4 磁化用于有機廢水的處理
　　有機廢水處理是當前污染治理的一個普遍問題，傳統方法有活性污泥法、生物膜法、厭氧反應器法、氧化塘法等。前兩種方法是目前二級處理廠應用最廣泛的方法，其優點是技術比較成熟，運行穩定，出水可達允許排放標準，但缺點也很突出，基建投資大、運行費用高昂，尤其運行費之高，使許多單位望而生畏，無力負擔如此之高的運行費用，因此，常常對污水不加處理而直接排入江河湖海。淮河流域1994年發生的流域性污染災害，就是傳統污水處理模式費用太高所帶來的直接后果。為實現可持續性發展戰略，我國的國情要求我們必須開發一種投資少、效率高、運行費用低的污水處理技術。針對這一實際，我們在90年代初，根據磁化水能改變水的一些物理特性，改善生物機能、促進生物生長、提高農業、水產產量和治療保健等經驗，開展磁化—人工生態系統方法處理和利用有機廢水的研究，近10年的大量實驗研究和初步應用證明，這一方法是行之有效的，實際應用是成功的，有必要廣泛推廣，并在實用中進一步完善，以保持社會經濟可持續發展的良性循環。
　　（1）去除COD的效應與分析在水中有氧的情況下，通過改變磁感應強度、水溫、磁化流速等對各種污水進行了一系列實驗，結果表明：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。常溫下磁化流速2.5m/ｓ左右，磁感應強度0 .262～0 .315T下，上述各類污水的COD直接去除率平均醫院污水為2 5. 4%，印染廢水為21. 2 % ，城鎮污水為16.4% （磁化流速為2.5m/ｓ時為20.0 % ）、橡膠業廢水為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、自來水和城鎮污水磁化前后的溶解氧進行測試。常溫下磁化流速2.0m/ｓ，最佳磁感應強度0 .315T，4組去離子水磁化前后的溶解氧濃度不變，磁處理對溶解氧無影響；5組自來水磁化后溶解氧略有降低，平均減少4. 1 % ；12組城鎮污水，磁化后溶解氧平均減少24. 7%.這種瞬間磁化使污水有機物降解和溶解氧減少的現象，稱磁處理污水的直接效應。這一作用并非水中微生物酶引起的有機物分解，也非磁化使水中有機物分子的化學鍵斷裂，而是磁處理引起核磁共振激活了水中的溶解氧，促使部分有機物氧化分解。這可從三個方面來分析：一是上述實驗中，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；二是水和有機物分子的化學鍵斷裂，需要消耗相當大的能量，如水分子的氫鍵斷裂需 4～ 6千卡 /克分子的能量，如此之低的磁感應強度所提供的能量很小，無法使化學鍵斷裂；最后，帕特羅夫的實驗一定程度上證實了上述論斷，他使有溶解氧的水連續從感應磁場中通過，水中則產生5×10-5%的h2Ｏ2 ，這是一種很強的氧化劑，可使水中的有機物直接氧化分解。另外，我們還做了對污水多次連續反復磁化的實驗，可見隨著磁化次數的增加，每次去除COD的比率急劇變小，并趨于水平。因此，將磁處理技術應用于實際時，應使磁處理器間水流有一段時間的恢復過程。經驗表明，水力滯留時間約 2～ 3d以上為佳。
　　厭氧條件下磁化對提高水中有機物分解也有很好的效果，且更為顯著。我們取 4組城鎮生活污水做實驗，溫度保持在40℃，最佳磁感應強度仍為 0 .315～ 0 .368T，厭氧培養10d測試COD，表明磁化使COD的去除率提高21 %～2 8% ，平均為24.5% .其效果即使肉眼也能清楚看出，但機理尚需進一步研究。
　　（2）水磁處理生態效應及間接凈化影響外加磁場對生物影響稱生物磁效應，可分為生物分子效應、細胞效應、組織器官效應及整體效應，例如病毒為單純的大分子微生物、細菌、真菌基本上為單細胞微生物、原生動物、高等生物為不同功能器官所構成，其組織器官又為細胞組成。污水中生物種類繁多，構造與功能各異，它們通過某一強度的磁場時，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驗和分析：
　　（a）污水磁化具有很強的滅菌作用。磁感應強度0.315～0 .420T下，磁化流速2 .0～2.5m/s，3組水樣的情況基本一致，滅菌率為 74%～ 81 % .連續反復磁化，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物。磁化處理滅菌原因，可歸納為：一是在磁場的直接作用下，引起 BOD、COD降低，使異養微生物的能源和C素營養物質減少，導致水體異養菌死亡速度大于增殖速度，于是出現負增長現象，二是磁場力直接作用于細菌細胞內的水和酶，使酶鈍化或失活。而BOD數值的降低是細菌總數減少的反映，一方面在外加磁場直接作用下，BOD隨COD指標的降低而降低，另一方面，在外加磁場作用下，水體中功能微生物 （以細菌為主 ）受到影響，一部分細菌適應能力強，生命代謝活動不受到干擾，或者雖受到干擾但經過一定時間后可以恢復到正常狀態，這部分細菌以更強的適應能力生存下去，大部分細菌受到外界磁場作用下，由于體內外水的理化性質的變化 （如電導率、表面張力等 ）以及酶的鈍化、失活，不能適應而發生死亡現象，功能細菌數目的急劇減少，造成了BOD指標的降低，因此認為磁處理后 BOD降低是水中細菌總數減少的反映。綜上所述，可以得出這樣一種認識，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。磁處理具有殺菌效果，當磁場強度加大到2100 GS（4A）以上，可以使70 %以上的細菌死亡。施加磁場可以看作微生物生存環境的突發改變，能夠經得起周圍環境及體內離子、電子傳遞速度變化的細菌繼續生存下來并且維持正常的生命代謝活動，這部分細菌具有更強的適應能力，或者說具有更強的生物活性。
　　（b）活性污泥磁化會明顯提高其活性，從而增強污水的處理效率。我們取7組活性污泥，在37℃恒溫下觀測不同磁強處理后的甲基蘭脫色時間，表明0.367T下脫色時間由無磁化的 2 9h減少至2 4h，污泥活性增強1 7% ，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理后標準溫度下培養，測得它們的BOD5，后者均比前者高，平均高13 % ，可見磁處理既有滅菌作用，也有激活某些功能微生物的作用，并加速有機物的降解。
　　（c）磁化使藻類光合作用大大增強，顯著地提高了水中的溶解氧。常溫下取2組同樣的污水實驗，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驗磁處理對藻類產氧能力的影響，都表明磁感應強度0.367T時污水的藻類產氧能力最高，比非磁化的平均高出1 .1倍，按藻類固炭生產力與產氧能力的關系推算，藻類的生產力也將提高1.1倍，這與農業上磁化水使作物顯著增產和大大提高種子的發芽率的結論一致。其原因主要是：①磁化污水使有機物分解加快，為藻類生長提供了充足的Ｃ，N，p等營養物；②磁化使生物膜滲透性增加，給藻類吸收營養元素創造了有利條件；③磁化使水的透光性增強，為藻類光合作用提供了更好的光能。水中溶解氧的增加，又促進了水中微生物的生長和有機物分解，二者相互促進，導致有機廢水加速分解。
　　（d）污水磁化可促進高等水生生物生長，有利于污染物的去除。我們以泥鰍做實驗，在 3個水桶（10L）中，1個未磁化，2個被磁化，磁強分別為 0 .03T和0 .25T，分別放養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量均高于未磁化的，平均產量提高1 5%～ 2 0 %.另外，還對泥鰍的耐污能力和同化COD進行實驗，表明未磁化水桶中放養的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使有機物分解轉化，間接上提高了污水的凈化能力3組水樣測定7天后的COD，表明被磁化且養有泥鰍的 2、3號水桶的COD去除率比無磁化、無泥鰍的提高2 0 % ），并使之以更高的速度轉化為對人類有用的產物，變廢為寶，防止了二次污染。
　　（3）磁化—人工生態系統方法凈化污水應用實例1980年在原污水站基礎上，建成了一個磁化—人工生態處理系統工程，主要由二級磁化和3個生態池組成。該處理系統有效占地面積770m2 ，平均日處理醫院生活污水和病房污水700t.污水直接排入預沉調節生態池，水力滯留時間約4. 0h，經水泵提升和一級磁化，進入放養大量魚類的生態轉化池，水力滯留2 .0～ 2 . 5d，再次磁化并自流到設有許多垂直生態濾管的金魚池，滯留時間 2.5～ 3.0d，通過生態濾管集中后排出，出水達三級地面水標準，供醫院綠化和清洗之用。該站運用多年來，僅1994年在預沉池排過一次池污，且數量不多，足見污染物降解轉化率之高。該系統中：①預沉調節生態池面積180m2 ，平均水深 1 . 1～ 2 .5m，為兼氧池，池面風眼蓮覆蓋，吸收污水分解的N，p等營養鹽 ；②生態轉化池，直徑25m，由中心園池、環形復氧溝、環形外池組成，接納來自預沉池并進行一級磁化的污水，池中放養數萬尾羅非魚，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；③生態濾池100m2 ，平均水深 2 .3m，其中放養約 6萬條金魚和布設許多生態濾管，接納中心園池流來并經二級磁化的水流，繼續生態轉化后經生態濾管過濾后排放，完成整個凈化過程。該系統對BOD（Biological Oxygendemand），COD，N，p去除率全年平均分別為 89.9% ，87. 6 % ，6 9.6 %和73 .6 % .該系統工程基建總投資 2 7萬元，折合日處理污水1t/d的基建投資單價為3 86元；年運行費用7500元，折合處理污水1t/d的年運行單價1 0 .7元，遠低于表 1所列的常規二級處理的投資單價和運行單價。不僅如此，由于污水處理過程中的牛蛙、金魚、羅非魚、中藥材、葡萄等收入，每年還可收益1 .8萬元，比年運行費還多出1.0萬元，形成污水處理過程的負投入。該法由于生態處理中的磁化效應，大大加速和提高了污染物轉化速度和效率，且變廢為寶，使之成為投資少、占地小、效率高、運行費用低、無二次污染，并有一定產出收益的污水處理新途徑。
　　（4） 結論磁處理廣泛應用于農業、醫學、養殖、工業等諸多領域，尤其生命科學。基于這些經驗，我們提出將磁處理技術與人工生態系統相結合應用于有機廢水的凈化處理，并著重對磁處理問題開展了一系列的實驗分析和實際應用，從中獲得一些有益的認識。
　　（a ）有機廢水磁處理，在水體有氧條件下，污水瞬間通過合適的磁場 （0.315～0.368 T）后，視水質成分的差異，可直接去除COD8%～2 5% ，且不受水溫影響，但連續反復磁化，每次的去除率會隨磁化次數急劇下降。實際應用初步表明，磁處理器相隔的水力滯留時間以2～3d為宜。磁處理直接去除COD的原因，是污水被磁化中產生的h2O2等強氧化劑所致，并非生物酶作用或有機物分子結合鍵直接斷裂的結果。
　　（b ）厭氧條件下，污水磁化對COD降解也很顯著，實驗表明，水溫40℃在上述適宜磁場下，可使COD的去除率比不磁化的提高2 1 %～2 8% ，但其機理尚需進一步研究。
　　（c ）污水磁化，直接滅菌率可達 70 %～ 80 %（可能是形體很小的病毒、細菌等 ），但不能使所有的微生物死亡，尤其功能微生物，生存下來的還會被激活，以更大的活力提高污水凈化能力 （初步實驗約 1 7% ）。
　　（d）磁處理的污水，有利于菌藻系統生長和光合作用，可使水體產氧率和藻類 （綠藻 ）生產力增加一倍之多，從而促進生物鏈對污水的凈化作用。
　　（e）磁處理宜與人工生態系統聯合使用，上述污水處理站就是這一結合的成功范例，處理效率高，運行費用低，污水資源化和變廢為寶，為可持續發展和推廣展示了廣闊的應用前景。