污水处理节能新技术 超导磁分离技术
中国是一个缺水严重的国家，在水资源日趋紧张的同时，主要水系的水体又都遭到不同程度的污染，水污染防治工作日益得到国家的重视和支持，特别是节能降耗的污水处理新技术。超导磁分离技术就是其中之一。
磁分离技术最早应用于选矿和瓷土工业，1960 年前苏联首次用磁凝聚法处理钢厂除尘废水。但是永久磁铁或电磁铁的磁场强度有限，对于弱磁性颗粒处理效果不理想。近年来国内外研究人员尝试采用超导磁分离技术分离磁性杂质，超导磁分离法与传统的化学法、生物法以及普通电磁体磁分离相比，具有投资小、占地少、耗电量小等优点。占地方面，场强可达3~5 特斯拉的超导磁体，加上相应的制冷设备等，占地不超过20m2。能耗方面，由于超导材料无电阻，超导磁体几乎不消耗电能， 仅维持低温的制冷机耗电，一天耗电量不超过100kW·h。成本方面，3~5特斯拉的超导磁体大约150 万元， 对于每天千吨级处理规模的设备，投资小于200 万元。因此超导磁分离技术，对于污水处理来说，是一种极具潜在应用前景的技术。研究结果表明超导磁分离技术对于富含氧化铁杂质的钢厂废水磁分离净化的效果明显， 然而该技术只能分离水中的磁性污染物，对于石油采出水、造纸、化工、制药、食品等工业废水以及城镇生活污水，由于这些废水中的有毒有害物质大多为有机物， 本身没有磁性，用磁分离无法有效分离。
中国科学院理化技术研究所李来风研究员提出了等离子镀膜改性磁种用于超导磁分离技术，可有效解决以上问题。首先设计一种外置线圈、由射频电源供电的等离子体有机聚合装置，通过该装置对磁种颗粒材料进行表面等离子有机聚合改性，改性后的磁种形成各种所需的表面官能团，这些活性基团可与污水中非磁性有害物质絮团，再通过超导磁体的强磁场来实现分离废水中污染物，实现工业污水的达标排放。李来风研究员及其研究小组对絮团机制进行了初步探讨，认为磁种作为电解质削弱了污染物表面的双电层，通过静电吸附作用以及架桥、网捕作用使污染物形成絮团。经过调整磁种表面官能团种类，可使该技术适应于不同种类的污水处理。同时使用过的磁种还能通过脱附，重复使用。
在超导磁分离污水处理技术中，高效磁种的研制是关键。要达到良好的污水处理效果，要求磁种材料具有： ①尽可能高的体积磁化率，以得到较好的磁响应；②尽可能低的矫顽力，减轻无外磁场时的团聚；③适当的粒径，粒径小则表面积较大，活性较高，能较好地与污水中污染物结合， 但粒径太小则会影响磁化率，同时使用时损耗也大，不利于回收和重复使用；④化学性质稳定，不易被腐蚀；⑤表面用适当方式改性，使得磁种能更好地与污染物结合，并且通过用不同方式的表面改性来实现处理不同类型的污水。
李来风研究员领导的研究小组成功地在Fe3O4颗粒外镀有机功能薄膜， 膜厚控制在1～15nm，且分散性良好，采用此磁种进行造纸和石油采出水处理实验， 污水COD 值和浊度较处理前有显著降低。本期刊登了一组关于“污水污泥综合利用中的新材料与新技术”专题文章，封面为超导磁分离技术的磁种子———Fe3O4覆膜纳米颗粒表面的结构示意图，由孙正滨提供，严佳君设计。
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