磁性复合吸附材料的磁混凝效果模拟分析研究

吉青青,佟斯翰,苗 盛,汤 杰

（中建环能科技股份有限公司, 四川 成都 610045)

摘 要：为进一步推进磁性复合吸附材料应用，采用数值模拟方法对平均粒径12μm、密度2600kg/㎡’的磁性复合吸附材料模拟分析了磁混凝效果，并确定了可应用的最高投加量。结果表明，该材料可以替代或混合使用于原用磁介质，实现良好磁混凝效果。但是，材料的投加量需控制,以避免过多沉积造成材料浪费和影响效果，建议<10g/L。

关键词：磁性复合吸附材料;磁混凝效果;数值模拟

0 引言

磁分离水处理技术是在混凝过程中利用磁介质为载体，将水中非磁性或弱磁性的颗粒物或胶体充分混合结为一体，形成磁性絮团，然后借助外力磁场作用将磁性絮团分离以达到净水作用”。磁分离水处理技术可高效去除水中悬浮物、总磷、藻类、非溶解性有机物等污染物，在煤矿矿井水处理、市政污水、溢流污水、流域治理等领域已有大量的工程应用案例。

为了拓展磁分离水处理技术的应用领域，发挥去除更多污染物作用，对磁性复合吸附材料研究越来越多。磁性复合吸附材料具有高效吸附性能、易磁分离、比表面积大等优点，因此用于污染物的吸附研究越来越多，已逐步成为环保领城的优选材料。

目前磁性复合吸附材料研究主要关注于材料合成和目标污染物去除，而对磁性复合吸附复合材料如何结合磁分离技术应用的相关研究报道较少。马加加等制备了磁性4A分子筛/壳聚糖复合材料并结合磁分离技术进行了相关试验研究，试验结果表明该磁性复合材料可替代磁分离技术原有磁介质，具有良好的磁混凝效果，能较好吸附目标污染物和去除浊度。因此，磁性复合吸附材料可代替磁分离技术原有磁介质或与原有磁介质共同使用起到磁性载体的作用。但是，磁分离技术在磁混凝反应中对磁介质的投加量有一定要求，否则过多的磁介质量会导致在磁混凝反应中无法顺利搅拌或过多沉积在反应池死角区。本研究通过数值模拟方法对磁性复合吸附材料的磁混凝效果进行分析，并确定可应用的最高投加量，以期为进一步推进磁性复合吸附材料的应用提供参考。

1 磁性复合吸附材料磁混凝效果数值模拟

1.1 研究对象

为了深人研究磁性复合吸附材料在磁混凝过程中的效果，本研究通过采用计算流体力学（Computational

Fluid Dynamics,CFD)模拟分析方法，对磁性复合吸附材料的磁混凝效果进行分析。同时，为了确定磁性复合吸附材料在磁混凝反应中可应用的最高投加量，以及是否可以与当前磁分离水处理技术中采用的磁介质材料(后续简称原用磁介质)混合使用，本研究开展对比模拟分析。首先对磁性复合吸附材料和原用磁介质进行10g/L和20g/L2种不同投加量的数值模拟,对比分析磁混凝反应池中的沉淀差异性效果，然后又对比投加量为20g/L的磁性复合吸附材料与投加量为2g/L的原用磁介质混合使用时(后续简称混合磁介质)的磁混凝反应池中沉淀效果。

本研究采用的磁性复合吸附材料根据前期研究方法中制备获得，并通过激光粒度分析仪测得其平均粒径为12μm(图1),通过密度仪测得密度为2600kg/m³，同样测得原用磁介质的平均粒径为42μm(图2），密度为5000kg/m³。

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