磁分离法处理餐饮污水的除油机理
采用磁分离技术处理厨房污水可获得良好的除油效果。目前，对磁分离法处理污水的研究多集中于分离机理方面，而关于除油机理尤其是磁粉在这一过程中与油类物质的作用鲜见报道。
1 试验内容和方法
1.1 试验材料及仪器
餐饮污水：取自广州某酒楼经隔油池处理后的出水；磁粉：化学纯，Fe3O4含量≥95%；混凝剂：硫酸铁和硫酸铝按1∶1混合后配成含量为10%的水溶液；JTZ-2型混凝试验搅拌器。
1.2 试验流程及分析方法
试验流程如图1所示。
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经计量泵连续泵入反应槽后开动搅拌装置，连续加入磁粉及混凝剂，产生的磁性絮体连同污水经计量泵进入磁分离器。磁分离器由内槽和外槽组成，水流先进入内槽，再从内槽底部开孔处流入外槽，并从外槽上部溢出，磁性絮体则在水流流经内槽底部开孔时进入磁场区被截留下来，因而需定期打开槽下部的污泥阀排泥。含油量测定采用重量法。
1.3 试验条件
污水水质：含油量为194mg/L，SS为398mg/L；流量：53mL/min；磁粉加入量：250mg/L；混凝剂加入量：1.3mL/L；磁分离场强：450×10-4T。
1.4 试验结果
连续处理10L餐饮含油污水，结果见图2。
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由图2看出，磁粉的加入使出水含油量降至7mg/L，比不加磁粉减少了约13mg/L，达到了含油量＜10mg/L的排放标准，这也充分证明了磁粉的加入不仅使采用磁分离技术处理含油污水成为可能，而且对油的去除大有裨益。
2 磁粉除油机理
试验所处理的餐饮污水中大部分浮油已被隔油池除去，因此只考虑悬浮态和乳化态油即可。
2.1 破乳除油
① 试验验证
为考察磁粉对乳化态油的去除作用，配制了含乳化油污水进行试验。在1500mL自来水中加入4.5mL油及300mg/L阴离子表面活性剂，混合后置于乳化机中高速搅拌(转速＞7000r/min)10min，制成含油量为265mg/L、乳白色的完全乳化含油污水。
取该污水400mL投加磁粉250mg/L，以170r/min的搅拌速度搅拌15min后于450×10-4T的磁感应强度下分离20min，弃去污水而保留磁粉，重新加入配好的污水，用该磁粉重复上述试验3次后测上、下两层各200mL污水的含油量，上层为296mg/L，下层为184mg/L。比较上、下两层的含油量可以看出，经过磁粉处理后上层含油量比下层高出112mg/L，这说明一部分原本以乳化状态均匀分散于整个溶液中的油滴由于被磁粉吸附了覆盖于油滴表面的表面活性剂而破乳浮到液面，使得上、下两层产生了油浓度差。
② 机理分析
取自来水700mL加入300mg/L的阴离子表面活性剂，高速搅拌10min制成含乳化油为180mg/L的污水，加入细粒磁粉和少量KCl，稍微搅拌即成所需电泳液。取该电泳液电泳测正、负极管的含油量。
试验条件：电压为40V，电流为46mA，时间为30min。 试验结果见表1。
表1 电泳试验结果
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由表1可见，电泳使得正、负极管出现了油浓度差。正极管的含油量比溶液主体和负极管均要高，这是由于在乳化过程中油滴吸附了表面活性剂而带负电同时被乳化，在电场的作用下带负电的油滴不断向正极移动使得正极油浓度上升，而磁粉则带与油滴相反的正电荷。正、负极管的不同现象也说明了这一点。
包裹表面活性剂(制含油污水时所用的乳化剂)的油珠同在搅拌作用下悬浮于溶液中的大量磁粉颗粒相碰撞的几率很大，同时又由于溶液中的油滴吸附了表面活性剂而带负电，磁粉颗粒带正电，两者之间存在的静电引力促使两者不断接近，进而导致油珠上表面活性剂的带负电荷的极性头在带正电荷的磁粉固体颗粒上发生吸附作用，但是油珠上表面活性剂的亲油能力同油珠与磁粉颗粒间正负电荷的引力并不足以使原本两个不相干的颗粒(带表面活性剂的油珠和磁粉颗粒)长时间地束缚在一起作同步运动，而且当部分阴离子吸附在磁粉颗粒上时又将抵消部分正电荷，削弱磁粉颗粒同油珠间的引力，这将促使在水流、搅拌等作用下的磁粉颗粒带着吸附于其表面上的表面活性剂离子同油珠分离，于是破坏了油珠上的表面活性剂层而导致油水分离。
2.2 磁絮凝作用
① 比表面积的比较
为考察磁粉对油的吸附是否由于其本身具有较大的比表面积，首先通过试验比较了磁粉与二氧化硅和硅胶对油的吸附能力(二氧化硅和硅胶均系化学纯)。
各取400mL含油量为246mg/L的餐饮污水，分别加入250mg/L磁粉、二氧化硅和硅胶，以170r/min的搅拌速度搅拌15min，对于磁粉进行磁分离15min后测出水含油量，对二氧化硅和硅胶则是在沉降1h后测上清液含油量，结果见表2。
表2 磁粉、 二氧化硅和硅胶的吸附除油效果
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由表2看出，采用等量磁粉、二氧化硅和硅胶处理餐饮含油污水，其除油率以磁粉为最大。 为考察三者除油率的差异是否由于比表面积的不同而造成，对三者比表面积作了测定。
二氧化硅和硅胶的比表面积采用染料吸附法进行测定，其值分别是101.4、284.5m2/g。
磁粉比表面积的测定参照浙江温州化工总厂的企业标准(Q/WH12—92)，由华南理工大学测试中心出具测试报告，其值为5.74 m2/g，分别是二氧化硅和硅胶比表面积的1/20和1/50。 对照表2的吸附除油结果可见，磁粉对油的良好吸附并非是由于它比一些天然氧化物(如二氧化硅)有更大的比表面积，而是由于其表面特性使其对油有更大的吸附负荷所致。
② 磁絮凝
磁絮凝作用是指在外磁场中即使不添加任何化学药剂，磁粉与悬浮液粒子之间也会经受磁絮凝力，细粒磁粉可产生絮凝。
计算结果表明，磁粉颗粒半径＜4μm后，表面附近(0.2μm范围内)的磁场梯度急剧上升，对周围(0.2μm范围内)其他颗粒的磁力作用大为增加。由于磁场梯度与磁粉颗粒粒径有很 大的关系，故进行了磁粉粒度分布试验。
将少量磁粉加入含六偏磷酸钠的分散液中，用乳化机高速搅拌使磁粉颗粒均匀分散。取该分散液采用重力沉降及离心联合法在粒度分析仪中测得磁粉的平均直径为8μm，而直径为2～8μm的约占全部磁粉的69%，这部分磁粉在外磁场的作用下会产生磁絮凝，而在磁絮凝的过程 中必然会把溶液中的油滴夹带进絮凝体中，使得油滴以磁絮凝的形式团聚进而被分离除去。
对磁粉的透射电镜分析表明，实际上磁粉并非理论计算中所采用的球形颗粒，而是多棱角的楔形，因此可认为磁粉产生高梯度效应的粒度比计算的8μm要大。
2.3 混凝剂与磁粉的共同作用机理
当在含油污水中同时加入磁粉和混凝剂时，磁粉和混凝剂就会同时与污水中的污染物发生作用：
一方面是磁粉对污染物的直接吸附、磁絮凝以及对乳化油的破乳；另一方面是絮凝剂在溶液中水解产生出大量的异号离子，通过压缩双电层作用对乳化油及其他(如淀粉类) 物质所形成的准胶体溶液的破乳和产生絮体后的吸附、夹带作用。同时在絮体形成的过程中也会以大量分散在污水中的磁粉颗粒为凝聚核心，使油滴及其他污染物被包裹在絮体中。这种在絮体中包含油滴和磁粉的现象也已在显微镜中被观察到，这种磁性絮体可被磁分离器很好地分离并成为磁性污泥，而包括油类在内的污染物大部分就富集在这些磁性污泥中。
3 结论
① 采用磁分离法连续处理含油量为194mg/L的餐饮污水，只采用混凝剂时出水含油量为20mg/L，而加入磁粉后可使出水含油量降至7mg/L，说明磁粉对油的去除很有帮助。
② 电泳试验证明，污水中的磁粉颗粒带正电，乳化油带负电。磁粉对含有乳化油的污水具有良好的破乳作用。
③ 与二氧化硅和硅胶相比，磁粉虽然比表面积较小，但对油的吸附负荷却较大。磁粉与油的结合除了直接吸附外，较细粒度的磁粉(8μm以内)还可以通过磁絮凝的方式与油珠结合。
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