重金属废水传统的处理方法主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体法、吸附法和离子交换法等。这些传统处理方法都存在废渣多、处理成本高、占地面积大、易造成二次污染等问题，难以达到经济、效率和环境上的共赢。因此，开展新型、高效、低成本的重金属废水处理技术及工艺研发十分必要。
超磁分离技术通过向水体中投加磁性药剂和絮凝剂，产生微絮凝过程，赋予絮体以磁性，再通过超磁分离机实现絮体和水的分离，从而达到净化水质的目的。在超磁分离技术的基础上，研发了多能超磁一体化污水处理技术，用于重金属行业废水的治理。多能超磁一体化污水处理技术采用强碱作为中和剂替代传统的石灰，减少污泥渣量，并通过超磁分离技术实现固液分离，省却了沉淀过程，大大缩短处理时间，且其投加的磁性药剂可通过回收系统实现循环反复使用，降低运行成本。
广西河池某矿业公司产生的重金属废水pH低，Zn、Pb、Cd、Sb等重金属污染物含量高，因此，须经污水处理设施处理后，使各污染物指标达到GB8978-1996的要求。本研究采用多能超磁一体化污水处理技术对该重金属废水进行处理，使出水水质满足GB8978-1996的要求。通过现场调试，研究不同药剂投加量下各污染物的去除效率，得出优化的药剂投加量，并对该工艺进行经济效益分析，为各种重金属废水应急处置工程项目提供技术支持。
1、工艺设计
1.1 设计进出水质
该矿业公司主要从事有色重金属的冶炼及生产经营活动，排放的废水主要含有锑、铜、铅、镉、砷、铬等重金属元素。根据企业排放的废水量，设计日处理规模为500m3/d;出水水质执行GB8978-1996中的第一、二类污染物最高允许排放一级标准。经检测，该废水的主要成分见表1。
1.2 工艺流程
根据该重金属废水水质情况及出水执行的标准，采用多能超磁一体化污水处理技术对该重金属废水进行处理，工艺流程如图1所示。
工艺流程说明：
1)企业排放的重金属废水由泵提升至中和池中，中和池内设有计量泵，通过计量泵输送质量分数10%的NaOH溶液，通过搅拌进行中和反应，直至重金属废水的达到中性。在这过程中，部分重金属离子与氢氧根离子反应生成难溶的重金属氢氧化物沉淀，从而除去废水中的部分重金属污染物。
2)中和池的水自流至混凝反应池，由计量泵向混凝反应池中加入专用除重金属混凝药剂(简称“专用剂”)和磁性剂，其中专用剂的质量分数为0.6%，磁性剂为自行研制的磁纳米颗粒。废水中的重金属与专用药剂反应形成难溶物析出成为水体中胶体悬浮物，加入的磁性剂使废水水体中的胶体悬浮物具有微磁性。
3)混凝反应池的水再流入絮凝沉淀池，投加质量分数为0.2%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液作为絮凝剂，在磁力凝聚和化学凝聚的作用下，使磁性胶体悬浮物凝聚成更大的絮凝体。充分反应后进入磁分离机进行固液分离，分离后的水进入过滤器，过滤后达标排放。
4)经磁分离机分离出的污泥通过磁鼓进行常规分散、脱磁处理，使污泥和磁性剂分离，然后回收磁性剂，污泥再通过压滤机压滤后排出进行外运处置。
2、处理设施及设计参数
1)中和池。
主要用于调节废水的至中性，使部分重金属离子以沉淀的形式除去，减轻了后续工艺的处理负荷。中和池为地上式钢结构，圆筒状，内壁防腐，外形尺寸准0.8m×2.5m，有效容积5m3，水力停留时间5min。中和池内设有搅拌器。
2)混凝反应池。
主要用于将废水中的重金属离子以难溶物的形式析出，成为水体中胶体悬浮物，并且投入磁性药剂使胶体悬浮物具有磁性。混凝反应池为地上式钢结构，圆筒状，内壁防腐，外形尺寸准0.7m×2.0m，有效容积3m3，水力停留时间3min，池内设有搅拌器。
3)絮凝沉淀池。
在絮凝沉淀池中加入絮凝剂后，由于磁性药剂的密度高达5.0t/m3，因而形成高密度的絮体，加大絮体的密度，达到高效除污和快速沉降的目的。絮凝沉淀池为地上式钢结构，圆筒状，内壁防腐，表面负荷35m3/(m2·h)，外形尺寸准0.7m×2.0m，有效容积3m3，水力停留时间3min。
4)磁分离机。
磁分离机将污水中含有磁性药剂的絮凝体吸附到磁盘上，再经刮泥板除去，实现固液分离。选用型号为ASMD-500的磁分离机，体积流量为500m3/h，磁盘直径1.2m，磁感应强度≤0.14T，功率1.35kW。
5)磁鼓机。
型号为HCG-500的高梯度永磁磁鼓机，由分散装置和磁回收装置构成，体积流量为3m3/h，功率5.6kW，磁性药剂回收率达到98%。
6)过滤机。
过滤机主要作用是进一步降低出水的悬浮物含量，使出水水质稳定并达标排放。选用立式压力式过滤机，其净水能力为60m3/h，电机功率为5.5kW。
7)板框压滤机。
处理量为500m3/d，处理1t废水约产生1kg的污泥，压缩前污泥水的质量分数约为98%，压缩后为70%左右，因此选择过滤面积为100m2的板框压滤机1台，型号XMZ100/1250-30UB。
3、调试及运行效果
3.1 工艺调试
1)NaOH投加量。
重金属废水的pH在3左右，投入中和剂NaOH进行中和，经过现场多次试验，当中和池中的废水pH调节至9左右时，出水pH才能达到6～9的要求，原因是在混凝反应池中投加的专用药剂会降低废水的pH。系统稳定运行时，NaOH的投加量约为4mg/L，中和池水力停留时间5min。
2)磁粉投加量。
多能超磁一体化污水处理技术采用投加磁种以使凝聚所形成的絮团带上磁性，并通过磁聚力形成大絮团。形成的磁性絮团不靠重力沉降，而是通过超磁分离机产生的强大磁力将磁性絮团吸附在磁盘上，从而实现水与悬浮物的分离，且分离时间短、分离效果好。由于投加磁种的过程是连续的，因此投加的磁种也将成为运行费用的一部分。投加磁种过少，则处理效果差，出水水质达不到要求;投加磁种过多，则会增加运行费用，造成资源浪费。通过多次调试，确定磁粉优化投加量约为83mg/L。
3)专用药剂和絮凝剂投加量。
根据废水中重金属去除的原理，自行研发了专用除重金属药剂，该药剂通过与废水中的重金属离子反应，生成难溶物质析出，从而达到去除重金属的目的。专用药剂与废水中的重金属离子反应形成胶体悬浮物，但胶体悬浮物沉淀性能差，需投加PAM使其凝聚成更大的絮团，以提高其沉淀性能，实现最佳分离效果，使出水水质达标。通过反复调试，当混凝反应池、絮凝沉淀池的水力停留时间分别为3min，且专用药剂和PAM投加量分别控制在500、10mg/L时，SS和Sb、Pb、Cu、Cr、As、Cd、Zn等重金属去除率最高。
3.2 运行结果
工程完工后，按照调试后确定的工艺参数能够稳定的运行，进出水pH分别为3.5和8.1，SS和重金属含量见表2。
由表2可知，废水处理效果良好，SS和Sb、Pb、Cu、Cr、As、Cd、Zn的去除率分别为98.9%、95.0%、100%、97.1%、99.0%、95.7%、100%和99.9%，出水各项指标全部优于GB8978-1996的要求，且Cu、Cr、As、Cd、Zn等达到GB3838-2002的Ⅲ类水标准。
3.3 技术经济
该工程主要包括土建费、设备费、设备安装运输费、现场调试费、电线路架设费、设计费、工程验收费和工程监理费等费用，连同税费总价约为248.1万元。项目安装调试运行后主要费用为运行费，其包括电费、人工费和药剂费。各项费用分析如下：
1)电费：污水处理系统设备总功率为15kW，每kWh电按0.9元计，污水处理能力为21m3/h，则处理1t废水的费用为0.64元/m3。
2)人工费：正常运维需2人完成，每人150元/d，则处理1t废水的费用为0.60元/m3。
3)药剂费：按处理1t废水需消耗4g中和剂、10kg絮凝剂、500g专用剂和83g磁性剂计，中和剂、絮凝剂、专用剂、磁性剂单价分别为2.8、12、3、0.83元/kg，则处理1t废水药剂费用为2.46元/m3。
综上，所需运行成本约为3.70元/m3。
4、结论
多能超磁一体化污水处理技术采用磁分离技术进行固液分离，不需要沉降时间，固液分离时间短，相应的设备占地面积小、建设周期短、日常维护方便、自动化程度高、易于操作和管理，且磁性剂可循环使用，在很大程度上降低了废水处理成本。
废水进入混凝反应设备至出水的时间约为15min，整个水处理净化过程短时高效，适用于各种突发重金属污染事件的应急处理。
采用多能超磁一体化污水处理技术对重金属废水进行处理，系统运行稳定、运行成本低，对各种重金属污染物去除效率高，出水水质优于、GB8978-1996中的一级标准，且Cu、Cr、As、Cd、Zn等部分重金属指标达到GB3838-2002的Ⅲ类水标准。(来源：广西壮族自治区环境保护科学研究院，广西壮族自治区环境保护产业协会)
