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除垢防垢
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磁場對防垢效果的影響

2021-05-21

  水垢是具有反常溶解度的難溶或微溶鹽,易在器壁尤其是金屬表麵處析出沉積。其形成過程為:微細結晶在過飽和溶液中處於溶解-結晶的亞穩定狀態,結晶在器壁聚集黏附並有序長大,結成水垢。水垢是否形成主要取決於鹽類是否過飽和及其結晶的生長過程,與成垢離子、水質情況、器壁形態等密切相關。係統中的成垢離子越飽和、水的硬度越高,結垢傾向越嚴重;粗糙的金屬表麵和雜質對結晶過程也有催化作用,會促進水垢析出。

  大部分水垢外觀呈白色或灰白色,質硬且致密,以碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鈣鹽和矽酸鹽的鈣鎂鹽為主,其中Z典型的是碳酸鈣垢,此外工業鍋爐中還可能產生鐵垢和銅垢等。

  磁水處理器是利用磁場作用改變水質,影響成垢離子的溶解、結晶、聚合等過程,生成疏鬆的軟垢,防止硬垢產生,並使已成硬垢的方解石轉變成文石,隨汙排走。

  磁水處理器根據磁源位置的不同可分為內磁式和外磁式。其中外磁式在檢修時不必停水及拆卸管道,也不易引起磁短路現象,具有更大的優越性。按磁場形成方式又可分為永磁式和電磁式。永磁式磁水器的優點是不耗電、結構簡單、操作維護方便,國內外應用較廣泛,但其磁場強度有賴於新型磁性材料和充磁技術的開發,且磁場強度一般不能調節,此外還存在隨時間延長或水溫提高而退磁的現象。電磁式磁水器耗電量大,但磁場強度容易調節,處理能力強、效率高,不受時間及溫度的影響,穩定性好,適宜在對水質要求較高的場合中使用。

  盡管磁化防垢技術已有很大進展,而且在工業、農業和生物醫學領域中得到廣泛應用,但水係統的複雜性及多變性使得深入研究磁化水處理比較困難,目前磁化控垢機理尚未形成統一定論。大多數研究都是從各自的實驗結果出發,導致磁化阻垢除垢的應用設計缺乏有力依據,工作穩定性無法保證,影響其應用成功性。


  

磁水處理器



  磁場對防垢效果的影響

  磁場能引起水微觀多相結構的改變,很多學者一致認為,磁場能引起液體分子的內共振並誘發電偶極矩作用,使分子內部的鍵合發生變化或破裂,改變了分子構型;磁場能在液體中引起附加磁矩和附加能量,這些附加量的綜合作用使抗磁性液體的內聚力減少,分子勢壘降低。這樣有利於水分子團的拆散,使水分子活性增強。Ran Cai等研究了磁場作用對水的表麵張力、黏度和水分子內氫鍵作用力的影響,得出磁場作用下水分子之間的氫鍵作用力增強,更多的水分子通過氫鍵聚集在一起形成更大的水分子簇,水分子活性降低。水分子結構的改變會導致水係統的電導、pH、表麵張力、折射率、介電常數、黏度等物理化學性質的變化,Z終造成了結垢過程的改變。因此通過研究不同磁場條件下水的結構、自由能、物理化學性質的變化,能更深刻地認識磁場對水結構和離子溶劑化等的影響,進一步了解水磁處理防垢機理。很多學者研究了磁處理作用下雜質離子特別是一些二價陽離子如Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mg2+、Si4+等對CaCO3晶型結構的影響。L.Holysz等發現Fe2+、Mg2+、SO42-雜質離子存在時,無論是流動還是靜止狀態下磁場均能改變CaCO3的ζ電位、pH、沉澱速度等,隻是離子種類不同導致改變的趨勢和大小不同,這些由雜質離子的水合熵決定,是磁場對水的結構和離子溶劑化等影響的結果。也有文獻報道了pH對磁處理防垢效果的影響。柴天禹認為pH對CaSO4不敏感,對CaCO3影響較明顯,當pH>8.5時電磁場對CaCO3防垢率有下降趨勢,同時Ca2+濃度對防垢效果影響很大。張寶銘等認為pH在8附近為宜,pH過低或過高磁處理效果均不理想。

  磁作用參數的影響

  磁處理器的形式多種多樣,根據產生磁場的方式可分為永磁和電磁,根據磁體與流體是否接觸分為浸入式與非浸入式,根據磁場方向與流體流動方向間的關係可分為正交式和平行式。現有文獻報道的多為正交式設備,故目前的研究與應用中使用的多為正交式,至於產生磁場的方式及磁體是否與流體接觸似乎不重要。

  磁處理的時間與次數是影響防垢效果和除垢的重要因素之一。通常磁處理一次的防垢效果較差,而循環作用的效果較好。J.S.Baker等研究發現,即使在適合的磁接觸條件下,磁處理一次後CaCO3的結晶速率等不受影響。磁處理時間與水的流速緊密相關,因此磁處理存在流速。有研究認為磁場強度與水流速的乘積有一恒定的值,當磁處理器的磁場強時,其流速就小,反之亦然。目前磁處理器選擇的流速為2 m/s左右,但也有選擇較高的流速。

  除磁場方向、作用時間和流體速度外,磁處理器的形狀和材料也是影響防垢效果的重要因素。如果磁場與流體磁場直接接觸,則操作過程中會產生雜散電流,並產生一些侵蝕產物,這可以是磁處理裝置的刻意設計或操作產物。有些磁處理器用鋅或鋁作為犧牲電極,其刻意產生鋅或鋁離子而形成鋅或鋁的氫氧化物。在沒有犧牲電極的情況下,一些離子膠體可以由磁處理器腐蝕形成,這些腐蝕產物可以影響結垢礦物的沉澱。J.Y.Gal等研究發現磁處理器對流體造成的紊亂也是結垢的一個重要因素。流體的紊亂會使溶液脫氣加速,二氧化碳溶解量相應減少,影響溶液的pH以及結垢速率。在適當條件下,磁處理能加速亞穩狀態下膠體的絮凝,促進晶核生成,也會影響結垢速率。


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