磁分离技术在水处理中的研究与应用进展

磁分离技术具有分离速率快、效率高、无二次污染、占地少、投资低、操作方便等优点,在水处理领域得到了越来越多的研究和应用,特别是随着超导高梯度磁分离技术以及磁分离器设计的进一步发展,其在水处理领域极具潜能.因此,本文通过文献调研,分析和总结了目前主要磁分离技术(例如,磁场直接应用、磁絮凝-磁分离、磁吸附-磁分离、磁催化-磁分离及磁分离耦合技术)在水处理领域的研究进展,介绍了近年来磁分离技术在国内水处理行业中的研究与实际工程应用推广现状,分析了磁分离技术应用于水处理领域的优势和当前应用中存在的限制,并对其未来发展方向进行了展望.虽然磁分离技术目前已经成为水处理领域一项广泛应用的分离技术,但在机理研究、特异性磁种制备、磁体技术与磁分离器设计、磁分离工艺优化及实际的工程应用推广上仍存在一定的滞后,需要进一步的开展研究工作.     

驻极体磁纤维捕集荷电Fe基细颗粒数值模拟

为了进一步实现超低排放,针对钢铁冶金以及铸造行业生产过程中产生的Fe基细颗粒,提出驻极体磁纤维提高对微细颗粒捕集的方法.本文基于计算流体力学-离散相模型（CFD-DPM）分别研究了纤维荷电量、颗粒预荷电电场强度、纤维磁感应强度以及颗粒磁化率对驻极体磁纤维捕集性能的影响.结果表明：在驻极体磁纤维周围颗粒所受到的磁场力相对于库仑力受距离影响更加明显,磁场力只在纤维附近极短距离内作用明显.捕集效率与纤维荷电量以及预荷电电场强度呈线性关系,对于0.5 μm颗粒,捕集效率随纤维荷电量以及预荷电电场强度的增长速率低于2.5 μm的颗粒.当颗粒粒径为0.5~1.0 μm时,增大驻极体磁纤维的磁感应强度以及提高颗粒磁化率对于捕集效率的提高作用较小.当颗粒粒径为1.5~2.5 μm时,增大驻极体磁纤维的磁感应强度以及提高颗粒磁化率能够明显提高纤维的捕集效率.     

关于水处理磁分离技术应用与研究

针对关于水处理磁分离技术应用与研究问题,在磁分离技术的特点中,主要介绍了磁分离技术的高效作用、磁分离技术具有高的节能作用和磁分离技术具有较少的占地面积,探讨了磁分离技术在水处理中的工艺应用,主要探讨了磁场直接分离技术的应用、磁絮凝分离技术的应用和磁种催化分离技术的应用,并提出了水处理磁分离技术应用范围,处理富含磁性污染物污水的应用,处理非磁性或弱磁性污染物污水的应用,为解决环境污染,保证中国的青山绿水做出了探讨。     

高梯度磁分离技术用于给水净化

高梯度磁分离水处理技术(简称HGMS)是七十年代以来在水处理领域中发展起来的一项新进展。据文献报道,它有着卓越的性能,具有适用范围广,设备简单,结构紧凑,占地节省,高滤速,低能耗等优点。七八年以来,常州市自来水公司曾与化工部第三设计院、哈尔滨建工学院、常州市防疫站等单位围绕高梯度磁分离技术净化水的可能性进行了探讨,兹概述如下: 一、高梯度磁分离技术的基本原理高梯度磁分离器是使用新型的激磁线围和磁回路造成高强磁场。利用不锈钢毛或钢纤维网组成空间网点作为过滤介质来提高磁场梯度,因而对颗粒杂质有很强的磁力作用。一般介质充填空隙率在95％左右,因此过滤的水流所受到的机械阻力很小,可以达到极高的过滤速度。同时,又由于纤维网点具有对水中磁性杂质有很强的吸引力,所以即使在高速过滤的状态下,仍然可以保证有极高的截留能力,达到很高的净     

紊流状态下高梯度磁净化除尘效率研究

根据粉尘颗粒层表面过滤的"尘滤尘"现象,分析了高梯度磁净化除尘过程,建立了轴向饱和堆集模型,推导出紊流状态下粉尘的分级除尘效率计算式,在一定程度上反映了影响除尘效率的一些因素,对其进行试验研究具有一定的理论指导意义.     

综合管廊电缆火灾细水雾灭火效果数值模拟

城市综合管廊具有狭长的结构和封闭的环境等特点,一旦发生火灾,将会造成非常严重的后果。为研究细水雾喷头间距、110 kV电缆横向间距、220 kV电缆横向间距、电缆桥架间距对综合管廊电缆火灾细水雾灭火效果的影响,从综合管廊消防设计的角度出发,采用火灾动力学模拟软件Fire Dynamics Simulator(FDS 6.7.1),模拟分析了不同工况下喷头启动时间、灭火时间和着火电缆长度的变化规律。结果表明:喷头的启动时间随着喷头间距的增加而减小,随着110 kV电缆横向间距、220 kV电缆横向间距和电缆桥架间距的增加而增大;喷头启动时间越长的布置方案其所需的灭火时间越长;着火电缆长度随着喷头间距、110 kV电缆横向间距、220 kV电缆横向间距和电缆桥架间距的增加均呈现减小的趋势。     

偏转角影响磁纤维捕集Fe基细颗粒的数值模拟

为了研究磁性纤维对钢铁行业细颗粒物的控制效果,基于计算流体力学-离散相模型（CFD-DPM）对高梯度磁场中含尘气流方向与背景磁场方向夹角（偏转角）分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°时磁性单纤维捕集Fe基细颗粒进行数值模拟.分别研究高梯度磁场作用下颗粒粒径、入口风速、磁场强度对颗粒运动轨迹和捕集效率的影响.结果表明：高梯度磁场中偏转角影响磁性纤维捕集区域的位置,当角度为0°时,在纤维正对含尘气流方向区域形成颗粒捕集区,背风侧形成较大空腔;当角度为90°时,在沿气流方向纤维两侧形成面积相等的捕集区域.偏转角对小颗粒捕集效率的影响较小,当角度为0°时,对于0.5μm的颗粒捕集效率为4.1%,当角度为90°时捕集效率为3.9%.随着粒径的增大,捕集效率的增长速率先减小后增大,对于不同粒径的颗粒,当角度为0°时捕集效率最高.当风速在0.02~0.04m/s范围时,随着角度从0°增加到90°,捕集效率先降低,在45°附近达到最小值,然后升高.磁场强度的增加有利于提高捕集效率,但不同角度时的增长速率有所不同.当偏转角为0°和60°时,背景磁场强度为0.1~0.3T范围时增长速率明显大于0.3~0.9T范围内,而当偏转角为30°和90°时,背景磁场强度为0.1~0.5T范围时增长速率高于0.5~0.9T时的增长速率.     

脉冲变频电磁场对水中藻类的抑制及去除效能

研究了脉冲变频电磁场对水华鱼腥藻的抑制及去除效果.结果显示,磁场对循环水样表现出很好的杀藻效果,水样在磁场中累积停留时间为6min时,杀藻率可以达到94%,累积停留时间为10min时,杀藻率可以达到96%.处理后的水样,藻细胞密度在120h内没有增加,生长受到抑制,经磁场处理的循环水样"磁记忆"时间可以达到120h.对于静置于磁场中的水样,处理1h后,藻的生长开始受到抑制.不同的处理方式会产生不同的效果,对于脉冲变频磁场,水以运动的形式通过磁场更有利于杀藻.     

磁法节能新技术

磁法节能是指用稀土永磁对汽油。柴油、原油、水电、液化气和煤气等进行处理达到节能的新方法。磁法节能的作用原理是:磁场对物质的分子、原子、粒子起着好的影响,从而使物质的相变热、相变温度、结晶状态,粘滞力、内聚力、附着力、界面张力发生变化。对燃油而言:在磁场作用下,油分子间的范德华引力减小,单个分子与氧能充分接触和燃烧;对燃气而言:磁场加速燃气分子的扩散、排斥、摩擦、分离,最后形成微细的粒子,扩大与空气的接触面积,使燃烧更充分,从而节省能源;对水而言:     

高梯度磁场中磁性可吸入颗粒物脱除试验研究

在高梯度磁场中,分别对钡铁氧体、Fe3O4和γ-Fe2O3等3种磁性可吸入颗粒物进行了脱除实验研究.通过改变外加磁场磁通密度、格栅排数、气溶胶流量、磁性可吸入颗粒物的种类,研究其脱除效率的变化规律.确定影响磁性可吸入颗粒物脱除效率的因素.结果表明:外加磁场的磁通密度越大,颗粒物的脱除效率越高,但有一定限度;格栅排数增加后,颗粒物的脱除效率得到提高;随着流量的增加,颗粒物的脱除效率有所下降;磁性颗粒的磁化率越大.颗粒脱除效率越高.     

磁种凝聚-磁分离技术处理含Ni~(2+)电镀废水的研究

应用磁种凝聚 磁分离技术处理Ni2 + 电镀废水。首先进行了磁种凝聚的试验 ,研究了pH、磁种、聚丙烯酰胺对Ni(OH) 2 沉淀物与磁种凝聚成“磁性矾花”过程的影响。其次进行了从废水中脱除磁性矾花的磁分离试验 ,考查了磁分离器的磁场强度对磁分离过程的影响。试验结果表明 ,经这种方法处理后 ,废水中Ni2 + 的去除率达到 99%以上 ,出水中Ni2 + 浓度为 0 4 2mg L ,而且Ni2 + 可以回收 ,磁种经酸泡后可以循环再用     

高梯度磁场提升单纤维捕集PM2.5性能的机理

以钢铁厂和有色金属行业排放的PM_2.5为研究对象,基于离散相模型DPM（Discrete Phase Model）,并加入UDF自定义编程,研究高梯度磁场下不同入口风速、颗粒粒径、外磁场强度、磁性纤维磁感应强度以及磁化率对捕集效率的影响,并结合颗粒运动轨迹和受力情况对其进行分析.结果表明：当0.5μm≤d_p≤2.5μm,v=0.1m/s时,利用高梯度磁场（H=0.1T,B=0.06T）可以使单纤维捕集PM_2.5的效率提高为原来的4.23倍,得出磁性纤维周围存在2个引力区和2个斥力区.同时,在高梯度磁场中磁性纤维对PM_2.5的捕集效率随入口风速呈先减小后趋于平稳的规律;而捕集效率随粉尘粒径呈先增大后减小的规律.当d_p=1.0μm时的捕集效率提升最大,无论是外磁场强度还是磁性纤维磁感应强度,磁性纤维对颗粒的捕集效率与场强都呈一次函数关系,效率增长率K_B>K_H;随着颗粒磁化率的增加,磁性纤维对颗粒的捕集呈现两段线性增长规律,前后两段效率增长率K₁>K₂.当颗粒经过高梯度磁场区域时,入口风速、粉尘粒径、场强对运动轨迹影响较大,而磁化率对运动轨迹影响较小.     

油田采出液乳化程度的影响因素试验研究

通过模拟油田采出液,考察了油水比、聚合物、表面活性剂及天然固体颗粒物对油田采出液乳化程度的影响。试验表明:随着油水比下降,模拟水样含油量降低,油珠Zeta电位升高,平均粒径变大,水样乳化稳定性减弱;HPAM会吸附于油珠表面从而增强其负电性,降低油珠间的有效碰撞,使油珠的平均粒径较小,导致油水分离较困难;表面活性剂会直接降低水样的表面张力,增强油水亲和性,导致水样含油量增大,同时增强了油珠的负电性,不利于油珠的集结聚并;天然固体颗粒物本身有一定的电负性,降低了油珠的Zeta电位,增加油珠的静电排斥,妨碍油珠的聚并,同时使水样的含油量升高,最终导致乳状液稳定。     

袋式除尘器清灰后除尘空间浓度场分析

通过动量守恒方程建立袋式除尘器滤袋清灰后滤袋周围浓度场的数学模型,并应用该模型分别对粗细粉尘,通过改变气流上升速度、袋间距,来计算除尘空间浓度场随时间的变化。结果表明:较细的颗粒物基本悬浮在袋口下0.5～2.5 m(滤袋长度8.3%～41.7%)的除尘空间中,而较粗的颗粒物沉积到滤袋的中下部被过滤;袋间距越小,其过滤浓度越大,相应的过滤速度也比较大;随着上升速度的增大,粒子悬浮的空间离袋口越近,其平均浓度也相应的越低(重新被过滤的颗粒物也越多)。     

Numerical simulation of the sedimentation of cylindrical pollutant particles in fluid

The sedimentation of cylindrical pollutant particles which fall through a fluid is investigated. Differing from previous research work,particle oscillation and effect of particle on the fluid are considered, and the torque exerted on a particle when viscous fluid flow around a particle is got through experiment and included in the numerical simulation. The computational results showed that the sedimentation velocities of particle increase slowly with the increase of particle aspect ratio 9. For disk-like particle, when the motion direction of particle is parallel to axis of particle, particle falls more slowly than the case of perpendicular to axis of particle; while for rod-like particle, it is inverse. For sedimentation of a crowd of high-frequency oscillating cylindrical particles with arbitrary initial orientation, both vertical velocity and horizontal velocity oscillate dramatically, the degree of oscillation of the former is stronger than the later. A crowd of particles fall more quickly than an isolated particle. Particles tend to strongly align in the direction of gravity. The computational results agreed well with the experimental ones and helpful for controlling of pollutant particles.     

基于原位热脱附技术修复污染土壤的加热井数值优化

原位热脱附技术(ISTD)作为一种物理修复土壤技术,具有污染土壤原位处置、二次污染少、工艺原理简单、高效灵活等优点。针对实际修复土壤过程中不合理的排布方式和对保温措施的忽略造成的脱除率低、能源浪费等问题,利用COMSOL Multiphysics软件模拟污染土壤1000 h的加热过程,在模型验证的基础上探讨了不同排布方式、不同加热井间距和保温措施对土壤升温过程的影响。结果表明：在处理200℃以上沸点的污染物时,选用1.5 m间距下的三角形排布方式能够达到最优的修复效果,并且耗能相对较低。土壤表面施加保温措施,不仅可以防止污染气体泄漏,还可以有效提高加热土壤过程的热效率,采用2.0 m间距下的三角形排布方式施加保温措施后,热效率可相对提高11.667%。     

沸石生物基材料促进污泥消化工艺研究

将活化沸石在厌氧状态下进行生物膜挂膜,制成沸石生物基材料并将其运用于城市剩余污泥消化中,研究沸石生物材料促进污泥厌氧消化的效果。结果表明:沸石生物基材料对污泥总固体量和挥发性固体都有较好的去除效果,去除率分别在50.4%～62.8%和56.8%～81.4%,其中粒径为200目的风干沸石生物基材料对污泥总固体减重率高达62.8%;对污泥上清液中氨氮和COD的去除效果明显且稳定,沸石生物基材料在风干状态下对污泥消化的促进效果更佳。     

钢渣中磁性矿物的赋存特性对分选效果的影响研究

对新余钢铁公司0～10 mm的细粒钢渣干式磁选分离所得到的产品进行扫描电镜检测、分析,找出了影响细粒钢渣干式磁选指标难以得到提高的原因,用于指导生产实践。研究结果表明:钢渣在干式磁选过程中,包裹有微细粒的金属铁或与金属铁连生的浮氏体以及具有一定磁性的铁酸盐容易进入磁性分离物中,这些物质自身铁品位较低,从而造成了磁性分离物中铁品位的降低。     

磁性生物质炭制备方法及其对水体Pb2+吸附特性的影响

为了获得兼具磁分离和优良吸附性能的环境友好型吸附材料,以杉木（FW）为原材料制备生物质炭（FWBC）,分别用沉淀法、浸渍法制得磁性生物质炭FWFe（2）、FWFe（3）。通过元素分析、磁性分析、SEM-EDS、XRD、FTIR等手段表征生物质炭吸附前后特性。研究了FWFe（2）、FWFe（3）对水中Pb2+的吸附特性,探讨了2种磁化方法吸附Pb2+的机理。结果表明:磁化后的生物质炭含有Fe₃O₄颗粒。FWFe（2）和FWFe（3）的饱和磁化强度分别为35.59,27.76 emu/g,具有良好的磁分离能力。FWFe（2）、FWFe（3）吸附Pb2+的过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型。FWFe（2）的吸附性能明显优于FWFe（3）和FWBC,平衡吸附量达到817.64 mg/g,是FWBC的12倍。采用沉淀法磁化的生物质炭可有效提高对水体Pb2+的吸附。吸附机理主要包括离子交换和金属（氢）碳酸盐共沉淀、物理吸附、与表面官能团的络合反应。研究结果有利于推进农林废弃生物质的资源化利用及磁性生物质炭在环境中的实际应用。