李衛(wèi)平，張明天,，張列宇，杜彩麗,3，祝秋恒,4，李曉光*

1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院

2.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國環(huán)境科學(xué)研究院

3.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

4.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院

磁場是一種具有特殊能量的場。20世紀(jì)初，法拉第觀察到在外部磁場與內(nèi)部分子磁性的相互作用下，分子性質(zhì)、分子反應(yīng)及分子環(huán)境發(fā)生了變化。所有生物體自身均具有磁場，外加磁場或者特殊磁場可以對生物體的組織和代謝產(chǎn)生影響[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)磁場會使含有過渡金屬離子的蛋白質(zhì)和酶具有順磁性，導(dǎo)致酶活性增加[4]。磁場能夠改善細(xì)胞膜的通透性，增強(qiáng)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而促進(jìn)物質(zhì)的合成[5]。磁場也可以通過跨膜信息傳遞、電子轉(zhuǎn)移、基因表達(dá)以及酶活性等多種機(jī)制調(diào)控生物的生長和代謝[6-7]。自由基機(jī)制是磁場影響生物化學(xué)系統(tǒng)相互作用的主要機(jī)制[8]。該機(jī)制存在于ATP的酶合成、DNA的復(fù)制和蛋白質(zhì)的酶磷酸化3個至關(guān)重要的細(xì)胞過程中。磁場改變自由基的自旋狀態(tài)并引起自由基順磁共振，進(jìn)而導(dǎo)致生物體生長代謝發(fā)生改變[9]。

近年來，磁場誘導(dǎo)微生物磁效應(yīng)在水體、土壤、固體廢物等環(huán)境污染治理過程中的作用得到了普遍關(guān)注。筆者系統(tǒng)分析了磁場對生物酶活性、微生物群落特征及生物細(xì)胞的影響，重點(diǎn)闡明了磁場微生物效應(yīng)在水體、土壤及固體廢物處理等環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出未來磁場微生物效應(yīng)在環(huán)境領(lǐng)域的優(yōu)化方向及應(yīng)用展望，以期為微生物磁效應(yīng)強(qiáng)化水體、土壤、固體廢物等環(huán)境介質(zhì)的修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 磁場生物學(xué)效應(yīng)

1.1 磁場對生物酶活性的影響

酶是生命體內(nèi)重要的物質(zhì)，參與生命系統(tǒng)中許多生化反應(yīng)，如消化、光合作用、呼吸作用和新陳代謝等。外加磁場通過影響酶活性進(jìn)而影響生物從生長到衰亡的全過程，包括生物的形態(tài)、生長以及代謝等過程[10]。生物產(chǎn)生的很多酶或蛋白質(zhì)中含有少量的鋅、錳、鐵、銅等過渡金屬，這些金屬具有順磁性。施加磁場后金屬沿磁場方向排列，同時對酶的三維結(jié)構(gòu)、酶內(nèi)自由電子躍遷產(chǎn)生影響，打破分子內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)，從而影響酶活性。栗杰等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在桿菌、螺旋菌等細(xì)菌體內(nèi)含有鐵等金屬離子，對磁場具有很高的敏感性。磁場對不同種類生物酶產(chǎn)生的磁效應(yīng)有很大差異，如當(dāng)磁場強(qiáng)度為100～500 mT時，細(xì)菌中酶活性會受到嚴(yán)重抑制，而放線菌、真菌等生長則受到激活[12]，磁場對白色念珠菌中酶活性具有促進(jìn)作用，但會嚴(yán)重抑制葡萄糖菌的生長[13]。磁場對不同生物種類的相同酶所產(chǎn)生的磁效應(yīng)亦存在較大差別，如Amara等[14]發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁場強(qiáng)度為250 mT時，巨噬細(xì)胞的谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）和超氧化物歧化酶（SOD）沒有發(fā)生改變，而Kurzeja等[15]發(fā)現(xiàn)，靜磁場（400、600和700 mT）可以降低氟離子對小鼠成纖維細(xì)胞的氧化應(yīng)激，并使GPx和SOD的活性正?；？梢姡艌鐾ㄟ^對生物酶的改變進(jìn)而影響生物的生命活動。

1.2 磁場對微生物生長代謝特征的影響

磁場對微生物的影響較為復(fù)雜，磁場會對微生物產(chǎn)生不同程度的刺激作用，但原理尚不明確。當(dāng)磁場作用于微生物時，微生物體內(nèi)會產(chǎn)生磁場效應(yīng)，這種效應(yīng)可能是正的，也可能是負(fù)效應(yīng)，從而抑制微生物的生長[16]。磁場對微生物最直接的影響是微生物的生長狀態(tài)。Ren等[17]研究發(fā)現(xiàn)，低強(qiáng)度磁場（15～25 mT）提高了細(xì)胞膜的通透性，增強(qiáng)了油脂降解菌的活性。Haghi等[18]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，外加磁場（16 mT）增加了大腸桿菌的數(shù)量，并且死亡時期細(xì)菌衰死速度變緩。Mohtasham等[19]通過控制培養(yǎng)液中pH（pH=7），添加10 mT的磁場后，發(fā)現(xiàn)桿菌肽濃度顯著提高，最高達(dá)到89%。Wang等[20]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加48.0 mT的磁場時，提高了亞硝酸鹽氧化菌的活性，促進(jìn)亞硝酸鹽氧化菌的生長。但也有研究發(fā)現(xiàn)磁場會抑制部分微生物（如Serratia marcescens和Escherichia coli）的生長[21-22]。Filipi?等[23]研究發(fā)現(xiàn)，17 mT的靜磁場會對廢水處理過程2種微生物（大腸桿菌和假單胞菌）的生長產(chǎn)生抑制，但卻提高了體內(nèi)脫氫酶活性和ATP濃度，可能的解釋是微生物對磁場有應(yīng)激反應(yīng)。Xu等[24]研究了不同強(qiáng)度的磁場有利于優(yōu)勢菌株的生長和繁殖，特別是對具有Cr（Ⅵ）還原能力的短桿菌和芽孢桿菌處理效果更好。Ji等[22]發(fā)現(xiàn)，在靜磁場作用下，大腸埃希菌的存活率隨著作用時間的延長而減弱。由此可見，磁場性質(zhì)、磁場強(qiáng)度及作用時間不同，磁場對不同種類微生物產(chǎn)生的影響亦不同[2]。

1.3 磁場對生物細(xì)胞構(gòu)型的影響

磁場的施加可能會對細(xì)胞結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)、細(xì)胞膜通透性等產(chǎn)生影響[25-26]。Albuquerque等[27]系統(tǒng)總結(jié)了磁場強(qiáng)度、細(xì)胞類型和暴露時間對細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)磁場可能影響細(xì)胞的蜂窩系統(tǒng)，進(jìn)而對生物分子的敏感性、細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)修飾和酶反應(yīng)變化產(chǎn)生影響。Ghodbane等[26]研究發(fā)現(xiàn)，靜磁場的添加引起活性氧（ROS）和順磁自由基氧活性的增加，從而引起DNA斷裂、凋亡和氧化應(yīng)激。許燕濱[28]發(fā)現(xiàn)，施加100 mT的外加磁場可引起細(xì)胞膜的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)重構(gòu)，從而影響生物膜的通透性。Goto等[29]報(bào)道了大鼠海馬神經(jīng)元的Ntan1基因在100 mT靜態(tài)磁場下受到影響。Jouni等[30]觀察到在自然輻射條件下，預(yù)培養(yǎng)的Viciafaba細(xì)胞暴露在15 mT靜態(tài)磁場中時，染色體畸變（橋、片段和滯后染色體）和染色體數(shù)量顯著增強(qiáng)。Zhang等[31]發(fā)現(xiàn)較高磁場強(qiáng)度靜磁場（9 000 mT）可以顯著增加soxR和sodAsodB突變體的突變概率。Chater等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)磁場下生物大分子結(jié)構(gòu)易受到磁場影響，甚至造成DNA堿基發(fā)生突變。Shankayi等[33]發(fā)現(xiàn)，磁場強(qiáng)度在500～5 000 mT時，可引起癌細(xì)胞DNA堿基突變，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變低。然而，也有研究顯示，不同磁場強(qiáng)度與基因表達(dá)、DNA分子結(jié)構(gòu)破壞之間無明顯相關(guān)性。如Jouni等[30-31]研究發(fā)現(xiàn)，磁場強(qiáng)度（15～3 700 mT）、持續(xù)暴露時間等與基因表達(dá)和DNA分子結(jié)構(gòu)破壞之間無明顯相關(guān)性?？梢?，對磁場影響生物大分子結(jié)構(gòu)的機(jī)理還需開展進(jìn)一步研究。

2 生物磁效應(yīng)在環(huán)境治理中的應(yīng)用

2.1 在廢水處理中的應(yīng)用

2.1.1 對重金屬去除的影響

外加磁場能夠影響廢水處理中重金屬的去除效果，一方面，磁場可以增大微生物對重金屬的吸附容量，進(jìn)而提高重金屬去除率。例如，靳小蓓[34]采用磁場與微生物固定技術(shù)處理酸性鍍銅廢水，發(fā)現(xiàn)在引入磁場后微生物對重金屬的吸附效能顯著提高，在氣水比為0.5、水力停留時間為5 h、初始濃度為50 mg/L、載體中心磁場強(qiáng)度為14 mT時，銅去除率最高達(dá)到89.98%。另一方面，磁場可以促進(jìn)優(yōu)勢菌株的生長和繁殖，強(qiáng)化對重金屬的去除能力。Xu等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同強(qiáng)度（2.4、6、10、17.4 mT）的靜磁場均能夠促進(jìn)Cr（Ⅵ）污染廢水中短桿菌屬和芽孢桿菌屬的生長，與對照組相比微生物數(shù)量提高32%～65%，且對Cr（Ⅵ）具有還原能力，當(dāng)暴露在 6 mT磁場時，Cr（Ⅵ）去除率最高，達(dá)到36.17%。此外，一些微生物由于磁場效應(yīng)引起的細(xì)胞增殖速率和微生物酶活性增加[35]，能夠提高對廢水中重金屬的表面吸附和跨膜運(yùn)輸[34]。如Xu等[36]研究發(fā)現(xiàn)，引入磁場可提高蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）的吸附性能，當(dāng)磁場強(qiáng)度為17.4 mT時，菌體胞外聚合物（EPS）表面負(fù)電荷增加20%，對Cr3+的靜電吸附能力增強(qiáng)。在廢水處理中，磁場可以通過強(qiáng)化微生物對重金屬的吸附效果來提高廢水中重金屬的去除效率[37]。

2.1.2 對有機(jī)污染物去除的影響

通過外加磁場可以影響微生物的生長和代謝活性，進(jìn)而提高有機(jī)污染物的生物降解效率。研究表明，適宜強(qiáng)度的外加磁場對活性污泥生物量增長和脫氫酶活性具有正向影響，進(jìn)而提高了廢水中甲醛和COD的去除效率[38-39]。Yavuz等[40]研究發(fā)現(xiàn)，在8.9～46.6 mT磁場強(qiáng)度范圍內(nèi)，活性污泥底物（如葡萄糖）去除率和微生物活性先隨磁場強(qiáng)度提高而增大，并在17.8 mT時達(dá)到最大值，之后隨著磁場強(qiáng)度的增加而降低。許燕濱等[41]發(fā)現(xiàn)，引入磁場有助于推動厭氧優(yōu)勢菌生物系統(tǒng)的硝化過程，抑制硫酸鹽還原菌生長，從而控制系統(tǒng)中H2S、NH3等臭氣的產(chǎn)生，同時提高CODCr的消耗速率。耿淑英等[42]發(fā)現(xiàn)，外加磁場在一定程度上提高了序批式活性污泥系統(tǒng)（SBR）中污染物的去除性能，當(dāng)磁場強(qiáng)度為70 mT時，SBR系統(tǒng)對TN去除效果最好，脫氮率提高到85.98%[42]。封志飛等[43]發(fā)現(xiàn)，磁場耦合電化學(xué)生物膜反應(yīng)器（BER）對TN的去除率提高了10%～30%，并能促進(jìn)BER反硝化。Hu等[44]發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)強(qiáng)度的靜磁場（20 mT）能顯著提高缺氧反硝化菌的豐度和好氧反硝化菌的活性，而高磁場強(qiáng)度（40 mT）會對微生物新陳代謝產(chǎn)生負(fù)面影響，選擇合適的場強(qiáng)是磁場強(qiáng)化生物處理廢水的關(guān)鍵。?ebkowska等[45]在研究靜磁場對活性污泥生物降解合成廢水及活性污泥微生物脫氫酶活性的影響時發(fā)現(xiàn)，與對照組（0 mT）相比，磁場強(qiáng)度為75 mT時活性污泥中微生物的脫氫酶活性提高了35%，對硝基苯胺的去除率提高30%，同時有助于微生物大腸桿菌重組。Wang等[46]研究發(fā)現(xiàn)，48.0 mT的磁場提高了亞硝酸鹽氧化菌活性并促進(jìn)其生長，使亞硝酸鹽氧化速率從3.7 mg/（g·h）提高到 149 mg/（g·h）。隋衛(wèi)燕等[47]研究發(fā)現(xiàn)，不同的磁場強(qiáng)度下活性污泥具有不同的去污能力，高強(qiáng)度磁場（150 mT）能迅速提高活性污泥對有機(jī)物的去除能力，而中強(qiáng)度磁場（80 mT）能夠同時提高對有機(jī)物和磷酸鹽的去除率。Liu等[48]研究發(fā)現(xiàn)，磁場可使微生物分泌更多的EPS，低強(qiáng)度磁場（3～5 mT）作用下的顆粒污泥中EPS增加了77%，在不利環(huán)境條件下EPS可作為微生物的碳源和能源[49]，即使在間歇循環(huán)運(yùn)行（包括饑餓期）中，COD降解速率也有顯著提高。由此可見，外加磁場通過提高微生物酶活性，增強(qiáng)有機(jī)物降解菌活性，并產(chǎn)生較為富足的能量（如EPS），為高效去除有機(jī)物提供保障。

2.1.3 對微藻生長及污水凈化的影響

微藻是應(yīng)用生物技術(shù)領(lǐng)域的一種重要微生物，可用于污水中BOD5、氮、磷、重金屬及有機(jī)物的去除，抑制大腸桿菌生長等[50]。微藻在生長過程中能夠利用太陽能進(jìn)行光合作用，其產(chǎn)生的O2被廢水中生長的細(xì)菌用來降解有機(jī)物，有機(jī)物分解產(chǎn)生的CO2和廢水中豐富的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)可以作為微藻生長的原料，進(jìn)而合成生物質(zhì)所需的細(xì)胞材料。已有研究發(fā)現(xiàn)，在微藻培育過程中磁場引入可促進(jìn)小球藻生長，提高脂質(zhì)含量[51-53]，同時微藻的產(chǎn)氧能力也有明顯提高[54]。Deamici等[55]研究發(fā)現(xiàn)，60 mT磁場能提高螺旋藻的生物量，同時增加蛋白質(zhì)、碳水化合物的含量；Tu等[54]發(fā)現(xiàn)，靜磁場對細(xì)菌-藻類共生系統(tǒng)中藻類的生長和產(chǎn)氧有促進(jìn)作用，適當(dāng)?shù)拇艌鰪?qiáng)度（100 mT）可以降低曝氣對城市污水中有機(jī)物降解所需要的能量消耗。Swaminathan等[56]研究發(fā)現(xiàn)，脈沖磁場在提高染料工業(yè)廢水中微藻產(chǎn)量的同時，顯著降低了廢水中BOD5、COD以及硝酸鹽等污染物濃度。Shao等[57]研究表明，磁場不僅提高了螺旋藻產(chǎn)量，同時提高了微藻去除重金屬離子Cd2+的效率。席婷婷[58]研究發(fā)現(xiàn)，276號斜生柵藻在100 mT磁場下處理0.5 h可提高產(chǎn)氧量15%以上，在200～500 mT強(qiáng)磁場下其生長則會受到抑制，而9號蛋白核小球藻在不同磁場強(qiáng)度作用下生物量和產(chǎn)氧量都有所提高。

總策展人羅寧指出，如果說學(xué)術(shù)邀請版塊中10位中老年藝術(shù)家的參展是本次高原展在“回顧與審視”中，對“新西部、新古典”主題的完美詮釋；那么“八零油畫社”15位年輕畫家參展作品則是對“新時代、新表現(xiàn)”主題的形象體現(xiàn)，而西部人畫西部版塊的所有入選作品，尤其是獲獎作品，不僅是對這一主題多形式的藝術(shù)注解，也是對高原展一直秉承的“原發(fā)性生命體驗(yàn)、原生態(tài)生存體驗(yàn)、原創(chuàng)性語言體驗(yàn)”學(xué)術(shù)主張的多方位探索和實(shí)踐成果的具體體現(xiàn)。

磁場不僅可以用于提高微藻活性，也可與其他廢水處理工藝相結(jié)合。如通過在厭氧氨氧化工藝進(jìn)水口施加磁場，可使其脫氮率提高30%，且工藝的啟動時間縮短約1/4[59]。Wang等[20]通過外加靜磁場（48 mT）來加速活性污泥轉(zhuǎn)化為好氧顆粒，結(jié)果表明外加磁場使活性污泥積累了鐵化合物，改善了顆粒的沉降性，刺激了EPS的分泌，將制粒時間從41 d減至25 d，同時磁場促進(jìn)了亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的生長和活性。綜上所述，磁場處理具有處理效率高、無二次污染、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，將磁場用于廢水處理時對增強(qiáng)微生物活性，縮短啟動時間，提高生物降解和污染物去除性能等具有良好效果。

2.2 在土壤環(huán)境治理的應(yīng)用

2.2.1 對土壤微生物的影響

外加磁場能夠影響土壤理化性質(zhì)、土壤微生物數(shù)量及微生物群落結(jié)構(gòu)。適宜的磁場能夠降低土壤ζ電位、比表面積及土壤膨脹量等物理性狀，增強(qiáng)土壤微團(tuán)聚化作用，從而改善土壤肥力水平[60]。土壤微團(tuán)聚體的增加可顯著提高土壤微生物數(shù)量及其酶活性[61]，優(yōu)良的土壤營養(yǎng)水平有利于土壤微生物的繁殖[62]。土壤微生物可分泌具有催化活性的物質(zhì)——土壤酶[63]，其活性受微生物數(shù)量和種類影響較大[64]。依艷麗等[65]發(fā)現(xiàn)，500 mT磁場處理棕壤10 min可有效抑制脲酶活性，抑制時間長達(dá)42 d。李曉忱等[66]研究發(fā)現(xiàn)，磁場強(qiáng)度為300 mT時處理根瘤菌10 min，其過氧化氫酶（CAT）活性增幅最大；100 mT時處理根瘤菌10 min，其SOD活性增幅最大。張傳進(jìn)等[67]研究不同磁處理方式對豌豆根際土壤生物學(xué)性狀的影響，發(fā)現(xiàn)200 mT磁場加5 g磁化鐵粉可顯著提高豌豆根際土壤中的微生物數(shù)量、細(xì)菌多樣性和酶活性。微生物可吸附土壤中的重金屬并將其轉(zhuǎn)化為低毒形態(tài)，從而降低重金屬污染程度[68]。如Qu等[6]在研究重組微生物對土壤進(jìn)行生物修復(fù)時得出，弱磁場可以促進(jìn)污染土壤中Cr（Ⅵ）的解吸和G1 株（Geotrichumsp.）的生長，但對 B2株（Bacillussp.）有抑制作用。目前，磁處理技術(shù)在土壤修復(fù)中的應(yīng)用報(bào)道較少，利用磁場誘導(dǎo)微生物重組進(jìn)行生物修復(fù)的研究還有待深入探索。

2.2.2 對植物修復(fù)重金屬污染土壤的影響

植物修復(fù)被認(rèn)為是一種應(yīng)用前景廣、潛力大的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)[69]，主要通過植物體的吸附、吸收、分解、轉(zhuǎn)化、揮發(fā)以及根際過濾等作用來容納、固定、轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬，最終通過收割植物實(shí)現(xiàn)土壤中重金屬不同程度的去除。研究表明，外加磁場可通過光合作用刺激植物生長和發(fā)育，改變植物系統(tǒng)在細(xì)胞膜水平上的靜電平衡[70]和植物器官的生化平衡[71]，有效促進(jìn)重金屬從地下部向地上部的轉(zhuǎn)移，提高植物對重金屬的吸附能力。Jin等[72]用不同強(qiáng)度和方向的靜磁場處理擬南芥幼苗，發(fā)現(xiàn)靜磁場能刺激細(xì)胞數(shù)量的增加，顯著促使植物根系的生長。Bulak等[73]運(yùn)用強(qiáng)度為60與120 mT交變電磁場（50 Hz）對白芥子種子進(jìn)行1 min預(yù)處理后，白芥子種子芽中的Cd含量分別高于對照組73%和78%，電磁場預(yù)處理顯著增加了Cd在地上部的積累。Luo等[74]通過添加磁場提高了高羊茅對Cd的修復(fù)效率，植物枯死葉吸收Cd含量增加23.6%。Luo等[75]發(fā)現(xiàn)磁場也可以提高天藍(lán)遏藍(lán)菜對Cd、Zn的富集，強(qiáng)化蒸騰速率，產(chǎn)生較強(qiáng)水勢梯度驅(qū)動重金屬離子向上運(yùn)輸，從而抑制了Pb、Cu的淋溶。Luo等[76]的研究還發(fā)現(xiàn)，植物藍(lán)桉播種前經(jīng)靜磁場處理后植物中的金屬濃度顯著升高，并且在修復(fù)過程中可以有效截留降雨模擬試驗(yàn)產(chǎn)生的滲濾液。磁場可以改變植物細(xì)胞中某些抗氧化酶活性，如CAT、SOD、過氧化物酶（POD）等。如Bhardwaj等[77]研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜種子暴露于靜磁場時，SOD活性提高8%，CAT活性提高83%。重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)會在細(xì)胞膜上誘導(dǎo)積累大量自由基導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，造成植物酶活性改變[78]，經(jīng)磁場處理可以克服有害的環(huán)境因素。?elik等[79]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)磁場處理后植物防御系統(tǒng)中的SOD和CAT活性功能增強(qiáng)。Chen等[80]發(fā)現(xiàn)，與單純Cd脅迫相比，經(jīng)600 mT磁場加Cd處理的幼苗中丙二醛（MDA）、H2O2、O2-濃度降低，光合作用提高，說明磁場對Cd脅迫的毒理效應(yīng)有一定的補(bǔ)償作用。綜上所述，外加磁場會促進(jìn)種子萌發(fā)，縮短植物生長周期，提高植物生物量和酶活性等生理指標(biāo)，可有效改善植物對污染土壤的修復(fù)效果，緩解重金屬對土壤的毒害[81-83]。因此磁場聯(lián)合植物對土壤進(jìn)行修復(fù)未來可能是一種新型的生物修復(fù)技術(shù)。

2.3 在固體廢物處理中的應(yīng)用

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程加快，固體廢物產(chǎn)生量逐年增加，全球161個國家2025年固體廢物產(chǎn)生量預(yù)計(jì)增至22億t[84]。垃圾填埋場是處理固體廢物的重要場所，但如果垃圾滲濾液處理不當(dāng)將對土壤、地下水及人體健康造成嚴(yán)重危害。磁處理技術(shù)作為一種物理處理技術(shù)，對垃圾滲濾液中的懸浮固體以及有機(jī)污染物的去除具有較大潛力。Othman等[85]利用磁場強(qiáng)度為550 mT的循環(huán)流動系統(tǒng)處理垃圾滲濾液，結(jié)果表明SS、COD和BOD5的去除率均在60%以上。Sa'at等[86]采用550 mT的磁場對垃圾滲濾液進(jìn)行循環(huán)預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)磁場預(yù)處理后的垃圾滲濾液處理效果顯著提高，其中NH3-N、SS、PO43-去除率分別為98.7%、90.2%和94.5%。羅亞田等[87]發(fā)現(xiàn)與單一交變脈沖電絮凝處理相比，磁場協(xié)同作用顯著提高垃圾滲濾液的處理效果，老齡垃圾滲濾液的CODCr與NH3-N的去除率分別提高了16.01%和7.82%。但值得注意的是，不同的磁場強(qiáng)度對于滲濾液中污染物的去除效率有較大影響。如Al-Wasify等[88]研究了3種低強(qiáng)度磁場（0.12、0.24和0.36 mT）在不同接觸時間下對垃圾滲濾液中污染物及細(xì)菌去除的影響，結(jié)果表明當(dāng)磁場強(qiáng)度為0.36 mT時，對垃圾滲濾液中各污染物去除效果最好，BOD、COD、SS、NH3-N、細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群分別降低了38.2%、30.5%、16.0%、32.7%、45.2%和41.2%，說明細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群的生長受到抑制，這可能是由于磁場對細(xì)菌DNA的損傷和抑制使其難以復(fù)制所致。由此，在垃圾滲濾液處理中，施加磁場可提高膠體顆粒的碰撞頻率，加速顆粒凝聚并沉降，抑制病原菌等菌群的生長繁殖，提高污染物去除效率。

2.3.2 在固體有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵中的應(yīng)用

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，我國畜禽糞便產(chǎn)生量急速增加，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到37.4億t[89]，未經(jīng)處理的畜禽糞便對環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。厭氧消化是將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)換為沼氣的技術(shù)，可用于實(shí)現(xiàn)畜禽糞便的資源化和無害化。外加磁場在有效促進(jìn)厭氧發(fā)酵效率和提高能量回收率方面具有良好效果，如Huang等[90]通過在豬糞厭氧消化池中添加零價鐵和磁場，發(fā)現(xiàn)由于磁場促進(jìn)零價鐵的腐蝕，強(qiáng)化互養(yǎng)細(xì)菌之間的直接電子傳遞過程，因而導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量與對照組相比提高了124.5%。Jia等[91]研究發(fā)現(xiàn)，添加磁場和具有核殼結(jié)構(gòu)的鈦球添加劑可以顯著地提高厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的性能，在最佳磁場強(qiáng)度（5 mT）作用下，相比于對照組，單厭氧發(fā)酵系統(tǒng)及牛糞、蘆葦秸稈共厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中甲烷產(chǎn)量分別提高了27.12%～65.53%和8.47%～35.89%。Zieliński等[92]研究了磁化器誘導(dǎo)靜磁場對厭氧消化產(chǎn)甲烷量及細(xì)菌、古生菌群落結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)磁場（20 mT）處理顯著增加了甲烷產(chǎn)量，相比于對照組，甲烷產(chǎn)氣量由200.2 mL/g（以揮發(fā)性固體計(jì)）提高到373.2 mL/g，甲烷濃度由49.1%提高到56.8%。同時，添加靜磁場的反應(yīng)器中乳酸菌的相對豐度提高10%，促進(jìn)了產(chǎn)甲烷菌的生成。目前，關(guān)于磁場強(qiáng)化固體有機(jī)廢物厭氧產(chǎn)沼作用機(jī)理尚不明晰，需進(jìn)一步開展深入研究。

3 展望

盡管磁場在環(huán)境污染治理和修復(fù)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用可能仍有一些限制，如磁場強(qiáng)度，不同強(qiáng)度的磁場對生物體造成的影響不同，尋求最佳的磁場強(qiáng)度是保障系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。但總體來說，基于磁場誘導(dǎo)的微生物磁效應(yīng)在廢水、土壤以及固體廢物等環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展，具有較大的發(fā)展?jié)摿?。今后發(fā)展方向可能包括以下幾個方面：1）磁場強(qiáng)化廢水中污染物去除及降解的機(jī)理尚未完全明確，仍需要進(jìn)一步開展深入研究。此外，磁場能夠提高微生物活性的內(nèi)在機(jī)理尚不明晰，量子力學(xué)能夠在更深層次上揭示生命的奧秘，未來可以借助量子力學(xué)來探索磁場影響微生物活性的內(nèi)部作用機(jī)制。2）在土壤修復(fù)中可以利用磁場對微生物的定向調(diào)控作用，開發(fā)植物-磁場-微生物耦合修復(fù)技術(shù)，提高超富集植物對土壤中目標(biāo)污染物的吸收能力，以取得更好的土壤污染植物修復(fù)效果。3）磁場影響生物大分子結(jié)構(gòu)的機(jī)理還需進(jìn)一步研究?；诖艌鰧ξ⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)的影響，定向培養(yǎng)有機(jī)物高效降解菌劑，縮短堆肥處理周期，提高對固體廢物的利用率和無害化效果等。