磁場技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)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(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)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(xué)，黑龍江 大慶 163318； 2. 東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012； 3. 大慶油田設(shè)計院, 黑龍江 大慶 163311）

工業(yè)廢水是目前水污染的主要來源，傳統(tǒng)處理消耗大且有二次污染風(fēng)險，低能耗處理是目前的關(guān)注熱點，總結(jié)了磁場在廢水處理中的具體應(yīng)用，認為磁場作為一種綠色、環(huán)保的處理技術(shù)，能夠單獨處理廢水，強化及協(xié)同其他方法處理工業(yè)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(chǎn)業(yè)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(xué)產(chǎn)品在全世界的生產(chǎn)和使用，已大大加快了它們進入環(huán)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(guān)注的是廢水排入環(huán)境以前的處理。中國存在著許多大型企業(yè)，采用粗放型生產(chǎn)，高消耗導(dǎo)致產(chǎn)生更多的廢物，資源利用率低，很多原料隨著廢水排放，傳統(tǒng)的處理方法，不僅是化學(xué)原料及化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品的消耗，也可能產(chǎn)生二次污染，磁場處理技術(shù)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(yīng)用前景[1]。磁現(xiàn)象是一種普遍存在的物理現(xiàn)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(fā)現(xiàn)對于化學(xué)反應(yīng)有著顯著的作用，很久以來科研工作者期待著磁場對化學(xué)反應(yīng)的作用。20世紀(jì)60年代末，磁場技術(shù)開始越來越受人們的關(guān)注，截止到目前，有關(guān)循環(huán)冷卻水、軟化水及生產(chǎn)用水和污水污泥處理上的磁場應(yīng)用已有數(shù)十年的時間，近年來國內(nèi)外對磁場應(yīng)用的機理、理論進行了大量的研究，并總結(jié)出用于指導(dǎo)實踐的大量數(shù)據(jù)和參數(shù)[2]。本文對磁場在廢水處理中的應(yīng)用進行了概括，并對應(yīng)用前景進行了展望。

1 磁場技術(shù)對廢水水質(zhì)的影響

在對廢水進行處理之前，人們往往更關(guān)注廢水的水質(zhì)情況，這其中包括有機物質(zhì)的含量、pH值、導(dǎo)電率、溶解氧、表面張力、粘度、色度、濁度等等，目的就是根據(jù)水質(zhì)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(zhì)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(zhì)的影響，該實驗在實驗室中進行，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種廢水的水質(zhì)出現(xiàn)了明顯的改變，其中化學(xué)需氧量減少了25%~55%，氯化物減少了25%~40%，銨態(tài)氮減少了50%~66%，磷酸鹽含量也有所降低。龐曉峰等[4]研究發(fā)現(xiàn)，水能夠被磁場所磁化，而且水分子組成和原子形態(tài)發(fā)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(huán)水pH值的影響，發(fā)現(xiàn)磁場能夠使循環(huán)水的pH出現(xiàn)上升的情況，該上升與時間呈正比關(guān)系。黃征青等[6]發(fā)現(xiàn)，磁場對不同化合物的水溶液pH值影響不盡相同，但對電導(dǎo)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(fā)現(xiàn)吸光度出現(xiàn)升高的情形，認為是溶液中水分子在磁場作用下出現(xiàn)斷鍵導(dǎo)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(fā)現(xiàn)表面張力隨磁場強度變化先降低后增加，且具有時間效應(yīng)。鄧波等[9]發(fā)現(xiàn)，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(shù)對其他處理方法的強化

為了能夠使廢水水質(zhì)達到排放標(biāo)準(zhǔn)，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(yè)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(fā)現(xiàn)，磁場能夠加快羥基自由基的產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了磁場可以增加膜通量。王偉忠[14]研究發(fā)現(xiàn)，磁場強化Photo-Fenton反應(yīng)，可以提高有機物去除率，并確定了最佳操作參數(shù)。師波[15]研究了磁場對生物膜反應(yīng)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(wěn)態(tài)運行狀態(tài)所需的時間最短。李哲等[16]進行了磁場強化混凝的實驗，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)磁場對芬頓反應(yīng)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(yīng)性。M. Krzemieniewski等[21]用磁場強化污泥調(diào)質(zhì)過程，并與混凝劑和氧化劑進行對比，發(fā)現(xiàn)磁場的引入方式及試劑投加量與污泥的參數(shù)間存在某種內(nèi)在的聯(lián)系。

3 磁場技術(shù)對廢水中藻類及微生物的作用

水中的細菌含量超標(biāo)時，會引起人類疾病的發(fā)生，水中藻類物質(zhì)超標(biāo)時，會影響到取水及魚類的繁殖。過去人們一直用化學(xué)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(shù)。梁文艷[23]對脈沖電磁場滅藻進行了研究，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)隨著磁場強度增加，藻類物質(zhì)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(yǎng)過程的影響，認為磁場的影響主要是作用在了培養(yǎng)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(shù)、磁場強度、pH值和溫度等參數(shù)對殺菌效果的影響。發(fā)現(xiàn)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(yōu)參數(shù)，并結(jié)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(wěn)定磁場對廢水中大腸桿菌和假單胞菌的影響，發(fā)現(xiàn)磁場對兩種菌類都存在抑制作用。

4 磁場技術(shù)與其他方法聯(lián)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(lián)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(lián)用技術(shù)。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(jié)能、環(huán)保、高效、科技的大環(huán)境下，該組合工藝在廢水處理領(lǐng)域必將有廣闊的應(yīng)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(yōu)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(lián)合處理廢水中的懸浮物，發(fā)現(xiàn)懸浮物和濁度的去除率大大提高。

5 結(jié)束語

磁場作為一種綠色、環(huán)保的處理方法，在廢水處理中越來越受到人們的關(guān)注，磁場自身作用及協(xié)同與強化作用，既可以改變廢水的自身性質(zhì)，又能夠減少化學(xué)藥劑的使用，擁有廣闊的市場前景。未來更多的是需要在規(guī)模化的應(yīng)用及作用機理上進行更深的研究，為磁場的應(yīng)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(xué)技術(shù)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(yè)于沈陽建筑大學(xué)市政工程專業(yè)，研究方向：工業(yè)廢水處理及資源化。E-mail：shenjiangong22@126.com。