超磁分离技术在河道治理中的应用

肖永锋 邱建贺 易旭超 许锦程 王春莲

佛山市玉凰生态环境科技有限公司 广东佛山

摘要：河道是流域水系的重要载体，对我国社会经济发展要素发挥着不可或缺的作用，但国内河道污染问题触目惊心，严重影响居民的生活质量甚至身体健康。为了解决河道污染严重的问题，将较为先进的外部循环处理技术——超磁分离技术应用在河道治理中。实践发现，超磁分离技术利用磁粉、絮凝剂与助凝剂等药剂，可以有效降低河道水体的悬浮物含量以及总磷含量，设备出水成为了河道稳定的清洁水源补给，有效的改善应用河道的生态环境。

关键词：超磁分离；河道治理；技术应用

Application of Super magnetic Separation Technology in River Treatment

Abstract: River is an important carrier of river basin system, and plays an indispensable role in China's social and economic development factors. However, the domestic river pollution is alarming, which seriously affects residents' quality of life and even health. In order to solve the serious problem of river pollution, the advanced external circulation treatment technology, super magnetic separation technology, is applied in river treatment. Practice found that using magnetic powder, flocculant, coagulant aid and other agents, super magnetic separation technology can effectively reduce the suspended matter content and total phosphorus content of river water, equipment effluent has become a stable clean water supply of river, effectively improve the ecological environment of the application river.

Key words: giant magnetic separation; River management; Technology application

引言

【背景】城市河道本应是一道靓丽的城市风景线，以及是城市生态系统的重要组成之一。但是，城市河道受到工业时代下人类活动的影响，逐渐从以往的清可见底变得浑浊甚至黑臭，河流原有自然生态系统惨遭破坏，城市景观受到严重的损害，甚至于威胁到河道附近居民的生活安全和卫生健康^[1]。

【需求】在生态环境保护中，河道治理是非常重要的一环，为此，我国自十五"计划实施以来，水利主管部门也提出了生态水利的新思路。所谓生态河道治理即在保证河道安全的前提下，采用多种生态工程措施，恢复河道生态服务功能，维持生物多样性和生态系统动态平衡^[2]。但目前国内的河道治理工作中仍存在较多问题，如河流护岸类型单一、治理模式混乱、治理设计不合理等。

【任务】为更好的消除城市河道黑臭问题，打好污染防治攻坚战，本文提出应用较为先进与高效的超磁分离技术到河道治理的过程中，利用超磁分离技术实现河道污染的整治，从而去除河道富余的营养物质，以期恢复河道原有样貌。

1.国内河道治理现状

我国早已开展生态河道治理工程，为验证治理效果，国家水利部对全国700多条河流进行了水资源质量评估，评估河流总长约100,000公里。结果表明，约46.5%的河段水质受到严重污染而不能用于灌溉的（相当于IV级和V类），劣V类的河流占10.6%^[3]。其中，城市河道的治理状况不容乐观，14个大中型城市中63.8％的河段被严重污染，四级水质差于五级。辽河流域、海河流域和淮河流域的城市地表水水质特别差。根据全国七大水系国家环境公报的数据，辽河和海河受到严重污染，淮河非常贫瘠，黄河不容乐观，松花江贫困，珍珠江河和长江总体上都不错^[4]。

通过评估结果可知，国内河道治理情况不容乐观。据调查发现，河道治理中主要存在以下两个问题

^[5]：

（1）河道治理方案设计不合理

许多河道治理方案设计时忽视了对河道原有生态的保护，滥用结构单一的硬质护岸，切断了河道与外界的物质生态交流，破坏了河道原有的生态系统，不利于河道内动植物以及微生物的生长与繁衍，导致河道生态功能和景观功能被弱化。

（2）河道治理缺乏整体规划

国内许多河道的治理工作开展缺乏系统的规划，造成治理计划混乱、治理目标和任务不明确、治理效果不明显等问题，现有的治理规划难以有效指导河流的治理和保护，使得河道治理工作事倍功半，治理工程亟需正确合理的规划才能保证河流整治工程顺利进行且保质保量。

2.超磁分离技术

2.1.技术原理

通过赋予非磁性水污染物磁性，通过磁盘吸附和打捞进行固液分离，实现快速净水。超磁分离净水技术成套设备由加药系统、混凝系统、超磁分离系统和磁粉加药回收部分四部分组成。污水进入设备后，会与化学物质混合，发生化学反应，形成可沉淀物质。为了快速将这些物质从污水中分离出来，在污水中加入磁性物质，磁性物质可以附着在悬浮物上，被磁盘打捞吸附，从而净化污水。打捞上来的含有磁性物种和沉积物的混合材料通过特殊设备进行分离，因此磁性物种可以重复使用^[6]。

2.2.工艺流程

待处理水体经过预处理后，进入混凝反应器，与一定浓度磁性物质均匀混合，在混凝剂和助凝剂作用下，磁性物质与非磁性悬浮物结合，形成微磁絮团；经过混凝反应后，出水流入超磁分离设备，在高磁场强度下，形成的磁性微絮团由磁盘打捞出水，实现微磁絮团与水体的分离，出水直接排放或回用；由磁盘分离出来的微磁絮团经磁回收系统实现磁性物质和非磁性污泥的分离，分离所得磁性物质回收再利用（回收率>99%），污泥进入污泥处理系统。待处理水体从流入混凝反应器至超磁分离设备净化处理总的停留时间大约为3min左右^[7]。

图1 超磁分离设备工艺流程图

3.应用案例

3.1.治理河道概况

岭南和园，位于广东顺德北滘，全园占地面积41749平方米，总建筑面积13689平方米，园内水域面积约8000 m²。岭南和园，是一座新造园林，对于岭南园林而言，水是必不可少的元素。和园也不例外，整个园区被人工湖纵向一分为二，中间由多座拱桥连通。西北角堆土成山，东南角相对平缓，成负阴抱阳之势。

但由于和园内人工湖没有活源补水的措施，水体长时间处于封闭状态下，导致水质富营养化，颜色呈深绿色，水体浑浊，已影响到园林整体的观赏性。因此，和园人工湖亟需设立活源补水措施，且对外来水源进行净化，保证人工湖整体水质可达到清澈见底的标准。

3.2.设备组成

为解决项目治理河段水质问题，应用超磁分离净水系统，超磁分离黑臭水体净化系统由抽水泵、进水管、混凝反应器、助凝剂投药箱、混凝剂投药桶、磁分离设备、磁回收设备和污泥处理设备等8部分所组成，其设备平面图见下图2。其设计进出水指标见下表1。

图2 超磁分离净水设备平面图

3.3.设计进出水水质

为了有效改善治理河道的水生态环境以及抑制蓝绿藻的生长，选用规模为5000m3/d的超磁分离净水设备，设计出水执行GB3838-2002的地表IV类水标准，设计水质见下表1。

表1 设备进出水设计指标

注：1.污染物去除率根据实际进出水水质核算，不作为单一考核指标。

2.进水水质超过设计水质情况下，出水水质对比进水水质有明显改观即达到设计要求。

3.4.治理效果

设备投入运行后经3天的调试，出水水质稳定，保持每3天监测一次水质，持续监测12次，共计36天。监测结果表明：超磁分离设备可明显降低水体的化学需氧量以及总磷含量。

3.4.1.化学需氧量降低效果明显

由图3可知，在设备投入运行治理前，河道的化学需氧量三次检测结果均大于55 mg/L，其中最大值为第2次检测结果，值为68.42 mg/L，已严重超过地表V类水化学需氧量的标准（≤40 mg/L）。而在投入设备开始运行后，化学需氧量降低至39.33 mg/L，与投入前最后一次检测结果的58.72 mg/L相比下降了33%，随后持续监测的11次结果表明，化学需氧量的变化总体呈下降趋势，最低值为第15次检测，值为8.33 mg/L，与最高值相比下降了87.8%。设备出水的化学需氧量指标不仅达到了化学需氧量设计指标≥50%的去除率，还达到了地表Ⅱ类水标准（≤15 mg/L）。

图3 化学需氧量数据变化图

注：1-3为治理前数据；4-15为治理后数据

3.4.2.总磷含量降低效果显著

水质监测的总磷含量变化见下图4，从图中可知，应用超磁分离设备前水中总磷含量均大于0.7 mg/L，其中最大值为第1次检测结果，值为0.894 mg/L，已远超于地表V类水总磷含量的标准（≤0.4 mg/L）。在运行超磁分离设备后，水体中总磷含量总体呈下降的趋势，最低值为第15次检测结果，值为0.05 mg/L，与最高值相比降低了94.4%。设备出水的总磷含量不仅达到了了化学需氧量设计指标≧80%的去除率，还达到了地表Ⅱ类水标准（≤0.1 mg/L）。

图4 总磷含量数据变化图

注：1-3为治理前数据；4-15为治理后数据

4.结语

超磁分离技术具备处理效率高、占地面积小、施工周期短、运行维护简单等优点^[8]，在河道治理过程中应用超磁分离技术，可以有效降低河道水体中的化学需氧量以及总磷含量，实践结果表明，化学需氧量的去除率可达到87.8%，总磷含量的去除率高达94.4%。但也存在出水可生化性差、某些水质指标（如氨氮、总氮、溶解性有机物等）去除能力有限等不足。

参考文献

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[2]于鹏. 河道生态治理模式及评价方法探讨[J]. 地下水, 2019, 41(06): 234-235 +263.

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[4]李尚勇. 水污染是中华民族心腹大患[J]. 民主与科学, 2015(4):6.

[5]符才杰. 水环境保护及治理措施研究[J]. 皮革制作与环保科技, 2022, 3(02): 85-87.

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[7]张勤, 王哲晓, 李灿. 超磁分离水体净化技术在黑臭水体治理中的应用案例[J]. 环境工程学报, 2021, 15(09):3128-3135.

[8]邱明全, 黄光华, 肖波. 超磁分离技术处理某金矿尾矿库废水的试验研究[C]//.中国环境科学学会2021年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分会场论文集（三）, 2021:51-53.