专利名称：一种利用超导高梯度磁场的转炉浊环水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种钢铁工业废水处理方法，属于环境保护和难处理工业废水处理领 域，适用于炼钢过程产生的含铁磁性物质较多、悬浮物含量高的转炉浊环水，可高效降低悬 浮物含量和浊度。
背景技术：
炼钢过程中会产生大量的烟气，烟气中含有大量煤气及一些有害物质如酚、氰、一 氧化碳及固体杂质等，炼钢需要投加造渣剂石灰(CaO)，部分石灰粉末被烟气带出，在烟气 冷却、洗涤过程中，因水气接触进入水中，成为转炉烟气洗涤污水。转炉浊环水具有高温、高 悬浮物、高硬度、高PH值的特点，是含氧化铁、氧化钙、二氧化硅等悬浮颗粒的浊循环水。在 这样的水质条件下，系统具有很强的结垢趋势，对水处理技术提出更高的要求，若水处理不 当，会在系统的关键设备部位出现结垢堵塞现象，严重影响生产的正常运行。目前处理转炉 浊环水一般采用絮凝沉降法，需加絮凝剂，设备较复杂，成本较高。高梯度磁分离(HGMS)技术是一种新型分离技术，在均勻的背景磁场中填充高饱 和聚磁介质以产生高磁场梯度，从而对磁性不同的污染物进行分离。超导高梯度磁场技术 由常规强磁技术发展而来，超导线圈代替铜线圈，可获得IOT以上的高梯度磁场，使其应用 领域扩大，显示出巨大的节能降耗潜力。起初，磁分离技术主要用于磁选及炼钢、轧钢系统 等含强磁污染物水处理，超导的引入、磁场梯度的升高使其应用范围扩展到废气、废渣及废 水处理等环境保护领域。不仅可处理强磁污染物，而且对弱磁甚至无磁性的有机物也能吸 附、降解。研究结果显示，悬浮物、有机物、COD、NH3-N去除效率高达75% -90%，磷的去除 率也可达80%以上，且设备简单，占地面积小(仅为常规设备的1/5)，在不改变原有废水处 理工艺流程的条件下即可应用，投资省、能耗小、运行成本低、可实现自动控制，有望取代现 有深度处理工艺。
发明内容
处理转炉浊环水多采用传统的药剂絮凝沉淀法，需要添加絮凝剂，设备较复杂，成 本较高。本发明的目的在于提供一种设备简单、成本低、能耗低、易于实现自动化管理、高 效快速进行深度处理的转炉浊环水处理方法，使其达到相关国家一级排放或回用标准。而且，在常规的超导高梯度磁场处理废水系统中，一般只是通过添加钢毛达到提 高磁场梯度的目的，此方法可以捕集大部分大颗粒物质，但是对废水中的小颗粒的物质捕 集能力差，导致处理效果不理想。—种利用超导高梯度磁场的转炉浊环水处理方法，其特征在于，包含超导高梯度 磁场、斜板沉淀池和加钢毛的高梯度处理器；转炉浊环水依次通过处于超导磁体磁场作用 下的斜板沉淀池和处于超导磁体磁场作用下的加钢毛的高梯度处理器。首先，所述浊环水从斜板沉淀池第一进水口流入，依次经过斜板，从第一出水口流
3出，再从加钢毛的高梯度处理器的第二进水口进水，从第二出水口出水。本发明提出了一种在超导高梯度磁场作用下，用斜板沉淀池和加钢毛的高梯度处 理器处理转炉浊环水的技术方案，该技术方案利用超导高梯度磁场的强吸附力，吸附强磁 性污染物、弱磁和无磁性物质，对小颗粒的物质具有很好的去除效果，能够高效快速去除悬 浮物含量、降低浊度。该方法低能耗、低成本、设备简单，可以用于转炉浊环水的处理。本发明中超导磁体产生的中心磁场强度为2-4T。浊环水在斜板沉淀池中的流速为 30-70L/min。所述浊环水的水流方向与所述超导高强度磁场方向平行。斜板沉淀池中安放 一组并排叠成并有一定坡度的平板，被处理的水从平板的一端，流向另一端，这相当于很多 个很浅很小的沉淀池组合在一起，当水在各自的平板之间流动，各层隔开互相不干扰，为水 中固体颗粒的沉降创造十分有利的水力条件。将斜板沉淀池置于高梯度磁场下，加快了沉 淀效率，提高了水处理效果和能力。基于转炉除尘水悬浮物含量大，变化剧烈的特点，本发明使用斜板沉淀池和高梯 度处理器串联的方法，分别施加超导高强度磁场以提高悬浮物去除效率、吸附小颗粒污染 物从而减小出水的平均粒度。高梯度处理器内部填充钢毛。钢毛在超导高强度磁场下被磁 化，磁化后，在钢毛附近形成高梯度磁场，吸附废水中的弱磁性、小颗粒悬浮污染物。处理结果表明本发明能够高效、快速地去除转炉浊环水的悬浮物，降低浊度，明显 改善其色度，且氧化钙、二氧化硅、氧化镁等也可被去除，具有吸附小颗粒物质的效果。在超 导高强度磁场下，斜板沉淀池在短时间内，能够较好地去除铁磁性颗粒和大颗粒物质。废水 从平板一端，逐渐溢流到另一端，污泥在各层平板之间不受干扰地沉淀下来，在此过程中， 水中的大颗粒物在高强度磁场作用下，迅速沉淀到底部，使出水悬浮颗粒物含量明显降低。 此过程可以高效去除大颗粒物质，对小颗粒的和无磁性的粒子吸附效果较差。斜板沉淀池 出水的污泥中，钙、镁、硅等含量较高，表明铁磁性物质得到了有效地去除，而弱磁性和无磁 性的物质去除效果不佳。因此，在该过程之后，增加一个填充钢毛的高梯度处理器，以去除 小颗粒物质。在加钢毛的高梯度处理器中，钢毛在超导磁体产生的高强度磁场中被磁化，在 钢毛附近产生高梯度磁场，这样使废水经过斜板沉淀池后剩余的小颗粒磁性物质能够吸附 在钢毛上，且弱磁或无磁性的物质如氧化钙、二氧化硅、氧化镁等也能很好地吸附于钢毛。 在斜板沉淀池中吸附降解效率低的小颗粒物质和弱磁无磁物质，在高梯度处理器中得到了 高效地去除，废水中粒子的平均粒径可以减小80%以上，悬浮颗粒物去除率在99. 5%以 上，浊度也降低99%以上，出水水质达到国家污水排放标准(GB9878-1996)的一级排放标 准，能实现100%回用。本发明——超导高强度磁场下，斜板沉淀池和高梯度处理器串联处理转炉浊环水 的技术方案的优点(1)超导高梯度磁场对磁性污染物去除效率高、速度是常规方法的5倍，污水停留 时间只有短短的几十秒，且设备简单、占地面积小、投资省、能耗小、运行成本低、可实现自 动控制。针对转炉浊环水中铁磁性物质含量高、悬浮物含量高且变化剧烈的特点，使用超导 高梯度磁场可以高效、快速地去除其中的氧化铁等磁性物质。(2)超导高梯度磁场不仅能去除磁性污染物，对弱磁性和无磁性的污染物也有很 好的去除效果。转炉除尘水是含氧化铁、氧化钙、二氧化硅等悬浮颗粒的浊循环水，通过强 磁场使这些物质磁化，且钢毛提高了磁场梯度，从而进一步去除了斜板沉淀池中去除效果较差的无磁和弱磁物质，可去除纳米级的微小颗粒。(3)采用超导磁场，节能降耗、低碳环保。本发明所使用的磁场在超导条件下产生， 超导体在临界温度以下无电阻，运行耗电极低。(4)相比传统的药剂絮凝法处理转炉除尘水，本发明无需加入絮凝剂等消耗性物 质，节约了运行成本，且设备简单、占地小。(5)斜板沉淀池在高强度磁场中对悬浮物的去除效率大幅提高，强化了固液分离 过程，可很好地去除转炉除尘水中的铁磁性物质，一些大颗粒的污染物也可以被吸附、沉 淀。该过程综合了高强度磁场强吸附、强磁性和斜板沉淀池沉淀悬浮物、污泥效率高的优 势，适用于悬浮物含量高、污泥量大的转炉除尘水。
图1是超导高梯度磁场处理转炉浊环水示意图，图中1第一进水口 ；2第一超导 磁体；3斜板沉淀池；4第一出水口 ；5第二超导磁体；6高梯度处理器；7第二出水口。图2是实验一，即只采用对斜板沉淀池处理废水，斜板沉淀池底部污泥取样的能 谱分析图。图3是实验一，经斜板沉淀池吸附沉淀后，出水中的污泥取样的能谱分析图。图4是实验一，经斜板沉淀池吸附沉淀后，出水中的污泥取样的扫描电镜分析图。图5是实验一，经斜板沉淀池吸附沉淀后，出水中的污泥取样的不同范围的能谱 分析图。图6是实验一，经斜板沉淀池吸附沉淀后，出水中的污泥取样的不同范围的扫描 电镜分析图。图7是实验二，即只采用高梯度处理器处理废水，钢毛上吸附的污泥取样的能谱 分析图。图8是实验一，即只采用斜板沉淀池处理废水，出水中污泥的粒度测试结果。图9是实验二，即只采用高梯度处理器处理废水，出水中污泥的粒度测试结果。图10是实验三，即本发明的出水污泥的粒度测试结果。
具体实施例方式参考附图对本发明的实施方式作如下描述。图1是本发明处理转炉浊环水系统的示意图。首先，转炉浊环水从斜板沉淀池上 部的第一进水口 1流入处于高强度磁场中的斜板沉淀池3。废水流速为50L/min。第一超 导磁体2产生中心场强为3T的高强度磁场。在3T的高强度磁场作用下，废水中的大颗粒 铁磁性物质、悬浮颗粒物在斜板沉淀池内被吸附、沉淀，由于斜板之间各沉淀过程相互不干 扰，相当于很多小的沉淀池，因此可以有效地去除悬浮物含量，达到预处理的效果。斜板沉 淀池出水从斜板沉淀池上部的第一出水口 4流出，从高梯度处理器底部的第二进水口(标 号)流入高梯度处理器6。第二超导磁体5产生3T的高强度磁场。高梯度处理器内部的聚 磁介质钢毛在高强度磁场的作用下被磁化，使得高梯度处理器的内部形成为一个高梯度磁 场区域。大大加强的磁场梯度使经斜板沉淀池吸附沉淀后的废水中的氧化钙、氧化镁、二氧 化硅等无磁性物质被钢毛吸附，同时小颗粒的物质也被吸附，悬浮颗粒物含量、浊度得到进一步降低。最后外排水从高梯度处理器上部的第二出水口 7流出。实施过程中使用的转炉浊环水悬浮颗粒物含量1216mg/L，浊度为2837. 5NTU，平 均粒径6. 431 μ m,废水的SS化学组成如表1。经斜板处理后出水的悬浮颗粒物含量降为 5mg/L,浊度降为22. 25NTU,平均粒径降为1. 272 μ m。表1转炉除尘废水的SS组成
权利要求
一种利用超导高梯度磁场的转炉浊环水处理方法，其特征在于，包含超导高梯度磁场、斜板沉淀池和加钢毛的高梯度处理器；转炉浊环水依次通过处于超导磁体磁场作用下的斜板沉淀池和处于超导磁体磁场作用下的加钢毛的高梯度处理器。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，首先，所述浊环水从斜板沉淀池第一进 水口流入，依次经过斜板，从第一出水口流出，再从加钢毛的高梯度处理器的第二进水口进 水，从第二出水口出水。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述超导磁体向斜板沉淀池和加钢毛 的高梯度处理器施加2-4T的磁场。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述浊环水在斜板沉淀池中的流速为 30-70L/min。
5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述浊环水的水流方向与所述超导高 强度磁场方向平行。
全文摘要
一种利用超导高梯度磁场的转炉浊环水处理方法，属于环境保护和难处理工业废水处理领域。特征是在超导高梯度磁场下，用斜板沉淀池和高梯度处理器处理转炉浊环水。超导高梯度磁场的强磁化、强吸附作用，可以吸附废水中的强磁性氧化铁物质，对弱磁性甚至无磁性的物质，如氧化钙、二氧化硅、氧化镁等，也可以吸附，处理后废水的悬浮颗粒1216mg/L降到5mg/L，浊度由2837.5NTU降到22.25NTU，都达到了国家排放标准。同时，超导高梯度磁场吸附可以吸附粒径在100nm以下的小颗粒的物质，废水中粒子的平均粒径由6.431μm降到1.272μm。该技术运行成本低、易实现自动化控制、节能降耗。
文档编号C02F9/12GK101935129SQ201010266368
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者宋洪全, 张雪, 朱自安, 李素芹, 熊国宏, 王侨, 王美芬, 苍大强, 马文彬 申请人:北京科技大学;中国科学院高能物理研究所;北京麦尔得科技有限公司