磁分离与生物耦合技术在污水处理中的成效观察

倪亭亭 刘庆玉

1.青岛海检节能环保有限公司；2.青岛理工大学 机械与汽车工程学院

1 前言

磁分离技术体现出分离速度较快、效率较高等多种优势，被广泛地运用至食品废水处理、含油废水处理中。传统的污水处理工艺中，污泥的沉降性能对于污水厂的基本运行情况能够产生一定的影响，特别是污泥膨胀现象，很多污水处理厂均会出现。该项技术的诞生能够合理地应对污泥膨胀现象，体现出十分理想的应用前景。水是一种不可再生资源，在社会循环影响下，很多杂质会融入其中，这就使得水资源承受着严重的影响，最终导致地球上有限的水资源日益减少。为了合理控制此类危害，应该采取科学化的方案，将磁力分离法适当的运用起来，保证水资源的安全。

2 磁分离技术及生物耦合技术的基本含义

近些年，磁分离技术成为一门新型的技术，生物耦合技术也在实际应用的过程中彰显出自身价值，二者的有效结合，将会更好的作用于水污染的治理工作中。应该明确磁分离技术的基本含义，同时了解生物耦合技术，在进行了有效的解读之后，为水污染工作的治理提供借鉴。

2.1 磁分离技术

磁分离技术指的是在磁场之中对具备一定磁性的物质或者加磁后的物质进行处理，主要是通过元素或者是磁性方面的不同，来分离或者去除受污染水体中的具有强、弱磁性或反磁性的污染物。磁分离技术起初主要是用于分离矿石以及高岭土这类固体物质中的磁性杂质，直至2000 年以后才被相关人员应用在了污水处理领域。与传统的水处理技术相比，磁分离技术是利用外加磁场直接处理污染物，从原水体系之中抽取污染物的效率更快，并且不会污染原水体系，不会产生生物反应和化学反应，具备分离速度较快、占地面积相对较小的优点。但同时也存在着一定的弊端，主要是不能直接分离磁性较弱或者不具备磁性的污染物，必须通过对磁场强度的提升以及磁种的添加来完成物质的加磁处理，这样才能实现污染物的分离与去除。

2.2 生物耦合技术

生物耦合技术主要指的是以生物接触氧化法为技术支撑，通过生态浮床的辅助来完成对有机废水的净化。生物接触氧化法属于生物膜法工艺的范畴，向污水中投加填料作为载体，附着在载体上的生物膜与污水相接触，并通过曝气的方式让污水处于一种流动状态，在生物膜上微生物的作用下使污水得到净化。通过增加污水和载体的接触面积，可以有效提升污水处理成效。

3 磁分离技术及生物耦合技术的原理

在污水治理中，应该明确不同技术的原理，科学使用相关的手段，保证达到理想化的净化水的效果，让污水处理更加到位，真正的满足现阶段水资源保护的具体需求。

3.1 磁分离技术原理

污水中的污染物种类较多，对于部分磁性较强的污染物而言，可以适当地运用高梯度磁分离技术，若是磁性较弱的污染物，可以适当地投加磁种，如铁粉和赤铁矿微粒等，联合混凝剂的作用，让磁种与污染物有效地结合起来，运用高梯度磁分离技术加以去除。磁分离技术对污水进行处理的时候，重点是通过外加磁场的方式，让磁力产生，将废水中的磁性悬浮颗粒吸出，由此完成和废水的分离，保证达到理想的净化效果。

3.2 生物耦合技术原理

生物耦合技术重点是借助于两个或者是以上不同部分的协同作用和不同因素的耦合作用，确保生物多种功能得以实现，充分体现出适应性。在污水处理工作中，生物耦合技术便是利用了这一基本的原理，让污水中的杂质得到有效的清除，确保水质量明显提升，得到有效的净化。

4 磁分离技术在污水处理中的成效

磁分离运用废水中杂质颗粒的磁性进行科学化分离，针对水中存在的弱磁性以及非磁性颗粒，通过磁性接种的方式让其具备磁性，使用外力磁场，让废水中磁性悬浮固体科学分离，以此达到相对理想的净化目的。将该项技术和沉降技术、过滤技术等加以对比，能够明确磁分离技术的处理能力较强、效率较高和能量消耗少等多种优势，其被广泛地运用至污水处理中，如炼钢烟尘净化废水和烧结废水净化等，展现出理想的发展前途。下面对其成效详细解读。

4.1 磁分离对絮凝团的强化去除作用

为研究磁分离对絮凝团的强化去除作用，本文开展了实验研究。实验设置3 个实验组，每组将200mL 的污水添加至烧杯中，其中两个实验组投加磁种，另外1个实验组作为对照不投加磁种，在絮凝团完成反应后将其分别倒入烧杯中进行沉降。3个实验组的具体实验条件如下：第1组不加磁种，且无外加磁场；第2 组投加磁种但无外加磁场；第3 组投加磁种同时施加外加磁场。统计絮凝团的实际沉降时间，观察沉降情况，并计算每组絮凝团的沉降速度，沉降情况如表1所示。

表1 絮凝团沉降情况

由实验结果可得知，将磁种添加至絮凝过程中，所生成的磁性絮凝团由于受到了自身重力以及外加磁场力的影响，沉降速度最快，达到传统沉降速度的8.2 倍。磁种是磁性絮凝团的核心，能增大磁性絮凝团的密度，使固液分离操作更易完成，且处理周期较短。

4.2 pH值对污水浊度、COD以及TP去除的影响

为了研究pH值对污水浊度、COD以及TP去除的影响，本文设计并开展了实验研究。实验设置5个实验组，每组将200mL污水置入烧杯，按顺序分别调整污水 pH 值为 5.0、6.0、7.0、8.0 和9.0，然后各投加60mg 磁种、3mL 聚合氯化铝（PAC）以及8mL 聚丙烯酰胺（PAM）。使用搅拌机先进行高速搅拌5min，平均搅拌速度为300r∕min，再低速搅拌10min，平均搅拌速度为100r∕min。然后在外加磁场的作用下沉降20min，最后取上清液分别测定浊度、COD以及TP，进而分析pH值对磁分离技术处理污水效果的影响。

结果显示，pH值主要影响浊度以及COD，对TP去除率无直接影响。当pH 值低于7.0±0.3，pH 值越高，浊度去除率越高；当pH值为7.0±0.3，浊度去除效果最佳；当pH值大于7.0±0.3，pH值越高，浊度去除率越低。相似的，当pH 值低于7.0±0.3，pH 值越高，COD去除率越高；当pH值为7.0±0.3，COD去除效果最佳，可达到57.90±0.2%；当pH 值大于7.0±0.3，pH 值越高，COD 去除率越低。当pH 值低于7.0±0.3，TP 去除率随着pH 值的增大而增大；当pH值为7.0±0.3，TP去除效果最佳，可高达90.15±0.4%；当pH值大于7.0±0.3，TP去除率随着pH值的继续增大而降低。

引起以上实验结果的原因是PAC 中的水解产物Al3+自身带有高正电荷，并属于多核羟桥络离子，聚合度较低，且在酸性条件下可以对水中的负电胶体产生中和作用，能促进絮凝作用，但这一过程中所产生的絮凝体的凝聚性较弱，导致其吸附性较弱，絮凝效果无法达到既定标准。而在碱性条件下，由于偏铝酸根的存在增加了污水中的铝量，降低絮凝作用，且水中形成胶体的概率迅速上升，严重影响絮凝效果，使得去除率大幅下降。因此，通过上述实验能够确定，7.0±0.3的pH 值是磁分离技术处理污水的最佳pH值，需要相关技术人员引起高度的重视。

5 生物耦合技术在污水处理中的成效

生物耦合技术主要是在污水处理池中构建相应的生态浮床，以此来对污水中的恶臭物质以及污染物质进行处理。生态浮床主要是将填料作为固定介质，并将挺水植物种植其中，由于其根系较为发达，在与填料纵横交织之下让生物膜有着更大的附着面积，同时植物根系会催生出多种多样的生物群体，可有效提升污水的净化效果。

研究发现，应用生物耦合技术可产生较为显著的成效，主要有以下几个方面。

一是能够有效提升硝化以及反硝化的效果。通过将生物耦合技术与普通污水处理技术进行对比后能够得知，其在氨氮方面的去除率超过了99%，在总氮方面的去除率超过了90%，这无疑会让硝化及反硝化效果大幅上升。

二是能够有效增强生物降解性能。在利用生物耦合技术所构建的立体生态体系之中，存在着诸如蠕虫、单细胞纤毛虫、节肢动物这类生命周期较长的生物，让体系保持较长的食物链，进而完成对多种类型有机物的分解，有效增强了生物降解性能，有利于降低污水处理后的COD浓度。

三是能够实现对环境的净化。通过生物耦合技术所种植得挺水植物，能够形成一个完善的除臭系统，有效净化污水处理中所产生的恶臭气体以及二氧化碳，不但能够实现对周围生态环境的保护，减少对周边居民正常生活的不利影响，还能够从某种程度上完成碳减排。

四是所构建的系统运转较为稳定且高效。在使用生物耦合技术之后，构建了一个植物、动物、微生物集聚的生态系统，其中的植物根系是动物、微生物的良好生长栖息环境，整个生态系统有着较高的稳定性与活力，在生物有机体自我合成和吸收太阳能的作用下，能够实现最大化的污染物降解效果。

6 结语

综上所述，磁分离技术以及生物耦合技术具有良好的污水处理效果，前者的污染物分离速度较快，占地面积较小，但污水处理的范围并不广泛，无法直接处理部分磁性较弱以及非磁性污染物，且成本造价较高。而生物耦合技术不仅能完成对污染物的分离，还能够起到净化环境的作用，但污水处理所需时间较长。相关技术人员要根据所处理污水的实际情况来选择合适的处理技术，以此来有效提升污水处理成效。