当前世界环境

介绍

近几十年来，电磁场(emf)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}磁水处理是其中一种在卫生、工业和环境领域具有广阔应用前景的技术。水是生命的重要来源，任何生物都需要水来滋润每个细胞。在世界大部分地区，长期和频繁的干旱以及相互竞争的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，开发新的节水技术已经引起了全世界科学家的研究兴趣。磁水技术是一种实现不同电位的水处理方法。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。不同的研究都强调了磁处理在农业、食品加工、废水处理和水垢预防/消除方面的有益作用。这些影响可分为两大类: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/预防配水结垢、土壤改良、腐蚀控制和废水处理。^9、10此外，MF的抗菌和防腐作用被用于废水处理和食品和果汁的加工和均质。^{11 - 15号}磁化水或磁性水可以防止结垢，消除管道和用水设备表面的结垢。同样，对燃料进行磁处理可以通过消除和防止结垢来提高发动机的性能并节省燃料消耗。^{16日,17日,6}本文综述了微波技术的基本原理及其在环境管理中的应用现状、优点及在各个领域的最新进展。

磁水处理

MWT是一种简单而有效的方法，其中水流经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，对磁性微粒具有小而正的敏感性。像其他顺磁性化合物一样，水分子会被磁场轻微吸引，当外部磁场移除时，材料不会保留磁性。^18、19当水在磁场下通过时，会获得持续24到48小时的磁矩。MWT的结果取决于中频强度、溶解盐的组成和穿过直径0.5英寸的磁控管的速度。MWT是一种不需要任何过滤替代品的非化学水处理方法。在农业上，利用MW可以实现最大限度的健康高效水化。MF可以影响细胞膜的结构、细胞膜的通透性、离子转运，从而影响细胞膜的代谢途径。^20.MF处理通过刺激蛋白质和酶的活性来影响自由基和整个生化过程。^21日,22日在正常或非水分子中，由许多水分子组成的水分子团是松散吸引的。这种松散而混乱的吸引形式使毒素和污染物容易在水分子群中传播。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。这些较小的混乱簇，其中一些携带毒素，可以进入细胞，从而产生有害影响。²²因此，为植物补水需要大量的正常水。水的磁处理将水分子重新定向成非常小的簇，每个簇由六个对称组织的分子组成。这种微小而均匀的簇具有六边形结构，因此它可以很容易地进入植物和动物细胞膜的通道。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、诱导种子萌发和有益于牲畜健康。研究表明，水能灌溉可以提高水分生产力¹⁰;因此，为预期的未来全球水资源短缺而节约水资源供应。此外，据报道，MW在防止和清除管道和含水结构中的水垢沉积方面也很有效。MW水提高土壤中CO2和H+的水平与添加肥料相当。将清洗剂与MWT结合使用可以提高清洗剂的效率，从而使清洗剂的消耗量减少三分之一到四分之一。^23日,24日

农业磁水处理

天然水含有有机和无机性质的微观和宏观颗粒，以及不同的离子、浮游植物和微泡。²⁵在正常或非mw中，水分子簇被松散地吸引。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形式增加了有毒物质和污染物的结合。这些大结构簇中的一小部分可以进入细胞膜。此外，有毒物质可以附着在这种松散结构的水簇分子上，从而进入细胞膜并产生不良影响。²²因此，为植物补水需要大量的正常水。MWT过程基于磁流体动力学原理，其中MF向水中含有离子和具有静电荷的小固体颗粒的带电粒子施加并增加电能。在MWT中，水通过磁场或磁阵列的组合，其中洛伦兹力施加在彼此方向相反的每个离子上。粒子的重定向增加了相对离子之间碰撞的频率，结合形成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日,代谢途径}

MW可用于提高作物产量、诱导种子萌发和有益于牲畜健康。研究表明，利用水能灌溉可以提高水分生产力。此外，据报道，MW在防止和清除管道和含水结构中的水垢沉积方面也很有效。^9日,29-39

磁性污水处理

电磁场在水和废水处理(WWT)中显示出良好的潜力。安全、兼容、简单、环保、运行成本低、无有害影响是电磁场在这些领域的主要优势。^{6日,16日,17日,32岁,35岁,降价}除了对废水处理的抗菌和抑菌作用外，这些领域还具有不同的特性，可用于增强污水处理过程:改变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化合物。将清洗剂与MWT结合使用可以提高清洗剂的效率，从而使清洗剂的消耗量减少三分之一到四分之一。²³以往的实验室和实地研究表明，电磁场作为常规污水处理的辅助或替代治疗方法具有很高的疗效。不同形式的电磁场可以改善污水处理过程的不同步骤:电磁场可以改善活性污泥和消毒过程。^{17日,32岁的43岁的44岁}此外，EMF频谱不同频段的抗菌和抑菌特性，如紫外线(UV)辐射，在WWT中是有用的。^{3、16、32岁,40岁,43-46}这些抗菌作用可以改善污水处理过程的消毒过程，也可以作为一个独立的废水处理过程。此外，电磁场可以改变水分子、微生物和有机化合物的物理和化学性质，这些将用于促进污水处理过程。^{32岁,43岁,46岁}MFs可以改变活性污泥的活性，而活性污泥是污水处理过程中的一个关键因素。^{17日,32岁的44岁}

电动势在污水处理中的应用研究领域主要有磁铁矿浆料、磁性颗粒、脉冲电场、脉冲电动势、改性活性污泥、磁粉等。大多数磁性污水处理系统都类似于使用磁铁或电磁铁作为完整系统的核心元件，以消除废水中的污染物，包括磷酸盐，重金属有机离子。磁颗粒技术是常用的磁性污水处理方法之一，它是在吸附和混凝过程的基础上起作用的。¹⁶该技术可用于各种废水处理工艺，如从电镀冲洗水中、污水污泥和湿法冶金废水中回收金属。该工艺是基于将废水污染物附着到磁性载体材料(磁铁矿)上。磁铁矿分离后，回收并在工艺中重复使用。另一种基于emf的WWT技术是静态MF，它引起了相当大的研究关注。关于SMF对废水有机基质生物降解过程的影响，特别是对氮化合物转化的影响，文献记载的科学数据很少。

技术考虑和作用机制

MWT在废水处理、消除/预防水垢和提高微生物可降解性方面的有效性受到处理介质的化学性质、MWT的强度和配置、水的热力学性质和流体流动特性的强烈影响。在MWT中，要达到预期的效果，必须遵守四个重要条件:a)水路径必须垂直于磁力线;b)水应首先穿过南磁力线，然后继续打破更宽、更密集的交替反转磁极线，直到通过单一的北极通量路径离开磁室;c)磁调节器的容量可由高斯强度、磁通密度、磁场暴露的面数和交变极之间的距离来确定;d)水在进入MFs之前和通过MFs的过程中，应处于压力下，并以尽可能小的湍流流动。

生物处理是将废水中的有机物质转化为絮凝剂和可沉降的生物固体和无机固体。在这些工艺条件下，污泥的可生化性得到了提高。活性污泥法及其改良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。虽然一些研究报道了MFs对生物体生长的负面影响，但大多数研究都显示出增强作用。微波对生物体的影响取决于微波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对微生物没有致死作用。磁场暴露可以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峰值，2s开2s关)对大肠杆菌菌株的影响。他们的结果表明，许多蛋白质的合成增加或减少了2倍或更多。Tabrah等人指出，暴露于60 Hz正弦电磁场48小时(强度为0.2 mT)可显著增加叠氮素诱导的鼠伤寒沙门菌TA100逆转录菌落的数量。

目前还没有确定合适的MF强度来改善废水的生物过程。以往研究报道的MF诱导范围很广，范围为7 ~ 490 mT。^{17日,30日,38岁,39岁,47岁}Jung和Sofer[38]表明，在150和350 mT诱导下应用MF可以通过固定化活性污泥改善苯酚的生物降解。他们用的是MF的单极南极。然而，在早期的研究中，Jung等人。³⁹在490 mT. Yavuz和Çelebi的诱导下，MF对苯酚的生物降解表现出积极的作用¹⁷证明了由直流供电的电磁阀产生的17.8 mT感应磁场支持活性污泥作用的葡萄糖生物降解。Cebkowska⁴⁷结果表明，在5 ~ 140 mT的感应范围内，由电磁体线圈产生的静态MF通过激活污泥来强化大多数测试有机基质的生物降解过程。开发基于电磁场的商业污水处理系统的主要问题是对实验系统进行成本分析，设计出成本合理且具有成本效益和实用性的系统。

电磁场的抗菌作用

电磁场在不同频率和强度下均显示出抗菌效果。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以及提出的作用机制。^3.不同形式的电磁场对不同的病原菌具有抗菌和抑菌作用。电场、磁场和脉冲电磁场(pemf)是常用的抗菌技术，具有良好的抗菌效果。尽管各种研究表明了电磁场的抗菌作用，但其作用机制尚未完全了解。对已发表的关于电磁场抗菌作用的研究的系统综述表明，静态电磁场和电磁场对一些常见的细菌病原体具有很好的抗菌作用。这些治疗方法可发展为某些感染性疾病和慢性伤口的替代治疗或至少作为辅助治疗。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这一理论解释了膜磷脂的抗磁性决定了SMF对生物体的作用。在SMF暴露过程中，这些分子的重新取向导致嵌入离子通道的变形。这种变形改变了碳氢化合物链的诱导旋转激发，从而使分子的重新定向变得容易。因此，SMFs对生物体的影响增强了。从以往关于电场和磁场对活微生物影响的研究中得出的主要结论是，电磁场的某些形式抑制了某些病原体的活性，而另一些病原体则兴奋。需要进一步的对照研究来开发基于电磁场的新型抗菌技术。

预防和消除水垢

化学阻垢剂改变水的组成;因此，它们必须避免用于饮用水分配。因此，物理处理是预防/消除水垢的良好选择，因为它们不会改变水的可饮用性。

水中悬浮的颗粒或固体会对灌溉分配系统和饮用水管网造成严重问题。水垢的沉积甚至可以完全阻塞灌溉系统。因此，有效的水处理是必要的，既要具有成本效益，又要保证对环境的污染最小。工业用水有不同的来源，包括河流、湖泊、水井和海洋;它总是含有溶解的和悬浮的固体。水的硬度分为暂时性和永久性。暂时的硬度是由于水中溶解的碳酸氢盐，主要是钙和镁，可以很容易地通过加热将它们分解成不溶的碳酸盐并沉淀出来。永久硬度是由钙和镁的可溶性硫酸盐和氯化物引起的，不能通过加热使其不溶。悬浮颗粒也是供水系统或燃料发动机问题的根源。这些颗粒可以通过物理方法分离，如离心、沉淀或水力旋流。 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其中一个很有前景的应用是抑制锅炉、热交换器和管道内表面的水垢沉积。在适当的空间和强度条件下，磁流变能调节流体中的湍流。磁性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，磁化水用于灌溉，可以节约灌溉用水。⁵⁸在环境管理方面，通过磁处理预防/消除水垢可以减少能源消耗和空气污染。在工业中，发动机性能更高，节省燃料是磁处理的主要好处。

结合力、解离率和成核率这三种动态现象的速率在结晶过程中起着重要的作用。不同的研究表明，在一定条件下，在外部MF的存在下，成核速率可以大大提高。这是在整体溶液中观察到的快速开始或“爆发”结晶，并且可以定量地描述为入射光的散射，即所谓的廷德尔效应。⁵⁹由于在磁场作用下析出速度较快，所得到的晶体数量较多，尺寸较小，形状不规则。^{59岁,25岁,37岁的59}

实验室研究表明，磁流体动力学效应可能是水磁处理的防垢/消除特性的原因。磁处理装置是控制用水系统结垢的有效手段。除了加强对设备附近或设备内部金属的腐蚀外，对导电流体流动施加90°的磁场可以改变流体流动的流体动力学。根据实验条件的不同，这可能会增加或减少流体中的湍流，促进铁磁性和抗磁性胶体的聚集或解聚。⁵⁷影响流体流动的磁流体动力力的重要因素是溶液的电导率、流体的线性流速和横向场的磁通密度(磁感应强度)。磁性处理装置的物理设计是通过收缩或以其他方式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结垢效果。^{57、59岁,25岁,37岁}

磁性水处理在燃料性能中的应用

当任何传热表面结垢时，绝缘垢降低了设备的效率，增加了燃料需求和维护。一些研究声称，MFs在燃油性能方面是有效的。这种增强的主要机制是防止/消除发动机和不同含燃料部件内的结垢和提高燃烧比。^{18岁,37岁,43岁,57岁,60岁,61}

一些研究表明，在内燃机的燃油管道上插入一个小而强的磁铁可以增加5%到15%的燃油里程。一个正确构造和安装的磁性气体处理装置将会增加。Natural Energy Works工作人员进行的非正式测试也证实了里程的增加，根据车辆类型、环境条件和驾驶员的不同，里程从5%增加到15%。

与水类似，磁处理改变了汽油的相变行为。一些理论提出，磁处理增加汽油汽化，使空气/燃料混合物更加分散和混合。还有其他理论提出，液滴的电电离受到影响或燃料流体被激活或充电并获得特殊特性。一些现场试验表明，对燃料进行磁处理可以提高燃烧比，既降低了燃料消耗，又降低了空气污染。磁铁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是一种相对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。预防/消除水垢、土壤改良、植物生长、作物产量、节水和废水处理是其中的一些应用。水的磁处理将水分子重组成微小的、均匀的六边形结构簇，使它们更容易通过植物和动物细胞膜的通道。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。为了在这些领域开发有效的技术，需要进行受控的实验室试验，然后进行实地研究，以阐明MWT技术的作用机制。

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