基于磁分離技術的疏浚土堆場尾水處理工藝

陳慶爽

（上海市青浦區(qū)港航管理事務中心，上海 201799）

河道、湖泊作為涵養(yǎng)植被、灌溉田地與通航貨運的重要途徑，在水運及航道工程建設中，其整治效果顯得尤為重要。而在河湖整治中由于淤泥堆積導致的礙航、水質(zhì)下降等問題，一直是河湖治理體系中需要直接面對的難題。環(huán)保清淤作為一種快速且有效的內(nèi)源清除方式，在河湖及航道整治中被廣泛采用。清淤后底泥處理可分為全自然干化、土工管袋固化、真空預壓、攪拌固化等方式[1]，而無論采取何種處理方式都會產(chǎn)生尾水外排問題。在以往處理方式中，包括串聯(lián)尾水池、加藥式退水口等方式已在項目中加以運用，但以上尾水處理方式往往受場地限制、產(chǎn)出效率和處理效果等因素影響，在工程中應用起來因為不同的工況產(chǎn)生一定困難。

為此在底泥堆場尾水處理中創(chuàng)新性地引入超磁分離一體化設備水處理技術，通過引入磁質(zhì)媒介快速吸附懸浮顆粒并在分離機中實現(xiàn)懸浮物的析出與磁質(zhì)媒介的回收，彌補常規(guī)尾水處理中處理效率、場地限制與工程成本等方面的不足，為河湖疏浚工程底泥堆場尾水處理提供新思路。

1 工程設計與應用

以浙江省嘉興市某項目為例，其中一部分主要工作內(nèi)容是對南湖進行全面的疏浚。嘉興南湖是嘉興市各主要河流蓄泄的樞紐，同時也是全國著名旅游景點，受上游來水和湖區(qū)內(nèi)游船擾動影響，水中代表感官指標的懸浮物（SS）含量較高，透明度較低，總磷（TP）仍遠遠高于水環(huán)境功能區(qū)考核的Ⅲ類水標準[2]，同時靠近游客碼頭及岸坡區(qū)域常年淤積，不滿足游船及巡邏執(zhí)法船只通行。

針對以上問題，該項目設計采用絞吸清淤配套管袋脫水固化工藝，清除湖區(qū)底部內(nèi)源污染物，提升水質(zhì)指標，改善湖泊內(nèi)淤積現(xiàn)狀。土工管袋底泥脫水成套設施由泥漿泵、全自動加藥裝置、管道混合器、超磁分離機與土工管袋組成，其中超磁分離機是該套設施的核心部件。主要工作原理為絞吸淤泥通過泥漿泵泵送至管道混合器內(nèi)，在管道混合器內(nèi)完成底泥與絮凝劑的充分混合，通過管道輸送至土工管袋內(nèi)進行脫水干化，底泥脫水與干化過程中產(chǎn)生的余水通過集水溝收集到集水坑中，再由坑內(nèi)提升泵送至超磁分離機進行磁分離技術處理，處理后的清水檢測達標后排放至河道中，工藝原理詳見下圖。

超磁分離尾水處理設施布置較為簡單，屬于集成化成套裝置，超磁分離機可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇車載式或集裝箱式。車載式具有移動方便、靈活機動的特性，而集裝箱式則具備單體水處理量大、高效的特點。該項目所設計為集裝箱式固定成套設備，超磁分離裝置單體規(guī)格為長12 米、寬3 米，高3 米，日處理水量達5000 方。

2 超磁分離技術

超磁分離成套設備由微磁絮凝技術、磁盤固液分離技術和磁種回收利用技術組成。該套集成設備通過向原水中投加磁種和PAM 藥劑，使污染物形成包裹磁種的絮團，然后通過超磁分離機進行固液分離，使水體凈化，可以有效去除懸浮物、總磷、藻類和部分有機物等污染物。該套設備具有高效的磁種回收技術，回收率最高可達90%，實現(xiàn)磁種的回收和再利用，節(jié)約使用成本。

具有強磁力的磁選分離裝置是超磁分離水處理設備的核心部件，主要工作機理為混凝、磁吸附、分離、脫水與回收。原水在進入成套設備時，首先加入磁種及絮凝劑使之充分混凝，當與磁種和絮凝劑混合后的流體流經(jīng)磁盤之間的流道時，流體中所含的磁性懸浮絮團受到強磁場力的作用，吸附在磁盤盤面上，隨著磁盤的快速轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下絮團逐漸從水體中分離出來[3]。待絮凝物脫去大部分水分，運轉(zhuǎn)到刮渣條時，形成隔磁卸渣帶，由刮渣刨輪刮入螺旋輸送機，產(chǎn)生的泥渣輸入磁鼓后完成磁種回收[4]。泥渣則通過輸送泵輸送至成套設備外部轉(zhuǎn)運出場，處理后的清水則通過出水口排出。

當前市場上單套超磁分離設備根據(jù)水處理流量的不同可分為3500m3/d～25000m3/d 檔次，超磁與混凝集成布置的單套處理設備占地面積在12m*4m 左右，若超磁與混凝系統(tǒng)分開布置，則單套處理設備占地面積在集成布置面積的兩倍左右。

3 處理效果

在2020年12月26日至2021年2月3日施工期間，每日對管袋固化工藝析出原水和采用場次分離技術凈化的出水進行檢測，經(jīng)過熟悉操作流程及調(diào)試、運行穩(wěn)定后，截取2021年1月4日至2021年1月18日為期15 天的數(shù)據(jù)作為典型，經(jīng)過跟蹤檢測與數(shù)據(jù)對比分析，采用超磁分離水處理集成設備處理后的尾水在懸浮物（SS）、濁度與總磷（TP）含量降低方面具有明顯改善效果。

疏浚土尾水因在管袋析出過程中會夾雜少量未絮凝沉降的顆粒物，導致尾水中懸浮物含量較高，是影響尾水透明度的主要因素。因此降低尾水中的懸浮物含量是工藝選擇的重要因素。

由上圖可知，管袋析出原水的懸浮物含量最高可達149mg/L，平均在140mg/L 左右浮動變化。采用超磁分離技術處理后的尾水，SS 去除效果良好，幾乎穩(wěn)定在4-5 mg/L 進行波動，去除率最高可達97.32%，且穩(wěn)定在96.10%至97.40%之間。

尾水中磷元素去除的重點主要是需保障磷的去除效果，防止尾水排放水域出現(xiàn)藻類暴發(fā)，影響水質(zhì)穩(wěn)定達標。磷在水中常以溶解態(tài)和顆粒態(tài)存在，且以顆粒態(tài)為主，結(jié)合懸浮物去除工藝，采用超磁分離技術對水中顆粒態(tài)磷的去除效果較好，對于溶解態(tài)磷影響則較小。

由上圖可知，管袋析出原水的總磷含量最高可達0.28mg/L，平均在0.26mg/L 左右浮動變化。采用超磁分離技術處理后的尾水，總磷含量最低為0.013 mg/L，幾乎穩(wěn)定在0.015mg/L 進行波動，磷的去除率最高可達95.00%，且穩(wěn)定在92.40%至95.00%之間。

水的濁度不僅與水中懸浮物質(zhì)、顆粒態(tài)磷等含量有關，而且與它們的大小、形狀及折射系數(shù)等有關[5]，同時濁度同懸浮物一起，作為判定尾水透明度提升的重要指標。

由上圖可知，管袋析出原水的濁度最高可達148NTU，平均在137NTU 左右浮動變化。采用超磁分離技術處理后的尾水，濁度最低為2.5NTU，幾乎穩(wěn)定在2.6NTU 進行波動，濁度改善效果最高可達98.18%，且穩(wěn)定在97.90%至98.18%之間。

表1 尾水處理工藝綜合比較

由上表可知，在尾水處理常用模式中，串聯(lián)尾水池單位占地面積的水處理能力為0.99m3/h/m2，加藥式退水口的單位占地面積的水處理能力為3.75m3/h/m2，超磁分離裝置單位占地面積的水處理能力為5.78m3/h/m2，在占地面積相同的情況下超磁分離裝置水處理能力處于大幅領先地位，且投藥量（磁種可回收利用）根據(jù)實際使用情況也遠遠小于其他兩種方式，大大節(jié)省項目運行成本。

4 結(jié)論

通過超磁分離設備處理后的尾水，對其懸浮物、總磷等減量化效果良好，且對水體濁度改善、透明度的提高起到十分有效的作用，大大減少尾水處理占地面積，實現(xiàn)尾水快速達標排放。同時在采用管袋干化疏浚土處理方式中，尾水是經(jīng)過管袋絮凝沉淀固化后析出的水體，其本身懸浮物與總磷已經(jīng)在管袋內(nèi)進行過第一階段絮凝與沉降處理。尾水析出后再經(jīng)過超磁分離技術進行第二階段混凝與磁分離處理，一方面處理效率上會有大規(guī)模提升，采用超磁分離水處理設施對原水的處理效率可達到常規(guī)水處理效率的數(shù)十倍，另一方面對磁粉、PAM、PAC 等藥劑的使用量也會減少，節(jié)約成本的同時大幅提高了尾水處理效率。