一种新型磁分离技术装备及其在高蛋白废水中的应用试验

陈 钱，袁 军，张富青

(武汉工程大学，湖北 武汉 430205)

近年来，随着全国人民生活水品的不断提高，人们对各种海鱼制品的需求与日俱增，进而延伸出了大大小小的水产工厂，各种琳琅满目的鱼产品也不断地被推上市场。然而在鱼产品的制作过程中往往会产生大量的工业废水，一般的企业通常会直接忽视这些废水的价值，简单处理后就排放了。此类废水中富含大量鱼蛋白资源、氨基酸，并有丰富的生长因子、胶体、不溶性的悬浮物等，还存在一定量的核苷酸[1]，这些都是可用的宝贵资源。这些资源由于回收困难，即被大量浪费了，高蛋白废水的随意排放不仅浪费资源还会对生态环境产生一定的破坏，因此充分回收和利用此类资源迫在眉睫。

1 高蛋白废水成因及危害

鱼类的血液、内脏及骨头中均存在大量的蛋白质，鱼制品生产废水的来源主要包括鱼类屠宰清洗水、蒸煮废水、生产车间和设备清洗水、地面清洗水、原料处理用水等。这些未处理废水含有原料浸出物、产品溢流液，并混有原料残渣等，所以此类废水中蛋白质含量可高达5～30mg/mL[2]，COD值亦可达10000-20000mg/L，其直接的排入河流会使自然界的水体发生富营养化，水草疯长，水生动物大量死亡，危害环境。因此我们不仅要回收此类废水中的蛋白资源，更需把它处理到对环境伤害尽量最低的标准。

2 现阶段高蛋白废水处置方法

目前对高蛋白废水所采用的是混凝絮凝+气浮分离的混合工艺。该工艺的环保处理方式是新建废水终极回收储池(储池下端安装有大型搅拌装置)，该储池最大容量5000吨。生产车间产生的高蛋白废水经过几级简单的过滤后储存在规范的储池中。当储池水量达到一定时，开启搅拌装置，待水流均匀湍动时，废水经提升泵打入混凝药剂桶，并在不断地曝气状态下，药剂与废水充分混合，混合均匀后再经另一级的提升泵打入气浮分离塔进行鱼糜和废水的分离。鱼糜转入其它加工车间，分离废水则进入深一步的处理或者直接排送污水处理厂。具体工艺流程见图1。

图1 气浮工艺流程

3 磁分离技术

磁分离技术是利用元素或组分敏感性的差异，借助外磁场将物质进行磁场处理，从而达到强化分离过程的一种新兴技术[3]。

3.1 传统磁分离技术

磁分离工艺常与化学混凝工艺结合使用，传统磁分离技术是在常规混凝的基础上，向水中投加磁性物质，使水中胶体悬浮颗粒、磁粉和混凝剂充分接触碰撞结合形成"磁性絮团"，利用磁粉颗粒密度大的特性使磁性絮团快速沉降从而达到去除污染物的目的。该技术具有处理效率高、占地面积小，出水水质安全可靠等优势。

3.2 新型磁分离技术

本次试验所采用的的是某环境公司自行设计并生产的新型稀土磁盘分离净化装置，如图2所示。

图2 磁分离装置

该装置的大致配备单元如下：混凝水槽、药剂槽、磁粉搅拌槽、撞击流反应器、稀土磁盘主机、分散机，退磁机(磁鼓分离器)等。其对应的详细工艺流程如图3所示。

图3 磁分离工艺流程

将PAAS、经撞击流反应器充分混合的高蛋白废水、磁粉与PFSI分别按一定流速同时泵入以一定速度在搅拌的混凝水槽，药剂与废水在短时间内产生物理化学反应并产生絮体，混合废水流经磁盘分离机后即得出水和磁絮体，出水进一步后处理或外排，磁性絮体经过分散机处理，不具磁性的絮体流经磁转鼓时，从底部流出即得可加工鱼糜，分散后的磁粉被磁转鼓吸附后，进一步经过退磁机处理，获得可重复利用磁粉并螺旋推入磁粉槽回用。

该装置的主要技术特点：①磁盘分离机；②撞击流反应器；③该公司专利技术特殊处理磁种。

磁盘吸附分离原理：磁盘吸附分离设备是由稀土永磁材料做成的磁盘串装而成，磁盘间为流水通道，通过对磁盘上磁极的布置，使磁盘间形成强磁场。当水流流经磁盘间的流道时，水中所含的磁性悬浮颗粒，受到磁场的吸引力Fm的作用，同时也受到重力Fg和水流阻力Fc的作用，当Fm大于(Fg + Fc) 在磁力方向上的分量时，颗粒向磁源方向移动，从流体中分离出来，吸附到磁盘上。磁盘以 1.2～2.0r/min的转速运转，让悬浮物脱去大部分水分，运转到刮渣条时，形成隔磁卸渣带，由刮渣轮刮入螺旋输送机，被输送至磁粉回收系统。刮渣后的磁盘重新转入水中，形成周而复始的稀土磁盘分离净化废水过程[4]，分离原理如图4所示。

图4 磁盘吸附分离原理

撞击流原理：撞击流最早的构思是由Elperin[5]提出的，使两股等量气体充分加速固体颗粒后形成的气-固两相流同轴高速相向流动并在两加速管的中间即撞击面上相互撞击，形成一个高速湍流、颗粒浓度最高的撞击区，如图5所示。

图5 撞击流结构及原理

撞击流这种传递方式的优点在于:①相间传递可以通过颗粒与反向气流间的相对速度大幅度增加；②颗粒在相向气流间往复渗透延长了它们在传递活性区中的停留时间，使得强化传递的条件在一定程度上得以延续。而在气-液体系撞击流中，高的相间相对速度和颗粒碰撞促进液相表面更新，减小液膜阻力，从而增大总传质系数。对于液-液连续相向撞击，加上颗粒的往复振荡运动，导致撞击区强烈混合，造成温度和组成均化。这有利于提高平均推动力，促进传递过程[6]。

该装置引入撞击流的目的是为了增强废水与PFSI/磁粉混合药剂的分散程度，以便于强化后续的混凝分离过程。

4 试验

4.1 原材料

以该工厂污水处理车间终极储池废水为原料，分别采用该新型磁分离装置、混凝气浮装置进行处理，并对处理前后水样的色度、COD、蛋白质含量、总P、总N、氨氮量进行测定，然后对比分析。

4.2 化学药剂

混凝剂：质量分数25%聚合硅酸铁(PFSI)溶液。

磁粉：自制的专利技术改性的掺钡铁氧体磁粉，质量分数为10%的溶液。絮凝剂：质量分数为0.1%的阴离子型聚丙烯酸钠(食品级PAAS)溶液。碱液：质量分数为10%的氢氧化钠溶液。

4.3 结果与讨论

表1 数据汇总

表1(续)

由表1可知，该新型磁分离法对蛋白废水的色度、COD、蛋白含量、总P、总N的去除效果均较原始气浮分离法高达一倍，分为80%、63%、90%、87%、78%。尤其蛋白的去除率高达90%，这不仅有利于蛋白的回收利用，更便于后期的水处理进程。

5 结语

现场试验证明该新型磁分离技术对水产行业高蛋白废水的处理效果很理想，明显优于气浮沉降工艺。同时该技术的应用装置还具有占地面积小、处理效率高的明显优势，后期该设备的维护亦较为方便。从环保和经济长远效益的角度考虑，该新型磁分离技术逐渐取代传统混凝絮凝+气浮沉降工艺是可行的。