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利用磁場進(jìn)行污水處理
目前，污水處理行業(yè)發(fā)展迅速，各種污水處理技術(shù)百花爭艷，尤其在農(nóng)村污水處理領(lǐng)域，越來越多的新技術(shù)與組合工藝投入到項(xiàng)目當(dāng)中。近年來，一種將磁強(qiáng)化技術(shù)與污水處理技術(shù)聯(lián)用的新型水污染復(fù)合控制技術(shù)興起，技術(shù)利用磁場對(duì)水中污染物的高能破壞作用和對(duì)微生物的正向刺激作用達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。磁場強(qiáng)化污水處理技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣、處理效能高、運(yùn)行成本低、無二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。
一、磁性吸附劑處理污水
將傳統(tǒng)混凝吸附劑制成磁性包埋顆粒投加到待處理污水中，在外力攪拌作用下，油滴、顆粒及膠體物質(zhì)等污染源固著于磁性顆粒，而后在磁分離器營造的磁場中實(shí)現(xiàn)磁性包埋顆粒及其污染物質(zhì)的截留，或利用外加磁場使磁性包埋顆粒及被吸附污染源發(fā)生磁聚，改善其沉降性能，使污水得到凈化，磁分離器中磁粒的過流速度、磁顆粒粒徑、顆粒磁化率、磁場力及磁場性質(zhì)等是影響分離效率的因素。
二、趨磁細(xì)菌處理污水中重金屬離子
在一定范圍的磁場作用下，趨磁細(xì)菌可以有效去除污水中的重金屬離子。趨磁細(xì)菌能夠合成粒度均勻(35—120nm)、晶形特異、鏈狀排列的高晶度磁小體，其主要化學(xué)組分為帶磁性膠黃鐵礦(Fe3S4)或磁鐵礦(Fe3O4) 。因此，在趨磁細(xì)菌自身生長和新陳代謝需求下，磁小體可特異性吸附順磁性金屬離子，實(shí)現(xiàn)其在細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)外部的積累;隨后在外部恒定磁場作用下，攜帶金屬離子的趨磁菌定向遷移至固定表面得以聚集，即可完成污水溶液中重金屬離子的去除。
三、光磁耦合技術(shù)降解有機(jī)廢水
在紫外光的照射刺激下，半導(dǎo)體表面產(chǎn)生的電子空穴對(duì)與有機(jī)物基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使有機(jī)物得到去除，磁場的局部高能可使污水中大分子有機(jī)物受激裂化成C，H元素構(gòu)成的短鏈分子，水體中氫鍵結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，形成非穩(wěn)態(tài)有機(jī)物，從而易被降解。磁場對(duì)光催化氧化法處理有機(jī)廢水的強(qiáng)化作用可通過縮小自由基對(duì)拉莫爾(Larmor)自旋矢量速度差△ω，加速自由基轉(zhuǎn)換，加快反應(yīng)進(jìn)程。
四、磁場強(qiáng)化污水生物處理工藝
磁場強(qiáng)化可通過磁場能作用實(shí)現(xiàn)，磁能可造成污水的局部紊流，降低污水DO，從而保證厭氧微生物處理的缺氧環(huán)境。但磁場強(qiáng)化機(jī)理在生物學(xué)效應(yīng)方面表現(xiàn)更為顯著，主要包括兩方面：其一，磁場直接影響微生物生長代謝。不同的磁場類型、磁場強(qiáng)度、磁場作用時(shí)長及微生物自身細(xì)胞特征所引起的生物學(xué)效應(yīng)亦各有不同。其二，磁場通過影響微生物功能酶的活性，間接強(qiáng)化污水處理效果。微生物從外界溶液中吸收、分解和轉(zhuǎn)化營養(yǎng)物質(zhì)的過程，都需要在酶的催化作用下進(jìn)行，酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，易受溫度、pH、底物濃度、殺菌射線及物理場等外界因素的影響。因此，適當(dāng)強(qiáng)度的磁場能夠作為一種正向物理刺激，使酶活得到一定程度的提升。
五、結(jié)語
磁場強(qiáng)化作用下的污水處理工藝以其能、無二次污染、低能耗等優(yōu)勢在污水處理領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景和市場潛力。但是，關(guān)于該技術(shù)的研究大多數(shù)仍限于實(shí)驗(yàn)室小試階段，要將其放大至中試乃至應(yīng)用于大規(guī)模的工程項(xiàng)目，亟待解決以下問題。
1.磁極建設(shè)。一般污水廠規(guī)模龐大，占地面積廣，通過外設(shè)磁場的方式強(qiáng)化污水處理在大型磁極的施工建設(shè)方面存在一定困難和局限性。因此，應(yīng)推廣在占地面積小的新型污水處理工藝(如厭氧氨氧化工藝)基礎(chǔ)上進(jìn)行磁場強(qiáng)化污水處理。
2.復(fù)雜成分廢水。磁場強(qiáng)化污水處理技術(shù)的研究大多采用單一污染物成分的人工模擬廢水，如雙酚A、剛果紅、單一重金屬離子等，而實(shí)際廢水經(jīng)常包含多種污染成分。因此，有必要對(duì)磁場強(qiáng)化污水處理工藝處理復(fù)雜成分廢水的機(jī)理和效果方面進(jìn)行深入探究。
3.磁場參數(shù)優(yōu)化。磁場應(yīng)用于污水處理過程中，在一定閾值內(nèi)才能達(dá)到較好的強(qiáng)化效果，超過閾值，往往效果不佳甚至?xí)陀趯?duì)照組的處理效果。因此，可通過采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字模型，不斷優(yōu)化磁場強(qiáng)化污水處理的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)化效果的zui大化。
4.磁場生物強(qiáng)化機(jī)理。磁場強(qiáng)化生物法處理污水的機(jī)理主要從磁場的生物學(xué)效應(yīng)來解釋，即磁場強(qiáng)化微生物生長代謝過程及相關(guān)酶活性。而磁場也具有生態(tài)學(xué)效應(yīng)，磁場作為一種外在的選擇壓力，也會(huì)影響生物處理工藝中的菌群演替。從生態(tài)學(xué)角度，可以更好地揭示磁場生物強(qiáng)化機(jī)理。這方面的研究有待深入，為技術(shù)工程化應(yīng)用提供更充分的理論依據(jù)。