電磁水處理技術(shù)的防垢機(jī)理了解

1、電磁水處理技術(shù)的防垢機(jī)理了解電磁水處理技術(shù)的防垢機(jī)理了解工業(yè)用水由于存在著鈣鹽和鎂鹽，通常在加熱到35度以上 時，就會析出針狀結(jié)晶體，并牢固的附著在器 壁上，形成一層 厚厚的水垢。雞西水處理設(shè)備水垢的導(dǎo)熱系數(shù)很低，只有鋼材的 1/151/100，因此水垢的存在將大大降低熱效率，浪費(fèi)能源， 嚴(yán)重時還會引起管路的堵塞，甚至出現(xiàn)由于傳熱的不均勻，引 起器壁熱膨脹的不均勻，導(dǎo)致管壁破裂爆炸，因此水垢的存在危 害極大。傳 統(tǒng)上利用離子交換法去除水中的鈣鎂離子達(dá)到防垢的效 果，或利用化學(xué)清洗法作為除垢的方法，這類化學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)是 效果明顯，見效快，但 存在著設(shè)備投資大，或腐蝕管道，引起 環(huán)境污染，在清洗的

2、過程中需要停機(jī)等缺點(diǎn)。因此人們一直在探 索著簡單有效的物理方法，以代替成本 高，有污染的化學(xué)方法。 物理方法自產(chǎn)生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了五代產(chǎn)品的更新?lián)Q代。第一代產(chǎn)品是永磁法，1945年比利時工程 師Vermeiren 發(fā)現(xiàn)通過3000高斯磁場的水具有防垢除垢的特征，并開發(fā)了永 久磁鐵作成的，具有無須人管，無須加藥，無須通電，無污染， 節(jié)能型的防垢除垢設(shè)備，開創(chuàng)了物理法的先河。但有一個致命的缺點(diǎn)：褪磁。金屬管路形成磁路導(dǎo)致退磁較快，剛開始使用效果 良好，一年半 載后效果逐漸減退，直至無效。為了消除退磁的弱點(diǎn)，用電磁鐵代替永久磁鐵開發(fā)了第二代 產(chǎn)品。其缺點(diǎn)是需要較大的電流，導(dǎo)致線圈發(fā)熱，不能連續(xù)工 作，

3、且耗能較大。既然磁場能防垢除垢，電場是否也能達(dá)到防垢 除垢的效果呢?人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)3500V以上高壓靜電處理過的水同 樣具有防垢除垢、防腐阻銹的作用，同時還具有殺菌滅藻功能。 它克服了前一代產(chǎn)品的缺點(diǎn)卻產(chǎn)生了新的缺點(diǎn)：絕緣材料在水中 易老化，設(shè)備常需檢修;而且高壓電容易對其他控制設(shè)備產(chǎn)生影 響。為了克服以上缺點(diǎn)，人們研制成功了利用電解法的第四代產(chǎn) 品。由一根金屬陽極和筒體陰極組成，在極間加1020V的直 流電，形成電場以達(dá)處理水目的，其弱點(diǎn)是陽極由于氧化易腐濁， 需經(jīng)常更換，水處理也不大。第五代產(chǎn)品對水施以高頻電磁場以達(dá)到防垢除垢、防腐阻銹 的目的。它克服了前四代產(chǎn)品的缺點(diǎn)，且具有水處理量大，效

4、果 穩(wěn)定，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。以上五代產(chǎn)品都是利用電磁場來達(dá)到 防垢除垢，防腐陰銹目的的。那么他們的作用機(jī)理又是怎樣的呢?機(jī)理探討前面介紹了五類水處理技術(shù)產(chǎn)品，在一定條件下都有較好的 防垢除垢效果，只是各有的特點(diǎn)。第一二代用磁來處理，第三 四代用電來處理，第五代用電磁場來處理，然而從更高層次看， 電磁場是一個統(tǒng)一體的不同側(cè)面，靜電場在運(yùn)動參考系看同樣存 在磁場。因此，從本質(zhì)上看，這五代產(chǎn)品具有相似性，因此在 防垢除垢的機(jī)理上也應(yīng)相同。根據(jù)電場、磁場、電磁場的共同特 性，電磁水處理技術(shù)的防垢除垢的統(tǒng)一機(jī)理應(yīng)是水分子的有序 化，導(dǎo)致水分子電偶極矩的增大，加強(qiáng)了水分子與鈣鎂離子的結(jié) 合力，從而使水對鈣

5、鎂離子的溶解力大大 提高，達(dá)到防垢除垢 的目的。水分子是有極分子，在電場力的作用下，將作定向排列， 最終出現(xiàn)，如圖1的變化；同時極板對正負(fù)離子產(chǎn)生一定的吸 附作用，但由于水在流動，電場作用時間有限，所以吸附是次要 的，主要效應(yīng)是有序化。若所加的是靜電場由于水的介電常數(shù)8 二78較大，水中的電場強(qiáng)度比絕緣層中的電場要小幾十倍，而且 由于水中正負(fù)離子的存在逐漸吸附到電極上，將大大抵消靜電場 的作用，因此要達(dá)到一定的有序化程度需要較高的靜電場，而 且要有一定的作用時間。若所加的是磁場而不是電場的話，由于水分子的流動，將 受洛侖茲力的作用，同樣會出現(xiàn)水分子的有序化，如圖2所示 “ X ”表示磁場方向垂

6、直指向紙面，在洛侖茲力的作用下，最 后有極水分子 正電部分在上，負(fù)電部分在下，有序化程度要達(dá) 到電場力所產(chǎn)生的類似效果，則必需加足夠強(qiáng)的磁場。若所加的高頻電磁場，同樣會導(dǎo)致水分子和正負(fù)離子的有 序化，其原理類似于電泳，雖然電極在作不斷的正負(fù)變化。但電 場只有作兩個方向的變化，有極分子在這 樣的電場力作用下， 只好作整齊的排列，正負(fù)相接，最后的極化方向決定于水離開電 場作用時那一瞬間的電場方向，事實上電場方向的變化更有利 于水分子的有序化。這好比鐵粉放在玻璃板上，玻璃板下放磁鐵 一般會導(dǎo)致鐵粉的有序化，但若磁鐵轉(zhuǎn)動一下方向使得鐵粉間有 相對的運(yùn)動，結(jié)果更容易達(dá)到鐵粉的有序化，道理是一樣的。值得注

7、意的是交變電場變化頻率太低，則與直流電差別不大，若 頻率太高，則水分子由于慣性來不及響應(yīng)，效果反而差，所以 存在一個最佳頻率范圍。前面指出水分子由于是有極分子，在外加電場、磁場 或交 變電場的作用下會出現(xiàn)有序化，不分子有序化后又是怎樣達(dá)到防 垢除垢作用的呢？水分子在外加電磁場的作用下是以分子電偶極矩的方向作 有序化排列的，鈣離子在水分子包圍下也將有序地分布于其中， 分子電偶極矩的增大，加強(qiáng)了水分子與鈣、鎂離 子的結(jié)合力， 減少形成鈣鹽、鎂鹽的機(jī)會，從而減少了結(jié)垢幾率，另減少了相 互碰撞凝聚的機(jī)會，從而提高了水對鈣鎂離子的溶解力。水分子按電偶極矩方向的有序化，使得水體產(chǎn)生取向極化。 由于氫鍵的形

8、成，這種取向極化具有“記憶”效應(yīng)，在水體離 開 電場作用以后，仍能保持一定時間的局部有序化，并在界面上出 現(xiàn)剩余束縛電荷。束縛電荷碰撞到已結(jié)垢于管壁上的鈣鹽、鎂鹽， 將使它們 轉(zhuǎn)人為易于不的氫氧化物;這些束縛電荷的存在也有 利于水滲透到結(jié)垢內(nèi)部，使大塊的結(jié)垢物松化變細(xì)，最后從管壁 上脫落，達(dá)到除垢的效果。實驗現(xiàn)象及解釋我們對電子除垢儀進(jìn)行了長期的試驗，并對該設(shè)備的用戶作 了跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備對水連續(xù) 循環(huán)處理后，與對照組比較， 處理組水對鈣鎂離子的溶解力有明顯提高，結(jié)垢量顯著減少;處 理前后對照電導(dǎo)率有確定提高，PH值略有上升，混濁度明顯 下降，水質(zhì)變清;經(jīng)過電磁場處理的水可以保持?jǐn)?shù)小時的防垢

9、除 垢效果;對高溫水的處理效果不及對低溫水的處理效果，當(dāng)水溫 達(dá)到沸點(diǎn)時效果不大。處理后的水對鈣鎂離子溶解力的增強(qiáng)和水垢減少現(xiàn)象，上節(jié) 已作詳細(xì)分析。主要是高頻電磁場對水的作用使得水分子按其 電偶極矩矢量方向作有序化排列，增強(qiáng)了水分子對鈣鎂離子的結(jié) 合力，從而達(dá)到水與鈣鎂離子溶解力的提高，并 達(dá)到防垢除垢 效果。由于鈣鎂離子濃度的提高，自然有導(dǎo)電率的增加和PH值 的上升。由于雜質(zhì)離子被有序化的水分子分隔包圍，不能凝結(jié)成 團(tuán)，導(dǎo)致混濁度下降，水質(zhì)變清。水經(jīng)過長時間的流動，各分子 團(tuán)間會相互碰撞最后失去所有的有序化恢復(fù)到原有狀態(tài)，失去防 垢除垢的作用。但若在有序化被破壞掉之前重新加上電磁場給 予有

10、序化，即循環(huán)或多次處理，則防垢除垢作用就會持續(xù)下去。水溫升高，意味著水分子熱運(yùn) 動的加劇，一方面將破壞水分子 的有序化，另一方面也促進(jìn)雜質(zhì)離子碰撞而結(jié)垢。因此溫度的升 高將縮短防垢的持續(xù)時間。溫度達(dá)到一定程度如沸點(diǎn)，將使防 垢除垢效果完全喪失。討論從前面的分析可知，通過高頻電磁場對中央空調(diào)系統(tǒng)，各種 冷卻系統(tǒng)，熱交換系統(tǒng)等的循環(huán)水進(jìn)行處理會產(chǎn)生防垢除垢、 變清水質(zhì)的效果。它與化學(xué)清洗法比較具有無污染，無需停機(jī)， 費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。與離子交換法比較具有投資少，無需管理，免 維修，費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但也有它的缺點(diǎn)。因為此方法只是提高了 水對鈣、鎂離子的溶解力，減少了鈣鹽、鎂鹽的結(jié)垢幾率，并 沒有減少雜質(zhì)離

11、子的濃度。因此對水的純度要求較高的某些工業(yè) 用水，此法不可行，而且即使對純度沒有要求但工作溫 度很高 的場合（如高溫鍋爐）此法也不適用。從前節(jié)分析可知，所加高頻在電磁場存在著電場強(qiáng)度和頻率 的最佳值。要使水分子有序化排列需要一定的電場強(qiáng)度的理所 當(dāng)然的，但也不是強(qiáng)度越大越好，因為當(dāng)大部分水分子都有序化 以后再增加強(qiáng)度將是得不償失的。前面已討論過高頻電磁場更 有利于水分子的有序化，但水分子存在著轉(zhuǎn)動慣量，它有一個幾 百兆赫以上的本征轉(zhuǎn)動頻率（與所加電場強(qiáng)度有關(guān)），所加電磁 場的頻率超過此本征頻率，水分子就來不及跟著轉(zhuǎn)動，有序化效 果將更差。由于水分子由微弱的氫鍵結(jié)合而成大分子團(tuán)，其結(jié)構(gòu)是動 態(tài)的

12、且對外界的變化很敏感，因此對水分子團(tuán)的研究是世界性難 題，對其作深入研究，揭開水的奧秘，開發(fā)水的功能還有大量 的工作要做。高頻電場磁化水在防垢、殺菌方面的研究水處理技術(shù)有離子交換、蒸餾、膜處理等方法，它們能較 徹底除去水中陰、陽離子，達(dá)到防止結(jié)垢的目的，而有些低壓、 低溫設(shè)備，只需達(dá)到防止結(jié)垢，且投資愈省愈好，此類水處理 無須以上方法，靜電在低溫低壓水處理上有廣泛的應(yīng)用。高頻電磁場是集高頻、電磁 場與一身，是由電子電路產(chǎn)生 的高頻電磁震蕩在固定的兩極間形成一定強(qiáng)度的高頻電磁場，水 通過高頻電磁場時，水分子作為偶級子被不斷反復(fù)極化而產(chǎn)生 扭曲、變形、反轉(zhuǎn)、震動，且與外加電磁場共振使其分子運(yùn)動加

13、強(qiáng)，從而使原來締合形成的各種綜合鏈狀、團(tuán)狀大分子（H2O） n解離成單個水分子，最后形成比較穩(wěn)定的雙水分子（H 2 O ） 2，增加了水的活性，改變了水分子與其他離子的結(jié)合狀態(tài)，使 碳酸鈣晶體析出的時間拖后，并以細(xì)小的顆粒析出，而不形成 堅硬的水垢。細(xì)菌在高頻電場作用下，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜受到嚴(yán)重 的損傷，不能繼續(xù)在水中生長、繁殖，而達(dá)到殺菌的目的。實驗裝置實驗裝置由高頻電磁場發(fā)生器、絕緣內(nèi)簡、正極、外筒、絕 緣層組成，內(nèi)筒有正極，外筒接負(fù)極（圖3 ）實驗實驗條件高頻電磁場發(fā)生器產(chǎn)生16Mhz的頻率，60V的電場，平均 場強(qiáng)為300V/cm，作用時間為0.5s，室溫21 C，設(shè)備輸出 功率為15W

14、。阻垢實驗不同硬度和不同甲基橙堿度的水樣，分別通過電磁場后，取 500ml，快速升溫到100 C后降到室溫，用定量濾紙過濾，取A萊特萊德、5,LAVENDER HYPERLINK 過濾水樣100ml，用EDTA滴定水中的硬度，計算高頻電磁場 水減少結(jié)垢量與正常結(jié)垢 量的比（即阻垢率），與a和原水硬度 的關(guān)系（a=堿度/硬度（摩爾比），硬度H=1/2Ca 2+ + Mg 2+ ）。結(jié)果見圖4 。結(jié)論濁度比較。在低溫時，濁度沒有差別。當(dāng)溫度升到75 C 以上時，原水開始渾濁，高頻電磁場磁化水較清，繼續(xù)加熱保 持 100 C, 4min后，高頻電磁場磁化水也開始渾濁。即高頻電磁 場磁化水延續(xù)水垢析出23min （水硬度為9.6mmol/L，堿度為 4.2mmol/L ）。當(dāng)把高頻電磁場磁化水與原水同樣升溫煮沸一段時間后， 高頻電磁場磁化水水杯上水垢明顯少于原水水杯上水垢。當(dāng)原水堿度升