磁化水阻垢技术的研究现状及进展

第２３卷第ｌ期河北省科学院学报Ｖ０１．２３Ｎｏ．１１１竺！生！旦！！兰竺堂芷！垦！坚！些！垒！唑竺ｚ竺兰！！！竺！！！坠！：：三塑垒

文章编号：１００１—９３８３（２００６）０１—００６０—０３

磁化水阻垢技术的研究现状及进展

张东升１，刘振法１’２，张利辉２，闫美芳１

（１．河：ＩＩ：Ｚ业大学化工学院，天津３００１３０；２．河北省能源研究所，河北石家庄０５００８１）

摘要：阐述了国内外对磁化水阻垢技术的研究现状、进展，介绍了磁化防垢技术在锅炉、工业水处理中

的应用。

关键词：磁化水，阻垢，水处理

中图分类号：ＴＱ０８５文献标识码：Ａ

Ｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒａｎｔｉ－ｓｃａｌｉｎｇＺＨＡＮＧＤｏｎｇ—ｓｈｅｎ９１，ＬｌＵＺｈｅｎ—ｆａｌ・２，ＺＨＡＮＧＬｉ—ｈｕｉ２，ＹＡＮＭｅｉ—ｆａｎ９１

（Ｊ．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｌｔｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，死，衲３００１３０，Ｃｈｉｎａ；

２．ＨｅｂｅｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｅｒｇｙＳｏｕｒｃｅｓ，Ｓｈｉｙｉａ矗ｎａｎｇＨｅｂｅｉ０５００８１；Ｃｈ／ｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：７ｒｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒａｎｔｉ—ｓｃａｌｉｎｇ，ｔｈｅ印一ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｂｏｉｌｅｒａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉｃａｌｗａｔｅｒ

ｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｇｎｅｔｉｃｗａｔｅｒ；Ａｎｔｉ—ｓｃａｌｅ；Ｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ

磁化即使水流过一个磁场，与磁力线相交，水受磁场外力作用而磁化。经过磁场处理的水即为磁化水…。磁化水处理技术已广泛应用于工业、农业、医学等领域，目前应用较为广泛的是在锅炉、工业水处理中的阻垢方面。磁化水阻垢研究始于１９４５年比利时工程师Ｔ．Ｖｅｒｍｅｉｒｅｎ，他成功地将磁化水应用于锅炉的阻垢，并申报了专利，为磁化阻垢技术的研究拉开了序幕。当今随着环境保护的日益严格和水资源的日益紧缺，磁化阻垢技术的研究应用得到愈来愈广泛的重视。而磁化阻垢技术是一种物理方法，此法无需投加任何药剂，无毒无污染，能有效防止管道和设备结垢，且投资少，操作简单，是一种高效节能、环保型工业水处理技术。

１磁化阻垢技术的研究现状

１．１磁场对水的物化性质的影响

水经过磁场后物理化学性质的变化是许多实际应用的基础。应该指出，对理想的纯水还没有进行过研究。实验所用的是蒸馏水、工业用水、合成溶液等‘引。

赵新杰【３１对磁化水的各种物理特性进行测试，发现磁化水的表面张力、电导率均有所增大，磁化水的沸点略有降低。朱元保等Ｈ１研究发现：磁化水的ｐＨ值、溶解氧和难溶盐的溶解度均增加，紫外线吸收峰和密度降低，挥发性加快。大量文献报道磁处理后溶液的ｐＨ值会发生变化。通常发现ｐＨ值是降低的，也有发现ｐＨ值会升高，这可能与ＣＯ：气体的脱气和溶解反应有关。

１．２影响磁化阻垢效果的主要因素

１．２．１磁场方向、作用时间的影响根据磁场方向与流体流动方向间的关系可分正交式和平行式两种，目前研究应用中效果较好的多为正交式。磁处理作用时间与次数是影响阻垢的重要因素之一。通常一次通过磁处理器的阻垢效果差，而在磁场中循环作用下的阻垢效果好。即水在磁场中的停留时间越长，磁作用的效果越明显。磁处理的作用时间与水的流速是紧密相关的，磁处理存在最佳流速ｕ１，Ｐｏａｌｒ公司认为通过磁处理器的最佳流速为１．５—３．Ｏｍ／ｓ。Ｍ．米海松认为磁场强度与水的流速的乘积有一恒定的最佳值，当磁处理的磁场强度大时，其

收稿日期：２００５—１０一１１

基金资助：河北省自然科学基金项目（Ｂ２００４０００７４９）

作者简介：张东升（１９７７一），男，河北省石家庄市人，在读硕士研究生，助理工程师，主要从事工业水处理方面的研究通讯联系人：刘振法，男，在读博士，研究员．

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第１期张东升等：磁化水阻垢技术的研究现状及进展

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最佳流速就小；反之亦然。

１．２．２溶液中离子的影响溶液中的离子种类不同，磁处理的效果也不一样。Ｍ．米海松认为磁场能影响碳酸钙的结晶过程，但对硫酸钙的结晶过程影响较小…。张宝铭ｂｏ认为含Ｓ０２一。的溶液磁处理效果不佳。谢绮芬认为对含Ｓ０２一。的溶液只有强磁场才有作用№】。Ｈｉｇａｓｈｉｔａｎｉ等人的研究表明，磁处理的影响主要是对成垢物质的阳离子起作用。但有研究发现磁处理对阴离子也有影响，如林艺辉研究了磁场对碳酸钙过饱和溶液析晶过程的影响，发现磁场阻垢也通过成垢阴离子ＣＯ；一起作用¨ｏ。

储召华哺１通过动态模拟实验研究了Ｃａ２＋、Ｍ９２＋总浓度对磁化水抑垢效果的影响。发现随着ｃａ２＋、Ｍ９２＋总浓度的提高，磁化水的抑垢率下降。在Ｃａ“、Ｍｇ“总浓度为２５０ｍｇ／Ｌ时，磁化水的抑垢效果最差，然后随着Ｃａ“、Ｍｇ“总浓度的继续增加抑垢率又上升。那景丽等【９１探索了ＯＨ一型碱度对磁化水抑垢效果的影响，发现抑垢率随碱度增加而增加，当水中碱度大于８ｍｍｏｌ／Ｌ时，磁化水抑垢效果较好。

研究较多的还有Ｆｅ“、Ｆｅ３＋离子。Ｄｕ母ｕ州最早提出Ｆｅ２＋化合物能阻碍方解石晶体的生长速率，对文石的增长速率没有影响，Ｆｅ２＋等污染物的存在抑制了文石向方解石的转变。

１．２．３溶液ｐＨ值的影响磁处理的效果与ｐＨ值是紧密相关的。柴天禹认为ｐＨ值对ＣａＳＯ。不敏感，对ＣａＣＯ，影响较明显，当ｐＨ值大于８．５时，电磁场对ＣａＣＯ，防垢率有下降趋势。张宝铭认为ｐＨ值在８附近为宜，ｐＨ值过低或过高，磁处理效果均不理想。刘有昌【ｌ¨通过静态实验研究，发现ｐＨ值大于７时，磁化水抑垢效果较好。

１．３磁化阻垢机理

多年来，各国的研究人员对磁化阻垢机理进行了大量的研究。磁化阻垢机理主要集中在磁场能改变成垢晶体的结晶速度、晶粒大小及晶体的晶型等。

以克拉辛为代表的部分学者认为磁处理有助于均相成核，加快结晶速度，从而生成体积小、数量多的晶粒…。Ｙ．Ｗａｎｇ将Ｎａ：Ｃ０３和ＣａＣｌ：混合加热到３００ｃ形成过饱和溶液，通过显微镜观察，发现无磁场作用时，主要形成少量的５—１０｝ｘｍ的球形或棱形晶体粒子；有磁场作用时，大部分晶体为１斗ｍ以下的粒子。一般情况下，水中的ｃａ２＋、ＣＯ；一等均以水合离子的形式存在，当水合离子流过磁场时，会受到洛仑兹力的作用做螺旋圆周运动，且正、负离子旋转方向相反，这将破坏离子的物理水化层，在足够的磁场强度下，离子的化学水化层也将被破坏。这样，成垢离子就从水合状态中解脱出来，成为“裸露”离子。被解脱后，ｃａ２＋和ＣＯ；一间发生直接碰撞而结合成ＣａＣＯ，的机会增加，从而形成大量的晶核和微晶。由于这些ＣａＣＯ，微晶体主要在水中形成，并且颗粒细小分散，易于被水流带走，从而大大减少了在管壁上结垢的机会。还有一些研究者，如Ｈｉｇｓｈｉ—ｔａｎｉ、Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ、Ｅ．Ｄａｌａｓ等人则认为磁处理抑制了晶粒的成核过程，生成的晶粒体积大，数量少。如Ｅ．Ｄａｌａｓｕ２１将含有等量的Ｃａ（Ｎ０３）２、Ｎａ２Ｃ０３的过饱和溶液置于电磁场中处理，与未经磁处理的溶液对比，发现当磁场强度为１０Ｔ以上时，磁场延缓了碳酸钙的结晶速度，而且磁场强度越大，结晶速度越慢；当磁场强度为１０Ｔ以下时，现象不明显。

磁场能影响ＣａＣＯ，的晶型。ＣａＣＯ，常见晶型为方解石和文石，方解石在室温和标准大气压下是热力学的稳定形式。高温下，文石通常是从溶液中析出的第一相，但文石不稳定且较疏松，会重结晶为方解石。而磁处理有促使方解石转变为文石的趋势，如Ｊ．Ｍ．Ｄ．Ｃｏｅｙ【１副发现经过磁化处理的水所形成的垢中，文石与方解石的比例有所增加。Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ在ＣａＣＯ，溶液蒸发沉淀过程中发现，磁处理能使方解石和文石的比例由无磁场作用时的８０：２０变成２０：８０。正是因为磁场能使已成为硬垢的方解石转变为松软的文石，软垢随排污排走，从而达到阻垢和除垢的目的。

２磁化阻垢技术的应用

２０世纪５０年代中期，Ｔ．Ｖｅｒｍｅｉｒｅｎ制造了称做塞皮（ＣＥＰＩ）的磁处理器，建立了名为ＥＰＯＲＯ的工厂，生产磁处理器。此时的欧洲处于二战之后，物资匮乏，这种不使用药剂的防垢技术很受欢迎。据报道【１４｜，在挪威，有１００余艘海船使用塞皮磁处理器防止锅炉结水垢。在德国，许多工业企业使用塞皮防止锅炉、热交换器结垢。在前苏联，磁化阻垢用于循环水、锅炉给水和热水系统，均取得了很好的阻垢效果。７０年代末，美国的水动力公司（Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍ—ｉｃｓ）制造出ＨＵ磁力防垢装置。ＨＵ装置用于天然水、高含盐量水和海水，流速以２ｍ／ｓ为佳，经磁场处理后，水流输送８ｋｍ仍能有防垢作用。目前，世界上有很多公司生产磁处理器，如Ａｑｕａｍａｇｎｅｔｉｃｓ

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