磁場技術在工業廢水處理中的應用進展

陳 平 ,劉明偉 ,任彥中 ,闞連寶 ,宋亞瑞 ,齊晗兵 ,馬健偉

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磁場技術在工業廢水處理中的應用進展

陳 平1,劉明偉2,任彥中3,闞連寶1,宋亞瑞1,齊晗兵1,馬健偉1

（1. 東北石油大學，黑龍江 大慶 163318； 2. 東北電力大學，吉林 吉林 132012； 3. 大慶油田設計院, 黑龍江 大慶 163311）

工業廢水是目前水污染的主要來源，傳統處理消耗大且有二次污染風險，低能耗處理是目前的關注熱點，總結了磁場在廢水處理中的具體應用，認為磁場作為一種綠色、環保的處理技術，能夠單獨處理廢水，強化及協同其他方法處理工業廢水，具有廣闊市場前景。

磁場；羥基自由基；光催化

水是自然界中廣泛利用的資源之一，動物和植物的生存都離不開水。由于產業擴散和城市化進程加快，水體的污染正在逐步增長。目前，化學產品在全世界的生產和使用，已大大加快了它們進入環境的步伐，其中許多化合物是生物難以降解的。因此，目前最受到關注的是廢水排入環境以前的處理。中國存在著許多大型企業，采用粗放型生產，高消耗導致產生更多的廢物，資源利用率低，很多原料隨著廢水排放，傳統的處理方法，不僅是化學原料及化學反應產品的消耗，也可能產生二次污染，磁場處理技術由于其自身的獨特性和針對性，在未來的廢水處理中將具有廣闊的應用前景[1]。磁現象是一種普遍存在的物理現象，人們每時每刻都生存在地球這個大磁場之中。磁場像電流、光照、輻射一樣，是一種物理因子。而電流、光照、輻射等物理因子早已被發現對于化學反應有著顯著的作用，很久以來科研工作者期待著磁場對化學反應的作用。20世紀60年代末，磁場技術開始越來越受人們的關注，截止到目前，有關循環冷卻水、軟化水及生產用水和污水污泥處理上的磁場應用已有數十年的時間，近年來國內外對磁場應用的機理、理論進行了大量的研究，并總結出用于指導實踐的大量數據和參數[2]。本文對磁場在廢水處理中的應用進行了概括，并對應用前景進行了展望。

1 磁場技術對廢水水質的影響

在對廢水進行處理之前，人們往往更關注廢水的水質情況，這其中包括有機物質的含量、pH值、導電率、溶解氧、表面張力、粘度、色度、濁度等等，目的就是根據水質情況確定具體的處理方法，而磁場恰恰能夠改變廢水的水質情況。M. Krzemieniewski等[3]研究了恒定磁場對兩種不同來源的廢水水質的影響，該實驗在實驗室中進行，結果發現，兩種廢水的水質出現了明顯的改變，其中化學需氧量減少了25%~55%，氯化物減少了25%~40%，銨態氮減少了50%~66%，磷酸鹽含量也有所降低。龐曉峰等[4]研究發現，水能夠被磁場所磁化，而且水分子組成和原子形態發生變化，溫度也會起到一定的作用。李東魁等[5]研究磁場強度對循環水pH值的影響，發現磁場能夠使循環水的pH出現上升的情況，該上升與時間呈正比關系。黃征青等[6]發現，磁場對不同化合物的水溶液pH值影響不盡相同，但對電導率影響一致，均呈增加的情形。王建國等[7]研究了磁場對溶液吸光度的影響，發現吸光度出現升高的情形，認為是溶液中水分子在磁場作用下出現斷鍵導致吸光度增加。聶百勝等[8]研究了表面張力受磁場影響的情況，發現表面張力隨磁場強度變化先降低后增加，且具有時間效應。鄧波等[9]發現，磁處理的水對特征光譜的吸收和衍射強度均有一定的變化。

2 磁場技術對其他處理方法的強化

為了能夠使廢水水質達到排放標準，需要采取一定的處理方法。對生活廢水主要以生物處理為主，工業廢水由于種類不同，主要處理方法包括氣浮、吸附、膜處理、高級氧化等。磁場作為一種外加作用，可以對上述的處理方法進行強化，提高處理效率。張雯等[10,11]發現，磁場能夠加快羥基自由基的產生速度，改善光催化的效能。韓海波[12]研究了反滲透過程中磁場的作用，發現磁場能夠增加膜的通量。杜鵑[13]研究了磁場對納濾膜的作用，也發現了磁場可以增加膜通量。王偉忠[14]研究發現，磁場強化Photo-Fenton反應，可以提高有機物去除率，并確定了最佳操作參數。師波[15]研究了磁場對生物膜反應器的影響，磁場會抑制微生物的生長，降低有機物的去除效果，200GS、260GS和320GS磁場均能提高有機物的去除效果，其中260GS磁場對有機物去除率的提高幅度最大，生物膜達到穩態運行狀態所需的時間最短。李哲等[16]進行了磁場強化混凝的實驗，發現磁場對絮凝劑影響較大，可以更好地提高處理效率。魯秀國等[17,18]發現磁場對芬頓反應和次氯酸的氧化作用都能夠起到提高的效果。Agnieszka Tomska等[19]采用磁場對生活廢水生物處理進行強化，發現磁場能夠提高廢水中氮化合物的硝化速率。Maria ?ebkowska等[20]研究了磁場強化活性污泥法處理甲醛廢水，發現磁場能夠提高COD去除率，促進細菌和活性污泥生物量的增長，增加處理的適應性。M. Krzemieniewski等[21]用磁場強化污泥調質過程，并與混凝劑和氧化劑進行對比，發現磁場的引入方式及試劑投加量與污泥的參數間存在某種內在的聯系。

3 磁場技術對廢水中藻類及微生物的作用

水中的細菌含量超標時，會引起人類疾病的發生，水中藻類物質超標時，會影響到取水及魚類的繁殖。過去人們一直用化學藥劑去除水中的藻類和菌類等微生物，實際上磁場也可以對藻類和菌類起到一定的抑制和殺滅作用。李梅等[22]研究脈沖磁場殺滅水中菌類和藻類，認為脈沖磁場具有較強的殺菌和滅藻功能，并確定了最佳操作參數。梁文艷[23]對脈沖電磁場滅藻進行了研究，發現脈沖磁場只有在時間足夠、強度足夠的情況下，才能夠起到殺滅作用，否則會促進藻類生長。鄭必勝等[24]研究了磁場對螺旋藻生長的影響，發現隨著磁場強度增加，藻類物質的生長先增加后減少，說明磁場強度必須足夠大才能滅藻。靳峰等[25]研究了磁場對幾種菌類培養過程的影響，認為磁場的影響主要是作用在了培養基上。吳春篤等[26]利用脈沖磁場對生活污水殺菌，探討了脈沖數、磁場強度、pH值和溫度等參數對殺菌效果的影響。發現隨著磁場強度增加，滅菌效果先增加后下降，同時給出了殺菌最優參數，并結合正交試驗，找出了對滅菌效果影響最大的因素。Jasmina Filipicˇ等[27]研究了穩定磁場對廢水中大腸桿菌和假單胞菌的影響，發現磁場對兩種菌類都存在抑制作用。

4 磁場技術與其他方法聯合使用

廢水的處理往往不是單一的方法就能完成的，多種方法的聯合使用在廢水處理中扮演著重要的角色，其中就包括磁場與其他方法的聯用技術。楊英福[28]研究了磁場-超聲波-電絮凝組合處理工藝，認為該工藝可以大大降低電絮凝的電耗，并解決了電絮凝過程中電極鈍化的瓶頸問題。在社會提倡節能、環保、高效、科技的大環境下，該組合工藝在廢水處理領域必將有廣闊的應用前景。余以雄[29]用磁場-電解法處理垃圾滲濾液，其處理效果優于單一的電解處理，對COD和氨氮處理效果明顯提高。Moh Faiqun Niam等[30]采用磁場與電絮凝聯合處理廢水中的懸浮物，發現懸浮物和濁度的去除率大大提高。

5 結束語

磁場作為一種綠色、環保的處理方法，在廢水處理中越來越受到人們的關注，磁場自身作用及協同與強化作用，既可以改變廢水的自身性質，又能夠減少化學藥劑的使用，擁有廣闊的市場前景。未來更多的是需要在規模化的應用及作用機理上進行更深的研究，為磁場的應用指明方向。

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Progress in Application of Magnetic Field Technology in Industrial Wastewater Treatment

1,2,3,1,1,1,1

（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Northeast Dianli University, Jilin Jilin，China；3. Daqing Oilfield Design Institute, Heilongjiang Daqing 163311，China）

Industrial wastewater is the main source of water pollution at present, the traditional treatment method has high energy consumption and the risk of secondary pollution, the treatment method with low energy consumption has become a hot research field. In this paper, concrete application of magnetic field in wastewater treatment was summarized; it's pointed out that the magnetic field as a environmental protection technique can be used to treat wastewater, and the magnetic field technique should be combined with other industrial wastewater treatment methods to obtain better treatment effect.

magnetic field; hydroxyl radical; photocatalysis

X 703

A

1671-0460（2016）09-2207-03

黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12541081)。

2016-03-25

陳平（1979-），男，黑龍江省大慶市人，副教授，碩士，2008 年畢業于沈陽建筑大學市政工程專業，研究方向：工業廢水處理及資源化。E-mail：shenjiangong22@126.com。