塔式生物滤池 [魔环产生的磁场在塔式生物滤池上的应用]

　　摘 要：近年来，磁场在污水处理方面的积极作用和塔式生物滤池进行污水处理的优点，目前在国内已备受关注。本文简要地总结魔幻产生的磁场在污水处理方面的作用，并对其与塔式生物滤池的配合工作，进行了可行性分析。
　　关键词：磁场；污水；作用；塔式生物滤池
　　一、磁技术和塔式生物滤池在国内的应用现状
　　2005年中国内地的“环保风暴”之后，绿色环保越来越被重视。人们亟需高效、节能的“绿色”环境治理技术和工艺。作为“零排放”的新技术，磁技术不仅在工业方面得到了广泛应用，同时还可用于污水处理、空气净化除尘以及汽车尾气净化等许多方面。
　　近年来，塔式生物滤池在工业废水处理中得到了广泛应用，尤其是在含有高浓度有毒有机污染物地石油化工、化纤中的含酚含氰污水、丙烯腈污水方面，效果显著。
　　二、魔环产生的磁场的作用机理
　　可以利用永磁体产生强磁场原理。用永磁魔环（Magic Ring），魔环的设计思想来自于 K.Halbach 的旋转理论１，是一截全部由永磁体材料构成的空心圆柱体，能提供圆柱形的均匀场（保证稳定处理效果），且柱外无磁场。
　　魔环无需耗电，结构简单，易于制作，维修方便，而且所形成圆柱形的磁场更加适合作用在圆柱形的塔式生物滤池，而且柱无磁场，不会对滤塔外部造成磁场的影响，也不会干扰其他设备的正常运行。
　　三、磁场作用在塔式生物滤池的可能性分析
　　塔式生物滤池，因结构简单，占地面积小，水力负荷大，日程运行费用地，而且通风良好，氧供应充足，无需专门的供养设备，而且污泥产量低，但是处理不够充分。我们可以对塔式生物滤池施以磁场作用，从而提高生物膜上微生物的活性，提到处理效率。
　　微生物在塔内是固定在滤料上的，污水自上而下流动，沿水流方向，其所含有机物质和被生物利用的物质被微生物氧化分解而递减，使塔内不同深度上，微生物处于不同的营养条件，因而生物种类也不同。塔内微生物种群分布具有一定规律性，与有关资料介绍的废水稳定过程中微生物交替演变示意图极为相似。
　　滤池下层有机负荷减少，微生物生长速率低，使得微生物世代周期更长，如硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌的生长速率明显慢于同类型地细菌，时代时间较长，而且自养型的反硝化细菌代谢更为缓慢。必须保障污泥有足够的停留时间（泥龄高）并且避免脱氮细菌被洗出，才能保证稳定且更为彻底的处理效果。
　　磁化能够增加污泥的滞留时间，把磁化装置作用到塔式生物滤池上，便能增加滤层下层的脱氮效果。同时，磁场能直接促进有机物分解，提高微生物的活性，增大水中溶解氧，这样使得塔式生物滤池内有机物处理更加彻底。
　　四．磁场在污水处理方面作用的研究
　　土耳其Hacettepe大学通过两组平衡反应器进行了电磁场对生活污水处理的对比试验，实验结果表明：有机物去除率、微生物的累计率在一定范围内，随着磁场强度的增加而增加。
　　笔者做了大量的资料搜集与分析，从几个方面解释电磁场在水处理方面的作用：
　　（1）磁场对污水中有机物直接作用
　　对上述实验数据进行分析：由于葡萄糖水、淀粉水、氨水均由蒸馏水配制，其中没有微生物，即没有微生物作用，该实验证明：
　　①瞬间磁化是污水COD去除率降低，不是微生物酶的影响；
　　②由于0.315T的磁场强度所能提供的能量很小，不足以破坏污水中水和有机物分子的化学键（即使是键能小于化学键的水分子之间的氢键，也需4000－6000卡/克分子的能量才能被破坏），即有机物的分解不是磁场破坏有机物的化学键引起的。
　　对上述实验数据进行分析，猜测：磁场作用促进水中溶解氧与有机物作用，是有机物氧化分解。2
　　帕特洛夫的实验证明了上面的猜想。他使溶解氧的水从感应磁场中连续通过，水中产生5×10-5 %的H2O2，H2O2 是一种很强的氧化剂，使水中有机物氧化分解。过程如下：
　　①水与其中的溶解氧在磁场作用下，生成H2O2 ：
　　2 H2O + O2→H2O2
　　②有机物与双氧水作用，使有机物分解.
　　（2）磁场对污水中微生物的作用
　　磁场对水中微生物的作用机理尚不明确，如电磁场非热生物效应理论1和跨膜离子回旋理论3。
　　1、电磁非热生物效应理论
　　细菌是单细胞微生物，原生动物、微型后生动物有不同功能的器官。污水中，微生物的种类繁多，功能各异。细胞的分化程度决定其功能。不同的分化细胞的振荡频率不同，当振荡频率十分接近生物体的频率时，会引起谐振，从而影响生物活性。当细菌和微生物通过次磁场时，由于它们的内部频率的差异，磁场对活性微生物具有激发作用，而对病原体、线形虫等具有抑制作用。
　　2、跨膜离子回旋理论
　　由于微生物细胞膜上存在蛋白质通道，且细胞膜具有流动性，蛋白质通道中含有的钠离子、钾离子等会随着细胞膜的流动而运动，当有外加磁场时，磁场对其产生的洛伦兹力会改变离子的通透行为，进而增大了水中矿物溶解度，增加了生物活性。
　　3、 Yavuz H 在研究中发现：磁场作用能提高微生物活性。同时已有实验证明：磁场能改变细菌细胞超微结构，从而促进细胞的物质代谢、能量代谢和物质传递，有利于细胞的生长、发育和分裂。
　　广东工业大学和山东理工大学合作，进行了磁场对重金属废水生物吸附效果影响的实验。实验采用在微生物培养的过程中投加一定量经外加磁场磁化的Fe3O4 磁粉，形成稳定磁场，通过测定重金属Cu2+的去除率，进行菌种生长情况和去铜率的分析。
　　实验结果：磁场能促进微生物的生长，提高其生物活性。同时，磁场在高温下对菌种也有促进作用。
　　（3）磁场对水的作用
　　研究表明，磁场改变离子对细胞膜地通透行为，从而增加了矿物溶解度，增加了水分子自由基（自由基携带水中的氧分子），进而增加了整个系统的溶解氧，促进小分子有机物直接分解为C、N等元素成分，从而为微生物提供了必要的能源和原料，提高了好氧系统的处理效率。