《景观水体超磁分离处理系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《景观水体超磁分离处理系统设计（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2010 年全国给水排水技术信息网年会论文集 景观水体超磁分离处理系统设计 李志颖 张统 董春宏 （总装备部工程设计研究总院，北京 100028） 摘 要 超磁分离技术具有处理效果好、停留时间短、运行费用低、占地面积小等优点；在景观水体 水质改善中具有极大的技术优势。文中提出了超磁分离处理景观水体的设计依据，介绍了超磁分离工艺流 程，详细分析了超磁分离处理景观水体的技术要求，提供了系统各个单元的设计参数，并提出了系统运行 的控制要求，最后探讨了在磁分离净化景观水体中需要继续深入研究的问题。 关键词 景观水体 磁分离 磁回收 1 概述 超磁分离技术作为新兴水处理技术，近年来在 国内外开始发展并广
2、泛开展研究。该技术是借助外 加高梯度磁场以磁力将水中形成的磁性絮团分离出 水体的物化处理技术。近年来，广大学者在钢铁废 水、屠宰废水、采油废水、纸浆厂废水、食品废水、 景观水体等水体处理方面进行了一定的研究，结果 表明，超磁分离技术处理高悬浮物、高浊度废水有 其独特的优势，并取得了良好的处理效果，与沉淀、 过滤等常规方法相比，具有效率高、运行费用低、 占地面积小、排污率低等优点。然而，除了钢铁行 业，上述多数研究都处于试验阶段，真正将成套设 备应用于实际工程中的，在其他水处理行业十分少 见。其原因一方面是受原材料价格的影响，单一磁 分离设备价格高于传统工艺设备，且磁分离在水处 理行业属于新技术
3、，推广需要一定时间；另一方面 磁分离成套设备属于非标专利产品，具备该设备生 产能力的只有少数几家，而设备生产厂家的研发是 从设备本身出发，缺乏系统的水处理知识背景，对 行业和废水特点缺乏足够的了解，不具备系统集成 的能力，需要专业设计人员根据水体特点选择详细 设备参数并对附属构筑物进行设计计算，而磁分离 技术目前缺乏设计规范指导，设计人员只能由自身 专业背景根据经验进行设计计算，因而目前为止仍 没有得到广泛的工程应用。 景观水体水质改善是当前研究的热点和难点， 目前主要有两种方式，一种是以生态措施为主的原 位生态修复技术；另一种是以物化或人工湿地为主 的体外循环净化技术。 原位生态修复指采用曝
4、气充氧、 种植水生植物、 生态衬底和护岸、人工填料等置于水体内的技术措 施，增强水体的自净能力，逐步降低水体中的污染 物浓度，提升水质，其目标主要是去除水体中的营养性污染物，控制水体的污染物浓度在较低水平。 生态措施使污染物在水体中发生转化和转移，并没 有最终从系统中去除，需要通过人工收割植物、清 淤等措施将污染物从水环境中排出。 体外循环净化多采用人工湿地、超磁分离、混 凝过滤或加药气浮工艺，将水体从景观水体的一端 取出，经过处理后，从多点补入水体的相对端，保 持水体流动，在设计的停留时间内完成全部水体净 化，其目标主要是去除水体中的悬浮物、藻类、磷 酸盐等，兼顾水体清理和水质净化的功能，如
5、图 1 所示。 大型景观水体在无法得到足够清洁水源补充的 情况下，基本的生态措施对水体水质的改善作用十 分有限，循环净化必不可少。以下我们探讨超磁分 离净化技术作为景观水体循环净化措施的设计。 2 设计依据 天然景观水体之所以有相对较好的水质，清洁 的补充水源是关键， “问渠哪得清如许，唯有源头活 水来” ， “流水不腐，户枢不蠹” ，山涧小溪经常性清 澈透明，皆因清洁水源不断的补充和置换。随着水 价上涨及相应节水规范的出台，采用自来水补充景 观水体的运行成本逐年提高，而且也逐渐被禁止， 运营者大多采用再生水或净化后的雨水补充水体损 失，再生水作为景观环境用水不同于天然景观水体 （GB3838
6、-2002地表水环境质量标准中的类 水域） ， 随着时间的推移， 水体将逐步被再生水替代； 而天然景观水体只接受少量的污水，其污染物本底 值很低，水体的稀释自净能力较强。一般情况下， 水体的自然损失很少，补水水量相对水体容量来说 量很小，不能起到对水体的置换作用，也无法对水 质改善起到实质性作用，仅能维持水体水量平衡。 因此，要想维持景观水体的良好效果，水体自身循 2702010 年全国给水排水技术信息网年会论文集 N 、 COD、P藻类、水生植物、底泥景观水体物化措施人工清理死亡生态措施污泥排出系统生物体排出系统N 、 COD、P藻类、水生植物、底泥景观水体物化措施人工清理死亡生态措施污泥排
7、出系统生物体排出系统图 1 景观水体改善示意图 环净化显得尤为重要，即用源源不断的清洁水体进 行置换。 景观水体环境条件差异大，土壤状况、气候条 件、降雨量、补水水质等条件各不相同，目前没有 专门的设计规范，如何确定景观水体循环水量无规 范遵循。根据城市污水再生利用 景观环境用水水 质标准 （GB/T18921-2002）的相关规定，结合在实 际工程设计和运行中的经验，当使用再生水作为景 观水系补水或景观水体全部采用再生水时应遵循以 下依据。 （1） 再生水水源宜优先选用优质杂排水或生活 污水； （2）当完全使用再生水时，景观河道类水体的 水力停留时间宜在 5 天以内； （3）完全使用再生水景
8、观湖泊类水体，在水温 超过 25时，其水体静止停留时间不宜超过 3 天； 而在水温不超过 25时，则可适当延长水体静止停 留时间，冬季可延长水体静止停留时间至一个月左 右； （4）当加设表曝类装置增强水体扰动时，可酌 情延长河道类水体水力停留时间和湖泊类水体静止 停留时间； （5）流动方式宜采用低进高出； （6）应充分注意水体底泥淤积情况，进行季节 性或定期清淤。 在景观水体中， COD、N、P 等污染物和藻类 的转化在水体中是不可避免的， 城市污水再生利用 景观环境用水水质标准 （GB/T18921-2002） 作为再 生水利用的推荐规范，以考虑美学价值及人的感官 接受能力为主，在控制措施上
9、以增强水体的自净能 力为主导思想，强调的是采用置换的方式保持景观 水体功能。循环净化从节水的角度出发，以循环净 化出水替代置换水体， 关键水质指标优于水体本身，而且有效推动水体流动， 水力停留时间可适当延长。 3 主要设计参数 3.1 设计进水水质 地表水环境质量标准（GB3838-2002）对作为 景观功能水体的水质做出了相关规定，主要指标准 中的类和类水体。 表 1 地表水环境质量标准类、 类水体部分基本项目标准限值（单位：mg/L） 序号项目 类 类 1 pH 值（无量纲） 69 2 溶解氧 3 2 3 高锰酸盐指数 10 15 4 化学需氧量（COD） 30 40 5 生化需氧量（BO
10、D5） 6 10 6 氨氮（NH3-N） 1.5 2.0 7 总磷 （以P计） 0.3（湖、库 0.1） 0.4 （湖、库 0.2）8 总氮 （湖、 库， 以 N 计） 1.5 2.0 注：类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 景观水体相对于地表类水体，由于污染物的 积累及藻类的繁殖，具有高藻浓度、高悬浮物、高 COD 等特点。表 2 列出了北京某花园别墅景观水体 和青年湖公园水体水质，目前某花园别墅水体全部 采用市政中水，青年湖公园采用自来水补充，生态 措施比较完善，都没有循环净化措施。 3.2 处理要求 藻类的生长是影响水体
11、景观效果的主要因素， 2712010 年全国给水排水技术信息网年会论文集 表 2 北京部分景观水体水质 编号 项目 pH COD /mg/L TN /mg/L TP /mg/L藻浓度 /104/ML SS /mg/L 色度 /度 监测时间 1 青年湖公园 9.33 75 1.18 0.13 12.5 / / 7.28 2 某花园别墅 7.5 58 4.26 0.20 / 50 50 9.14 注： “/”表示未监测。 图 2 北京某花园别墅景观水体 图 3 北京青年湖公园景观水体 景观水体中藻类的生长是一个多因素综合作用 的过程，其影响因子主要可分为营养因子、生态因 子和地形因子，包括光照、水
12、温、溶解氧、pH 值及 氮磷营养盐含量等因素。 考虑到景观水体一旦建成， 水力条件和环境条件很难进行人为干预，营养因子 是关键可控因素。研究表明，藻类等水生生物对磷 更为敏感，水体中磷的浓度在 0.02mg/L 以上时，对 水体的富营养化就起明显的促进作用，控制磷的浓 度，比控制氮的浓度更有实际意义。磷是富营养化 的关键因素，这也从客观上说明了要控制水体藻类 的生长，必须从控制磷的浓度入手。景观水体中磷 有以下几个来源：补充水源、地表径流、底泥释放、 生物体转化。但是要想抑制藻类的生长，磷的浓度 要求达到 0.02mg/L 以下（地表水类水体要求） ， 在目前的各类景观水体是难以实现的，因此景
13、观水 体要想完全控制藻类生长是不现实的，只能在降低 水体中磷的浓度的同时，通过措施将藻类的浓度控 制在一定的范围内。 磁分离工艺属于物化处理技术，其目的是降低水体中悬浮物、藻类和磷酸盐浓度，消除影响水体 景观效果和水质的关键因素，减轻水体发生富营养 化的程度。超磁分离出水水质能够有效控制，通常 情况下，出水 SS 浓度能够控制在 10mg/L 以下；TP 浓度控制在0.2mg/L以下； 藻类浓度控制在0.2104 个/mL 以下。由于影响景观水体水质的因素很多， 具有很多不确定性，难以对处理后水体的整体水质 定量说明。长期运行条件下，从水体效果上来讲， 水体不发生大面积蓝藻爆发，透明度可提高至
14、 50cm。 3.3 工艺设计 3.3.1 工艺流程 图 4 超磁分离水体净化技术工艺流程图 景观水通过水泵提升至混凝反应池，与一定浓 度磁粉均匀混合，在混凝剂和助凝剂作用下，完成 磁粉与非磁性悬浮物的结合，形成以磁粉为“核” 的微磁絮团；混凝反应池出水流入超磁分离设备， 在高强度磁场作用下，磁性微絮团吸附在磁盘上， 磁盘在旋转过程中絮团被带出水面，通过位于水面 之上的刮渣条将吸附的絮团从磁盘上刮离，实现微 磁絮团与水体的分离，出水返回景观水体；由磁盘 打捞出来的微磁絮团经磁回收系统实现磁粉和非磁 性污泥的分离，磁粉循环使用，污泥进入污泥池， 处理或外运。 3.3.2 进出水设计 272201
15、0 年全国给水排水技术信息网年会论文集 景观水体的循环净化措施应与景观园林同时规 划、同时建设、同时投入运行，在规划中预留构筑 物或设备位置，避免二次建设对整体环境的破坏。 现实中往往为了整体效果的协调，需要将循环净化 措施建设于自然地坪以下，或者隐蔽于人工假山、 瀑布之内， 因此需要合理布置进出水设备和构筑物。 磁分离净化设备在开放无压的条件下运行，设 备进口无压力要求，保证水体能够进入设备即可。 进水方式可采用水泵提升或自流，排水一般需要通 过水泵提升回流。自流进水流量会随着水体水位的 变化出现流量波动，不能准确对应药剂投加量，造 成药剂投加不够或投加过量，影响处理效果；如遇 到回水泵和前
16、端进水阀门同时故障情况下，存在设 备间被水淹的可能。因此，进水方式尽可能采用水 泵提升进水， 当然弊端是将会增加系统的运行能耗。 设备间位于人工假山、瀑布等景观之内，且磁分离 设备出水口高度位于景观水体溢流液位之上，能够 有足够的高程保证出水自流返回景观水体，则可仅 采用一级提升实现循环和净化。设备间位于自然地 坪以下的情况，需要在设备间设置缓冲水池，根据 相应规范，容积不应小于设计流量 5min 的储水量， 并设置液位计，通过液位控制水泵的运行。 由于景观水体的水质变化具有明显的季节性特 征，循环净化处理量应考虑能够随季节变化调节处 理量，进、出水水泵采用至少两台同时运行，并考 虑备用，为维持进出水量平衡，其中至少一台进水 泵应考虑设置变频运行。 3.3.2 混凝反应设计 （1）停留时间 磁分离设备的分离方式不同于沉淀池，无需形 成大颗粒的密实絮体，属于微絮凝技术，其混凝反
