一項超導磁體應用技術(shù)研究表明,采用超導高梯度磁分離技術(shù)可用于造紙、化工、醫藥工業(yè)廢水的凈化分離。與傳統的超導磁分離技術(shù)只能分離礦物、煤、高嶺土中磁性雜質(zhì)不同,該技術(shù)通過(guò)預先加入改性的磁種子顆粒材料,從而分離工業(yè)廢水中無(wú)磁性的有機、無(wú)機污染物,實(shí)現工業(yè)污水的達標排放。
該技術(shù)是由此中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李來(lái)風(fēng)研究員領(lǐng)導的研究小組通過(guò)與東北大學(xué)和沈陽(yáng)水務(wù)集團有限公司水業(yè)技術(shù)研發(fā)中心合作共同完成,研究報告刊登于《科技導報》雜志2009年第3期,題為"超導磁分離及在造紙廠(chǎng)污水凈化中的應用研究",此研究得到國家科技部十一五863計劃和中科院海外杰出學(xué)者基金資助。
目前,工業(yè)廢水處理方法主要有化學(xué)法和生物化學(xué)法。然而,實(shí)用的化學(xué)法和生物化學(xué)法存在投資大、運行成本高、反應時(shí)間長(cháng)、占地面積大、效率低、能耗高等問(wèn)題。對于小型造紙廠(chǎng)廢水處理,這些問(wèn)題更加突出,廠(chǎng)家因建立污水處理設施投資過(guò)高,大多采取直排,給環(huán)境造成危害。因此開(kāi)展新型、高效、低成本超導磁分離工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究對我國節能減排具有重要意義。
采用超導磁體分離礦石、煤、高嶺土等固體物質(zhì)中磁性雜質(zhì)在國內外已得到廣泛應用,但用于廢水分離凈化尚少涉及。主要原因是對于廢水中的有機、無(wú)機污染物,由于這些污染物本身沒(méi)有磁性,靠磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁吸引力無(wú)法分離。2005年日本大阪大學(xué)Nshijima研究組最早開(kāi)始超導磁分離污水處理研究,并建立了示范裝置,用于分離造紙廠(chǎng)污水,分離后污水COD(化學(xué)需氧值)可由起始的110mg/L,降到25mg/L,去除率近80%。他們采用的是預先在污水中添加Fe3O4"磁種子"顆粒和聚氯化鋁絮凝劑,絮凝劑將污水中有害物質(zhì)和Fe3O4磁性顆粒一起絮凝,這樣通過(guò)超導磁體吸引分離。盡管分離效果很好,但由于還需加入有機絮凝劑,沒(méi)有完全擺脫因有機絮凝劑的加入帶來(lái)的二次污染,此外超導磁體冷卻采用的是液氦浸泡冷卻,對于我國,氦資源貧乏,這將導致大規模應用推廣的限制。
中科院理化所的工作克服了以上難題,在磁種子材料和超導磁體冷卻技術(shù)上取得創(chuàng )新進(jìn)展。采用等離子有機覆膜技術(shù)在Fe3O4磁性顆粒表面生長(cháng)帶活性基團的有機薄膜,這層納米厚度的薄膜可以有效地捕捉污水中的有機物、無(wú)機離子,代替了有機絮凝劑的加入,而且由于有機膜與Fe3O4有很強的結合力,使得這種新型復合"磁種子"材料可以重復使用,較單純的Fe3O4磁種子材料有明顯優(yōu)勢,
采用這種"磁種子"材料對造紙廠(chǎng)廢水處理實(shí)驗表明經(jīng)磁分離處理的集水池廢水COD值由起始的1780mg/L降到147mg/L,去除率超過(guò)90%%,凈化效果良好。另一個(gè)技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)是采用制冷機直接冷卻超導磁體,從而擺脫超導磁體采用昂貴液氦的束縛,這樣將使得超導磁分離污水處理系統可以方便地用于缺少液氦的地區,特別適合于規模小、分散的中小企業(yè)。是未來(lái)極具潛在應用價(jià)值的技術(shù)。