磁净化技术在PCB园区废水治理的试验

袁 宝

（广东新大禹环境科技股份有限公司，广东 广州 5106600）

徐少华

（广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，广东 广州 510650）

（佛山能磁环境科技有限公司，广东 广州 510650）

0 前言

化学沉淀是目前印制电路板（PCB）园区废水治理的主流工艺之一，是去除水中重金属、总磷等污染物的关键方法，也是生物法等工艺的主要预处理工艺[1]。PCB园区废水往往混有其他工业废水，随着排放标准的提高，普遍需要采用多级化学沉淀和深度除磷处理，以达到排放要求。

传统化学沉淀法由于表面负荷低、沉降速度慢，所以占地面积大，且沉降效果易受到水质波动影响。随着PCB园区发展，企业数量不断增加，部分园区污水处理厂常年满负荷运行仍不能满足需求，新建或改扩建污水处理设施则受制于场地缺乏[2]。因此，提高化学沉淀法的沉淀效率，缩小占地面积或提高原有沉淀池的处理能力，稳定处理效果，是现实的迫切需求。

磁净化技术是近年来涌现的新兴技术，在黑臭水体治理、污水厂提标改造等领域广泛应用，其突出优点是处理效率高、占地面积小、出水水质稳定[3]。本文结合广东省某PCB园区废水处理工艺流程，将磁净化技术应用于原水一级沉淀和总磷深度处理工艺段，研制工业废水专用一体化磁净化装备，进行连续中试试验，为PCB园区废水治理提标扩容提供参考。

1 项目背景

广东省某工业园内唯一指定以PCB企业排放废水为主的集中污水处理厂，一期设计处理量12 000吨/天。近年来随着排放标准的不断提升和园区处理水量的不断增加，企业不断增加新工艺和新设施，用地紧张问题凸显。该污水处理厂以处理PCB废水为主，包括原水调节池、一级化学沉淀系统、二级化学沉淀系统、生化处理系统和MBR（膜生物反应器）膜系统等。

2 磁净化技术及中试装备

2.1 磁净化技术

磁净化技术是化学絮凝、磁加载循环和高效沉淀相结合的一种先进高效固液分离技术。该技术是向污水中投加适量微米级磁种，在水中形成无数微细粒的“磁心”，在混凝剂和絮凝剂的作用下，“磁心”和水中悬浮态污染物形成磁性絮团，磁性絮团具备高密度和高磁性两大特点，在沉淀池中高效沉降于底部，上清液稳定达标外排。沉降池底部一部分磁性絮团直接回流至反应箱，另一部分磁性絮团则进入磁种循环回用系统，磁种被回收并重复投加至反应箱内，剩余污泥则外排至污泥处置系统。磁净化技术具有表面负荷高、占地面积小、出水效果好、波动适应性强、运行成本低等优点。

2.2 工业废水专用一体化磁净化装备

为了应对工业废水高悬浮物、高石灰、强腐蚀性等性质，开发的工业废水专用一体化磁净化装备如图1所示。该装备由反应系统、高效沉淀池、磁加载循环系统、反冲洗系统、加药系统和电控箱组成，具备较好的防腐功能和强化磁种回收功能，设计处理能力800 m3/d，外形尺寸为：3.8 m×2.5 m×4.2 m，占地面积约9.5 m2，斜管有效面积为1.56 m2，设备电耗清单如表1。

表1 一体化磁净化设备功耗表

图1 800 m3/d工业废水专用一体化磁净化装备

3 试验方案

3.1 试验内容

根据水厂处理工艺流程，结合磁净化技术特点，在原水一级沉淀段、深度除磷段使用一体化磁净化装备进行中试试验，研究PCB园区废水原水一级磁净化沉淀和芬顿+磁净化深度除磷的效果，考察磁种回收率、沉淀表面负荷、运行成本、电耗、一体化设备稳定性。

3.2 试验过程

3.2.1 原水一级磁净化沉淀试验

原水一级磁净化沉淀试验如图2所示。原水进入调节池，投加石灰/重金属捕收剂调节pH值至中性后由水泵泵入反应池内，依次投加磁种和絮凝剂PAM（聚丙烯酰胺絮凝剂），搅拌充分后，反应池中形成磁性絮团；反应池出水进入高效沉淀池中固液分离，上清液外排至下一级处理系统，底部污泥一部分回流至反应池，另一部分进入磁种回收系统，回收的磁种投加至反应池，剩余污泥外排至污泥浓缩池。连续中试试验时间为15天。

图2 原水一级磁净化沉淀试验

原水投加石灰/重金属捕收剂后，悬浮物含量高，通过实验优化调整磁种补加量和PAM用量，得到较优的药剂用量为：磁种补加量26 mg/L，非离子PAM投加量为5.6 mg/L。

3.2.2 芬顿+磁净化深度除磷试验

完成原水一级磁净化沉淀试验后，对现场管道进行改造，将芬顿反应出水泵入一体化磁净化装备进行处理。芬顿出水悬浮物含量相对低，通过实验优化调整磁种补加量和PAM用量，得到较优的药剂用量为：磁种补加量9.3 mg/L，非离子PAM投加量为3.7 mg/L。连续稳定试验时间为15天。

3.3 试验结果

3.3.1 原水一级磁净化沉淀试验结果

图3是原水一级磁净化沉淀进出水悬浮物浓度及去除率，可以看出原水投加石灰/重金属捕收剂后悬浮物浓度在470 mg/L～1280 mg/L之间，平均进水悬浮物浓度为873.6mg/L；出水悬浮物浓度稳定在30 mg/L以内，平均出水悬浮物浓度为11.07 mg/L；去除率最低95.8%，最高可达99.6%，平均去除率为98.73%。

图3 原水一级磁净化沉淀进出水悬浮物浓度及去除率

图4是原水一级磁净化沉淀出水效果，可以看出原水悬浮物浓度高，因水中铜离子含量高，呈深绿色；出水清澈透明，肉眼可见悬浮物低。一体化磁净化设备对波动性较大、高悬浮物浓度、高石灰水浓度的原水处理具有良好的效果。

图4 原水一级磁净化沉淀出水效果

原水一级磁净化沉淀进水稳定为31 m3/h，最高进水为36 m3/h，斜管有效面积1.56 m2，则表面负荷稳定为19.87 m3/(m2·h)，最高可达到23.08 m3/(m2·h)。

为了得到准确的磁种回收率，对每处理1000 m3水的进水悬浮物浓度、磁种池浓度、磁种有效浓度、磁种损失量进行取样分析，得到结果如表2所示，每5000 m3水的实际磁种使用量如表3所示。从表2和表3中可以看出：测试得到的磁种损失量为0.026 g/L，磁种回收率为99.56%；磁种的实际损失量为0.023 g/L，二者误差为11.5%，实际磁种损失量略小于测试值。磁种的市场单价约2元/kg，故原水一级磁净化沉淀磁种成本为0.046元/吨水。

表2 原水一级磁净化沉淀磁种回收率取样分析结果表

表3 原水一级磁净化沉淀磁种实际使用量表

原水一级磁净化的絮凝剂成本为0.067元/吨水，电耗为0.129元/吨水，磁种成本为0.046元/吨水，一体化磁净化装置全自动化运行，人员工作主要为药剂配置、检查维护及取样分析，本文对人工费不做详细分析。原水一级磁净化沉淀的运行成本如表4所示，除开人工费用的运行成本为0.242元/吨水。

表4 原水一级磁净化沉淀运行成本

3.3.2 芬顿+磁净化试验结果

图5是芬顿+磁净化进出水悬浮物浓度及去除率，可以看出芬顿出水的悬浮物浓度相对较低，在122～406 mg/L之间，平均进水悬浮物浓度为246.3 mg/L；出水悬浮物浓度稳定在10 mg/L以内，平均出水悬浮物浓度为5.9 mg/L；去除率最低96.1%，最高可达98.3%，平均去除率为97.59%。芬顿+磁净化出水效果，可以看出进水呈灰黑色，出水清澈透明，未见“漂泥”现象，肉眼几乎见不到悬浮物。一体化磁净化设备对波动性较大、悬浮物浓度较高、微细粒漂浮物含量高的芬顿出水处理具有良好的效果。

图5 芬顿+磁净化进出水悬浮物浓度及去除率

芬顿+磁净化进水稳定为31 m3/h，斜管有效面积1.56 m2，表面负荷稳定为19.87 m3/(m2·h)，由于受到现场水量等因素影响，未进一步提升进水水量，根据经验判断，该一体化磁净化设备可处理更高水量，即表面负荷可进一步提高。

为了得到准确的磁种回收率，对每处理1000 m3水的进水悬浮物浓度、磁种池浓度、磁种有效浓度、磁种损失量进行取样分析，得到结果如表5所示，每5000 m3水的实际磁种使用量如表6所示。从表5和表6可以看出：测试得到的磁种损失量为0.011 g/L，磁种回收率为99.82%；磁种的实际损失量为0.0093 g/L，二者误差为15.5%，实际磁种损失量略小于测试值。磁种的市场单价约2元/kg，故芬顿+磁净化磁种成本为0.019元/吨水。

表5 芬顿+磁净化磁种回收率取样分析结果表

表6 芬顿+磁净化磁种实际使用量表

芬顿+磁净化的絮凝剂成本为0.045元/吨水，电耗为0.129元/吨水，磁种成本为0.019元/吨水，一体化磁净化装备全自动运行，人员工作主要为药剂配置、检查维护及取样分析，本文对人工费不做详细分析。芬顿+磁净化的运行成本如表7所示，除开人工成本运行成本为0.193元/吨水。

表7 芬顿+磁净化运行成本表

3.3.3 工业废水一体化磁净化装备运行情况

面对PCB园区废水水质波动性大、悬浮物浓度高、易结垢等复杂特性，工业废水专用一体化磁净化设备连续稳定运行30天以上，总体运行平稳可靠，主要设备未出现机械故障和电器故障，进出水水质、磁种回收率等达到预期效果。

4 结论

（1）磁净化技术对PCB园区废水原水进行连续处理：沉降表面负荷可达到23.08 m3/(m2·h)，进水悬浮物浓度1280 mg/L以内，出水悬浮物浓度稳定在30 mg/L以内；磁种回收率为99.56%，磁种运行成本为0.046元/吨水；综合运行成本为0.242元/吨。

（2）磁净化技术对PCB园区废水芬顿出水进行连续处理：沉降表面负荷可达到19.87 m3/(m2·h)，进水悬浮物浓度406 mg/L以内，出水悬浮物浓度稳定在10 mg/L以内；磁种回收率为99.82%，磁种运行成本为0.019元/吨水；综合运行成本为0.193元/吨。

（3）试用的工业废水专用一体化磁净化装备，最高可处理PCB园区废水原水864吨/天、芬顿出水744吨/天（实际可更高），占地面积相较传统沉淀法显著降低。中试阶段设备运行平稳可靠，展现出较好的性能。本次试验仅为中试试验，时间相对较短，在后期连续工业应用中进一步考察设备的处理效果和可靠性。

（4）对于现有PCB园区污水处理企业，磁净化技术可原位提升污水处理能力和处理指标；对于新建PCB园区污水处理企业，磁净化技术可显著降低占地面积并稳定出水指标。本次试验仅为中试试验，时间相对较短，建议在后期连续工业应用中进一步考察设备的处理效果和可靠性。