磁场技术在工业废水处理中的应用进展

陈 平 ,刘明伟 ,任彦中 ,阚连宝 ,宋亚瑞 ,齐晗兵 ,马健伟



磁场技术在工业废水处理中的应用进展

陈 平1,刘明伟2,任彦中3,阚连宝1,宋亚瑞1,齐晗兵1,马健伟1

（1. 东北石油大学，黑龙江 大庆 163318； 2. 东北电力大学，吉林 吉林 132012； 3. 大庆油田设计院, 黑龙江 大庆 163311）

工业废水是目前水污染的主要来源，传统处理消耗大且有二次污染风险，低能耗处理是目前的关注热点，总结了磁场在废水处理中的具体应用，认为磁场作为一种绿色、环保的处理技术，能够单独处理废水，强化及协同其他方法处理工业废水，具有广阔市场前景。

磁场；羟基自由基；光催化

水是自然界中广泛利用的资源之一，动物和植物的生存都离不开水。由于产业扩散和城市化进程加快，水体的污染正在逐步增长。目前，化学产品在全世界的生产和使用，已大大加快了它们进入环境的步伐，其中许多化合物是生物难以降解的。因此，目前最受到关注的是废水排入环境以前的处理。中国存在着许多大型企业，采用粗放型生产，高消耗导致产生更多的废物，资源利用率低，很多原料随着废水排放，传统的处理方法，不仅是化学原料及化学反应产品的消耗，也可能产生二次污染，磁场处理技术由于其自身的独特性和针对性，在未来的废水处理中将具有广阔的应用前景[1]。磁现象是一种普遍存在的物理现象，人们每时每刻都生存在地球这个大磁场之中。磁场像电流、光照、辐射一样，是一种物理因子。而电流、光照、辐射等物理因子早已被发现对于化学反应有着显著的作用，很久以来科研工作者期待着磁场对化学反应的作用。20世纪60年代末，磁场技术开始越来越受人们的关注，截止到目前，有关循环冷却水、软化水及生产用水和污水污泥处理上的磁场应用已有数十年的时间，近年来国内外对磁场应用的机理、理论进行了大量的研究，并总结出用于指导实践的大量数据和参数[2]。本文对磁场在废水处理中的应用进行了概括，并对应用前景进行了展望。

1 磁场技术对废水水质的影响

在对废水进行处理之前，人们往往更关注废水的水质情况，这其中包括有机物质的含量、pH值、导电率、溶解氧、表面张力、粘度、色度、浊度等等，目的就是根据水质情况确定具体的处理方法，而磁场恰恰能够改变废水的水质情况。M. Krzemieniewski等[3]研究了恒定磁场对两种不同来源的废水水质的影响，该实验在实验室中进行，结果发现，两种废水的水质出现了明显的改变，其中化学需氧量减少了25%~55%，氯化物减少了25%~40%，铵态氮减少了50%~66%，磷酸盐含量也有所降低。庞晓峰等[4]研究发现，水能够被磁场所磁化，而且水分子组成和原子形态发生变化，温度也会起到一定的作用。李东魁等[5]研究磁场强度对循环水pH值的影响，发现磁场能够使循环水的pH出现上升的情况，该上升与时间呈正比关系。黄征青等[6]发现，磁场对不同化合物的水溶液pH值影响不尽相同，但对电导率影响一致，均呈增加的情形。王建国等[7]研究了磁场对溶液吸光度的影响，发现吸光度出现升高的情形，认为是溶液中水分子在磁场作用下出现断键导致吸光度增加。聂百胜等[8]研究了表面张力受磁场影响的情况，发现表面张力随磁场强度变化先降低后增加，且具有时间效应。邓波等[9]发现，磁处理的水对特征光谱的吸收和衍射强度均有一定的变化。

2 磁场技术对其他处理方法的强化

为了能够使废水水质达到排放标准，需要采取一定的处理方法。对生活废水主要以生物处理为主，工业废水由于种类不同，主要处理方法包括气浮、吸附、膜处理、高级氧化等。磁场作为一种外加作用，可以对上述的处理方法进行强化，提高处理效率。张雯等[10,11]发现，磁场能够加快羟基自由基的产生速度，改善光催化的效能。韩海波[12]研究了反渗透过程中磁场的作用，发现磁场能够增加膜的通量。杜鹃[13]研究了磁场对纳滤膜的作用，也发现了磁场可以增加膜通量。王伟忠[14]研究发现，磁场强化Photo-Fenton反应，可以提高有机物去除率，并确定了最佳操作参数。师波[15]研究了磁场对生物膜反应器的影响，磁场会抑制微生物的生长，降低有机物的去除效果，200GS、260GS和320GS磁场均能提高有机物的去除效果，其中260GS磁场对有机物去除率的提高幅度最大，生物膜达到稳态运行状态所需的时间最短。李哲等[16]进行了磁场强化混凝的实验，发现磁场对絮凝剂影响较大，可以更好地提高处理效率。鲁秀国等[17,18]发现磁场对芬顿反应和次氯酸的氧化作用都能够起到提高的效果。Agnieszka Tomska等[19]采用磁场对生活废水生物处理进行强化，发现磁场能够提高废水中氮化合物的硝化速率。Maria Łebkowska等[20]研究了磁场强化活性污泥法处理甲醛废水，发现磁场能够提高COD去除率，促进细菌和活性污泥生物量的增长，增加处理的适应性。M. Krzemieniewski等[21]用磁场强化污泥调质过程，并与混凝剂和氧化剂进行对比，发现磁场的引入方式及试剂投加量与污泥的参数间存在某种内在的联系。

3 磁场技术对废水中藻类及微生物的作用

水中的细菌含量超标时，会引起人类疾病的发生，水中藻类物质超标时，会影响到取水及鱼类的繁殖。过去人们一直用化学药剂去除水中的藻类和菌类等微生物，实际上磁场也可以对藻类和菌类起到一定的抑制和杀灭作用。李梅等[22]研究脉冲磁场杀灭水中菌类和藻类，认为脉冲磁场具有较强的杀菌和灭藻功能，并确定了最佳操作参数。梁文艳[23]对脉冲电磁场灭藻进行了研究，发现脉冲磁场只有在时间足够、强度足够的情况下，才能够起到杀灭作用，否则会促进藻类生长。郑必胜等[24]研究了磁场对螺旋藻生长的影响，发现随着磁场强度增加，藻类物质的生长先增加后减少，说明磁场强度必须足够大才能灭藻。靳峰等[25]研究了磁场对几种菌类培养过程的影响，认为磁场的影响主要是作用在了培养基上。吴春笃等[26]利用脉冲磁场对生活污水杀菌，探讨了脉冲数、磁场强度、pH值和温度等参数对杀菌效果的影响。发现随着磁场强度增加，灭菌效果先增加后下降，同时给出了杀菌最优参数，并结合正交试验，找出了对灭菌效果影响最大的因素。Jasmina Filipicˇ等[27]研究了稳定磁场对废水中大肠杆菌和假单胞菌的影响，发现磁场对两种菌类都存在抑制作用。

4 磁场技术与其他方法联合使用

废水的处理往往不是单一的方法就能完成的，多种方法的联合使用在废水处理中扮演着重要的角色，其中就包括磁场与其他方法的联用技术。杨英福[28]研究了磁场-超声波-电絮凝组合处理工艺，认为该工艺可以大大降低电絮凝的电耗，并解决了电絮凝过程中电极钝化的瓶颈问题。在社会提倡节能、环保、高效、科技的大环境下，该组合工艺在废水处理领域必将有广阔的应用前景。余以雄[29]用磁场-电解法处理垃圾渗滤液，其处理效果优于单一的电解处理，对COD和氨氮处理效果明显提高。Moh Faiqun Niam等[30]采用磁场与电絮凝联合处理废水中的悬浮物，发现悬浮物和浊度的去除率大大提高。

5 结束语

磁场作为一种绿色、环保的处理方法，在废水处理中越来越受到人们的关注，磁场自身作用及协同与强化作用，既可以改变废水的自身性质，又能够减少化学药剂的使用，拥有广阔的市场前景。未来更多的是需要在规模化的应用及作用机理上进行更深的研究，为磁场的应用指明方向。

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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

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541081)。

2016-03-25

陈平（1979-），男，黑龙江省大庆市人，副教授，硕士，2008 年毕业于沈阳建筑大学市政工程专业，研究方向：工业废水处理及资源化。E-mail：shenjiangong22@126.com。