一、磁(ci)核的作用

利用磁(ci)(ci)(ci)分離(li)技(ji)(ji)術(shu)(shu)處理污(wu)水，其(qi)前提是(shi)污(wu)水中的顆粒需具(ju)有一(yi)定的磁(ci)(ci)(ci)性(xing)。而實際上除(chu)了鋼鐵行業廢水外，鮮(xian)有哪種(zhong)污(wu)水是(shi)含(han)有磁(ci)(ci)(ci)性(xing)物質的。因此通常需要對于非(fei)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)或弱磁(ci)(ci)(ci)性(xing)污(wu)染物污(wu)水投加磁(ci)(ci)(ci)核，然后利用絮(xu)凝(ning)技(ji)(ji)術(shu)(shu)使非(fei)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)污(wu)染物與磁(ci)(ci)(ci)核結合在一(yi)起，然后單獨利用磁(ci)(ci)(ci)分離(li)技(ji)(ji)術(shu)(shu)或絮(xu)凝(ning)沉(chen)降(jiang)聯合高梯度磁(ci)(ci)(ci)分離(li)技(ji)(ji)術(shu)(shu)分離(li)凈化(hua)廢水。這類(lei)技(ji)(ji)術(shu)(shu)被人(ren)們稱為“磁(ci)(ci)(ci)核絮(xu)凝(ning)”或者“磁(ci)(ci)(ci)加載磁(ci)(ci)(ci)分離(li)”技(ji)(ji)術(shu)(shu)。

下圖是一種常見的此類廢水的處(chu)理工藝（CoMagTM）流程，運用了HGMS技術。因(yin)為(wei)HGMS裝置需要(yao)反洗，負荷不能過重(zhong)，否則(ze)反洗頻繁，故(gu)在前面設(she)置澄清池，工藝實為(wei)磁(ci)粉加載絮(xu)凝沉(chen)降，磁(ci)核(he)起的作用大部分是加速澄清的“配重(zhong)”作用以(yi)及方便(bian)磁(ci)鼓回收的“磁(ci)核(he)”作用。

二、磁核的選取

磁(ci)核材料(liao)選(xuan)取的(de)(de)最基本要求：1具有較強的(de)(de)磁(ci)性(xing)(xing)(xing)。2利(li)用磁(ci)場(chang)作(zuo)用易于(yu)回收重復利(li)用。根據以上(shang)基本條件我(wo)(wo)們直(zhi)(zhi)接可(ke)以選(xuan)擇(ze)常見的(de)(de)Fe粉，Fe2O3，Fe 3 O 4及(ji)其鐵(tie)(tie)和鐵(tie)(tie)的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)物的(de)(de)復合(he)材料(liao)。當然我(wo)(wo)們還(huan)可(ke)以選(xuan)擇(ze)能夠直(zhi)(zhi)接或者間接產生磁(ci)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)鈷鎳等過(guo)渡金屬及(ji)其合(he)金。不過(guo)從技術經濟性(xing)(xing)(xing)角度上(shang)考慮(lv)，通常的(de)(de)磁(ci)性(xing)(xing)(xing)材料(liao)偏向于(yu)鐵(tie)(tie)，鐵(tie)(tie)氧(yang)(yang)化(hua)物及(ji)其相應的(de)(de)復合(he)物，因(yin)為鈷鎳及(ji)其相應合(he)金價(jia)格遠高于(yu)鐵(tie)(tie)及(ji)其鐵(tie)(tie)氧(yang)(yang)化(hua)物的(de)(de)價(jia)格。

除了經濟性(xing)方(fang)面的(de)(de)(de)因(yin)素(su)，我們(men)還要考慮(lv)磁(ci)(ci)材(cai)料的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)性(xing)能因(yin)素(su)。如果我們(men)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)料價(jia)格(ge)優廉，并能很(hen)好地吸附(fu)(fu)我們(men)所(suo)要去除的(de)(de)(de)污(wu)染(ran)物。這樣(yang)子，我們(men)就可以通過磁(ci)(ci)場(chang)作用(yong)，加快污(wu)染(ran)物的(de)(de)(de)沉淀速(su)度(du)，提(ti)高設備(bei)的(de)(de)(de)沉降性(xing)能，從而(er)提(ti)高污(wu)水處(chu)理的(de)(de)(de)生產能力。最后還需要考慮(lv)的(de)(de)(de)是就是我們(men)所(suo)選(xuan)取的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)料易于(yu)回收利用(yong)，使磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)料的(de)(de)(de)利用(yong)率盡量接近最大值，使企業的(de)(de)(de)生產效益達到(dao)更高水平。

也(ye)有(you)(you)(you)很多選用(yong)納(na)米類磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)物質(zhi)作為磁(ci)(ci)核的(de)(de)。這些納(na)米磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料由于(yu)它們的(de)(de)尺寸已經接近電子的(de)(de)相干長度，且都(dou)有(you)(you)(you)高比(bi)表面積，因此其所表現出來的(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)（例如(ru)(ru)熔點、磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)、光學(xue)和(he)導熱(re)等(deng)）往(wang)(wang)往(wang)(wang)和(he)該(gai)物質(zhi)的(de)(de)宏觀整體狀態(tai)下的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)有(you)(you)(you)巨大差異，如(ru)(ru)有(you)(you)(you)別于(yu)常規(gui)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料的(de)(de)理(li)化特性(xing)(xing)(xing)（例如(ru)(ru)超順磁(ci)(ci)，高吸附能力）。就如(ru)(ru)氧(yang)化鐵(tie)類納(na)米微粒由于(yu)具(ju)有(you)(you)(you)磁(ci)(ci)性(xing)(xing)(xing)可控、低毒性(xing)(xing)(xing)和(he)高比(bi)表面積等(deng)優點，在水(shui)處(chu)理(li)方面具(ju)有(you)(you)(you)天然(ran)優勢。再如(ru)(ru)納(na)米零(ling)價鐵(tie)微粒在處(chu)理(li)氯化有(you)(you)(you)機物，聚氯聯苯、無機非金屬離子，重(zhong)金屬離子等(deng)污染物時表現出良好的(de)(de)處(chu)理(li)效果 。

但是(shi)，現階段納米(mi)磁(ci)(ci)性(xing)材料(liao)技(ji)術(shu)存在著許多(duo)(duo)亟(ji)待解決的(de)(de)問題。例如大規模工程化應(ying)用中的(de)(de)磁(ci)(ci)核(he)回(hui)(hui)收問題，相對(dui)于實驗室級別的(de)(de)回(hui)(hui)收技(ji)術(shu)而(er)言，大規模工業回(hui)(hui)收技(ji)術(shu)發(fa)展還(huan)不(bu)成熟，因此(ci)限制了該技(ji)術(shu)的(de)(de)大規模應(ying)用。此(ci)外，普通的(de)(de)納米(mi)磁(ci)(ci)性(xing)材料(liao)對(dui)單一廢(fei)水(shui)的(de)(de)處理效果較好，但在處理多(duo)(duo)組分高濃(nong)度廢(fei)水(shui)時(shi)，會遇到處理效果不(bu)理想，處理結果不(bu)穩定的(de)(de)現象，因此(ci)開發(fa)更高效的(de)(de)適用范圍更為廣泛的(de)(de)復合納米(mi)磁(ci)(ci)性(xing)材料(liao)將(jiang)會是(shi)日后研究的(de)(de)重(zhong)點之一。

三(san)、磁核(he)與去除物(wu)的(de)吸(xi)附

在目前運(yun)用的磁分離水體凈化技(ji)術(shu)中(zhong)，磁性材料(liao)和去除(chu)物的吸(xi)(xi)附基本上采用混(hun)凝技(ji)術(shu)來實(shi)現(xian)（也有少數是(shi)通(tong)過添加具有絮凝功(gong)能(neng)的特(te)(te)異(yi)性磁核(he)，通(tong)過磁核(he)表面的特(te)(te)異(yi)性基團(tuan)實(shi)現(xian)絮凝，來實(shi)現(xian)該吸(xi)(xi)附結合過程。）。基本操(cao)作就是(shi)通(tong)過對每個項目處理的水體進行相關(guan)最佳混(hun)凝條件的控制(zhi)，使磁核(he)和混(hun)凝劑(ji)能(neng)夠在投(tou)入到廢水中(zhong)后，較(jiao)快較(jiao)高效地進行磁性接種與混(hun)凝反應，并且形成(cheng)較(jiao)穩(wen)定的磁性絮體，該反應的主(zhu)(zhu)要機理也就是(shi)混(hun)凝機理，主(zhu)(zhu)要有電(dian)中(zhong)合作用，吸(xi)(xi)附架橋作用，壓(ya)縮雙電(dian)層作用。

（1）電中和作用

電中(zhong)和(he)作(zuo)用，是指混(hun)凝劑在水(shui)中(zhong)形成帶正電的(de)膠粒(li)，它能和(he)水(shui)中(zhong)帶負電的(de)膠粒(li)相互吸引從而(er)使彼(bi)此的(de)電性中(zhong)和(he)而(er)凝聚。

（2）吸(xi)附架橋作用

一些呈線型結(jie)構(gou)的(de)高分子混凝劑(ji)，以及金屬鹽類(lei)混凝劑(ji)在水(shui)中形(xing)(xing)成(cheng)線型高聚物后，均能強烈(lie)吸附(fu)膠體(ti)微(wei)(wei)粒。當吸附(fu)的(de)微(wei)(wei)粒增多(duo)時，上述線型分子會彎曲變形(xing)(xing)和成(cheng)網。從而(er)起到橋(qiao)梁的(de)作(zuo)用，使微(wei)(wei)粒間的(de)距離縮短(duan)而(er)相(xiang)互(hu)粘結(jie)，逐漸形(xing)(xing)成(cheng)粗大(da)的(de)絮凝體(ti)。這種作(zuo)用稱(cheng)吸附(fu)架橋(qiao)作(zuo)用。

（3）壓縮雙電層作(zuo)用

水(shui)中(zhong)粘土膠團含有吸(xi)(xi)(xi)附層(ceng)(ceng)(ceng)和擴散層(ceng)(ceng)(ceng)，合稱雙(shuang)電層(ceng)(ceng)(ceng)。雙(shuang)電層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)正離(li)子(zi)濃度由內向(xiang)外逐漸(jian)降(jiang)低(di)，最后與(yu)水(shui)中(zhong)的正離(li)子(zi)濃度人致相等。因此(ci)雙(shuang)電層(ceng)(ceng)(ceng)有一定(ding)的厚度。如(ru)向(xiang)水(shui)中(zhong)加(jia)入電解質，其(qi)正離(li)子(zi)就會擠入擴散層(ceng)(ceng)(ceng)而(er)使(shi)之變(bian)薄(bo)；進(jin)而(er)擠入吸(xi)(xi)(xi)附層(ceng)(ceng)(ceng)，使(shi)膠核表面(mian)的負電性(xing)降(jiang)低(di)。這種作用稱壓(ya)縮雙(shuang)電層(ceng)(ceng)(ceng)。當雙(shuang)電層(ceng)(ceng)(ceng)被壓(ya)縮，顆(ke)(ke)粒間的靜電斥能(neng)就會降(jiang)低(di)。當降(jiang)至小于顆(ke)(ke)粒布朗運(yun)動(dong)(dong)的動(dong)(dong)能(neng)時，顆(ke)(ke)粒相互吸(xi)(xi)(xi)附凝聚。凝聚顆(ke)(ke)粒在水(shui)的紊流中(zhong)彼此(ci)碰撞(zhuang)吸(xi)(xi)(xi)附，形成絮凝體(ti)(亦(yi)稱絨(rong)體(ti)或礬花)。絮凝體(ti)具有強大吸(xi)(xi)(xi)附力，不僅(jin)能(neng)吸(xi)(xi)(xi)附懸(xuan)浮物，還(huan)能(neng)吸(xi)(xi)(xi)附部分(fen)細菌和溶解性(xing)物質。絮凝體(ti)通過吸(xi)(xi)(xi)附，體(ti)積(ji)增大而(er)下沉。

磁粉成核的混凝機理主要(yao)(yao)是(shi)電中和作(zuo)用，電中和作(zuo)用與另外兩種截然(ran)不同，這一作(zuo)用實際上也可(ke)以看成是(shi)動電吸引作(zuo)用，它主要(yao)(yao)取決于固體粒子與成核粒子本(ben)身的表(biao)面(mian)性(xing)(xing)質，主要(yao)(yao)包括沉降(jiang)性(xing)(xing)能以及表(biao)面(mian)電荷情況(kuang)。

目(mu)前(qian)也(ye)有不是(shi)直(zhi)接通(tong)過投加磁核(he)和混凝劑來實現磁性(xing)(xing)材料(liao)與(yu)去(qu)除(chu)物(wu)(wu)(wu)的結合(he)的工藝。而(er)是(shi)采用(yong)(yong)專門研制的一種專門負載(zai)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)用(yong)(yong)的磁核(he)，也(ye)即磁性(xing)(xing)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)載(zai)體(ti)(ti)。該(gai)方式類似于(yu)(yu)污(wu)水生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)處理中應(ying)用(yong)(yong)的生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)技(ji)術。磁核(he)的作用(yong)(yong)就等同(tong)于(yu)(yu)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)濾(lv)池中的濾(lv)料(liao)，用(yong)(yong)于(yu)(yu)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長棲息，接著(zhu)通(tong)過微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)的生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)命(ming)活動(dong)形(xing)成具(ju)(ju)有較強的吸附和生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)降(jiang)解性(xing)(xing)能的結構。所以這種磁性(xing)(xing)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)載(zai)體(ti)(ti)具(ju)(ju)有普通(tong)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)膜(mo)法中載(zai)體(ti)(ti)的性(xing)(xing)能，如多孔、吸附性(xing)(xing)能與(yu)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)掛膜(mo)性(xing)(xing)能優良、耐沖(chong)刷、對生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)無毒(du)性(xing)(xing)、比重(zhong)略大于(yu)(yu)1，易(yi)于(yu)(yu)曝(pu)氣(qi)形(xing)成流化態，同(tong)時還具(ju)(ju)有順磁性(xing)(xing)，易(yi)于(yu)(yu)磁分離。使(shi)用(yong)(yong)磁性(xing)(xing)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)載(zai)體(ti)(ti)的比直(zhi)接使(shi)用(yong)(yong)磁粉(fen)的，其生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)化處理效(xiao)果更好(hao)。