磁化用于有機(jī)廢水的處置

1、磁化用于有機(jī)廢水的處置有機(jī)廢水處置是當(dāng)前污染治理的一個普遍問題，傳統(tǒng)方法有活性污泥法、生物膜法、厭氧反應(yīng)器法、氧化塘法等。前兩種方法是目前二 級處置廠應(yīng)用最廣泛的方法，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)比較成熟運(yùn)行穩(wěn)定，出水可達(dá)允許排放標(biāo)準(zhǔn)，但缺點(diǎn)也很突出，基建投資大、運(yùn)行費(fèi)用高昂， 尤其運(yùn)行費(fèi)之高，使許多單位望而生畏，無力負(fù)擔(dān)如此之高的運(yùn)行費(fèi)用，因此，常常對污水不加處置而直接排入江河湖海。淮河流域1994 年發(fā)生的流域性污染災(zāi)害，就是傳統(tǒng)污水處置模式費(fèi)用太高所帶來的直接后果。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略，我國的國情要求我們必須開 發(fā)一種投資少、效率高、運(yùn)行費(fèi)用低的污水處置技術(shù)。針對這一實(shí)際我們在90年代初，根據(jù)磁化水能

2、改變水的一些物理特性，改善生物 機(jī)能、促進(jìn)生物生長、提高農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)產(chǎn)量和治霖猓健等經(jīng)驗(yàn)，開展磁化一人工生態(tài)系統(tǒng)方法處置和利用有機(jī)廢水的研究，近10年的大 量實(shí)驗(yàn)研究和初步應(yīng)用證明，這一方法是行之有效的，實(shí)際應(yīng)用是成功的，有必要廣泛推廣，并在實(shí)用中進(jìn)一步完善，以保持社會經(jīng)濟(jì) 可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)。（1）去除COD的效應(yīng)與分析在水中有氧的情況下，通過改變磁感應(yīng)強(qiáng)度、水溫、磁化流速等對各種污水進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：水溫對污水瞬間通過磁化 器直接去除COD沒有影響。磁化流速2.5m/ s時最好這時對形成核磁共振比較有利，磁化去除COD的能力較強(qiáng)。常溫下磁化流速2.5m/ s左右磁感應(yīng)強(qiáng)度0.26

3、20.315T下，上述各類污水的COD直接去除率平均醫(yī)院污水為25.4%，印染廢水為21.2%，城鎮(zhèn)污水為16.4%（磁 化流速為2.5m/ s時為20.0%）、橡膠業(yè)廢水為11.3%，造紙廢水為8.1%，葡萄糖水為17.8%，淀粉水為11.1%，氨水為8.1%。另外，為 查明瞬間磁化直接使COD減少的原因，還對去離子水、自來水和城鎮(zhèn)污水磁化前后的溶解氧進(jìn)行測試。常溫下磁化流速2.0m/s，最佳磁 感應(yīng)強(qiáng)度0.315T，4組去離子水磁化前后的溶解氧濃度不變，磁處置對溶解氧無影響;5組自來水磁化后溶解氧略有降低，平均減少4.1%； 12組城鎮(zhèn)污水，磁化后溶解氧平均減少24.7%。這種瞬間磁化使污

4、水有機(jī)物降解和溶解氧減少的現(xiàn)象，稱磁處置污水的直接效應(yīng)。這一 作用并非水中微生物酶引起的有機(jī)物合成，也非磁化使水中有機(jī)物分子的化學(xué)鍵斷裂而是磁處置引起核磁共振激活了水中的溶解氧，促 使部分有機(jī)物氧化合成。這可從三個方面來分析：一是上述實(shí)驗(yàn)中，葡萄糖、水、淀粉水、氨水均為蒸餾水配制，其中沒有微生物，顯 然瞬間磁化使污水COD降低并非微生物酶的作用；二是水和有機(jī)物分子的化學(xué)鍵斷裂，需要消耗相當(dāng)大的能量，如水分子的氫鍵斷裂需 46千卡/克分子的能量，如此之低的磁感應(yīng)強(qiáng)度所提供的能量很小，無法使化學(xué)鍵斷裂；最后B ?帕特羅夫的實(shí)驗(yàn)一定程度上證實(shí)了上 述論斷，他使有溶解氧的水連續(xù)從感應(yīng)磁場中通過，水中則

5、產(chǎn)生5x10-5%的h2O2,這是一種很強(qiáng)的氧化劑，可使水中的有機(jī)物直接氧化 合成。另外，我們還做了對污水多次連續(xù)反復(fù)磁化的實(shí)驗(yàn)，可見隨著磁化次數(shù)的增加，每次去除COD的比率急劇變小，并趨于水平。因 此，將磁處置技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際時，應(yīng)使磁處置器間水流有一段時間的恢復(fù)過程。經(jīng)驗(yàn)表明，水力滯留時間約23d以上為佳。厭氧條件下磁化對提高水中有機(jī)物合成也有很好的效果，且更為顯著。我們?nèi)?組城鎮(zhèn)生活污水做實(shí)驗(yàn)，溫度保持在0C，最佳磁感應(yīng) 強(qiáng)度仍為0.3150.368T，厭氧培養(yǎng)10d測試COD，表明磁化使COD的去除率提高21%28%，平均為24.5%。其效果即使肉眼也能清 楚看出，但機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。

6、（2）水磁處置生態(tài)效應(yīng)及間接凈化影響外加磁場對生物影響稱生物磁效應(yīng)，可分為生物分子效應(yīng)、細(xì)胞效應(yīng)、組織器官效應(yīng)及整體效應(yīng)，例如病毒為單純的大分子微生物、 細(xì)菌、真菌基本上為單細(xì)胞微生物、原生動物、高等生物為不同功能器官所構(gòu)成，其組織器官又為細(xì)胞組成。污水中生物種類繁多，構(gòu) 造與功能各異，它們通過某一強(qiáng)度的磁場時，受到的影響也很不相同。從整體上說，有些被抑制，甚至死亡；有些被激活，加快新陳代 謝和生長，間接上提高了凈化污水的作用。對此，做了以下幾個方面的系列實(shí)驗(yàn)和分析：（a）.污水磁化具有很強(qiáng)的滅菌作用。磁感應(yīng)強(qiáng)度0.3150.420T下，磁化流速2.02.5m/s，3組水樣的情況基本一致滅菌率

7、為74%81%。 但連續(xù)反復(fù)磁化，滅菌率則提高不大，說明有些種類的菌群能夠抵御磁場的作用，甚至激活其代謝能力，會更快地生長和降解有機(jī)物。 磁化處置滅菌原因，可歸納為：一是在磁場的直接作用下，引起B(yǎng)OD、COD降低使異養(yǎng)微生物的能源和C素營養(yǎng)物質(zhì)減少，導(dǎo)致水體 異養(yǎng)菌死亡速度大于增殖速度，于是出現(xiàn)負(fù)增長現(xiàn)象，二是磁場力直接作用于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的水和酶，使酶鈍化或失活。而BOD數(shù)值的降 低是細(xì)菌總數(shù)減少的反映，一方面在外加磁場直接作用下，BOD隨COD指標(biāo)的降低而降低，另一方面，在外加磁場作用下，水體中功 能微生物（以細(xì)菌為主）受到影響，一部分細(xì)菌適應(yīng)能力強(qiáng)，生命代謝活動不受到干擾或者雖受到干擾但經(jīng)過

8、一定時間后可以恢復(fù)到正常狀 態(tài)，這部分細(xì)菌以更強(qiáng)的適應(yīng)能力生存下去，大部分細(xì)菌受到外界磁場作用下，由于體內(nèi)外水的理化性質(zhì)的變化（如電導(dǎo)率、表面張力等） 以及酶的鈍化、失活不能適應(yīng)而發(fā)生死亡現(xiàn)象，功能細(xì)菌數(shù)目的急劇減少，造成了 BOD指標(biāo)的降低，因此認(rèn)為磁處置后BOD降低是水 中細(xì)菌總數(shù)減少的反映。綜上所述，可以得出這樣一種認(rèn)識，外界磁場作用于微生物，對微生物的影響存在有害的一面，也存在有利的 一面。磁處置具有殺菌效果，當(dāng)磁場強(qiáng)度加大到2100GS（4A）以上，可以使70%以上的細(xì)菌死亡。施加磁場可以看作微生物生存環(huán)境的突發(fā)改變，能夠經(jīng)得起周圍環(huán)境及體內(nèi)離子、電子傳遞速度變化的細(xì)菌繼續(xù)生存下來并

9、且維持正常的生命代謝活動，這部分細(xì)菌具有更強(qiáng) 的適應(yīng)能力，或者說具有更強(qiáng)的生物活性。.活性污泥磁化會明顯提高其活性，從而增強(qiáng)污水的處置效率。我們?nèi)?組活性污泥，在37r恒溫下觀測不同磁強(qiáng)處置后的甲基蘭脫 色時間，表明0.367T下脫色時間由無磁化的29h減少至24h，污泥活性增強(qiáng)17%，原因就在于磁化后生存下來的微生物有更大的增殖和 代謝能力。為證明這一論斷，又取3組造紙中段廢水稀釋水樣，分別在不磁化和磁化處置后標(biāo)準(zhǔn)溫度下培養(yǎng)，測得它們的BOD5，后者 均比前者高平均高13%，可見磁處置既有滅菌作用，也有激活某些功能微生物的作用，并加速有機(jī)物的降解。.磁化使藻類光合作用大大增強(qiáng)顯著地提高了水中

10、的溶解氧。常溫下取2組同樣的污水實(shí)驗(yàn)，3天后磁化水中綠藻生長旺盛，非磁化水 幾乎看不到藻類。另外，又取3組生活污水用明暗瓶對比實(shí)驗(yàn)磁處置對藻類產(chǎn)氧能力的影響，都表明磁感應(yīng)強(qiáng)度0.367T時污水的藻類產(chǎn) 氧能力最高，比非磁化的平均高出1.1倍，按藻類固炭生產(chǎn)力與產(chǎn)氧能力的關(guān)系推算，藻類的生產(chǎn)力也將提高1.1倍，這與農(nóng)業(yè)上磁化水 使作物顯著增產(chǎn)和大大提高種子的發(fā)芽率的結(jié)論一致。其原因主要是：磁化污水使有機(jī)物合成加快，為藻類生長提供了充足的CNp等 營養(yǎng)物；磁化使生物膜滲透性增加，給藻類吸收營養(yǎng)元素創(chuàng)造了有利條件；磁化使水的透光性增強(qiáng)，為藻類光合作用提供了更好的 光能。水中溶解氧的增加，又促進(jìn)了水中

11、微生物的生長和有機(jī)物合成，二者相互促進(jìn)導(dǎo)致有機(jī)廢水加速合成。.污水磁化可促進(jìn)高等水生生物生長，有利于污染物的去除。我們以泥鰍做實(shí)驗(yàn)，在3個水桶(10L)中，1個未磁化，2個被磁化，磁 強(qiáng)分別為0.03T和0.25T，分別放養(yǎng)1.5kg的泥鰍，其他條件相同，3個月后所有磁化的水中泥鰍產(chǎn)量均高于未磁化的，平均產(chǎn)量提高15% 20%。另外，還對泥鰍的耐污能力和同化COD進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表明未磁化水桶中放養(yǎng)的50條泥鰍到第5天時全部死去，磁化的水桶中的50 條在第7天時還有23條存活下來。由于高等水生動物通過食物鏈?zhǔn)褂袡C(jī)物合成轉(zhuǎn)化，間接上提高了污水的凈化能力3組水樣測定7天后 的COD，表明被磁化且養(yǎng)有泥鰍

12、的2、3號水桶的COD去除率比無磁化、無泥鰍的提高20%)，并使之以更高的速度轉(zhuǎn)化為對人類有用 的產(chǎn)物，變廢為寶，防止了二次污染。磁化一人工生態(tài)系統(tǒng)方法凈化污水應(yīng)用實(shí)例如圖2, 1980年在原污水站基礎(chǔ)上，建成了一個磁化一人工生態(tài)處置系統(tǒng)工程，主要由二級磁化和3個生態(tài)池組成。該處置系統(tǒng)有效 占地面積770m2，平均日處置醫(yī)院生活污水和病房污水700t。污水直接排入預(yù)沉調(diào)節(jié)生態(tài)池，水力滯留時間約4.0h，經(jīng)水泵提升和一級 磁化，進(jìn)入放養(yǎng)大量魚類的生態(tài)轉(zhuǎn)化池，水力滯留2.02.5d，再次磁化并自流到設(shè)有許多垂直生態(tài)濾管的金魚池，滯留時間2.53.0d， 通過生態(tài)濾管集中后排出，出水達(dá)三級地面水標(biāo)準(zhǔn)

13、，供醫(yī)院綠化和清洗之用。該站運(yùn)用多年來，僅1994年在預(yù)沉池排過一次池污，且數(shù) 量不多，足見污染物降解轉(zhuǎn)化率之高。該系統(tǒng)中：預(yù)沉調(diào)節(jié)生態(tài)池面積180m2，平均水深1.12.5m，為兼氧池，池面風(fēng)眼蓮覆蓋吸收 污水合成的Np等營養(yǎng)鹽；生態(tài)轉(zhuǎn)化池，直徑25m，由中心園池、環(huán)形復(fù)氧溝、環(huán)形外池組成接納來自預(yù)沉池并進(jìn)行一級磁化的污水， 池中放養(yǎng)數(shù)萬尾羅非魚，吞食大量生長的菌、藻及原生動物使水體快速凈化，并流入中心園池；生態(tài)濾池100m2，平均水深2.3m，其 中放養(yǎng)約6萬條金魚和布設(shè)許多生態(tài)濾管，接納中心園池流來并經(jīng)二級磁化的水流，繼續(xù)生態(tài)轉(zhuǎn)化后經(jīng)生態(tài)濾管過濾后排放，完成整個 凈化過程。該系統(tǒng)對BOD

14、(BiologicalOxygendemand)，COD，N，p去除率全年平均分別為89.9%，87.6%，69.6%和73.6%。該系統(tǒng)工程 基建總投資27萬元，折合日處置污水1t/d的基建投資單價為386元；年運(yùn)行費(fèi)用7500元，折合處置污水1t/d的年運(yùn)行單價10.7元，遠(yuǎn) 低于表1所列的常規(guī)二級處置的投資單價和運(yùn)行單價。不僅如此，由于污水處置過程中的牛蛙、金魚、羅非魚、中藥材、葡萄等收入， 每年還可收益1.8萬元，比年運(yùn)行費(fèi)還多出1.0萬元，形成污水處置過程的負(fù)投入。該法由于生態(tài)處置中的磁化效應(yīng)，大大加速和提高了 污染物轉(zhuǎn)化速度和效率，且變廢為寶，使之成為投資少、占地小、效率高、運(yùn)行費(fèi)

15、用低、無二次污染，并有一定產(chǎn)出收益的污水處置新 途徑。結(jié)論磁處置廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、養(yǎng)殖、工業(yè)等諸多領(lǐng)域，尤其生命科學(xué)?；谶@些經(jīng)驗(yàn)，我們提出將磁處置技術(shù)與人工生態(tài)系統(tǒng)相結(jié) 合應(yīng)用于有機(jī)廢水的凈化處置，并著重對磁處置問題開展了一系列的實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)際應(yīng)用，從中獲得一些有益的認(rèn)識。有機(jī)廢水磁處置，在水體有氧條件下，污水瞬間通過合適的磁場(0.3150.368T)后，視水質(zhì)成分的差異，可直接去除COD8%25%， 且不受水溫影響，但連續(xù)反復(fù)磁化，每次的去除率會隨磁化次數(shù)急劇下降。實(shí)際應(yīng)用初步表明，磁處置器相隔的水力滯留時間以23d 為宜。磁處置直接去除COD的原因，是污水被磁化中產(chǎn)生的h2O2等強(qiáng)氧化劑所致，并非生物酶作用或有機(jī)物分子結(jié)合鍵直接斷裂的結(jié) 果。厭氧條件下，污水磁化對COD降解也很顯著，實(shí)驗(yàn)表明，水溫40C在上述適宜磁場下，可使COD的去除率比不磁化的提高21%28%，但其機(jī)