■原始消息

一項超導(dǎo)磁體應(yīng)用技術(shù)研究表明，采用超導(dǎo)高梯度磁分離技術(shù)可用于造紙、化工、醫(yī)藥工業(yè)廢水的凈化分離。與傳統(tǒng)的超導(dǎo)磁分離技術(shù)只能分離礦物、煤、高嶺土中磁性雜質(zhì)不同，該技術(shù)通過預(yù)先加入改性的磁種子顆粒材料，從而分離工業(yè)廢水中無磁性的有機(jī)、無機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水的達(dá)標(biāo)排放。

該技術(shù)是由此中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李來風(fēng)研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過與東北大學(xué)和沈陽水務(wù)集團(tuán)有限公司水業(yè)技術(shù)研發(fā)中心合作共同完成，研究報告刊登于《科技導(dǎo)報》雜志2009年第3期，題為“超導(dǎo)磁分離及在造紙廠污水凈化中的應(yīng)用研究”，此研究得到國家科技部“十一五”863計劃和中科院海外杰出學(xué)者基金資助。（據(jù)新華網(wǎng)）

工業(yè)廢水如不達(dá)標(biāo)排放，危害頗多。然而，目前使用的化學(xué)法和生物化學(xué)法存在投資大、運(yùn)行成本高、反應(yīng)時間長、占地面積大、效率低、能耗高等諸多問題。對于小型排污企業(yè)廢水處理，這些問題則愈加突出，廠家若因建立污水處理設(shè)施投資過高，大多可能采取直排或偷排，給環(huán)境造成了更大危害。因此，開展新型、高效、低成本工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究顯得重要而迫切。

———技術(shù)解析———

鐵磁顆粒與污染物絮接

工業(yè)廢水中一般皆為有機(jī)、無機(jī)污染物，由于這些污染物本身沒有磁性，靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離。研究人員設(shè)計并研制出制冷機(jī)直接冷卻的超導(dǎo)磁體，磁場可達(dá)3.92T。利用該超導(dǎo)磁體對造紙廠廢水進(jìn)行了磁分離處理。

實(shí)驗(yàn)采用預(yù)先在廢水中加入經(jīng)過表面等離子有機(jī)聚合改性的鐵磁性顆粒并與污水中非磁性有害物質(zhì)絮接，通過強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)水中污染物的分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)磁分離處理的廢水其COD值由起始的1780mg/L降到147mg/L，凈化效果良好。

———技術(shù)背景———

磁分離的發(fā)展

磁分離是一種通過磁體提供的磁場吸力來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的技術(shù)，屬于物理分離法，是上世紀(jì)70年代初在美國發(fā)展起來的一種磁分離技術(shù)，應(yīng)用該法可快速地分離混合物中的磁性雜質(zhì)。

但是，由于以往用于磁分離的磁體大多為普通電磁體或永久磁體，所提供的磁場在1特斯拉(T)左右，磁分離效果不是很明顯。

磁體的磁場強(qiáng)度是影響磁分離效率的重要參數(shù)，隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，采用超導(dǎo)材料繞制的超導(dǎo)磁體可獲得高磁場，磁場強(qiáng)度很容易達(dá)到3T甚至更高，而且能在較大的空間范圍內(nèi)提供強(qiáng)磁場及高梯度磁場，用于磁分離可顯著提高處理量。

超導(dǎo)磁分離的應(yīng)用

采用超導(dǎo)磁體分離礦石、煤、高嶺土等固體物質(zhì)中磁性雜質(zhì)已得到廣泛應(yīng)用，比如開采出的煤中，不可避免的存在鐵屑、雷管等磁性雜質(zhì)，應(yīng)用超導(dǎo)磁分離技術(shù)可以很好地除掉這些雜質(zhì)。

超導(dǎo)磁體分離技術(shù)，在廢水分離凈化中尚少采用。近年采用超導(dǎo)磁分離技術(shù)分離凈化鋼廠、鋁廠等廢水中磁性金屬雜質(zhì)顆粒，分離效果明顯，但還局限在分離廢水中磁性金屬污染物。

對于廢水中的有機(jī)、無機(jī)污染物，由于這些污染物本身沒有磁性，靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離；若采用預(yù)先添加磁性顆粒，則普通電磁體因磁場強(qiáng)度太低，只有1T左右，分離效果不明顯，因而在污水處理領(lǐng)域一直未得到應(yīng)用。

■名詞解釋

特斯拉：磁感應(yīng)強(qiáng)度單位，垂直于磁場方向的1米長的導(dǎo)線，通過1安培的電流受到磁場的作用力為1牛頓時，通電導(dǎo)線所在處的磁感強(qiáng)度就是1特斯拉。

■數(shù)字鏈接

36.6%

七大水系中有一半以上的河段受到不同程度的污染。36.6%河段的水質(zhì)屬于五類或劣五類，其中27.9%劣五類已完全喪失直接使用的功能。

524.5億

據(jù)2005年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，廢水排放達(dá)524.5億噸，其中工業(yè)廢水排放量為243.1億噸，占46％。化學(xué)需氧量總排放量(COD)和氨氮總排放量分別為1414.2萬噸和149.8萬噸。

20萬

今年2月20日在江蘇鹽城發(fā)生的水污染事件，就是因?yàn)楸辉u為鹽城市“十大標(biāo)兵企業(yè)”的標(biāo)新化工有限公司偷排30噸含酚鉀鹽廢水，導(dǎo)致20萬居民飲用水污染，給人民生活和環(huán)境造成危害。

■專家解讀

解讀人：李來風(fēng)（中科院理化所研究員、博導(dǎo)）

關(guān)鍵點(diǎn)：穿脫“西服”的“磁種子”

李來風(fēng)：工業(yè)廢水主要來自化工廠、制藥廠、造紙廠、紡織廠、發(fā)酵工業(yè)、醫(yī)院、重金屬工業(yè)等，其中以醫(yī)藥、化工和造紙行業(yè)的廢水排放量最大。污水里的污染物無外乎無機(jī)、有機(jī)酸堿鹽離子，或者高分子有機(jī)物。值得注意的是，這些污染物本身并沒有磁性，磁鐵是無法吸出無磁性的東西。

這個時候就需要用到“磁種子”，就是帶有磁性的鐵磁顆粒。讓污染物吸附在“磁種子”上，然后被磁鐵吸出，就達(dá)到了凈化廢水的效果。最簡單的“磁種子”，就是四氧化三鐵。

然而，“磁種子”進(jìn)到污水里去，怎樣去吸附有機(jī)的東西？吸不住怎么辦？

日本人想到了一個辦法———加入絮凝劑。絮凝的污染物與“磁種子”包裹在一塊，通過磁場帶出。可是絮凝劑本身就是絡(luò)合物，還是會造成二次污染。

我們想到，在“磁種子”表面上聚合一層有機(jī)物，形成各種表面官能團(tuán)，這些活性基團(tuán)與污染物鏈接，然后再把“西服”（即吸附，由于李來風(fēng)多少帶些口音，筆者乍聽成了“西服”）脫掉，這樣“磁種子”還可以繼續(xù)使用。這一靈感來自于醫(yī)學(xué)上使用的靶向藥物，通過磁場導(dǎo)向，將帶有藥物的磁性顆粒引導(dǎo)人體指定部位然后釋放，好比定向炸彈。

通過研究廢水成分，多數(shù)工業(yè)廢水中的污染物就是這些，經(jīng)過調(diào)整“磁種子”表面官能團(tuán)種類，可適用于多種廢水處理。

多數(shù)離子性污染物有極性，可以吸附在各種官能團(tuán)上，可某些重金屬污染物卻不能被吸附，對此，我們想到給“磁種子”穿上一層纖維素的外衣，這些纖維素便可以吸附重金屬，同樣，這樣的“磁種子”脫了“西服”也可以重復(fù)使用。

突破點(diǎn)：成本與體積的節(jié)省

李來風(fēng)：傳統(tǒng)的工業(yè)廢水處理方法主要有化學(xué)法和生物化學(xué)法，這些方法的問題在于投資大、運(yùn)行成本高、反應(yīng)時間長、占地面積大、能耗高等。

超導(dǎo)磁分離處理廢水設(shè)備的體積非常小，比如場強(qiáng)可達(dá)三至五特斯拉的磁體，加上相應(yīng)的制冷設(shè)備加起來占地不過20平方米。

能耗方面，當(dāng)電流達(dá)到100—200安培時，其電壓很低，只有1—2伏，所以總功率相當(dāng)于一兩百瓦。超導(dǎo)磁體需要低溫維持，制冷設(shè)備的壓縮機(jī)功率在八九千瓦，而溫度到了就不再需要額定功率運(yùn)行。據(jù)估算一天耗電量小于一百攝氏度，

成本方面，超導(dǎo)磁體是個很成熟的技術(shù)，3到5特斯拉的超導(dǎo)磁體，大約需要150多萬，孔徑在10厘米左右，一天處理一千多噸廢水，問題不大。設(shè)備都是一次性投資，磁種子材料也沒有多貴。也就是說每天千噸級的處理規(guī)模投資小于200萬元。

將超導(dǎo)磁分離技術(shù)應(yīng)用在廢水處理，這個技術(shù)在國內(nèi)算是一種新技術(shù)。與傳統(tǒng)的化學(xué)、生物處理法相比，單位面積小，反應(yīng)時間短，處理周期短。占地僅為傳統(tǒng)污水處理的1％，整個系統(tǒng)緊湊，可以靈活運(yùn)輸，特別適合中小型企業(yè)的污水處理。

■核心提示

超導(dǎo)磁分離法與傳統(tǒng)的化學(xué)法、生物法以及普通電磁體磁分離不同，不僅具有投資小、占地少、處理周期短、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，還可達(dá)到普通電磁體3倍以上的磁場強(qiáng)度，從而提高磁分離能力，是未來極具潛在應(yīng)用價值的技術(shù)。

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