湖泊富营养化水磁絮凝分离净化装置的开发及应用研究

摘要

富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。水体富营养化已经成为全球瞩目的环境问题。近年来,太湖、巢湖、滇池藻华大规模爆发,引起了社会各界的关注。如何有效控制和治理湖泊富营养化已经成为我国水环境保护的重要问题。
　　本论文在中科院离子束生物工程学重点实验室絮凝磁分离实验室技术的基础上进行了应用基础研究。根据磁絮凝和磁分离原理,设计出一种高效稀土永磁絮体分离机。该装置能快速地将磁性絮体从湖泊水体中分离出来,不仅能有效地去除水体中的藻类等有机悬浮物,还能从根本上去除湖泊水体中的氮、磷、COD、BOD等。为解决水体的富营养化问题,此项技术不仅提供了一条有效方法,而且在国内外具有创新性。
　　主要研究方法和结果:
　　1、对国内外水处理中应用的磁分离结构进行了研究,根据湖泊富营养化水的实际情况,经过铁氧体和钕铁硼小磁盘对比实验,采用了稀土永磁盘分离形式。通过对比磁性材料性能和价格,选择了性价比高的烧结钕铁硼作为磁性材料;经过理论和数值模拟分析后,确定了牌号为N38的50mm×50mm×25mm方形钕铁硼磁块;对磁盘磁系分布与排列方式进行了研究,采用了磁铁双向阵列结构;并给出了直径1600mm,厚33mm,间隙60mm五个磁盘组成的试验分离机机械设计参数和图示。
　　2、将试验稀土永磁分离机应用于巢湖富营养化水处理放大试验,验证了该技术的可行性、有效性和安全性。最佳试验结果:总氮、总磷、COD和藻细胞(以浊度表示)的移出效率分别为71.4％、95.8％、96.8％和99.6％,比设计指标高10-30个百分点。处理后的水中重金属含量均有下降,水处理剂99.9％移出水体,基本上无残留,符合生态环保要求。通过试验研究,得出磁絮凝-磁盘分离法处理巢湖藻水的工艺条件是:中性条件下,改性粉煤灰投加量200mg/L,高分子0.67mg/L,聚合铝铁50mg/L,磁粉加入量50mg/L,磁盘转速1.2r/min,水样流速0.09m/s,实验水样总磷、总氮、COD和浊度的去除率可以分别达94.3﹪、70％、92.3％和98.8％。
　　3、通过试验和数值模拟,进一步优化了磁盘的参数,将磁盘间隙由60mm增至65mm,稀土絮体分离机磁盘确定为40个,节约成本5％,磁盘厚度间隙比增大到1:1.97,提高了流量。
　　通过巢湖岸基试,取得一系列技术参数,为试验移动浮船的研制和工程化应用奠定了基础。
　　本文还对磁絮凝分离技术设备的经济指标和其适用性进行了分析。结果表明,在设计处理量基础上,实现了物质的循环利用,此技术设备具有体积和占地面积小,能耗低,处理效率高,环保无污染等特点。该项新技术不仅用于处理湖泊富营养化水上,而且在工业废水和城镇污水处理上也具有广阔的应用前景。

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第一章引言

1.1湖泊水体富营养化成因和防治

1.2国内外治理湖泊水体富营养化技术现状

1.3内源性污染物质移出水体原理和方法

第二章 磁絮凝及相关工艺

2.1 絮凝原理[18]

2.2磁性絮凝剂的开发与应用

2.3絮凝过程中水力条件

2.4絮凝过程中工艺条件

第三章 稀土永磁分离装置的开发和研制

3.1引言

3.2磁分离原理

3.3磁分离分类及特点

3.4磁分离方法的选择

3.5磁盘设计

3.6磁盘磁场有限元模拟

3.7小结

第四章磁絮凝磁盘分离技术处理巢湖富营养化水试验

4.1试验部分

4.2结果与分析

4.3小结

第五章 总结与展望

5.1试验及工程化的总结

5.2 试验浮船的工程化设计和应用

5.3移出磁性絮体的循环利用

5.4经济、环境、社会效益分析与预测，风险分析

参考文献

论文发表情况

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