污水處理節能新技術 超導磁分離技術
中國是一個缺水嚴重的國家，在水資源日趨緊張的同時，主要水系的水體又都遭到不同程度的污染，水污染防治工作日益得到國家的重視和支持，特別是節能降耗的污水處理新技術。超導磁分離技術就是其中之一。
磁分離技術最早應用于選礦和瓷土工業，1960 年前蘇聯首次用磁凝聚法處理鋼廠除塵廢水。但是永久磁鐵或電磁鐵的磁場強度有限，對于弱磁性顆粒處理效果不理想。近年來國內外研究人員嘗試采用超導磁分離技術分離磁性雜質，超導磁分離法與傳統的化學法、生物法以及普通電磁體磁分離相比，具有投資小、占地少、耗電量小等優點。占地方面，場強可達3~5 特斯拉的超導磁體，加上相應的制冷設備等，占地不超過20m2。能耗方面，由于超導材料無電阻，超導磁體幾乎不消耗電能， 僅維持低溫的制冷機耗電，一天耗電量不超過100kW·h。成本方面，3~5特斯拉的超導磁體大約150 萬元， 對于每天千噸級處理規模的設備，投資小于200 萬元。因此超導磁分離技術，對于污水處理來說，是一種極具潛在應用前景的技術。研究結果表明超導磁分離技術對于富含氧化鐵雜質的鋼廠廢水磁分離凈化的效果明顯， 然而該技術只能分離水中的磁性污染物，對于石油采出水、造紙、化工、制藥、食品等工業廢水以及城鎮生活污水，由于這些廢水中的有毒有害物質大多為有機物， 本身沒有磁性，用磁分離無法有效分離。
中國科學院理化技術研究所李來風研究員提出了等離子鍍膜改性磁種用于超導磁分離技術，可有效解決以上問題。首先設計一種外置線圈、由射頻電源供電的等離子體有機聚合裝置，通過該裝置對磁種顆粒材料進行表面等離子有機聚合改性，改性后的磁種形成各種所需的表面官能團，這些活性基團可與污水中非磁性有害物質絮團，再通過超導磁體的強磁場來實現分離廢水中污染物，實現工業污水的達標排放。李來風研究員及其研究小組對絮團機制進行了初步探討，認為磁種作為電解質削弱了污染物表面的雙電層，通過靜電吸附作用以及架橋、網捕作用使污染物形成絮團。經過調整磁種表面官能團種類，可使該技術適應于不同種類的污水處理。同時使用過的磁種還能通過脫附，重復使用。
在超導磁分離污水處理技術中，高效磁種的研制是關鍵。要達到良好的污水處理效果，要求磁種材料具有： ①盡可能高的體積磁化率，以得到較好的磁響應；②盡可能低的矯頑力，減輕無外磁場時的團聚；③適當的粒徑，粒徑小則表面積較大，活性較高，能較好地與污水中污染物結合， 但粒徑太小則會影響磁化率，同時使用時損耗也大，不利于回收和重復使用；④化學性質穩定，不易被腐蝕；⑤表面用適當方式改性，使得磁種能更好地與污染物結合，并且通過用不同方式的表面改性來實現處理不同類型的污水。
李來風研究員領導的研究小組成功地在Fe3O4顆粒外鍍有機功能薄膜， 膜厚控制在1～15nm，且分散性良好，采用此磁種進行造紙和石油采出水處理實驗， 污水COD 值和濁度較處理前有顯著降低。本期刊登了一組關于“污水污泥綜合利用中的新材料與新技術”專題文章，封面為超導磁分離技術的磁種子———Fe3O4覆膜納米顆粒表面的結構示意圖，由孫正濱提供，嚴佳君設計。
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