù)處理后，剩余的有機(jī)物質(zhì)及氨氮可通過電化學(xué)氧化工藝去除同時(shí)發(fā)現(xiàn)電絮凝-磁分離階段可以增強(qiáng)后續(xù)電化學(xué)氧化過程的效率，進(jìn)而可高效去除垃圾滲濾液中的COD、TP、NH4+-N磁分離與生物技術(shù)的結(jié)合是另一個(gè)重要的應(yīng)用方向

27、，利用磁場的生物效應(yīng)，可以促進(jìn)微生物的處理效率.Chen等考察了磁場對(duì)活性污泥法廢水處理過程的影響，以不同的短鏈脂肪酸作為底物系統(tǒng)研究了磁場強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHAs)的影響，發(fā)現(xiàn)磁場對(duì)于產(chǎn)PHAs過程有顯著的影響，但對(duì)不同的底物系統(tǒng)最佳的磁場條件存在差異在這基礎(chǔ)上，其采用響應(yīng)面法研究了磁場強(qiáng)度、pH、氨氮濃度對(duì)產(chǎn)PHAs的影響，發(fā)現(xiàn)在磁場強(qiáng)度為11mT、NH3-N為4.8mgNL-1(C:N=60:、pH為9.0的最有條件下，PHA產(chǎn)量可達(dá)49.8%(dcw,drycellweight),比無磁場處理?xiàng)l件下高8%.磁分離與生化處理耦合的另一個(gè)

28、思路是將磁分離作為生化技術(shù)的前處理技術(shù)，通過磁分離降低水中的重金屬及有機(jī)污染物，進(jìn)而降低生化反應(yīng)的負(fù)荷以及防止其發(fā)生中毒現(xiàn)象現(xiàn)在比較流行的工藝有BioMag工藝與MagBRTM工藝，其原理是利用生物反應(yīng)器降解有機(jī)污染物等，然后通過高梯度磁分離進(jìn)一步除磷，具有較好的效果，目前已經(jīng)在一些污水處理廠中應(yīng)用(圖3).磁分離與膜技術(shù)耦合的另一個(gè)方向是先通過磁分離來降低膜污染，進(jìn)而提升整個(gè)膜系統(tǒng)的處理效率及使用壽命(Bakeretal.，1997).陳秋等(2015)利用高梯度磁分離器對(duì)納濾膜過程的無機(jī)污染情況進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)利用磁化預(yù)處理能夠有效減緩膜通量的衰減，且低壓沖洗后膜通量恢復(fù)率高達(dá)90%，

29、比無磁預(yù)處理?xiàng)l件下提高32.4%經(jīng)過磁化預(yù)處理后，納濾膜表面生成的CaCO3垢不再是致密的方解石，而是質(zhì)地松軟、易脫落的文石結(jié)構(gòu)，因此有利于維持納濾膜的穩(wěn)定運(yùn)行.高俊永等(2009)利用磁種絮凝-高梯度磁分離技術(shù)預(yù)處理甘蔗混合汁以減輕后期超濾膜的負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)磁絮凝可以明顯去除污染物質(zhì)，降低膜污染，維持超濾膜的高通量，整體工藝對(duì)色度、濁度的去除都達(dá)到了理想的效果，且甘蔗混合汁純度達(dá)80.2%以上.王捷等(2013;2014)將磁分離與膜過濾結(jié)合并設(shè)計(jì)了磁強(qiáng)化清洗工藝，可以達(dá)到理想的清洗效果磁分離也可以與催化氧化等水處理技術(shù)相結(jié)合，利用磁分離去除一定的污染物質(zhì)及降低后處理的負(fù)荷，以及改善后處理的入水

30、條件圖3工藝流程圖(a.BioMag工藝；b.MagBRTM工藝)b單元耦合是解決水處理問題一個(gè)非常有效的思路，通過各項(xiàng)技術(shù)間的優(yōu)勢互補(bǔ)甚至結(jié)合所產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，可以高效低耗去除污染物.因此可以預(yù)見，磁分離技術(shù)的推廣應(yīng)用肯定需要聯(lián)合其他的處理技術(shù)，其中高梯度磁分離耦合技術(shù)將在水處理領(lǐng)域占有非常重要的地位.4我國磁分離水處理技術(shù)工程應(yīng)用現(xiàn)狀磁分離水凈化技術(shù)發(fā)展至今，技術(shù)工藝已經(jīng)成熟，可有效應(yīng)用于生活污水處理、工業(yè)廢水再生利用、地下水軟化、微污染物去除及水體生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域，具有處理水量大、占地面積小、凈化速度快、噸水處理成本及設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，適于我國水污染防治，已經(jīng)得到相關(guān)政府主管部門

31、及市場的認(rèn)可和重視.近幾年來，我國在推廣磁分離技術(shù)在水處理領(lǐng)域的工程應(yīng)用方面投入了較大的精力，包括發(fā)改委、環(huán)保部、科技部、環(huán)保協(xié)會(huì)、水利部等部門和組織都引入和實(shí)施了一些磁分離相關(guān)的水處理項(xiàng)目推進(jìn)了磁分離水處理相關(guān)的項(xiàng)目，促進(jìn)了磁分離技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用.研究方面，在磁技術(shù)特別是超導(dǎo)磁技術(shù)、磁分離技術(shù)的開發(fā)及磁分離設(shè)備的研發(fā)也得到了大量的關(guān)注目前國內(nèi)包括中科院的電工所、理化所、高能所、生態(tài)環(huán)境中心以及清華大學(xué)、北京師范大學(xué)、華東理工大學(xué)等高校都開展了相關(guān)方面的研究，并取得了一定的進(jìn)展超導(dǎo)磁分離將會(huì)是未來磁分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，如表5所示，我國在這方面取得了一定的進(jìn)展，主要包括超導(dǎo)磁分離技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的

32、研發(fā)表5國內(nèi)超導(dǎo)磁分離領(lǐng)域的相關(guān)進(jìn)展單位成杲中國科學(xué)院電工硏究所零擇發(fā)、犬口徑的高犠場超導(dǎo)犠系統(tǒng)，高溫超導(dǎo)犠體技術(shù)及其應(yīng)用硏究項(xiàng)目中國科學(xué)曉電工物理研究所10T/1D0mm無液氨高犠場大口徑超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中國科學(xué)院高能壞境冊(cè)究所我國首臺(tái)低溫超導(dǎo)除鐵器，及超導(dǎo)蹴水處理應(yīng)用硏究中國科學(xué)院生態(tài)壞境研究中心我國第一臺(tái)工業(yè)超導(dǎo)磁分離系統(tǒng)中國科學(xué)院遲化技術(shù)硏究所超導(dǎo)磁分離水處理崇統(tǒng)、在磁種材料和超導(dǎo)犠體冷卻技術(shù)上取得創(chuàng)郵進(jìn)展，研發(fā)了國內(nèi)首臺(tái)超導(dǎo)6目前國內(nèi)已經(jīng)有十多家企業(yè)獨(dú)立進(jìn)行或者與國內(nèi)科研院所合作研發(fā)磁分離水處理技術(shù)的工程應(yīng)用工作，很多企業(yè)都已經(jīng)具備了獨(dú)有的專利技術(shù)，具備提供整套磁分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)和磁分離設(shè)備

33、的能力，已經(jīng)在全國眾多的工程項(xiàng)目中得到了應(yīng)用.例如，四川環(huán)能德美科技公司成功開發(fā)了國際領(lǐng)先的稀土磁盤分離成套技術(shù)設(shè)備、礦井水超磁分離井下處理技術(shù)、超磁分離水體凈化成套技術(shù)，利用磁分離直接作用及磁種絮凝-磁分離的方式開展水處理的工程應(yīng)用，目前已經(jīng)在國內(nèi)200多個(gè)工程上得到了應(yīng)用，在線運(yùn)行成套工程設(shè)備的水處理量已超過1300X104m3dT.同時(shí)，其于2013年提出超磁透析保護(hù)與原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)，利用磁分離與原位生態(tài)修復(fù)結(jié)合的方法進(jìn)行在線的河流生態(tài)恢復(fù)，目前已經(jīng)應(yīng)用于安徽、山東、內(nèi)蒙古、新疆、山西等十幾家企業(yè)其他的包括坎布里奇水務(wù)（北京）、北京精瑞科邁凈水技術(shù)有限公司、成都源蓉科技、青島洛克環(huán)?？萍?、首強(qiáng)創(chuàng)新環(huán)?？萍?、沈陽隆基電磁科技、江蘇天鑫中冶設(shè)備、青島金牌機(jī)械等公司也在磁分離水處理技術(shù)上進(jìn)行了很多的工作，具備提供整套的磁分離水處理系統(tǒng)、車載式磁分離水處理設(shè)備、磁分離污泥脫水設(shè)備的能力，在河流/湖泊的恢復(fù)與治理、生活污水與工業(yè)廢水處理推廣等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用但目前國內(nèi)的應(yīng)用大多還是集中在鋼鐵業(yè)和礦業(yè)，主要是利用磁場對(duì)磁性顆粒的作用而實(shí)現(xiàn)水處理與回用.磁種絮凝-磁分離技術(shù)得到了較多的研究和應(yīng)用，已有相當(dāng)可觀的磁分離系統(tǒng)和設(shè)備的實(shí)際工程