高梯度磁分离技术在重金属废水处理中的应用和前景

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1、高梯度磁分离技术在重金属废水处理中的应用及前景李路远1,2、陈扬2*、刘俐媛2、贾保军2、冯钦忠2、阿热依古丽2、吴晓霞1,2（1.华北电力大学,环境科学与工程学院，河北，保定071000；2.中国科学院高能物理研究所，多学科中心，北京100049；）摘要：随着磁分离技术的发展，磁分离已从传统选矿应用扩展到废气、废渣、废水处理等环保领域。高梯度磁分离技术（HGMS）作为一种新型的水处理技术，目前已在分离废水中的磁性物质及COD5等有机污染物方面已得到广泛应用，超导高梯度磁分离技术在分离重金属离子等微粒径无磁性污染物方面的

2、研究也成为热点，具有污染物去除效率高、节能环保和设备简单等优势。本文介绍了此技术的基本原理，综述了国内外学者应用该技术处理重金属废水的研究现状，并做出了展望。关键词：高梯度磁分离；重金属；水处理；超导；接磁种序言中国水资源公报显示，2010年中国污水排放总量达617.3亿m3。工业废水排放量379.8m3，占2/3，水体污染对社会经济发展的制衡作用愈加严重。作为世界公认的严重工业污染源之一，废水中所含的重金属对环境和人体健康危害大、持续时间长。重金属废水的传统处理方法有：化学沉淀、离子交换、吸附、膜分离、氧化还原、电解及

3、萃取等方法，但这些方法往往受水温、pH值、水质等变化影响大，对某些可溶物质去除率低，而且存在二次污染。超导高梯度磁分离技术以独特分离原理和诸多优点成为最有发展前途的新型污水处理技术之一。随着技术理论和设备不断发展，其应用领域日益增加，成功地应用于工业废水、生活污水、污染河水及湖水，在处理废水中的弱磁及无磁性污染物方面具有独特的优势，本文就超导HGMS技术的发展及在重金属废水处理中的应用进行简单综述。1高梯度磁分离技术的发展历程磁分离技术最早应用在选矿领域。1792年英国首次发明了用来精选铁矿的磁分离技术专利，1845年美

4、国发明了工业磁选机，到了2O世纪20年代，各种类型的磁选机相继问世，磁分离技术在选矿领域得到不断的发展完善。但此时的磁分离技术只能分离磁性很强的大颗粒粒子，而对大量的顺磁性和磁性更弱的细小颗粒的分离显得无能为力，磁分离技术的应用受到很大的限制。20世纪7O年代初，在美国发展起来了高梯度磁分离技术(HGMS)，它利用不同磁性颗粒与磁场中的过滤器内的填料介质(一般为铁磁性金属纤维)之间相互作用——即磁场力的作用大小不同，使铁磁性的纤维在磁场中形成一个磁场强度分布不均匀的高梯度磁场区域，区域内磁性粒子被磁力所作用，从而使磁性颗

5、粒与非磁性颗粒分离，HGMS能大规模、快速地分离磁性微粒。所以，HGMS的应用范围已超越了传统的磁力选矿，进入了废气、废渣处理以及给水处理、废水处理等环境保护领域。但由于磁场的限制，一般水流速度较低，处理废水量较小，一些无磁性和弱磁性的污染物很难分离。经过一系列的探索之后，超导HGMS技术应运而生，超导HGMS技术是由常规强磁技术发展而来，利用超导线圈代替常规铜线圈，可获得1OT以上的高梯度磁场，超导的引入、磁场梯度的升高使其应用范围大大扩展，不仅可处理强磁污染物，而且对弱磁甚至无磁性的污染物也能吸附分离。超导HGMS技

6、术的发展使磁分离应用于重金属废水的处理成为可能，且超导运行零电阻，耗电量极低，占地少，操作简便，是节能减排形势下最具发展潜力的新型技术，具有环境友好和节能降耗的优点，所以其在重金属废水处理领域会有良好的发展前景和工业化应用的潜力。2磁分离技术在重金属废水处理中的应用现状目前，磁分离技术在重金属废水处理中的报道还有限，国内外学者的相关研究随磁分离技术的发展历经永磁分离、高梯度磁分离和超导高梯度磁分离三个阶段。2.1永磁体装置处理重金属废水实例永磁体是自然界中广泛存在并且容易得到的天然磁铁矿，又称天然磁石，也可以由人工制造。

7、永磁体来源广泛，造价低廉，常态下即具有磁性，但磁场强度和方向不可变，应用范围有限。傅贤书[1]等提出了化学沉淀一铁氧体法与天然磁黄铁矿处理法联合处理重金属废水新工艺。通过向废水中投加铁盐，通过控制工艺条件，使废水中的重金属离子在铁氧体的包裹、夹带作用下进入铁氧体的晶格中形成复合铁氧体，然后再采用固液分离的手段，一次脱除多种重金属离子。在最佳实验条件下，该技术对废水中的重金属离子去除率可达90%以上。但此方法对pH值、温度、反应时间等条件要求苛刻，无法单独回收有用的金属，且消耗大量的苛性钠，处理成本过高。赵谨[2]等利用重

8、金属离子可在水合金属氧化物和氢氧化物矿物表面产生吸附作用的原理，进行了天然磁铁矿处理含Hg2+废水的实验研究。结果表明：当温度为25。C、吸附平衡时间为60分钟、试样用量为20g/L、试样粒径为200目以下、pH值为6.4、离子强度为零时，Hg2+初始浓度为1.12mg/L的溶液的吸附率可达98％,使废水中Hg2+的