水磁化處理的防垢阻垢研究.pdf

1、結(jié)垢是工業(yè)生產(chǎn)中的常見(jiàn)問(wèn)題，每年用于垢的清洗和結(jié)垢引起的熱損失方面消耗的資金達(dá)數(shù)百億美元，防垢、除垢一直是給水系統(tǒng)的重要研究課題。目前最常用的防垢方法是采用投加化學(xué)試劑的方法，其需高成本地往水中投加大量化學(xué)試劑且對(duì)水造成二次污染。自1945年T.Vermeriren發(fā)現(xiàn)用“磁化水”可以減少鍋爐水垢的生成，水磁處理防垢技術(shù)得到了較廣泛的研究與發(fā)展。當(dāng)今隨著環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)格和水資源的日益短缺，水磁處理防垢技術(shù)因具有無(wú)需添加任何試劑，無(wú)毒無(wú)

2、污染，操作簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)作為一種高效節(jié)能、環(huán)保型水處理技術(shù)，其研究應(yīng)用得到愈來(lái)愈廣泛的重視。雖然水磁處理技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)防垢、除垢已有幾十年歷史，但其效果一直存在著爭(zhēng)議。在機(jī)理方面還沒(méi)有一套完整的理論能對(duì)其作出解釋，也不能從機(jī)理出發(fā)，得到磁防垢最佳效果，并對(duì)磁處理器的結(jié)構(gòu)、形狀、磁場(chǎng)大小等結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面提出指導(dǎo)性建議。所以要并了解其機(jī)理得到最佳水磁防垢效果，還需大量的基礎(chǔ)研究工作。本文主要的研究?jī)?nèi)容有:
　　 1.磁場(chǎng)強(qiáng)度、溫度

3、對(duì)碳酸鈣成核結(jié)晶過(guò)程的影響。因碳酸鈣是垢的主要成分，本文選擇只含有Ca2++CO32-+HCO3-亞穩(wěn)態(tài)硬水溶液體系為研究對(duì)象，避免高過(guò)飽和度和雜質(zhì)離子的干擾，只考察溫度和磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)CaCO3結(jié)晶沉淀過(guò)程的影響。比較了硬水體系在10℃、30℃、60℃，經(jīng)0、1850、2850、4100mT不同磁場(chǎng)處理過(guò)程中，水中Ca2+濃度，電導(dǎo)率、濁度的變化趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)不同磁處理?xiàng)l件的阻垢效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:磁場(chǎng)和溫度加快了CaCO3的成核速度

4、，使水中形成更多微晶，降低了溶液的過(guò)飽和度，減緩了CaCO3晶體的生長(zhǎng)，使其分散于體系中，從而達(dá)到防垢效果。溫度越高，磁場(chǎng)越強(qiáng)，效果越明顯。在溫度較低時(shí)，磁阻垢效果不明顯，當(dāng)溫度＞30℃時(shí)，阻垢效果明顯，隨溫度繼續(xù)升高增幅減小。磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，阻垢效率越好。
　　 2.溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)CaCO3垢的形貌和水中CaCO3的晶相組成的影響。用電子光學(xué)顯微鏡觀察了水中掛件上CaCO3垢，用X射線衍射儀(XRD)測(cè)定了水中CaCO3晶體的

5、晶相組成。結(jié)果表明:溫度越高，磁場(chǎng)越強(qiáng)，處理后產(chǎn)生的垢數(shù)量越少，體積越大。磁防垢效果越明顯;溫度和磁場(chǎng)改變了CaCO3的晶相組成，10℃，磁場(chǎng)作用不影響CaCO3的晶型，生成的均為方解石，30℃，生成的是方解石和文石，60℃生成的為方解石、文石和球霰石。磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，亞穩(wěn)態(tài)晶相組成比例越大。
　　 3.溫度和磁場(chǎng)對(duì)CaCO3成核結(jié)晶過(guò)程的作用機(jī)理。從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度探討了磁場(chǎng)、溫度對(duì)CaCO3成核結(jié)晶過(guò)程的作用機(jī)理。磁場(chǎng)對(duì)Ca

6、CO3晶核生成速率和晶相組成的影響主要是因?yàn)榇盘幚砀淖兞怂肿哟氐慕Y(jié)構(gòu)，從而改變了溶液中陰、陽(yáng)離子和CaCO3晶核先驅(qū)水合化CaCO3的形成和脫水過(guò)程。外加磁場(chǎng)作用增加了CaCO3分子的自由能。那么較高溫度時(shí)，磁場(chǎng)作用利于CaCO3晶體前驅(qū)體無(wú)定形碳酸鈣(ACC)和水合化碳酸鈣(HCC)可以獲得更多的自由能直接轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐浇馐部色@得更多自由能轉(zhuǎn)變?yōu)槲氖颓蝣笔?br>　　 4.Al3+、Fe2+、Mg2+、SO42-、Cl-等

7、雜質(zhì)離子存在時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)CaCO3成核結(jié)晶過(guò)程的影響。比較了含不同雜質(zhì)離子時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為0、1850、2850、4100mT磁處理過(guò)程中水的電導(dǎo)率、濁度和水中Ca2+濃度的變化趨勢(shì)，比較了不同磁處理?xiàng)l件的阻垢效果。結(jié)果表明:各雜質(zhì)離子的存在促進(jìn)了CaCO3的成核結(jié)晶，磁防垢效果更明顯。磁場(chǎng)較小時(shí)，各離子的促進(jìn)作用次序?yàn)锳l3+＞Fe2+＞Mg2+＞SO42＞Cl-，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，F(xiàn)e2+的作用不斷增強(qiáng)，超過(guò)了Al3+的影響，次序

8、轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+＞ Al3+＞ Mg2+＞SO42-＞Cl-。發(fā)現(xiàn)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，陽(yáng)離子極性越大或陰離子變形性越小，磁效應(yīng)越明顯，磁防垢效果越好。
　　 5.Al3+、Fe2+、Mg2+、SO42-等雜質(zhì)離子存在時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)CaCO3垢形貌和溶液中CaCO3晶體晶相組成的影響。用電子光學(xué)顯微鏡觀察了磁處理后掛片上CaCO3垢，用X射線衍射儀(XRD)測(cè)定了溶液中CaCO3晶體的晶相組成。結(jié)果表明:磁場(chǎng)作用下，Mg2+、SO42-

9、的存在促進(jìn)了文石的生成。Al3+、Fe2+的存在促進(jìn)了文石和球霰石型的生成。
　　 6.雜質(zhì)離子存在時(shí)磁場(chǎng)對(duì)CaCO3成核結(jié)晶過(guò)程的作用機(jī)理。熱力學(xué)機(jī)理為磁場(chǎng)和雜質(zhì)均改變了水中各離子的水合化和脫水化過(guò)程，從而改變了水合化CaCO3的形成和脫水過(guò)程。同時(shí)磁場(chǎng)能增強(qiáng)陽(yáng)離子的極性和陰離子的變形能力，使雜質(zhì)離子的影響增強(qiáng)。雜質(zhì)離子可能進(jìn)入CaCO3晶格中可改變CaCO3各晶態(tài)的能量，從而使其各晶態(tài)的穩(wěn)定性發(fā)生改變，方解石的能量高于亞穩(wěn)態(tài)

10、文石和球霰石，所以易轉(zhuǎn)變?yōu)槲氖颓蝣笔?。?dòng)力學(xué)機(jī)理為CaCO3的成核生長(zhǎng)過(guò)程可能是一個(gè)多步驟的動(dòng)力學(xué)控制過(guò)程，在分步結(jié)晶過(guò)程中，無(wú)定形CaCO3和各晶態(tài)之間相轉(zhuǎn)變過(guò)程的活化能發(fā)生改變，分步結(jié)晶過(guò)程的途徑發(fā)生改變，最終改變的CaCO3的各晶態(tài)組成。
　　 7.超強(qiáng)永磁場(chǎng)處理循環(huán)水的阻垢效果實(shí)例研究。利用自行設(shè)計(jì)的磁水處理除垢、防垢裝置處理循環(huán)水。試驗(yàn)結(jié)果表明:磁場(chǎng)強(qiáng)度、溫度、流速對(duì)防垢效果影響很大，其值越大效果越好，水質(zhì)對(duì)磁處理效