（环境工程专业论文）铁氧体强化生物反应器处理生活污水的试验研究.pdf

学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密口。 学位论文作者签名：耆珏眨名 卅| 年b 月l 多日 指导教师签名： 硼1 年占月1 日 铁氧体强化生物反应器处理生活污水 的试验研究 s t u d yo nf e r r i t ee n h a n c e db i o r e a c t o rf o r d o m e s t i c 研白s t e w a t e r 西e a t m e n t 专 姓 二。一一年六月 帅0眦52 帆59刚8iii_m y 江苏大学硕士学位论文 摘要 活性污泥法工艺在城市生活污水的处理中有着广泛的应用，但是传统的活性污泥 法工艺存在着工艺流程长、水力停留时间长、反应池占地面积大、污泥膨胀等缺点。 因此，提高活性污泥法的处理能力和降低处理成本已成为人们共同关注的问题。随着 科学技术的发展和跨学科技术的综合利用，应用磁场分离和降解污水中的污染物，已 成为一项新兴的水处理技术。它不但可以单独使用，也可以与其他水处理技术联合使 用，其成本低、易于操作、无二次污染和能耗小等优点使其在污水处理中具有将广阔 的应用前景。但是向生物反应器中投加廉价易得的铁氧体粉末，使其与活性污泥相结 合用于处理生活污水和提高活性污泥沉降效率的研究尚不多见。 在上述背景下，开发了新型的铁氧体活性污泥法污水处理工艺。为了确定该工艺 的运行效果，构建了试验体系。分别研究了该处理系统的启动、对污水的处理效果以 及影响系统稳定运行的工艺参数，最后研究了铁氧体强化的活性污泥反应器的除污系 统反应动力学。 系统启动试验研究显示，投加铁氧体能够加快反应器的启动速率。在一定条件下， 传统的活性污泥反应器的启动需要l o d 左右，而投加铁氧体后，新型反应器运行7 d 后出水就达到稳定状态，并且稳定运行后，后者的出水效果优于前者。 除污效果研究表明，在反应器中铁氧体的投加量为3 7 5 m g l 的条件下，反应器对 c o d 伢、n h 。一n 、t n 和t - p 的去除率都有所提高。水力停留时间由普通活性污泥的8 h 以上缩短到6 h ，l o o m l 污泥沉降时间由2 6 m i n 缩短到在重力作用下沉降需要1 4 m i n ， 在重力和磁场的共同作用下只需6 m i n 左右，从而增大了反应器的处理能力，有利于 减小曝气池及二次沉淀池的面积，节省了基建费用。同时，反应器的最佳d 0 范围由 2 m g l - 、- 4 m g l 增加到了2 m g l 一- 5 m g l ，最大有机负荷由低于3 9 2 m g l 升高到5 0 0 m g l ， 最适温度范围由3 3 - - 3 6 变化到了2 8 3 6 。 运行条件研究显示，投加铁氧体后，该反应器的最佳工艺运行参数分别为：h r t 为6 h 、d 0 为2 m g l - - - - 5 m g l 、进水有机负荷低于5 0 0 m l 、温度范围为2 8 , - 一3 6 。c 、p h = 7 8 。 机理研究表明，向生物反应器中投加铁氧体能够提高活性污泥中微生物的浓度， 改变活性污泥絮体的结构和形状，提高污泥的沉降和脱水效果，在铁氧体和活性污泥 铁氧体强化生物反应器处理生活污水的试验研究 的共同作用下，提高了反应器对污水中污染物的去除率。通过m o n o d 方程对有机底物 降解动力学分析表明，普通活性污泥系统和铁氧体活性污泥系统的最大比降解速率分 别为0 8 2 8 d 1 和1 0 5 1 d ，这从另一个角度上说明，向活性污泥系统中投加铁氧体后， 对反应器去除污染物具有强化作用。 关键词：铁氧体，活性污泥法，生活污水，除污效果，底物降解动力学 江苏大学硕十学位论文 a bs t r a c t t r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g et e c h n o l o g yh a daw i d er a n g ea p p l i c a t i o ni nd o m e s t i c s e w a g et r e a t m e n t ，b u ti ta l s oh a dm a n yd i s a d v a n t a g e s ，s u c ha sl o n gh y a r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ， l a r g ea r e ao fr e a c t i o n p o o l ，s l u d g eb u l k i n ga n ds oo n t h e r e f o r e ，h o wt oi m p r o v i n gt h e p r o c e s s i n gc a p a c i t yo fa c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sa n dr e d u c ed i s p o s a lc o s t sb e c o m ea c o m m o nc o n c e r n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , a n dc o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fi n t e r d i s c i p l i n a r yt e c h n o l o g y , m a g n e t i cs e p a r a t i o na n dd e g r a d a t i o no f p o l l u t a n t si nw a s t e w a t e rh a db e c o m ea ne m e r g i n gw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y i tc a nn o t o n l yb eu s e da l o n ea n dc o m b i n e dw i t ho t h e rw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s t h ev i r t u eo f l o wc o s t , e a s yo p e r a t i o n ，n os e c o n d a r yp o h u f i o na n de n e r g yc o n s e r v a t i o ni nw a s t e w a t e r t r e a t m e n t ，e t c m a d ei th a sab r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s b u ta d d i n gc h e a pa n de a s yg e t f e r r i t ep o w d e rt o t h eb i o r e a c t o r 丽ma c t i v a t e ds l u d g et o i m p r o v et h ee f f i c i e n c y o f w a s t e w a t e rt r e a t m e n tw a ss t i l lr a r e u n d e rt h a tb a c k g r o u n d ，an e wt y p eo ff e r r i t ea c t i v a t e d s l u d g es e w a g et r e a t m e n t p r o c e s sw a se x p l o i t e d t od e t e r m i n et h ee f f e c to ft h i sp r o c e s s ，at e s ts y s t e mw a sb u i l t t h e s t a r t u po ft h et r e a t m e n ts y s t e m ，t h ee f f e c to ff e r r i t et os e w a g et r e a t m e n t ，a n dt h es y s t e m s t e c h n i c a lp a r a m e t e r sw h i l ep r o c e s sr u n n i n gs t a b i l i t yw e r es t u d i e d ，a n dt h e k i n e t i c so f d e c o n t a m i n a t i o ns y s t e mo ft h ef e r r i t ee n h a n c e da c t i v a t e ds l u d g er e a c t o rw a ss t u d i e da tl a s t s t a r t - u p e x p e r i m e n t a ls h o w e dt h a t , t h es t a r t u pr a t ec a l lb es p e e d e du pb ya d d i n gf e r r i t e t ot h er e a c t o r u n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n s ，i ti sn e e d1 0 d a y st os t a r tt h et r a d i t i o n a la c t i v a t e d s l u d g er e a c t o r , w h i l ea f t e ra d d i n gf c r d t e ，e f f l u e n to ft h en e wr e a c t o rr e a c h e das t e a d ys t a t e a f t e ro n l y7 d a y s ，t h el a t t e rw a t e rw a sb e t t e rt h a nt h a to ft h ef o r m e r e f f e c to fd e c o n t a m i n a t i o n s h o w e d ，w h e n t h ed o s a g eo ff e r r i t ei nt h er e a c t o rw a s3 7 5 m g lt h er e m o v a lr a t e so fc o d c , , m s 3 - n ，t - na n d 暑pw e r ei m p r o v e d h y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m ew a sr e d u c e dt o6 hf r o mm o r et h a n8 ho ft h ec o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g e ，s e t t l i n g t i m eo f1 0 0 m l s l u d g ew a sd o w nt o1 4 m i nu n d e rg r a v i t yn e e d ，a n d6 m i nu n d e rc o m b i n e d a c t i o no fg r a v i t ya n dm a g n e t i cf i e l d sf r o m2 6 m i ni nc o m m o nr o l e ，s oa d d i n gf e r r i t et o r e a c t o rw a sc o n d u c i v et o i n c r e a s i n gt h et r e a t m e n ta b i l i t yo ft h er e a c t i o n ，t h ea r e ao ft h e t t t 铁氧体强化生物反应器处理生活污水的试验研究 a e r a t i o nt a n ka n ds e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a n k sw a sr e d u c e d ，a n dc o n s t r u c t i o nc o s t sw e r e s a v e m e a n w h i l e ，t h eb e s td or a n g eo fr e a c t o rw a si n c r e a s e dt o2 m g l 一5 m g lf r o m 2 m g l 一4 m g lm a x i m u mo r g a n i cl o a d i n gw a si n c r e a s e dt o5 0 0 m g lf r o ml e s st h a n 3 7 5 m l ，t h et h eo p t i m u mt e m p e r a t u r er a n g ew a sc h a n g e d t ot h e2 8 一3 6 f r o m3 3 一3 6 o p e r a t i n gc o n d i t i o n ss h o w e d ，t h eo p t i m u mo p e r a t i n gp a r a m e t e r so fr e a c t o rw e r e ：h r t w a s6 h ，d ow a s2 m g l 一5 m g li n f l u e n to r g a n i cl o a dw a sl e s st h a n5 0 0 m k t e m p e r a t u r er a n g e ：2 8 一3 6 ，p h = 7 8 m e c h a n i s ms t u d ys h o w e dt h a ta d d i n gf e r r i t et ot h eb i o r e a c t o rc o u l di n c r e a s et h e c o n c e n t r a t i o no fm i c r o o r g a n i s m si na c t i v a t e ds l u d g e ，c h a n g e dt h es t r u c t u r ea n ds h a p eo f a c t i v a t e ds l u d g ef l o c c u l e s ，i m p r o v e dt h es e t t l i n ga n dd e w a t e r i n ge f f i c i e n c yo fs l u d g e ，a tt h e c o m b i n e da c t i o no ff e r r i t ea n da c t i v a t e ds l u d g e ，t h ee f f i c i e n c yo fr e m o v a lp o l l u t a n t sf r o m w a s t e w a t e rw a si n c r e a s e d o r g a n i cs u b s t r a t e d e g r a d a t i o nk i n e t i c sa n a l y s i sb ym o n o d e q u a t i o ns h o w e dt h a tt h em a x i m u ms p e d 矗cd e g r a d a t i o nr a t eo fc o n v e n t i o n a la c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s sa n dt h ef e r r i t ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sw e r e0 8 2 8 d - 1 ，a n d1 0 51 d 1 ，t h i s s h o w e df r o ma n o t h e rp e r s p e c t i v e ，a d d i n gf e r r i t et oa c t i v a t e ds l u d g es y s t e mc o u l de n h a n c e t h ee f f e c to fr e a c t o rr e m o v a lt h ep o l l u t a n t si nd o m e s t i cs e w a g e k e yw o r d s ：f e r r i t e ，a c t i v a t e ds l u d g e ，d o m e s t i cs e w a g e ，e f f e c t so fd e c o n t a m i n a t i o n ， s u b s t r a t ed e g r a d a t i o nk i n e t i c s 江苏大学硕士学位论文 目录 第一章绪论。1 1 1 研究背景1 1 1 1 城市生活污水的水质特征及排放状况1 1 1 2 我国城市生活污水处理现状1 1 2 活性污泥法2 1 2 1 活性污泥工艺的应用现状。2 1 2 2 活性污泥工艺存在的主要问题及主要发展趋势。2 1 3 磁技术在国内外污水处理中的应用现状3 1 3 1 磁场在污水处理中的应用现状3 1 3 2 磁粉及铁氧体在污水处理中的应用现状。4 1 4 论文的研究目的、意义和内容8 1 4 1 论文的研究目的和意义8 1 4 2 主要研究内容9 1 4 3 技术路线9 第二章铁氧体活性污泥法生物反应器除污效能研究。n 2 1 试验材料及方法。1 1 2 1 1 污水来源及性质1 1 2 1 2 分析指标及方法1 2 2 1 3 试验装置1 3 2 1 4 铁氧体粉末的制备1 3 2 2 启动阶段结果与讨论一1 6 2 2 1 反应器的启动1 6 2 2 2 启动阶段c o d c r 去除效果1 7 2 2 3 启动阶段n h 3 n 去除效果1 8 2 2 4 启动阶段t - n 去除效果。1 8 2 3 铁氧体强化反应器的除污效果1 9 2 3 1 运行阶段c o d c r 去除效果2 0 2 3 2 运行阶段n h 3 一n 去除效果2 0 2 3 3 运行阶段t - n 去除效果2 1 2 4 本章小结。2 2 第三章铁氧体活性污泥法生物反应器工艺参数的研究2 3 3 1 试验材料与方法2 3 3 1 1 试验材料2 3 3 1 2 试验方法。：2 3 3 1 3 试验分析项目及方法2 4 3 2 结果与讨论2 4 v 、 铁氧体强化生物反应器处理生活污水的试验研究 3 2 1 铁氧体投加量对处理效果的影响2 4 3 2 2 水力停留时间对污水中污染物去除效率的影响2 7 3 2 3d o 对污水中污染物去除效果的影响3 l 3 2 4 有机负荷的影响3 4 3 2 5 温度对污水中污染物去除效果的影响3 5 3 2 6 p h 对污水中污染物去除效果的影响3 8 3 2 7 铁氧体生物反应器内污泥沉降性能研究4 1 3 3 本章小结。4 3 第四章微磁场强化除污动力学及机理研究。4 4 4 1 铁氧体活性污泥除污机理研究4 4 4 2 有机底物降解动力学研究4 5 4 2 1 理论动力学方程的建立4 5 4 2 2 理论动力学方程的推导4 7 4 3 不同因素对动力学的影响4 9 4 3 1 铁氧体投加量的影响5 0 4 3 2 温度的影响5 1 4 3 3d o 的影响5 2 4 3 本章小结5 2 第五章结论与建议5 4 5 1结论5 4 5 2 建议5 5 参考文献5 6 致谢i 匠】【 在读期间发表的学术论文6 2 v i 江苏大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 城市生活污水的水质特征及排放状况 近年来，我国加快了城市化的步伐，城市人口的数量和密度都有了大规模的增长， 在经济和人口增长的同时，城市生活污水的排放量也有了大幅度的增加。2 0 0 3 年全国 污水排放总量约6 8 0 亿吨，其中工业污水占三分之二，第三产业和城镇居民生活污水 占三分之一。2 0 0 4 年污水排放量是指工业、第三产业和城镇居民生活等用水户排放的 水量，但不包括火电直流冷却水排放量和矿坑排水量，2 0 0 4 年全国污水排放总量6 9 3 亿吨，其中工业污水占2 3 ，第三产业和城镇居民生活污水占1 3 。2 0 0 5 年污水排放 量是指工业、第三产业和城镇居民生活等用水户排放的水量，但不包括火电直流冷却 水排放量和矿坑排水量，2 0 0 5 年全国污水排放总量7 1 7 亿t ，其中工业污水占2 3 ， 第三产业和城镇居民生活污水占1 3 。2 0 0 6 年全国废污水排放总量7 3 1 亿t ，其中工 业污水占2 3 ，第三产业和城镇居民生活污水占1 3 。2 0 0 7 年全国废污水排放总量7 5 0 亿t ，其中工业污水占2 3 ，第三产业和城镇居民生活污水占1 3 。2 0 0 8 年全国废污 水排放总量7 5 8 亿吨n 1 。然而由于资金、能源等方面原因的制约，城市污水处理率不 高，大量未经处理和处理未达标的污水直接排放进入水体，使水资源收到了严重的污 染。同时，我国大多数污水处理厂属于二级处理，出水直接排入河道或海洋，即使在 我国较发达的地区，再生水的回用率也非常低，这造成了淡水资源的浪费，同时也加 大了自然水体的污染程度。 1 1 2 我国城市生活污水处理现状 我国城市污水处理事业开始于1 9 2 1 年，上海首先建立北区污水处理厂。近些年， 城市污水处理的建设有了很大发展，截至2 0 0 5 年6 月底，全国6 6 1 个设市城市建有 污水处理厂7 0 8 座，处理能力为49 1 2 万m 3 d 。但绝大多数城市的污水处理能力满足 不了实际需要，全国还有2 9 7 个城市没有建成污水处理厂，全国5 万多个城镇，3 7 0 多万个村庄，9 亿多人口居住地尚无污水处理设施昭1 。同时，我国污水处理厂还存在 铁氧体强化生物反应器处理生活污水的试验研究 着以下问题：( 一) 总体处理能力偏低，地区分布不平衡。尽管我国2 0 0 5 年城市污水 处理率已达到了4 5 7 ，但是同西欧发达国家相比，仍然有很大的差距。同时，我国 污水处理设施分布不均，污水处理厂主要集中在东部地区。( - - ) 污水处理设施运行 负荷率有待进一步提高。由于城镇生活污水收集系统建设滞后和污水处理设施设计规 模过大等原因造成了污水处理运行率不高口3 。( 三) 污水资源化低，污泥利用率不高。 1 2 活性污泥法 1 2 1 活性污泥工艺的应用现状 活性污泥法( a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废 水的一类好氧生物处理方法，是典型的生物处理技术。根据调查，我国现有城市污水 处理厂9 0 以上采用的是活性污泥法及其变形工艺【4 l 。对于日处理能力在2 0 万t 以 上的城市污水处理厂，主要是鼓风曝气的氧化沟工艺和完全混合式活性污泥法；对于 日处理能力在5 万2 0 万t 的城市污水处理厂，除上述两类工艺外，还可以采用序批 式活性污泥法( s b r 工艺) ；一些小型的城市污水处理厂，由于各种新型的污水处理工 艺的开发，可选择的技术比较多，但总体应用上仍以活性污泥法为主。 1 2 2 活性污泥工艺存在的主要问题及主要发展趋势 随着人们对活性污泥法污水处理技术的深入研究和大量应用，传统的活性污泥法 污水处理工艺中的许多问题逐渐凸显出来。如曝气池首端有机物负荷高，耗氧速率较 高，为了避免由于缺氧而形成厌氧状态，所以进水的有机物浓度不宜过高，导致污水 处理构筑物占地面积较大，占地较多、基建投资大；耗氧速率沿水流方向逐渐降低， 使供氧速率难于与其相符，在进水方向出现供氧不足，而在出水端出现溶解氧过剩等 现象，从而影响处理效果；对水质，水量的变化适应能力低，运行结果容易受到进水 情况变化的影响；受二沉池污泥沉降分离能力的限制，曝气池污泥浓度低，一般在 3 0 0 0 m g l - - - 4 0 0 0 m g l ，单位容积的处理量小，污泥絮体结构松散，容易产生污泥膨 胀，给运行管理带来诸多困难；一些难降解污染物的降解菌和硝化细菌容易流失，在 曝气池中难以富集，脱氮除磷效果不太理想，处理后水的n h 。- n 、t - n 和t - p 常超标。 同时具有运行管理费用高、电力能源消耗大、污水处理能力受到限制和容易发生污泥 2 江苏大学硕士学位论文 膨胀等缺点。 目前活性污泥法的发展趋势可归纳为以下几个方面：( 1 ) 研究和开发污水的综合 处理技术，提高污水处理水平，优化活性污泥工艺运行的条件；( 2 ) 不断地降低基建 投资和运行成本，提高与其他水处理技术的竞争的能力。 1 3 磁技术在国内外污水处理中的应用现状 1 3 1磁场在污水处理中的应用现状 磁技术在污水处理中的应用可以追溯到上世纪3 0 年代，上世纪7 0 年代，美国发 展起来了高梯度磁分离技术( h g m s ) ，是现代磁分离技术的一个标志旧。我国的研究人 员于1 9 7 5 年开始研究用磁过滤技术处理锅炉废水，近3 0 年来，我国应用磁技术处理 污水的范围更广泛，技术更成熟，在磁技术治理“三废、磁除垢、防垢、杀菌、磁 化水的理化性质改变等方面的研究领域有很大进展；研究表明，磁处理对水的物理及 化学性质有一定的影响，使水的结构发生变化1 ；磁场对物质的溶解，结晶，沉淀及 微生物的生长和代谢都会产生一定的影响口3 。随着磁场技术的法展，磁絮凝、磁分离 技术也广泛地用于污水处理当中，磁絮凝与磁分离工艺技术可用于高浓度污染物的去 除，具有用药量低、集成度高、便于自动化操作和管理等优点呻1 。同时，磁场对极细 悬浮物及低浓度的污水具有很强的分离能力，特别是大梯度磁分离系统，不仅可以去 除污水中的磁性物质，而且对非磁性物质也具有去除作用阳1 。 磁场本身是一种具有特殊能量的场，经磁场处理过的水或水溶液，其光学性质、 导电率、介电常数、粘度、化学反应及表面张力和吸附、凝聚作用及电化学效应等方 面的特性都产生了可测量的变化n0 i 。磁场的生物效应就是磁场对生物体的作用效应， 国内外大量研究表明，磁场作用于生物体后，在生物体内可引起一系列的生物学反应 t t t o 肖红雨等n 2 3 研究发现磁场可使小鼠体内的y 谷氨酰转移酶和细胞三磷酸腺苷( a t p ) 酶活性升高，从而促进氨基酸摄取和葡萄糖吸收。t s u c h i y a 等n 3 1 通过对磁场强度为 5 2 t 6 1 t 磁场下大肠杆菌的研究发现，经过磁场处理3 0h 后大肠杆菌的数量是普通 条件下的3 倍，表明一定强度的磁场对微生物生长有促进作用；h o r i u c h i 等n 4 1 通过细 菌菌落计数发现，强磁场对暴露于其中的大肠杆菌的死亡有极强的抑制作用；毛宁等 n 5 1 6 1 认为磁场会影响生物体内的蛋白质大分子和酶，使生物体内原有蛋白质重新大量合 3 铁氧体强化生物反应器处理生活污水的试验研究 成，特别是水解酶和氧化还原酶活性增强，提高酶反应速度；i k e h a t a 等n 刀通过对5 t 强磁场环境下细菌的化学突变试验研究发现，强磁场可以使细菌产生突变作用。尹焕 才n 8 1 通过动态磁场对枯草芽孢杆菌和鼠伤寒沙门氏菌影响的研究表明，磁场对两种细 菌衰亡期菌体死亡速率具有一定的抑制作用。a b r o s i m o v al n n 卅报道了磁处理土壤后3 个月内土壤微生物的变化，磁处理土壤微生物数量比未经磁处理的微生物数量高1 2 1 8 倍。 但是，国内外也有不少研究证明磁场对徽生物和酶活性有影响，台湾丁一倪等啪1 研究表明磁场会影响酵母菌的生长及其代谢，但c h a r l e s 等瞳妇认为磁场虽然对细菌的 裂殖并无影响，但对细菌有致死作用。郭丹丹乜2 1 用1 0 t 以上高强度脉冲磁场处理牛奶 的研究表明，在最佳处理条件下，经脉冲磁场处理的牛奶可达到商业无菌的要求，张 吉先乜3 1 的研究结果表明，适当的磁场强度下( o 1 5 t 0 3 5 t ) ，土壤呼吸作用增强，放 线菌菌落数增加，转化酶和磷酸酶提高，而细菌生长和过氧化物酶，脲酶活性受到抑 制。高磁场( 0 8 0 t ) 对土壤微生物和酶活性均产生抑制作用，许喜林口4 1 在动态磁场对微 生物的作用的研究中表明，动态磁场对微生物的作用造成了细胞结构的破坏，使细胞 内的物质( 如核酸) 泄漏，虽然会因为细菌种类的差异而有所不同，但能使大部分细菌 失活栗杰瞳5 1 等通过磁场对棕壤过氧化氢酶和过氧化物酶活性的影响的研究表明，低磁 场对过氧化氢酶和过氧化物酶活性有促进作用，但是不同场强的磁效应有所差异。 l o o m t 场强处理对两种酶活性均为促进作用，而5 0 0 m t 场强处理对过氧化氢酶活性有一 定的抑制作用。 以上研究结果显示，磁场是除了营养成分、化学有毒物质、射线等物理环境条件 之外，对微生物生长、变异有重要影响的另一种环境因素。 另外，磁场还会提高生物细胞膜的通透性，使水和氧分子等易于进入细胞，是磁 场和微生物本身两者共同的作用效应。活性污泥中的生物体一般或多或少地带有生物 电或者含有磁性物质，对于活性污泥中的生物，磁场对它们有抑制或促进作用，主要 表现为磁场具有灭菌作用和对藻类生长有促进作用嘲3 。磁场对不同的生物层次( 女i i 生物 分子、细胞、组织和活体) 的影响也不相同，而微生物在磁场效应的作用下所表现出的 一些特性变化就是微生物的磁场效应乜7 l 。 1 3 2 磁粉及铁氧体在污水处理中的应用现状 4 近几十年来，f e 。0 3 磁性纳米粒子不止在磁带录音方面，甚至在医疗护理和磁感应 江苏大学硕士学位论文 方面均引起了人们的广泛兴趣。由于磁粉( 纳米f e 。0 3 或微米f e 。0 。) 具有很大的表面积， 有较高的表面自由能，能够直接吸附污水中的污染物，容易和活性污泥中菌胶团结合， 降低其表面能使活性污泥中的间隙水和表面水释放出来成为自由水嘲此外，经过磁粉 吸附的物质可以很容易通过外部磁场分离出来。因此，作为一个有效地、经济的、适 用的和无毒的综合体，f e 。o 。纳米粒子是应用和基础研究的潜在的最优选择。在活性污 泥中投加适量磁性粉末( f e 。0 3 ) ，污泥絮体结构紧密，沉降分离效果好，可大幅度提高 曝气池污泥浓度和难降解污染物降解菌和硝化细菌的比例嘲1 ，这是由于磁粉对菌胶团 有吸附作用，就形成紧密的磁粉团粒结构，减少了游离细菌的流失，生物量增加速度 加快，所以反应池中的活性污泥浓度增高。 磁粉应用于活性污泥法处理污水技术是磁效应活性污泥法的一项关键技术。陆光 立在活性污泥中投入磁粉( f e 。0 。) 处理生活污水，投入磁粉后，污泥絮体结构紧密， 沉降分离效果好，提高对c o d 臼和n h 。一n 去除率及污泥承受毒物的能力，出水透光率高， 清澈透明，由于磁粉对活性污泥菌胶团有吸附作用，逐渐形成紧密的磁粉团粒结构， 减少了细菌的流失，生物量增加速度较快。孙水裕渤1 应用磁粉强化活性污泥处理餐饮 废水，磁粉加入后增加了污泥的比重，使污泥絮体结构紧密，沉降速度加快，缩短了 泥水分离时间。朱又春u 利用磁粉和磁分离技术处理餐饮废水并对其除油机理进行分 析探讨。认为磁粉除油机理为：磁粉破乳除油和磁凝聚作用，磁粉颗粒带正电，油珠上 的表面活性剂带负电荷的极性头在带正电荷的磁粉固体颗粒上发生吸附，使表面活性 剂和油珠分离，实现破乳；半径 4 m 的磁粉易于发生磁絮凝，在磁絮凝过程中把溶液 中的油滴夹带进絮体中，使油滴以磁絮凝的形式团聚而被分离除去。刘炳泗口2 1 的磁分 离净化含油污水技术表明超细铁矿加入含油废水后，与油珠表面的表面活性剂的极性 基之间有很强的作用，在流体力的作用下，磁铁矿使油珠与表面活性剂脱附，产生破 乳作用。然后油滴凝聚成油相或者在疏水作用力下吸附在磁种上，经磁滤后除去。张 密林应用纳米磁粉磁化细菌生物法处理屠宰废水，提高了对废水的处理效果，其认 为纳米磁粉强化了微生物絮体的结构。纳米磁粉和磁场的作用提高了微生物的活性， 能够提高生物新陈代谢功能，从而提高去除污染物质的能力。代科林眦1 的研究表明投 加磁粉的活性污泥法处理城市生活污水要比不投加磁粉的普通活性污泥处理效果好， 投加磁粉后，反应器出水能达到城市生活污水二级排放标准。郑必胜5 3 用“包胶磁粉 处理食品发酵工业废水，其在污水中投入磁种使污水中的杂质如蛋白质、脂肪、胶体 物质、悬浮物等被吸附或沉淀到磁种上，然后利用磁吸附将其去除。这种磁种是在磁 5 铁氧体强化生物反应器处理生活污水的试验研究 性粉末f e 。0 。颗粒和p h 条件下，使氢氧聚合物沉积在磁种表面，使磁种间静电作用力 减少，易于絮凝成较大的絮团，从而达到去除重金属离子的效果。表面包裹上一层氢 氧化铁胶，磁种的性质主要取决于氢氧化铁胶的性质，氢氧化铁具有两性特性。当溶 液为酸性时，磁种表面带正电荷，可以吸附污水中大量带负电荷的浑浊物颗粒和胶体 等物质；再利用高梯度磁分离器就能快速分离得到较清的水。当溶液为碱性时，磁种 表面带负电荷，表面带负电荷的杂质污染物就会脱离磁种，进入溶液中，磁种便获得 再生，可以反复使用。李明俊啪1 将铝盐絮凝剂与磁粉混合制造成磁絮体，并用于污水 处理，结果表明，加磁可明显改善絮凝效果，使出水剩余浊度得到进一步降低，污泥 絮体更紧密，并大大缩短沉降所需时间。宗绍宇等b 7 1 认为，磁粉和磁分离技术相结合， 可以明显改善污泥絮体结构和沉降性能，克服污泥膨胀，可以大幅度提高活性污泥的 浓度，增大单位容积的处理能力。s h u i c h i r oh a t t o r i 汹 蚰1 的研究显示，在活性污泥中 加入磁性物质( 例如加入磁性粉末) ，在强大的磁场强度作用下，能有效提高污泥的 沉降性能。y a v u z h h 订等的研究表明在普通的活性污泥中加入磁粉后，污泥中微生物受 磁作用而产生正的磁生物效应，由于磁粉表面的键态、电子态与颗粒内部不同及表面 原子配位不全等均会导致其表面活性增加，使之成为生物催化剂，可以催化污泥中微 生物酶的活性，使微生物的生物活性大大提高。s a k a i 等h 2 3 研究发现，在水中加入一些 磁粉后可使微生物的生长与死亡相平衡，能够防止污泥膨胀，从而提高处理效率。郭 银松h 3 3 对磁处理对水体生物性质影响研究中显示，在磁性活性污泥中能观察到大量的 纤毛虫、钟虫和飘体虫，少量的轮虫，这些在普通活性污泥中较少出现，这也提高了 污泥对污水中有毒物质的去除能力经磁化处理的水样要比原水样的产氧率高。同时， 郭银松h 4 3 在磁化处理对污染水体耗氧特性影响的试验研究表明，经磁化处理的水样要 比原水样的产氧率高，但复氧率并没有什么变化，原因有可能是磁粉降低了污水中有 机物的耗氧能力。刘吉生h 副等认为磁粉利用其较大的表面积，有效吸附磷酸盐，降低 磷酸盐的含量研究表明经磁化处理后，磷的去除率可达9 8 3 5 。安燕啪1 等用含磁粉生 物反应器处理苯酚废水显示，适量的磁粉可以增加废水中的d o ，与不含磁粉的生物反 应器相比较，磁粉缩短了挂膜时间，加快了细菌的繁殖速度，提高了反应器对废水中 苯酚的去除率。唐燕超h 刀等用强磁粉( f e 。0 。) 协同无机混凝剂处理垃圾渗滤液，结果 显示，加入f e 。o 。能明显改善混凝效果，同时能使混凝后的胶粒沉降速度提高5 6 倍。 任月明h 8 1 采用纳米磁粉生物法与磁分离技术结合的新型工艺处理淀粉废水显示，同普 通活性污泥相比，加入磁粉的活性污泥增长快，驯化成熟时间短，污泥浓度、沉降性 6 江苏大学硕士学位论文 能、单位容积处理能力和抗冲击负荷能力明显提高。在各自最佳运行条件下，磁粉生 物法在生物反应器中曝气时间短、沉淀速度快、对c o d n h 。一n 和t n 的去除率都有所 提高。y a n 等h 钔研究添加磁粉制备磁性固定化酪氨酸酶( t y r ) ，发现磁性固定化酪氨酸 酶的活性比固定化酪氨酸酶的活性提高1 8 ，对l o o m g l 苯酚模拟污水的苯酚去除率分 别是4 2 和5 0 。麻海珍等唧1 的磁场对繁色非硫光合细菌脱氢酶活性影响研究表明，添 加磁粉后通过磁场作用于固定化的p s b 细胞后，磁性p s b 细胞的活性比非磁性固定化 的p s b 细胞的活性要提高约1 0 至2 0 ，脱色速度提高约3 3 ，表现出了正磁生物效应。 铁氧体( f e r r i t e ) 又叫铁淦氧，为一类非金属磁性材料，是由三价铁离子作 为j 下离子的主要成分的若干氧化物组成，并呈现亚铁磁性或反铁磁性的材料，是磁性 的三氧化二铁与其他一种或多种金属氧化物的复合氧化物( 或正铁酸盐) 。铁氧体具 有磁性，在高频时会较高的磁导率( 比金属磁性材料高) ；其电阻率比金属磁性材料 大得多，还有较高的介电性能。磁铁矿f e o f e 。0 。是最简单的铁氧体。上世纪七十年 代，日本首先提出了用铁氧体处理重金属废水瞄，并用于实验室污水中。铁氧体法具 有投资小、设备简单、易操作、处理量大、去除率高、净化效果好和能回收磁性材料 等优点，从效果与成本比看，铁氧体法是一种较理想实用的方法，因此在工业废水处 理中得到广泛应用。在此后的时间里，国内外学者对其进行了深入的研究，内容涉及 铁氧体形成机理、处理工艺路线及残渣综合利用等，并对多种实际水体进行了处理研 究嘞1 。 有资料研究表明啼引，用铁氧体共沉淀法，能除去废水中密度大于3 8 的重金属，铜、 锌，由于和铁离子的半径相差不大，可与之进行类质同相反应，形成比较稳定的铜锌 铁氧体嘲3 。曾祥峰等陆印用改进铁氧体法去除污泥处理液中的重金属结果显示，处理后 的液体中铜、锌、铬、镍、镉、铅含量达到安全排放标准。方云如啪1 等对同时含铬和 镉的电镀废水进行处理研究，当还原p h 控制在2 3 时，处理结果较理想，重金属最 终能达标排放。黄继国啼7 1 、李毓嘞1 等用铁氧体处理含铬废水表明，铁氧体对重金属离 子有很高的去除率，用铁氧体处理含铬废水方法简单，沉渣不会造成二次污染，并且 可以回收利用。李静红酬等在常温下利用铁氧