工業(yè)廢水處理超導磁分離工藝

超導磁分離法與傳統的化學(xué)法、生物法以及普通電磁體磁分離不同，不僅具有投資小、占地少、處理周期短、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，還可達到普通電磁體3倍以上的磁場(chǎng)強度，從而提高磁分離能力，是未來(lái)極具潛在應用價(jià)值的技術(shù)。

一項超導磁體應用技術(shù)研究表明，采用超導高梯度磁分離技術(shù)可用于造紙、化工、醫藥工業(yè)廢水的凈化分離。與傳統的超導磁分離技術(shù)只能分離礦物、煤、高嶺土中磁性雜質(zhì)不同，該技術(shù)通過(guò)預先加入改性的磁種子顆粒材料，從而分離工業(yè)廢水中無(wú)磁性的有機、無(wú)機污染物，實(shí)現工業(yè)污水的達標排放。

該技術(shù)是由此中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李來(lái)風(fēng)研究員領(lǐng)導的研究小組通過(guò)與東北大學(xué)和沈陽(yáng)水務(wù)集團有限公司水業(yè)技術(shù)研發(fā)中心合作共同完成，研究報告刊登于《科技導報》雜志2009年第3期，題為“超導磁分離及在造紙廠(chǎng)污水凈化中的應用研究”，此研究得到國家科技部“十一五”863計劃和中科院海外杰出學(xué)者基金資助。（據新華網(wǎng)）

工業(yè)廢水如不達標排放，危害頗多。然而，目前使用的化學(xué)法和生物化學(xué)法存在投資大、運行成本高、反應時(shí)間長(cháng)、占地面積大、效率低、能耗高等諸多問(wèn)題。對于小型排污企業(yè)廢水處理，這些問(wèn)題則愈加突出，廠(chǎng)家若因建立污水處理設施投資過(guò)高，大多可能采取直排或偷排，給環(huán)境造成了更大危害。因此，開(kāi)展新型、高效、低成本工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究顯得重要而迫切。

———技術(shù)解析———

鐵磁顆粒與污染物絮接

工業(yè)廢水中一般皆為有機、無(wú)機污染物，由于這些污染物本身沒(méi)有磁性，靠磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁吸引力無(wú)法分離。研究人員設計并研制出制冷機直接冷卻的超導磁體，磁場(chǎng)可達3.92T。利用該超導磁體對造紙廠(chǎng)廢水進(jìn)行了磁分離處理。

實(shí)驗采用預先在廢水中加入經(jīng)過(guò)表面等離子有機聚合改性的鐵磁性顆粒并與污水中非磁性有害物質(zhì)絮接，通過(guò)強磁場(chǎng)實(shí)現水中污染物的分離。實(shí)驗結果表明，經(jīng)磁分離處理的廢水其COD值由起始的1780mg/L降到147mg/L，凈化效果良好。

———技術(shù)背景———

磁分離的發(fā)展

磁分離是一種通過(guò)磁體提供的磁場(chǎng)吸力來(lái)實(shí)現物質(zhì)分離的技術(shù)，屬于物理分離法，是上世紀70年代初在美國發(fā)展起來(lái)的一種磁分離技術(shù)，應用該法可快速地分離混合物中的磁性雜質(zhì)。但是，由于以往用于磁分離的磁體大多為普通電磁體或永久磁體，所提供的磁場(chǎng)在1特斯拉(T)左右，磁分離效果不是很明顯。

磁體的磁場(chǎng)強度是影響磁分離效率的重要參數，隨著(zhù)超導技術(shù)的發(fā)展，采用超導材料繞制的超導磁體可獲得高磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強度很容易達到3T甚至更高，而且能在較大的空間范圍內提供強磁場(chǎng)及高梯度磁場(chǎng)，用于磁分離可顯著(zhù)提高處理量。

超導磁分離的應用

采用超導磁體分離礦石、煤、高嶺土等固體物質(zhì)中磁性雜質(zhì)已得到廣泛應用，比如開(kāi)采出的煤中，不可避免的存在鐵屑、雷管等磁性雜質(zhì)，應用超導磁分離技術(shù)可以很好地除掉這些雜質(zhì)。

超導磁體分離技術(shù)，在廢水分離凈化中尚少采用。近年采用超導磁分離技術(shù)分離凈化鋼廠(chǎng)、鋁廠(chǎng)等廢水中磁性金屬雜質(zhì)顆粒，分離效果明顯，但還局限在分離廢水中磁性金屬污染物。

對于廢水中的有機、無(wú)機污染物，由于這些污染物本身沒(méi)有磁性，靠磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁吸引力無(wú)法分離；若采用預先添加磁性顆粒，則普通電磁體因磁場(chǎng)強度太低，只有1T左右，分離效果不明顯，因而在污水處理領(lǐng)域一直未得到應用。

■專(zhuān)家解讀

解讀人：李來(lái)風(fēng)（中科院理化所研究員、博導）

關(guān)鍵點(diǎn)：穿脫“西服”的“磁種子”

李來(lái)風(fēng)：工業(yè)廢水主要來(lái)自化工廠(chǎng)、制藥廠(chǎng)、造紙廠(chǎng)、紡織廠(chǎng)、發(fā)酵工業(yè)、醫院、重金屬工業(yè)等，其中以醫藥、化工和造紙行業(yè)的廢水排放量最大。污水里的污染物無(wú)外乎無(wú)機、有機酸堿鹽離子，或者高分子有機物。值得注意的是，這些污染物本身并沒(méi)有磁性，磁鐵是無(wú)法吸出無(wú)磁性的東西。

這個(gè)時(shí)候就需要用到“磁種子”，就是帶有磁性的鐵磁顆粒。讓污染物吸附在“磁種子”上，然后被磁鐵吸出，就達到了凈化廢水的效果。最簡(jiǎn)單的“磁種子”，就是四氧化三鐵。

然而，“磁種子”進(jìn)到污水里去，怎樣去吸附有機的東西？吸不住怎么辦？

日本人想到了一個(gè)辦法———加入絮凝劑。絮凝的污染物與“磁種子”包裹在一塊，通過(guò)磁場(chǎng)帶出�？墒切跄齽┍旧砭褪墙j(luò )合物，還是會(huì )造成二次污染。

我們想到，在“磁種子”表面上聚合一層有機物，形成各種表面官能團，這些活性基團與污染物鏈接，然后再把“西服”（即吸附，由于李來(lái)風(fēng)多少帶些口音，筆者乍聽(tīng)成了“西服”）脫掉，這樣“磁種子”還可以繼續使用。這一靈感來(lái)自于醫學(xué)上使用的靶向藥物，通過(guò)磁場(chǎng)導向，將帶有藥物的磁性顆粒引導人體指定部位然后釋放，好比定向炸彈。

通過(guò)研究廢水成分，多數工業(yè)廢水中的污染物就是這些，經(jīng)過(guò)調整“磁種子”表面官能團種類(lèi)，可適用于多種廢水處理。

多數離子性污染物有極性，可以吸附在各種官能團上，可某些重金屬污染物卻不能被吸附，對此，我們想到給“磁種子”穿上一層纖維素的外衣，這些纖維素便可以吸附重金屬，同樣，這樣的“磁種子”脫了“西服”也可以重復使用。

突破點(diǎn)：成本與體積的節省

李來(lái)風(fēng)：傳統的工業(yè)廢水處理方法主要有化學(xué)法和生物化學(xué)法，這些方法的問(wèn)題在于投資大、運行成本高、反應時(shí)間長(cháng)、占地面積大、能耗高等。

超導磁分離處理廢水設備的體積非常小，比如場(chǎng)強可達三至五特斯拉的磁體，加上相應的制冷設備加起來(lái)占地不過(guò)20平方米。

能耗方面，當電流達到100—200安培時(shí)，其電壓很低，只有1—2伏，所以總功率相當于一兩百瓦。超導磁體需要低溫維持，制冷設備的壓縮機功率在八九千瓦，而溫度到了就不再需要額定功率運行。據估算一天耗電量小于一百攝氏度，

成本方面，超導磁體是個(gè)很成熟的技術(shù)，3到5特斯拉的超導磁體，大約需要150多萬(wàn)，孔徑在10厘米左右，一天處理一千多噸廢水，問(wèn)題不大。設備都是一次性投資，磁種子材料也沒(méi)有多貴。也就是說(shuō)每天千噸級的處理規模投資小于200萬(wàn)元。

將超導磁分離技術(shù)應用在廢水處理，這個(gè)技術(shù)在國內算是一種新技術(shù)。與傳統的化學(xué)、生物處理法相比，單位面積小，反應時(shí)間短，處理周期短。占地僅為傳統污水處理的1％，整個(gè)系統緊湊，可以靈活運輸，特別適合中小型企業(yè)的污水處理。來(lái)源：中國環(huán)保聯(lián)盟