竟然还有这种操作?——利用磁场进行污水处理

2023-05-10 14:56:27

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目前，污水处理行业发展迅速，各种污水处理技术百花争艳，尤其在农村污水处理领域，越来越多的新技术与组合工艺投入到项目当中

近年来，一种将磁强化技术与污水处理技术联用的新型水污染复合控制技术兴起，技术利用磁场对水中污染物的高能破坏作用和对微生物的正向刺激作用达到净化水质的效果。磁场强化污水处理技术具有应用范围广、处理效能高、运行成本低、无二次污染等诸多优点，应用前景十分广阔。

一、磁性吸附剂处理污水

将传统混凝吸附剂制成磁性包埋颗粒投加到待处理污水中，在外力搅拌作用下，油滴、颗粒及胶体物质等污染源固着于磁性颗粒，而后在磁分离器营造的磁场中实现磁性包埋颗粒及其污染物质的截留，或利用外加磁场使磁性包埋颗粒及被吸附污染源发生磁聚，改善其沉降性能，使污水得到净化，磁分离器中磁粒的过流速度、磁颗粒粒径、颗粒磁化率、磁场力及磁场性质等是影响分离效率的因素。

二、趋磁细菌处理污水中重金属离子

在一定范围的磁场作用下，趋磁细菌可以有效去除污水中的重金属离子。趋磁细菌能够合成粒度均匀(35—120nm)、晶形特异、链状排列的高晶度磁小体，其主要化学组分为带磁性胶黄铁矿(Fe₃S₄)或磁铁矿(Fe₃O₄) 。因此，在趋磁细菌自身生长和新陈代谢需求下，磁小体可特异性吸附顺磁性金属离子，实现其在细胞或细胞团外部的积累；随后在外部恒定磁场作用下，携带金属离子的趋磁菌定向迁移至固定表面得以聚集，即可完成污水溶液中重金属离子的去除。

三、光磁耦合技术降解有机废水

在紫外光的照射刺激下，半导体表面产生的电子空穴对与有机物基团发生化学反应，从而使有机物得到去除，磁场的局部高能可使污水中大分子有机物受激裂化成C，H元素构成的短链分子，水体中氢键结构也会发生变化，形成非稳态有机物，从而易被降解。磁场对光催化氧化法处理有机废水的强化作用可通过缩小自由基对拉莫尔(Larmor)自旋矢量速度差△ω，加速自由基转换，加快反应进程。

四、磁场强化污水生物处理工艺

磁场强化可通过磁场能作用实现，磁能可造成污水的局部紊流，降低污水DO，从而保证厌氧微生物处理的缺氧环境。但磁场强化机理在生物学效应方面表现更为显著，主要包括两方面：其一，磁场直接影响微生物生长代谢。不同的磁场类型、磁场强度、磁场作用时长及微生物自身细胞特征所引起的生物学效应亦各有不同。其二，磁场通过影响微生物功能酶的活性，间接强化污水处理效果。微生物从外界溶液中吸收、分解和转化营养物质的过程，都需要在酶的催化作用下进行，酶的本质是蛋白质，易受温度、pH、底物浓度、杀菌射线及物理场等外界因素的影响。因此，适当强度的磁场能够作为一种正向物理刺激，使酶活得到一定程度的提升。

五、结语

磁场强化作用下的污水处理工艺以其高效能、无二次污染、低能耗等优势在污水处理领域具有良好的发展前景和市场潜力。但是，关于该技术的研究大多数仍限于实验室小试阶段，要将其放大至中试乃至应用于大规模的工程项目，亟待解决以下问题。

1.磁极建设。一般污水厂规模庞大，占地面积广，通过外设磁场的方式强化污水处理在大型磁极的施工建设方面存在一定困难和局限性。因此，应推广在占地面积小的新型污水处理工艺(如厌氧氨氧化工艺)基础上进行磁场强化污水处理。

2.复杂成分废水。磁场强化污水处理技术的研究大多采用单一污染物成分的人工模拟废水，如双酚A、刚果红、单一重金属离子等，而实际废水经常包含多种污染成分。因此，有必要对磁场强化污水处理工艺处理复杂成分废水的机理和效果方面进行深入探究。

3.磁场参数优化。磁场应用于污水处理过程中，在一定阈值内才能达到较好的强化效果，超过阈值，往往效果不佳甚至会低于对照组的处理效果。因此，可通过采集实验数据建立数字模型，不断优化磁场强化污水处理的参数，实现其强化效果的最大化。

4.磁场生物强化机理。磁场强化生物法处理污水的机理主要从磁场的生物学效应来解释，即磁场强化微生物生长代谢过程及相关酶活性。而磁场也具有生态学效应，磁场作为一种外在的选择压力，也会影响生物处理工艺中的菌群演替。从生态学角度，可以更好地揭示磁场生物强化机理。这方面的研究有待深入，为技术工程化应用提供更充分的理论依据