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磁性水处理在环境管理中的研究进展与展望

Yadollahpour阿里1,Rashidi Samaneh.1,rezaee zohre.1和Jalilifar Mostafa1

1医学院医学物理系,Ahvaz Jundishaur医学院,GoLestan Blvd,Ahvaz Iran。

DOI:http://dx.doi.org/10.12944/cwe.9.3.56

磁性水处理是一种较新的环境管理技术。磁场暴露会改变水分子的物理和化学性质,从而产生独特的特性。磁化水具有不同的性质,在环境管理的不同领域有可能得到应用。防止/消除规模,土壤改良,植物生长,作物产量,节水和废水处理是这些应用的一部分。水的磁性处理将水分子重组成微小的、均匀的、六边形结构的簇状结构,使水分子在植物和动物细胞膜的通道中流动更加容易。此外,有毒物质不能进入MW结构。这些特性使MW成为植物和动物细胞的生物友好化合物。本文综述了MWT在环境管理中的应用。综述了MWT在环境管理各个领域的最新进展。此外,还讨论了MWT在不同应用中的作用机理和未来发展前景。

磁场水处理;环境管理;独特的特点

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刘志强,刘志强,刘志强,等。磁性水处理技术在农业生产中的应用研究进展。Curr World Environ 2014;9 (3). DOI:http://dx.doi.org/10.12944/cwe.9.3.56

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收到: 2014-12-06
接受: 2014-12-23

介绍

近几十年来,电磁场(EMFs)在不同领域的应用急剧增加,包括治疗和诊断医学、环境管理和工业程序。1-7磁性水处理在健康、工业和环境等领域具有广阔的应用前景。水是生命的重要来源,任何生物都需要水来给每个细胞补水。在世界大多数地区,长期和频繁的干旱和激烈的用水需求对水资源造成了严重的压力。此外,灌溉成本高是世界范围内农业发展的主要问题。因此,开发新的节水技术引起了世界各国科学家的研究兴趣。磁性水处理技术是实现水处理不同潜力的理想途径。8各种研究表明,磁处理在环境管理的不同领域具有广阔的应用前景。磁处理在农业、食品加工、废水处理和防垢等方面的有益作用已在不同的研究中得到强调。这些效应可以分为两大类:磁性水处理对不同生物和物体的影响;以及磁处理对生物体和物体的直接影响。MWT在农业和农业中的主要应用包括改善灌溉水质和作物产量,消除/预防水分布,土壤改良,腐蚀控制和废水处理。9,10此外,MF的抗菌和杀菌作用还被用于废水处理和食品和果汁加工及均质。11 - 15号磁化或磁性水(MW)可以防止刻度形成并消除管道表面和使用水分设备的尺度。类似地,燃料的磁性处理可以通过消除和预防尺度来改善发动机性能并节省燃料消耗。16日,17日,6本研究审查了MW技术的基本原则及其在环境管理中的目前应用,其优势和最近在每个领域的进步。

磁场水处理

MWT是一种简单而有效的方法,水通过MF或MF组合,从而获得不同的物理化学特性。水是一种顺磁性化合物,对磁性材料具有很小的正敏感性。像其他顺磁性化合物一样,水分子会被磁场轻微吸引,当外部磁场被移除时,材料就不会保持其磁性。18、19当通过MF时,水获得的磁矩可以持续24到48小时。MWT的结果取决于MF强度、溶解盐的组成和通过0.5英寸直径的磁控管的速度。MWT是一种水的非化学处理,不需要任何过滤替代品。在最大限度的农业中,健康和有效的水合作用可以通过MW实现。MF可以影响细胞膜的结构、细胞膜的通透性、离子的转运,从而影响细胞膜的代谢途径。20.通过刺激蛋白质和酶活性的MF治疗可以影响自由基和总体生化方法。21日,22日在普通分子量和非分子量中,由许多水分子组成的水分子簇是松散吸引的。这种松散而混乱的吸引力形式使水易于毒素和污染物在水分子簇内流动。这些水分子簇的大结构或毒素的存在阻碍了这些簇通过细胞膜的大部分。这些较小尺寸的混乱团簇,其中一些携带毒素,可以进入细胞,产生有害影响。22因此,给植物补水需要大量的正常水分。水的磁性处理将水分子定向成非常小的簇,每个簇由六个对称排列的分子组成。这种微小而均匀的簇状结构为六角形,很容易进入动植物细胞膜的通道。此外,有毒物质不能进入MW结构。这些特性使MW成为植物和动物细胞的生物友好化合物。MW可用于提高作物产量、促进种子萌发和有益于牲畜健康。研究表明,用于灌溉的MW可以提高水生产力10;因此,保护​​水供应用于预期未来的全球水资源稀缺。此外,据报道,MW有效地防止和去除管道和含水结构中的尺度沉积物。MW水增强了与添加肥料相当的土壤中的CO 2和H +水平。将清洗剂与MWT相结合,可提高清洗剂的有效性,使清洗剂的消耗量减少三分之一到四分之一。23日,24日

农业用磁性水处理

天然水含有有机和无机自然界的微粒子和大粒子,以及不同的离子、浮游植物和微气泡。25在普通分子量和非分子量中,水分子团簇是松散吸引的。这些簇的大小取决于水分子的数量。这种松散而混乱的吸引力形式增加了有毒物质和污染物的结合。这些大型结构簇的一小部分可以进入细胞膜。此外,有毒物质会粘附在这种结构松散的水簇分子上,从而进入细胞膜产生不良影响。22因此,给植物补水需要大量的正常水分。MWT过程基于磁流体动力学原理,MF对水中含有离子和带有静电的小固体粒子的带电粒子施加并增加电能。在MWT中,水通过一个磁场或磁场组合,其中洛伦兹力作用在每个离子上,方向相反。粒子的重定向增加了相反方向的离子之间的碰撞频率,结合形成一种矿物沉淀或不溶化合物。此外,有毒物质不能进入MW结构。这些特性使MW成为植物和动物细胞的生物友好化合物。19,26-28

MW可用于提高作物产量、促进种子萌发和有益于牲畜健康。研究表明,利用MW进行灌溉可以提高水分生产力。此外,据报道,MW有效地防止和去除管道和含水结构中的尺度沉积物。9,29-39.

磁污水处理

电磁脉冲在水和废水处理(WWT)中显示出广阔的潜力。在这些领域,电磁脉冲的主要优点是安全、兼容、简单、环保、运行成本低、危害尚未证实。6日,16日,17日,32岁,35岁,降价除了电磁脉冲对废水处理的抗菌和抗菌作用外,这些领域还具有不同的特性,可以用来增强WWT过程:修改水分子和其他元素的物理和化学性质,沉淀污泥,从溶液中去除磷和有机物。将清洗剂与MWT相结合,可提高清洗剂的有效性,使清洗剂的消耗量减少三分之一到四分之一。23以往的实验室和现场研究表明,电磁脉冲作为常规WWT的辅助或替代治疗具有很高的疗效。不同方式的电磁脉冲可以改善不同的WWT过程:电磁脉冲可以改善活性污泥和消毒过程。17日,32岁的43岁的44岁另外,紫外线(UV)辐射等不同频带的抗微生物和抗菌性质在WWT中可用。3,16,32,40,43-46这些抗菌作用可以改善WWT工艺的消毒过程,或者它们可以作为一个独立的废水处理工艺。此外,电磁脉冲还可以改变水分子、微生物和有机化合物的物理和化学性质,以促进污水处理过程。32岁,43岁,46岁活性污泥的活性是污水处理过程中至关重要的因素,而MFs可以改变活性污泥的活性。17日,32岁的44岁

电动势在WWT中的应用主要研究领域为磁铁矿浆液、磁性颗粒、脉冲电场(PEF)、脉冲电动势、改性活性污泥和磁粉。大多数磁性WWT系统类似于使用磁铁或电磁铁作为一个完整系统的核心元素,以消除废水中的污染物,包括磷酸盐、重金属、有机离子。磁粉技术是一种常用的磁性WWT方法,是在吸收混凝工艺的基础上进行的。16该技术可用于各种废水处理工艺,如从电镀漂洗水、污水污泥和湿法冶金废水中回收金属。这个过程是基于废水污染物附着在磁性载体材料(磁铁矿)上。磁铁矿经分离后回收再利用。另一种基于电磁场的WWT技术是静态MF,它已经引起了相当多的研究关注。关于SMF对废水有机底物生物降解过程的影响,特别是氮化合物转化的科学数据很少。

技术考虑和行动机制

MWT在污水处理、防垢和提高微生物可生物降解性方面的有效性受到处理介质的化学性质、MF的强度和构型、水的热力学性质和流体流动特性的强烈影响。在MWT中,为了达到预期的效果,需要观察四个重要条件:a)水流路径必须垂直于磁力线;b)水应先穿过南磁力线,然后继续打破更宽、更密的交替反向磁力线,直到通过单一北极通量路径离开磁室;c)磁调制器的容量可由高斯强度、磁通密度、暴露场数的表面积和交变极点之间的距离决定;d)在进入mf之前和通过mf期间,水应处于压力下并以尽可能小的湍流流动。

利用生物工艺将废水中的有机物转化为絮凝剂和可沉降的生物和无机固体。在这些工艺条件下,污泥的可生化性得到了提高。活性污泥法及其改性形式是最常用的生物工艺之一。17日,32岁的43岁的44岁MFs对生物体的影响通常是相互矛盾的。虽然有一些研究报道了MFs对生物体生长的负面影响,但大多数都显示了增强作用。MF对生物体的诱导作用取决于MF的强度和暴露的微生物类型。虽然这些效应的确切作用机制尚未被详细了解,但很明显MF对微生物没有致命作用。磁场暴露可增加或减少生物体的生长速度,这取决于磁场的物理参数,如磁极类型、南极或北极、暴露时间、强度等。Goodman等人评估了弱脉冲MFs (1.5 mT峰,2s on 2s off)对大肠杆菌菌株的影响。他们的结果表明,许多蛋白质的合成或增加或减少因子2或更多。Tabrah等人指出,暴露于60 Hz的正电波电磁场(0.2 mT强度)48小时后,叠氮化酶诱导的鼠伤寒沙门氏菌TA100还原菌落数量显著增加。

MF的适当强度对改善WWT的生物过程尚未确定。以往研究报道的MF诱导范围广,范围为7 ~ 490 mT。17日,30日,38岁,39岁,47岁Jung和Sofer[38]研究表明,MF在150和350 mT诱导下的应用改善了固定化活性污泥对苯酚的降解。他们使用了MF的单极南极。然而,在早期的研究中,荣格等人。39显示MF对苯酚生物降解的积极作用,但诱导490 mt。Yavuz和Çelebi.17证明MF通过直流提供的螺线管产生的17.8 MT诱导,支持具有活性污泥作用的葡萄糖生物降解。Cebkowska.47结果表明,电磁铁线圈在5 - 140 mT感应范围内产生的静态MF通过激活大多数测试有机底物的污泥,强化了生物降解过程。基于电磁场的商业污水处理系统开发的主要问题是对实验系统进行成本分析,设计出成本合理、性价比高、实用的系统。

EMF的抗菌效应

电磁脉冲在不同频率和强度下显示出抗菌效果。Yadollahpour等人(2014)详细回顾了电磁场作为抗菌和抗菌治疗的最新应用,并提出了其作用机制。3.不同方式的电磁场对不同病原体均有抑菌作用。电场、磁场和脉冲电磁场(PEMFs)是常见的抗菌技术,具有良好的抗菌效果。尽管各种研究表明电磁场的抗菌作用,但它们的作用机制尚未完全了解。系统综述了电磁场的抗菌作用的研究,表明静态电磁场和PEMFs对一些常见的细菌病原体具有很好的抗菌作用。这些治疗方法可以作为一些传染病和慢性创伤的替代或至少作为辅助治疗而发展。2静态MFs对不同病原菌均有抑制作用。可以解释SMFs对生物体和细胞的抑制和致命作用的理论之一是膜理论。48-53该理论解释说,磷脂磷脂的抗磁性能决定了SMF对生物体的影响。在SMF暴露期间这些分子的重新定位导致嵌入式离子通道的变形。这种变形改变了碳环的诱导旋转激发,其减轻了分子的重新定向。因此,增强了SMF对生物体的影响。从先前研究的主要结论是生物微生物对电磁场的影响是EMF的一些方式抑制了一些病原体的活动,而激发其他病原体。需要进一步的受控研究以基于EMF开发新的抗微生物技术。

防治水垢

化学阻垢剂改变水的组成;因此,在饮用水分配中必须避免它们。因此,物理处理是很好的防止/消除水垢的备选方法,因为它们不会改变水的可溶性。

悬浮的颗粒或水中的固体会导致灌溉分配系统中的严重问题,也可以饮用水网络。尺度的沉积甚至可以完全阻挡灌溉系统。因此,需要有效的水处理,其应具有成本效益,同时确保最小的环境污染。在工业中使用的水有不同的起源,包括河流,湖泊,井和海洋;它总是含有溶解和悬浮的固体。水的硬度被归类为临时和永久性。临时硬度是因为水中溶解的碳酸盐,主要通过加热可以容易地除去钙和镁,以将它们分解为不溶性并沉淀出来的碳酸盐。通过加热不能不溶于可溶性硫酸盐和氯化物诱导的永久硬度,不能通过加热来制备。悬浮颗粒也是水分配系统或燃料发动机的问题的起源。这些颗粒可以通过物理方法分离,例如离心,沉降或氢细胞。 Suspended solids present in water such as sand, clay, silt and corrosion products are incorporated into scale together with micro-biological pollutants and corrosion impurities. The deposition of scale makes it necessary to shut down water-using equipment at intervals so that the build-up can be removed. Sometimes, this shutdown will be part of a planned maintenance program. However, the progression of scale can severely or even completely block the system, making it necessary to remove the equipment from service to remove the blockage. Scale deposits can also increase corrosion, due to entrapped oxygen and corrosive because the scale itself is some-times to the surface with which it is in contact. Furthermore, scale will disturb the action of inhibitors in the system, making a barrier between these agents and the scale beneath surface. If the scale is patchy, the differential aeration between the clean and scaled surface facilitates the built up of a corrosion cell. To prevent scale formation several nonchemical methods of water treatment that are based on permanent magnetic, electromagnetic, electric, electrostatic, ultra-sonic, radiation have been introduced.54-57在抑制锅炉、换热器和管道内表面水垢沉积方面具有广阔的应用前景。在适当的空间和强度条件下,MFs可以调节流体中的湍流。磁结构水可以去除配水系统中的结垢,也可以防止新的结垢。54-57在农业和耕作中,磁化灌溉水可以节约灌溉用水。58.在环境管理中,通过磁处理来防垢,可以减少能源消耗和空气污染。在工业上,发动机具有更高的性能,节省燃料是磁处理的主要好处。

三种动态现象的速率在结晶过程中起着重要作用:缔合速率、离解速率和成核速率。不同的研究表明,在外部MF存在的一定条件下,可以大大提高成核速率。这被观察为在本体溶液中快速开始或“爆发”的结晶,可以定量地描述为入射光的散射,即所谓的廷德尔效应。59.由于磁场存在下的更快的沉淀,所得晶体的数量更大,尺寸较小和不规则形状。59岁,25岁,37岁的59

实验室研究表明,磁力流体动力学效应可能对水的磁化磁化进行规模预防/消除性状。磁性处理装置对水使用系统中的规模控制有效。除了增强装置附近的金属的腐蚀,或在装置本身内,该场90°的施加到导电流体的流动可以改变流体流动的流体动力学。取决于实验条件,这可能会增加或减少流体中的湍流,促进铁磁性和抗磁胶体的聚集或分解。57.影响磁流体动力对流体流动的重要因素是解的导电性、流体的线速度和横向场的磁通密度(磁感应强度)。磁处理装置的物理设计是通过收缩或改变流体流动来产生额外的湍流,可以通过纯机械手段进一步增强防垢效果。57、59岁,25岁,37岁

燃料性能中的磁性水处理

当任何传热表面变得缩放时,绝缘尺度降低了设备的效率,提高了燃料需求和维护。一些研究已经要求MFS在燃料效果中的有效性。这种增强的主要机制是发动机和含燃料零件内的规模预防/消除并增加燃烧比。18,37,43,57,60,61

一些研究表明,在内燃机的燃油管上插入一个小而强大的磁铁,可增加燃油里程约5 - 15%。适当建造和安装的磁性气体处理装置将增加。由Natural Energy Works人员进行的非正式测试也证实,根据车辆类型、环境条件和司机的不同,里程数从大约5%增加到15%。

类似于水,磁处理改变汽油的相变行为。一些理论认为,磁处理增加汽油汽化,允许更分散和混合的空气/燃料混合物。还有其他理论提出,气体液滴的电离化或燃料流体被激活或带电并获得特殊的特性。一些现场试验表明,对燃料进行磁处理可以提高燃烧比,降低燃料消耗和空气污染。该磁体可用于不同车辆的标准化油器或燃油喷射汽油或柴油发动机。

结论

MWT是一种较新的环境管理技术。磁水技术在环境管理的各个领域都显示出巨大的潜力。防止/消除规模,土壤改良,植物生长,作物产量,节水和废水处理是这些应用的一部分。水的磁性处理将水分子重组成微小的、均匀的、六边形结构的簇状结构,使水分子在植物和动物细胞膜的通道中流动更加容易。此外,有毒物质不能进入MW结构。这些特性使MW成为植物和动物细胞的生物友好化合物。为了在这些领域开发有效的技术,需要控制实验室实验,然后进行现场研究,以阐明MWT技术的作用机制。

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