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磁场处理水的阻垢研究
磁场处理水的阻垢研究
罗 漫 , 陆 柱 (华东理工大学资源与环境工程学院 , 上海 200237)
摘 要: 本文研究了磁场处理对 CaCO3 阻垢效果的影响因素。结果表明 , 随着硬度和碱度 的升高 , 阻垢率下降。 对给定的磁处理器 ,存在着最佳流速。 当 pH> 8. 5时 , 阻垢率迅速下降。 关键词: 磁处理 ; CaCO3 ; 阻垢率 中图分类号: T Q 085. 411 文献标识码: A 文章编号: 1000-3770( 2000) 04-0218-04
磁场水处理技术作为一种物理法 , 具有应用方便、投资少、运行费用低、无毒无污染等特 点。 除能降低水垢的生成 ,还有溶垢和杀菌灭藻的功能[1- 4。] 对此进行系统的研究无疑具有重 要的意义。 美国能源部于 1998年开始强力推荐的工业水处理方法 ,其主要的技术内涵即为磁 场水处理。 据报道 ,该系统完全不加药剂 ,可控制污垢量在 3mg /cm2 · mon以内 [5。] 我国磁化水及磁水器的研究始于 50年代末 60年代初 ,研制了不少的电磁防垢装置 ,大多 用于加热器、蒸发器、低压蒸汽锅炉等。虽然一些实验表明确有防止硬垢的作用 ,而且观察到在 使用磁场处理后原有的硬垢部分变松脱落 ,但也有相当一部分是失败的。甚至有由于用磁处理 代替水质软化 ,而导致锅筒蠕胀变形、炉管过热爆炸事故发生 [6。] 因此弄清磁场防垢的机理与 适用范围 ,是非常重要的。 可使该技术真正起到作用 ,避免误入歧途。
1 实验部分 1. 1 实验设备及用水 磁处理系统有两种形式: 电磁式和永磁式。永 磁式由于不消耗能源 ,在实际应用中更经济。在我 们实验中使用的是永磁式 ,其磁场强度为 6000高 斯。 它采用高聚磁技术 , 由不锈钢进水管、磁芯组 件、不锈钢出水管和外壳构成 ,磁芯组件由 15对
图 1 磁水器内部结构示意图
磁块组成。每相邻的两个磁场极性相反。当水从导向槽中流过时 ,在垂直方向反复多次切割磁 力线 ,从而达到高效化的目的。 其大致结构如图 1所示。 1. 2 实验方法 基本实验方法如下。 在水中溶入 CaCl2 和 NaHCO3 ,将硬度和碱度调整至要求。将配成的 实验用水加入恒温水箱中 ,调节流量开始水循环。 预处理 1h后 ,使水温升至 60℃ ,恒温 6h,测 定总硬度。
① 收稿日期: 1999-04-12 ?1994 -2014 china Academic Journal Electronic publishing House. A
阻垢率 其中: C1: 磁化后的总硬度; C2: 对照样的总硬度; C0: 原水的总硬度。 2 结果与讨论 磁场处理水的阻垢效果 ,一方面与磁场强度有关 , 另一方面溶液中硬度、碱度、流速、pH 等对其均有影响。 2. 1 硬度及碱度对阻垢效果的影响
图 2 硬度及碱度对阻垢率的影响 图 3 流速对阻垢率的影响 硬度是工业水处理中重要的水质控制指标。 当硬度增加时 ,溶液的结垢趋势将随之增加。 从图 2可知 ,随着硬度升高 ,阻垢率下降。当硬度小于 400mg / L时 , 阻垢效果较为明显 ,均大于 50%。 碱度与硬度一样 , 也是成垢离子的来源。因此 ,研究碱度对阻垢率的影响很重要。由图 2可 见 , 随着碱度升高 , 阻垢率明显下降。 我们认为 ,磁场不宜处理含盐量较高的水。 2. 3 流速及 pH对阻垢效果的影响 实验结果表明 ,对于给定的磁水器 ,存在一个最佳流速。 流速过高或过低均不利于磁场阻 垢作用的发挥。 这是因为流速过高 , 降低了溶液在磁场中的停留时间。 不同的磁处理设备 ,要 求的最佳流速也不一样。 Gluschemko等首先提出用“磁量”(magnetic dose)这个参数来衡量磁 水器的设计和应用。 M= BVt ,其中 B为磁场强度 , V为流速 , t是溶液在磁场中的停留时间。作者认为 M的最 佳值应在 300～ 400 T · m 之间。 有的作者提出不同意见。 Tombacz等通过实验认为只要 2 T · m的磁量就可强化磁铁矿的絮凝过程 [4。] 固定溶液的硬度、碱度和流速 ,调节 pH值 ,得到如图 4所示的实验结果。当 pH值大于 9. 0 时 ,磁场的阻垢作用迅速下降。 由此可知 ,对于碱性水 ,磁水器的阻垢作用不大。 3 机理探讨
图 4 pH对阻垢率的影响 图 5 氯化钙溶液核磁共振线宽的变化 的形式存在。离子水合程度是决定其迁移率和化学活性的基本因素之一。 因此 ,溶液的磁化处 理影响离子的水合与否可能与它的作用机理有联系。 前苏联学者 B C杜哈宁等人曾利用超声 波测定离子的水合数。这种方法是按超声波的速度 ,测定溶液的绝热可压缩程度。在很大程度 上 ,绝热压缩程度决定于离子分子相互作用强度的变化。 他们得出结论 ,磁化导致水结构疏松
并使它的结构有所调整 [7。] 在这里 ,我们初步研究了 NaHCO3 溶液、 CaCl2 溶液、自来水、二次蒸馏水的质子核共振 线宽的变化 , 定性地探讨了磁处理对离子水合 的影响。 核磁共振仪为美国 Varian公司生产 的 Gemini2000 ,其磁场强度为 70000高斯。 核 磁共振线宽由与核磁共振线仪相联的计算机 处理得出。 每一种溶液作用 25min ,测初始状 态与最终状态线宽的变化。 CaCl2 溶液核磁共 振线宽随时间的变化如图 5。 对上述四种溶液 ,磁处理 25min后线宽均 有不同程度的减少 ,最大可达 0. 09Hz,如图 6 所示。这可以定性说明磁处理引起核磁共振线
图 6 不同溶液核磁共振线宽的变化
宽的缩小。众所周知 ,核磁共振线决定于松驰的时间及被测定分子间的相互作用。离子水合愈 强 ,核磁共振线愈宽。这说明磁处理引起游离单个分子数目的增加。这些自由化的水分子占据 了溶液的各个空隙 ,从而抑制了晶体的生成。 4 结 论
们相信 ,磁场水处理技术将在工业水处理领域中发挥越来越大的作用。
参考文献
[ 1] K Higashitani. [ J] . J Coll Int Sci , 1993 , 156: 90- 95. [ 2] L Pach. [ J] . Journal of Materials Science Letters , 1996, 15: 613- 615. [ 3] J S Baker. [ J] . Water Research , 1996 , 30( 2): 247- 260. [ 4] Ronald Gehr. [ J] . Water Research , 1995, 29( 3): 933- 940. [ 5] 陈主福 . [ J] . 中国冷冻空调杂志 , 1998 , 4: 149- 155. [ 6] 窦照英 . [ J] . 环境保护 , 1994 , 198( 4): 12- 14. [ 7] 克拉辛著 . 毛钜凡 , 刘曼琼 ,王恒译 . 磁化水 [M ] . 北京: 计量出版社 , 1982.
A STUDY OF INFLUENCE OF MAGNETIC FIELD ON ANTI- SCALE EFFECT IN WATER TREATMENT
LUO man, LU zhu ( Resources and Environmental Engineering College East China University of Science and Technology , Shanghai , 200237 , China) Abstract: The effects of a magnetic device in suppressing CaCO3 scale deposition was investigated. The results showed that the anti - scaling efficiency decreased with the increasing of hardness and alkalinity. For a given magnetic treatment device, there is an optimum speed. The effciency sharply reduced when pH value being > 8. 5。 Keywords: magnetic treatment; calcium carbonate; anti- scaling efficiency
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