几种电磁水处理器的作用机理及其应用

提要:介绍了电磁场水处理的作用机理、几种水处理器构造和采用电磁水处理时在设计中要注意的问题。

关键词 电磁水处理器 偶极 偶极矩 洛伦兹力 晶格

1 机理

物质的分子可分为极性和非极性两种,对称分子如H2、O2和N2是非极性的,而H2O、N2O则是极性的。极性分子在无磁场作用时,以任意方式排列,但当磁场作用于极性分子时,会使偶极朝向磁场方向作定向排列。非极性分子在磁场作用下,极化而诱导成极性分子,从而带有偶极矩,产生相互吸引作用,形成定向排列。二极性分子在产生异极吸引同极相斥作用时,会使分子产生某些变形,极性增大,水中盐类的阴阳离子将分别被水偶极子包围使之不易运动,抑制了钙、镁等盐垢析出。运动的电子在磁场作用下,就产生一个与电子运动方向垂直的力(洛伦兹力),这样就会使电子偏离正常晶格,从而抑制固体正常结晶的生成。同时可以减少水垢附着在金属表面。由于经电磁场处理的水分子极性增强,对水垢的渗透性增强,它破坏水垢与管道壁之间的结合力,从而使水垢脱落,这就是磁处理防垢机理之一。

水中正负离子在磁场作用下,分别向相反方向运动,形成微弱电流,水中O2+e→O2-, 由于O2-的生成,使水中的O2减少。同时由于因管道自身的电位差腐蚀而产生的Fe2O3·nH2O(俗称铁锈)和微弱电子流发生如下反应： 3Fe2O3·nH2O+2e → 2Fe3O4+(1/2)O2+3nH2O

Fe3O4在常温下很稳定,不再被氧化,称为磁性氧化铁。它形成的膜,将管道壁和水隔开、腐蚀即停止。

磁场作用使水中溶解氧减少,同时生成Fe3O4保护膜,使腐蚀大为减少。

前已提及,在微弱电流作用下,使水中的O2+e生成O2-称为活性氧。活性氧对水中微生物有强大的杀伤力,加速微生物机体衰老,强磁场作用,破坏了细胞的离子通道,改变了生存生物场,使其丧失了原生存环境,从而达到杀死生物的目的。

由电磁场理论可知,随时间变化的电流,将产生随时间变化的磁场,反之亦然。

电磁场是相互依存而不可分。静电水处理和电子水处理等就是利用恒定的高、低

压电流电磁场或高频电磁场的水处理方法。 应当指出,电磁水处理机理解释有多种,要达到比较统一完善的认识,还有待于今后对此进行更深入的研究来阐明。

电磁水处理其效果虽不及药剂法,但由于其运行操作简单,并有明显的效果,人们可以相信,随着电磁水处理器机理的深入研究和水处理器结构构造的完善,其应用前景将日益广阔。

2 几种电磁水处理器简介

目前,国内电磁水处理器主要有内磁水处理器、静电水处理器、电子水处理器和高频电子水处理器等几类。需要指出的是,此处统称×××水处理器是笔者根据

其工作原理而称的,并不是生产厂的产品名称。

2.1 内磁水处理器

    内磁水处理器构造

内磁水处理器是在其横断面上,内外筒体表面之间设置了必要数量的极性相反的{yj}性磁铁(一般不少于5对)。流体通过其中垂直于磁场的通道而被磁化处理。 整个横断面磁场应均匀,壳体应屏蔽,以减少对外界的干扰影响,构造简图如图1所示。根据我国行业标准,中心{zd0}磁感应强度B值≥160MT,外壳漏磁感应强度B值≤2MT(1MT=106Wb/m2)。

2.2 静电水处理器和电子水处理器

静电水处理器和电子水处理器的构造相似,均由两部分组成,如图2所示。

   静电水处理器构造

(1)水处理器 其壳体为阴极,一般由镀锌钢管制成,壳体中心装一阳极。静电水处理器的阳极是一个芯棒,芯棒外套四氟乙烯管,确保有良好绝缘。电子水处理器的阳极是一根金属电极,它直接与水接触。被处理的介质通过阳极和壳体之间的环状空间而被处理。

(2)直流电源 静电水处理器采用高压直流电源,又称高压发生器。电子水处理器则采用低压直流电源。

2.3 高频电子水处理器

它由水处理器和电控器组成。水处理器由电极和壳体构成,其中电极为阳极,壳体为阴极。电控器即高频发生器,它的功能是利用电子元件产生高频电磁场。构造简图如图3所示。水通过其间即被处理。

 高频电子水处理器构造

为了提高处理效果,有人经研究提出在阳极之间加设屏蔽网(负极)进行屏蔽,确保各阳极独立工作,互不干扰。据称该项技术与不设屏蔽网的同类产品相比,效率可提高30%以上。

3 适用条件

电磁水处理的处理效果,受水质如总硬度,暂时硬度,pH和其它成分的影响,不同水质其处理效果也不同。用于除垢时,主要适用于结垢成分是碳酸盐的水,不同的硬度,抑垢率也不一样,对不同总硬度的水进行磁化处理研究表明：在250mg/L 附近抑垢率出现极小值。当水中含有SO42-时,磁化抑垢效果被破环,一般当水中含 有SO42-时要慎用。碱度对磁化防垢处理也有影响,当碱度远小于硬度时,抑垢效果不明显。研究表明,当水中碱度增大时,磁化处理和未磁化处理的水,结垢量都增加,不同的是未磁化处理水在碱度350mg/L(以CaCO3计)左右时结垢急剧增加,而磁化处理水的结垢增加相当平缓。水中主要结垢成分是磷酸盐、硅酸盐时,则不宜使用。

目前市场供应的主要几种水处理器的适用条件如表1。

表1 不同水处理器的适用条件

应当指出,表1中适用水质一项,对于循环冷却水系统来说,是指循环冷却水而 言,不是补充水。

4 水处理器的选用

在选用水处理器时,除前述水质外,还应注意考虑：

(1) 根据所需要处理的水量来选择水处理器的规格,为了保证效果,一般需要采用全流量通过水处理器。内磁水处理器对通过流速有要求,{zd1}不应小于1.5m/s。静电和电子水处理器,要求通过处理器时,必须有一定的停留时间,可以在额定处理水量的±20%左右范围内选用,一般不影响处理效果。

(2) 要考虑安装要求与运行管理：内磁水处理器可以任意角度安装,静电和

电子水处理器一般需要垂直安装,以避免悬浮物或其它杂质在装置内沉淀。

静电和电子水处理器(包括高频发生器或高压发生器)和较大容量(＞20kW)的电器之间要有一定距离(至少5m～6m),否则在两者之间应设屏蔽罩和良好的接地。 内磁水处理器因其外壳已考虑了屏蔽,故和其它电器设备无距离要求。静电和电子水处理器还要考虑定期巡视和检修空间。高压和高频发生器要考虑防潮通风,以防发生短路或电子元件过热导致故障。

静电和电子水处理器需要一定的维修和管理,而内磁水处理器一般无需管理,

尤适用于维修力量不足之处。

5 水处理器的设置

水处理器一般应尽量*近供水设备,对于设置冷却塔采用循环冷却水的空调系统,水处理器可以设在循环水泵的出口,但如果将水处理器安装在冷凝器的进水口之前则更好。

对于热水供应系统,无热水回水的热水器,只需处理供水。对有热水回水的热水器,供水和回水都应处理。若冷水的供给管与热水回水管分别进入热水器,应在二进水管上分别装水处理器,若冷水供给管与热水的回水管合并后进入热水器,则应在合并后的管道上安装水处理器,。对于设有热水锅炉的热水系统,则还应在热水锅炉的进水管上安装水处理器,。

   热水系统水处理器设置

需要指出,静电和电子水处理器,应与水系统同步运行,不得无水运行。如有条件,可在水处理器进出口之间,加设旁通管及阀门,以便在不停机情况下,检修水处理器。 凡采用电磁水处理的水系统,都要安装排污管道。对于循环冷却水系统,可进

行连续排污,排污量可控制在循环水量的0.5%～1.0%左右。敞开式循环冷却水系统,须要设置过滤器,过滤器的过滤能力,根据当地大气的含尘量等情况,可考虑按循环水量的1%～5%或结合实际情况来选择,以获得较好的处理效果。对其它新安装的水系统或已xx除垢的水系统,也可以每1～2周排污一次。 水是由一个氧原子和两个氢原子组成的，通常水中80%的水分子是由氢键缔合成水分子团的形式， 这种水分子团对碳酸钙（水垢）的溶解程度较低，使水垢很容易析出，变频共振就是向水中施加一个与其自然 频率相同的频率，从而引起水分子产生共振，共振的结 果，使氢键断开，使水分子团变成单个的极性水分 子，因而提高了水的活化性和对水垢的溶解度，极微小的水分子可以渗透、包围、疏松、溶解、去除热水器、锅炉等热交换系统内的老垢（如图所示），同时，浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸钙体，其表面无电荷，因此，不能再吸附在管道上，从而达到除垢、防垢的目的。

    由于不同条件下水的温度、硬度、黏度、PH值不同，其内部的自然频率就不同，所以其共振频率也不可能相同。因此，只有采用变频共振技术，才能确保使任何水质条件下的水分子产生共振，从而达到除垢、防垢的效果。变频是手段，共振是目的，变化的频率覆盖了所有水质的自然频率，变频的过程，就是寻找水中的自然频率的过程，没有变频，就不能保证对任何水质都能够产生共振，也就是说不能保证对任何水质都能达到除垢、防垢的效果。难怪过去传统的电子除垢仪会出现此地有效、彼处无效的情况，就是因为不论采用的是电场的还是磁场的，其频率都是单一的 F型变频除垢仪采用美国{zx1}技术，具有以下与众不同的特点

1、变频共振，确保对各种水质的高效除垢、防垢

2、可取代软化水装置和化学加药法

3、低电压、无电极、免维护

4、有活化水作用，饮水口感好，洗澡滑爽舒适

5、应用范围广，闭环、开环系统均可

6、规格齐全，从DN15--DN500mm的均有

在有老垢的系统上使用F型变频除垢仪，将有以下现象发生：

1、管道：沉积在管道内壁上的老垢，逐渐疏松、软化、脱落。

2、锅炉：被老垢糊住的视境逐渐清晰。

3、空调系统：管道畅通，泵压明显下降。

4、茶水炉、加热器等：喷头、阀门外部的水垢脱落，加热时间缩短。

5、采暖循环系统：系统阻力明显降低，热循环效率高。

6、热交换器：可长期保持进出口水温温差不变，提高热交换器寿命。

离子交换软化系统

软化水是用离子交换方法使水中的钙、镁离子与离子交换树脂进行交换，以达到水质软化的效果。此装置广泛应用于锅炉给水、热水站、循环冷却水的处理。

离子棒水处理器是水处理领域中的一种新兴、先进的水处理设备，于1987年获得美国、加拿大两国专利，2001年获得湖南省质量技术监督局“名优推荐产品”称号和湖南省科技厅高新技术产品。国际上xx的IBM、杜邦、新日铁公司采用了此种设备。国内的xx企业宝山钢铁公司、上海石化、湖南电广传媒、涟源钢铁厂等上百家企业的工业循环水、中央空调均使用了离子棒水处理器，取代了化学水处理，取得非常满意的效果，被喻为水处理史上的一次革命。

用途：闭式或敞式工业循环水系统，中央空调冷却、冷媒水系统，热水系统 等。

功能：防垢、除垢、除锈、xx灭藻、防腐

 美国罗门哈斯公司展示新型水处理阻垢分散剂

近日，罗门哈斯向我国市场引入ACUMER 4035、ACUMER 4450和ACUMER4800共3种新型的水处理用阻垢分散剂，这3种产品是专用于分离膜系统中常见垢层的水处理产品。罗门哈斯中国公司通过参加在北京召开的第五届国际膜与水处理技术暨设备展览会，{dy}次向国内业同行展示了这几种新型水处理剂。    ACUMER 4035是一种通用的阻垢剂和分散剂，对于碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡等低深解盐特别有效，而且这种产品xx符合有关饮用水处理添加剂的要求。此外，ACUMER 4035含有防腐剂，因此抑制了储藏过程中微生物的生长；ACUMER 4450是一种优异的碳酸钙和粘土分散剂，可作为热脱盐和逆渗透系统中的阻垢剂和分散剂，已获得欧洲批准，可用于饮用水的生产；ACUMER 4800是一种性能优异的碳酸钙阻垢剂，同时也是一种作用于其他低溶解盐的分散剂和阻垢剂，

也可用于饮用水的生产。（中国泵阀网 www.cnpve.com）

     司家用品和工业特殊化学品业务大中华区经理黄茂钟先生表示，由于中国工业的高速发展以及国家对环保的日益重视，水处理市场的发展潜力巨大，罗门哈斯公司正持续不断地开发出适合市场需求的水处理化学品，提供给客户。新推出的ACUMER系列产品能有效抑制垢层生长，因此延长膜寿命和减少对于膜手清洁频率，{zd0}地优化水处理系统。

    美国罗门哈斯公司是世界上{zd0}的水处理化学品供应商之一。在中国市场，美国罗门哈斯公司的离子交换树脂、xx剂、来藻剂、阻垢剂、分散剂等产品广泛地用于包括石化、冶金、造纸、电厂、纺织、医药、饮料水、电子、核工业等许多领域。