磁混凝沉淀处理技术是新兴的污水处理技术，该技术在常规絮凝剂与助凝剂中投加磁粉，利用磁粉密度大的特性，高效快速地沉淀絮凝团，实现固液分离，将污染物去除，从而达到处理污水的目的。磁混凝沉淀整套工艺占地相当于污水处理厂普通初沉池，能够节约土地资源，减少基建费用投入；同时其水力负荷高、药剂投加量少，有效减少污水处理成本，经济效益显著。因此，在城市污水处理、中水回用、河道水处理及高磷废水处理等领域受到广泛青睐，被认为是一种极具发展前景的污水处理技术。本研究拟利用磁混凝沉淀技术对南京应天大街忠字河微污染河水进行试验研究，探究磁混凝处理技术的佳运行条件，确定适宜的工艺参数，并分析磁混凝的除污机理，为微污染河道水的治理提供技术参考。
1、材料与方法
1.1 试验水质
试验用水取自南京应天大街忠字河微污染河道水，原水水质指标如表1所示。
1.2 仪器和试剂
仪器：哈希分光光度计(DR3900)、哈希消解器(DRB200)、六联搅拌机(JJ-4)。
试剂：哈希COD、TP配套试剂、聚合氯化铝(PAC，28%，工业级)、聚丙烯酰胺(PAM，阳离子50%离子度，工业级)、磁粉(主要成分Fe3O4，黑色粉末，1#~5#磁粉特性见表2)。
1.3 试验方法
采用六联搅拌机进行磁混凝静态试验，取500mL微污染河水置于1L烧杯中，投加不同种类、不同剂量药剂(磁粉、PAC和PAM)，取上清液测定TP、COD和SS指标。根据各指标检测结果，分析磁粉种类、磁粉投加量、絮凝剂投加量、药剂投加顺序、沉淀时间等因素对磁混凝效果的影响，进而探究磁混凝的去除机理，并确定佳工艺参数。
1.4 分析方法
TP采用钼锑抗分光光度法测定，COD采用消解法测定，SS采用重量法测定。
2、结果与讨论
2.1 不同磁粉对磁混凝效果影响
在PAC投加量为50mg/L，PAM投加量为1.0mg/L，磁粉投加量为60mg/L的条件下，首先投加不同磁粉快速搅拌(250r/min)2min，再投加PAC快速搅拌(250r/min)2min，后投加PAM，先快速搅拌(250r/min)1min，再慢速搅拌(80r/min)10min，静沉5min后取上清液检测，探究不同磁粉对污染水中各污染物的去除效果，结果如图1所示。
由图1可知，4#磁粉对TP去除效果佳，去除率可达70%，处理后水中TP质量浓度为0.37mg/L;同时，还具有较好的SS去除效果，去除率高达93.3%，处理后水中SS质量浓度仅为1mg/L。2#、4#磁粉对污水COD处理效果显著，去除率高达37%。
由于磁混凝过程中包含磁粉与污泥的分离阶段，因此在选择磁粉时，需同步考虑磁粉的磁性强弱以便后续污泥与磁粉分离。饱和磁感应强度与矫顽力是磁粉与污泥分离的重要参数。4#磁粉具有优的饱和磁感应强度，2#磁粉具有较合理的矫顽力，对比分析，4#磁粉对污染物有较好的去除效果，在污泥分离阶段也具有较好的综合性能，因此，选择4#磁粉作为水处理研究对象。
2.2 磁粉投加量对磁混凝效果影响
在PAC投加量为50mg/L，磁粉投加量为60～300mg/L(以20mg/L为梯度逐级提高磁粉投加量)，PAM投加量为1mg/L的条件下，采用“磁粉+PAC+PAM”投加顺序，静沉5min取上清液测定水质。搅拌条件同2.1节，结果如图2所示。
由图2可知，随着磁粉投加量增加，SS去除率始终保持在90%左右，处理出水水质保持在1～2mg/L范围内。磁粉投加量逐渐增至100mg/L，TP去除率逐渐提升，并达到大值82.9%，持续增加磁粉投加量，TP去除率开始下降，至60%左右逐渐趋于平稳。COD去除率随着磁粉投加量的增加整体呈逐步提高的趋势，当磁粉投加量为180mg/L时，去除率达到大值为65%，处理出水COD的质量浓度约为7mg/L，COD去除率趋于稳定。
磁粉投加量对SS去除效果的影响较小，而对COD和TP的去除效果影响显著。COD去除率随着磁粉投加量的增加先快速上升后趋于稳定，主要是因为磁粉比表面积大，可产生物理吸附作用，将有机污染物吸附至磁粉表面，形成沉淀污泥去除，随着磁粉投加量达到饱和，多余的磁粉开始互相吸附团聚，快速沉降至底部，失去除COD功能;且参与吸附的磁粉互相团聚，导致磁粉有效吸附面积减少，使得COD去除率随磁粉投加量增加而减缓，终趋于稳定。TP去除率随磁粉投加量的增加呈现出先增加后降低的趋势，主要是由于磁粉在溶液中带正电荷，而TP在水中是以有机磷与无机磷的形态存在，无机磷是以磷酸盐的结构存在并带负电荷，随着磁粉投加量的增多，吸附效果明显。当磁粉投加过量时，在PAC、PAM的吸附架桥作用下，磁粉结合污泥颗粒，形成大量小絮凝团，在搅拌作用下，进一步扩大复合絮凝团体积。污水中活性污泥表面带负电荷，随着絮凝团体积扩大，表面负电荷逐渐增强，对带负电荷的无机磷产生排斥作用越大，导致无机磷不易附着到絮凝团上沉淀去除。因此，出现磁粉投加过量时TP去除率下降的现象。终，综合考虑投加量的经济性与处理效果，选用磁粉投加量为100mg/L。
2.3 PAC投加量对磁混凝效果的影响
控制磁粉与PAM的投加量分别为100mg/L和1.0mg/L，以“磁粉+PAC+PAM”的投药顺序进行试验，静沉完全后取上清液检测，并与未投加磁粉常规混凝处理效果对比，考察PAC投加量对污染物去除效果的影响，结果如图3所示。
由图3可知，当采用常规混凝时，随着PAC投加量的增加，SS的去除率一直保持在90%左右，TP去除率缓慢增加，高去除率可达80%，COD去除率也随PAC投加量的增加逐渐提高，高去除率为35.2%。当采用磁混凝处理污水时，SS的去除率稳定在92%以上，TP与COD的去除率呈现先增加后平稳的趋势，高去除率分别为84.9%与40.7%。当PAC投加量超过60mg/L时，由于PAM的投加量固定，未能满足与PAC的配比絮凝，导致单一超量投加PAC，未能提高出水水质。
通过对比可知，磁混凝对污水SS、TP、COD的处理效果分别比常规混凝提高1%～3%、3%～5%、5%～14%，表明磁混凝工艺未能显著提高去除SS、TP。这是因为磁粉具有较大的比表面积与表面活性能，当吸附一定量未溶解游离态的有机物时，可降低其表面活性能，从而达到稳定状态，在不断吸附与磁性聚合时形成团状沉淀，与PAC、PAM在水中絮凝团可较好地结合，形成复合磁性絮凝团。因此，投加磁粉对COD的去除有显著提高，而污水中SS、TP去除主要是依靠PAC、PAM的絮凝作用，磁粉起到加速絮凝沉淀作用，其对提高去除SS、TP效果不明显。综合分析，当PAC投加量为60mg/L时，经济效益及出水水质均较好。