污水廠提標中磁混凝澄清工藝的應用探討

馬樹堅

污水廠提標中磁混凝澄清工藝的應用探討

馬樹堅

（廣東正誠環境科技有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

以汕頭市某污水處理廠磁混凝提標改造項目為例，介紹了污水廠提標中磁混凝澄清工藝的原理、應用特點、工藝設備配置、設計運行參數及實際運行效果，分析了磁混凝澄清工藝在提標改造中存在的問題，提出了相應的改進措施。

提標改造；磁混凝澄清；污水處理廠；磁分離

水環境污染日益嚴重、水資源不足，迫切需要對達不到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準的污水處理廠進行升級改造。污水處理廠在原址提標改造，普遍存在改造用地受限，傳統的除磷、除SS混凝工藝停留時間較長，需在后端增加轉盤濾布濾池、砂濾池等過濾工藝才能穩定達到執行一級A標準，急需一種縮短污水停留時間、快速沉淀的污水處理工藝，從而實現節省用地、提質增效。

磁混凝澄清工藝由美國麻省理工學院在20世紀90年代末開發應用的，其創新性將當時開始流行的加載型沉淀技術和礦山冶煉行業成熟的磁粉回收技術進行跨界組合，發明了以磁粉為加載載體的磁混凝澄清技術。此技術于2006年取得美國麻省環保局工藝使用許可，2007年首個工程案例在美國麻省康科德市正式運行，2009年磁混凝澄清工藝成為美國環保署推薦工藝[1]。磁混凝澄清技術引入中國后，經過工程技術人員的研發改進、優化、技術推廣，在工業污水處理、市政污水提標改造領域中應用廣泛。

1 磁混凝澄清工藝

1.1 工藝流程

磁混凝澄清工藝流程如圖1所示。

1.2 工藝原理

磁混凝工藝是在常規混凝沉淀工藝中添加了磁粉（Fe3O4），磁粉微小，作為沉淀析出晶核，使得水中膠體顆粒與磁粉顆粒很容易碰撞脫穩而形成絮體，晶核較多，能夠使得每一粒微小的懸浮物顆粒能夠形成絮體，并且在每一個絮體中包裹有磁粉，從而懸浮物去除效率也大為提高。磁粉密度為 4.5～6.5 g·cm-3，絮體密度遠大于常規混凝絮體，以磁粉作載體，大幅提高沉淀速度，污水在澄清池中快速沉降并分離澄清。

圖1 磁混凝澄清工藝流程

沉淀下來的污泥中含有磁粉，外排污泥前先進入磁粉回收系統，磁粉回收后的污泥則輸送至污水處理廠污泥處理系統進行處理。磁粉回收系統由高剪機與磁分離機共同組成。高剪機的功能是將混凝絮體重新分解，特殊的流道與旋轉產生強烈的剪切力，使得絮體中的磁粉成為自由狀態，提高磁粉的回收率。磁分離機的功能是利用含有稀土的永久磁鐵，磁場強度達5 000高斯以上，將污泥中磁粉吸出并返回到磁混反應池重新使用，從而達到循環利用磁粉的目的。

1.3 工藝特點

1）在磁粉和特殊的混凝系統的共同作用下，磁混凝澄清工藝沉淀表面負荷達 2O～40 m3·m-2·h-1，同時出水可與普通石英砂過濾相媲美[2]。

2）通過泥污回流，保持磁混凝系統內的帶磁種污泥量的同時，污泥中未反應完全的藥劑再利用，節約藥劑量。

3）出水效果好，懸浮物和總磷可有效控制在一級A標準以內[3]。

4）采用磁種作為載體構造磁絮團，技術穩定成熟[4-5]。

5）與傳統混凝沉淀工藝相比，占地面積小。

2 工程實例

2.1 工程概況

汕頭市某污水處理廠設計規模為12萬m3·d-1，設計出水水質采用《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2008）中二級標準，實際基本能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。項目工程經提標改造后出水排放標準執行廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）第二時段一級標準和國家標準《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準中的較嚴值。項目設計進出水水質如表1所示。

表1 設計進出水水質指標（mg/L）

提標改造工藝采用“粗格柵及進水泵房（現狀）+細格柵及渦流沉砂池（現狀）+ A/A/O生化池（現狀）+二沉池（現狀）+二級提升泵房（新增）+配水井（預留）+磁混凝沉淀（新增）+過濾（遠期預留，現階段不實施）+紫外線消毒（新建）”。

2.2 磁混凝澄清池設計

12萬m3·d-1水質凈化廠提標改造設計磁混凝澄清池尺寸為33 m×27 m，處理單元分為2組，每組設置3個混凝反應池、1個澄清池、1套磁粉回收系統、污泥回流及剩余污泥系統。

2.2.1 混凝反應池

混凝反應池分別由快混反應池、磁混反應池和絮凝反應池組成，單個反應池反應時間約2～4 min，混凝反應池中與回流污泥及磁粉形成密實的絮體，之后進入沉淀池?；炷磻胤謩e設置攪拌機，每組快混反應池、磁混反應池和絮凝反應池配置機械攪拌機各1臺。

快混反應池：3.5 m×3.5 m×6 m，配套攪拌機功率約4 kW，漿葉直徑Φ1.85 m，變頻控制。

磁混池：3.5 m×3.5 m×6 m，配套攪拌機功率約5.5 kW，漿葉直徑Φ2.05 m，變頻控制。

絮凝池：4.8 m×4.8 m×6 m，配套攪拌機功率約7.5 kW，漿葉直徑Φ3.15 m，變頻控制。

2.2.2 澄清池

澄清池采用上方下圓單泥斗形式，并附設配套刮泥機，每組池內徑Φ14 m，深7.35 m，設置斜管每組約140 m2，斜管長1.5 m。澄清池表面負荷約19.93 m3·m-2·h-1，日變化系數值取1.3，峰值流量下，表面負荷約25.91 m3·m-2·h-1，配套刮泥機功率每臺約1.5 kW，刮臂采用4刮臂形式。

2.2.3 磁粉回收系統

高剪機的功能是將磁粉與污泥的混合絮體打散，使磁粉可以通過磁分離機回收，實現絮體和磁粉的有效分離，污泥可以排放到污泥脫水系統。每組設置高剪機1套，處理量30 m3·h-1，功率1.5 kW。每組設置磁分離機1套，處理量30 m3·h-1，功率 3 kW，變頻控制。

2.2.4 污泥系統

共設污泥泵8臺，回流污泵3臺（2用1備），剩余污泥泵3臺（2用1備）。污泥暫存池設置排泥泵2臺（1用1備）?；亓魑勰啾茫毫髁?20 m3·h-1，揚程10 m，功率7.5 kW，變頻控制。剩余污泥泵：流量30 m3·h-1，揚程8 m，功率3 kW，變頻控制。排泥泵：流量95 m3·h-1，揚程12 m，功率約5.5 kW，變頻控制。

2.2.5 加藥系統

對原廠內加藥系統進行改造，PAC投加系統設置在加藥間，PAM投加系統存放磁混凝澄清池上部，每種藥劑2個投加點。

PAC投加至快混反應池內，位于磁混凝澄清池進水端，采用液體PAC。對現狀加藥間投加系統進行改造，每臺計量泵配一臺備用泵，即計量泵（2用2備，共計4臺）：=1 000 L·h-1，=0.4 MPa，=0.75 kW，液體礬庫設計1座2組，單池凈尺寸 6 m×6 m，H=2.5 m，儲存約1周液體藥劑量。

AM投加系統設計2套PAM一體式投藥系統，單套制備能力2 000 L·h-1。質量分數為１‰～3‰。PAM投藥螺桿泵2用1備，共計3臺，單臺螺桿泵：2 600 L，0.3 MPa，1.5 kw，每臺螺桿泵配套1臺稀釋裝置，=4 000 L·h-1。

2.3 磁混凝澄清池運行出水質狀況

該污水處理廠經過單機調試、聯合調試、環保驗收，運行監測磁混凝澄清池進出水水質數據如表2所示。

表2 磁混凝澄清池進出水水質數據

由運行檢測數據可分析得出，污水處理廠出水效果良好，出水總磷穩定保持在0.5 mg·L-1以下，出水SS保持在10 mg·L-1以下，穩定達到一級A排放標準。

3 磁混凝運行中存在的問題

3.1 澄清池斜管積泥

盡管與傳統斜管沉淀池比較，磁混凝澄清池在運行過程中發生斜管堵塞的風險已降至最低，但仍然存在會有少量化學污泥和藻類物質存留在斜管區，普遍存在積泥，直接導致出水水質變差。對傳統清洗澄清池斜管積泥，普遍設置高壓沖洗泵，降低澄清池液位至斜管以下，用高壓水槍進行人工沖洗，工作量較大，費時，費力，不易實現自動化清洗。

3.2 污泥回流泵、剩余污泥泵葉輪被垃圾纏繞堵塞泵，影響回流及磁粉回收

磁混凝澄清池工藝前端普遍性存在格柵對毛發、塑料繩、細小漂浮物、澡類等物質截留有限，透過的垃圾經磁混凝澄清池混凝加藥反應、絮凝加藥反應后，與污泥進入污泥回流泵、剩余污泥泵系統后，纏繞堵塞泵葉輪，對磁混凝系統正常運行污泥回流造成影響。

3.3 自來水或中水水壓不穩定

大部分污水處理廠為節約用水成本，采用中水回用作水源供加藥系統配制PAM藥劑，部分污水處理廠采用自來水供配制藥劑，而中水或自來水供水系統在污水處理廠其他系統遇到用水量大時，如污泥脫水系統進行壓泥工序時，清洗濾布的情況下，啟動沖洗高壓泵大量用水，造成水壓不穩定，出現水量不足等情況。此時，配制磁混凝PAM藥劑供水量不足或壓力不穩定，配制PAM藥劑不及時，影響PAM絮凝劑的投加，直接造成系統澄清池沉淀效果變差，出水水質變差，如SS、總磷出水不達標。

4 磁混凝提標改造中改進措施

4.1 澄清池斜管積泥清洗措施

為了快速處理斜管積泥及堵塞，恢復系統運行，可采取定期對斜管進行反沖洗措施。提出曝氣式反沖洗裝置方案，設置ABS穿孔曝氣管于斜管以下，由鼓風機提供氣源，均勻穩定地向斜管裝置底部曝氣，氣泡在板間隙上升過程中與板激烈碰撞，接觸斜管表面的污泥或藻類，使斜管積泥和藻類上浮或滑落。磁混凝澄清池斜管裝置進行反沖洗，ABS穿孔曝氣管氣泡均勻，穩定，不會對斜管裝置產生較強的沖擊，確保斜管結構穩定。根據污水處理廠運行實際情況，設定斜管反沖洗清洗周期。

反沖洗步驟如下：沖洗第1組沉淀區斜管，此時沉淀池進水堰門關閉，空氣管路閥門打開，開啟鼓風機進行氣洗，時間15～30 min，沖洗結束后第1組沉淀池鼓風機關閉，空氣管路關閉，約沉淀1 h后開啟進水堰門，反沖洗程序結束；待第1組磁混凝系統恢復正常進水并正常出水后，進行第2組沉淀池的斜管反洗程序，進水堰門關閉，空氣管路閥門打開，鼓風機開啟，進入反沖洗程序，反洗過程與第1組相同。

4.2 污泥回流、剩余污泥泵堵塞措施

1）選用防堵塞污泥泵，內部刀盤跟隨主軸一起轉動，刀盤上的第一刀片對水流中的雜質進行切割粉碎，從而有效防止雜質纏住葉輪。

2）在污泥回流泵前端增加破碎裝置，運用高速剪切刀對回流的污泥中的雜物進行粉碎性破壞，保護后端污泥回流泵葉輪，保證回流泵的有效運行。

4.3 配置供水穩壓系統

磁混凝系統在設計時，應考慮系統內配置中水或自來水穩壓系統，配置穩壓泵、增壓泵，保證滿足系統藥劑配制及磁分離器的沖洗用水要求，從而保證磁混凝澄清系統的正常運行。

［1］龔正.磁混凝澄清池在污水除磷中應用[J].江西建材，2017（16）：76.

［2］區穎，黑國翔.磁混凝澄清工藝在污水廠提標中的應用[J].環境保護與循環經濟，2015，35（5）：31-32.

［3］霍槐槐.SediMagTM磁絮凝沉淀用于污水處理提標改造和深度除磷[J].中國給水排水，2017，33（8）：53-56.

［4］施園. 磁混凝澄清工藝在污水廠提標中的應用[J].水處理技術，2018，44（11）：136-137.

［5］周碧雯，張軍，李日標，等.磁加載絮凝工藝處理城市生活污水的試驗研究[J].當代化工，2018，47（10）：2085-2088.

Discussion on Application of Magnetic Coagulation Process in Wastewater Treatment Plants

（Guangdong Zhengcheng Environmental Technology Co., Ltd., Guangzhou Branch, Guangzhou Guangdong 510000, China）

Taking a sewage treatment plant in Shantou city as an example, the principle, application characteristics, process equipment configuration, design operation parameters and actual operation effect of magnetic coagulation process was introduced, the existing problems of magnetic coagulation process in upgrading and reconstruction were analyzed, and the improvement measures were put forward.

Upgrading and reconstruction; Magnetic coagulation; Sewage treatment plant; Magnetic separation

2020-12-18

馬樹堅（1985-），男，廣東省肇慶市人，環境工程師，研究方向：水環境治理工程技術。

TU992.3

A

1004-0935（2021）06-0799-04