流速对磁场阻垢效果的影响.docx

1、第26卷第5期工业水处理2006年5月IndustrialWaterTreatmentVol.26No.5May,2006试验研究流速对磁场阻垢效果的影响李陈，朱国栋，苟华刚，李杰（同济大学物理系环境物理研究室，上海200092）摘要利用双道的实时监测系统，通过监测碳酸窃过饱和溶液中的pH和Ca2,浓度在析晶过程中的变化.系统的研究了不同流速下磁场的阻垢效果。准确、可重复的试验数据表明，磁场对碳酸钙过饱和溶液有阻垢效果并且不同流速下磁场的阻垢效果不同°同时试验结果还表明在磁处理时间恒定的条件下，在06m/s的流速范围内，溶液通过磁场的流速越高磁处理的阻垢效果越强。关键调流速；阻垢；碳

2、酸钙；磁处理中图分类号-I1J991.27；0646文献标识玛A文章编号1005-829X(2006)05-0018-03EffectofmagneticfieldontheantiscaleoftheCaCO3solution:astudyofflowrateLiChen,ZhuGuodong,GcuHuagang,LiJic(EnvironmentResearchGroup,PhysicsDepartment,TongjiUniversitytShanghai200092,China)Abstract：TheeffectofmagneticfieldontheCaC03precipitat

3、ionwithdifferenttreatedflowrateshasbeenstudiedwiththesystemwhichcouldmeasurethepHandtheconcentrationofCa2+ofthesupersaturatedcalciumcarbonatesolution.Thequantitativeexperimentaldatarevealthatthescalecouldbereducedwiththeeffectofmagnetictreatmentandtheeffectoftheantiscaleindifferentflowrateisdifferen

4、tInconstantexposuretimeandwithinourconcernedvelocityscopeintherangeof06m/s,thehigherflowrate；thebettereffectonantiscale.Keywords:flowrate；antiscale;calciumcarbonate；magnetictreatment基金项目】国家自然科学基金资助项目（59738150）工业冷却水系统中，水垢是普遍存在的现象，且造成了巨大的经济损失。现代工业生产中广泛使用含磷化学阻垢剂来阻止水垢的生成，怛其废水的排放造成了严重的环境污染。为此，人们一直致力于开发“绿

5、色”阻垢剂和阻垢技术C磁处理技术由于其无污染等优点亦一直受到人们的普遍关注。磁场阻垢技术的应用已有一百多年的历史，大虽的工业实践表明磁处理有明显的阻垢效果C例如：J.I）.Donaldson报道，使用IIDL磁处理器件经过磁场处理大约六个月后管壁上沉积的水垢明显减少，最终基本完全消失。其他许多国际知名的磁处理器件的生产商（如Polar.CEP1等）也都明确声称磁处理有明显的阻垢效果。在实验室和机理研究中，同样也有许多研究报道肯定了磁处理的阻垢效果°在有大匿肯定磁处理阻垢效果报告的同时，却有同样大最否定磁处理效果的报道°例如,G.J.C.Limpert等把经过磁处理与未经磁处

6、理的溶液通过相同的管道，对磁处理器件进行了长达36个星期的测试，发现两个相同管道上沉积的水垢的厚度没有明显的区别。对于这些相互矛盾的报道和实验数据，许多研究者认为是由于实验条件的不同以及所使用的磁处理器件的不同造成的°同时大成的现场实验数据也都是由各个磁处理生产厂商提供的，并且这些生产厂商并没有给出磁处理器件的具体参数，然而参数却对磁处理阻垢效果有着不可忽略的影响°因此，就各个参数对磁处理阻垢效果的影响进行准确、可重复的研究，对于磁处理技术在水处理中的推广应用来说，意义非常重大。根据文献报道，影响磁处理效果的因素和参数有很多，例如：磁场强度、pll、流速以及磁处理时间等玷）

7、。对F给定的磁处理器件，其磁场强度和磁场类型大多不可改变c因而诸多因素中我们最容易控制的就是流速和磁处理时间。因此，我们从各种影响因素中首先选取了流速作为研究对象，来考察其对磁处理阻垢效果的影响。笔者根据CaCO3溶液中的水化学平衡理论建立了双道实验测最系统。该系统可以实时定址地监测两杯溶液中各离子组分的变化情况，从而在相同的条件卜对比磁处理的阻垢效果。采用Ca2选择电极直接监测在碳酸钙整个析晶过程中溶液中CaCO,晶体的沉降速率，从而精确、可重复的研究了流速对磁场阻垢效果的影响。I实验系统和方法实验中配制CaC03过饱和溶液的方法是用去高子水分别配制相同浓度的CaCl2溶液和Na2CO3溶液

8、，取其中一种溶液，以不同的流速经磁场处理相同的时间后，取100mLCaCl2(Na2CO3)溶液与Na2CO3(CaCl2)溶液充分混合。实验中所用药品均为分析纯，去高子水电导率小于0.005mS/cmo实验中使用pH/ISE测试仪测量溶液的pH和浓度，实验前用标准缓冲液进行校正。C电极在实验前也用标准缓冲液标定校正。采用流量阀控制磁处理的流速，使其在06m/s内可调，从流量计可以读取磁处理的流速。实验过程中溶液置于恒温水浴中，温度控制在(25±1)弋,溶液磁处理时间均为15min,并控制溶液的初始pH为8.5。外加处理磁场采用恒磁场，磁场强度为0.2T,磁场方向与水流方向正交。2实

9、验结果和讨论2.1磁处理效果验证实验通过直接监测溶液中CaCO3的析晶速率就可以鉴别处理阴、阳离子的磁场阻垢效果。结果见图1。5.45.0464.23.83.43.0经过豪处理未经豪处理gig,"o50100150200酎间/min用肉子(C)处理效果对比图1磁处理效果验证图la为经磁处理阳离子(Ca2*)与未处理的阻垢效果对比图，图lb为经磁处理阴离子(CO、')与未处理的阻垢效果对比图,>如图la所示，我们以3m/s的流速处理CaCh溶液，与未处理的溶液进行比较，约30min后，未处理的溶液中Ca?浓度从5mmol/L卜降至4.2mmol/L；磁处理的溶液中Ca&a

10、mp;浓度基本不变。在整个实验过程中磁处理的溶液中C&2浓度变化约为0.4mmol/L,未处理的溶液中Ca?+浓度变化约为1.4mmol/L。由上述定量数据分析明显地表明：经过磁场处理以后CaCO3的析晶速率变慢，磁场有明显的阻垢效果。此外，未经磁处理的溶液在大约30min后就可以用肉眼观察到溶液变浑浊；而经过磁处理的溶液在约3h后实验结束时仍未观察到明显的浑浊现象°对阴离子(用Na2CO3溶液)处理效果与阳离子(用CaCh溶液)的阻垢效果相同c可见，在我们的实验条件R处理阴、阳离子均有明显的阻垢效果。2.2不同流速对碰处理效果的影响同样的，以不同的流速处理阴离子(用Na2C

11、O3溶液)的阻垢效果的变化趋势同处理CaCl2溶液的完全相同：流速较高时磁处理的阻垢效果较好，见图2。图3为四种不同流速以及空白实验的对比数据。我们测虽了CaCh溶液以四种不同流速流经磁处理器的阻垢效果。由图3曲线比较可知：当流速为约5.88m/s时，其对应溶液中的CaC03沉降最缓慢；并旦随着流速的降低，其对应溶液中的C&CCh沉降也越来越迅速；未经磁处理的溶液中CaCO3沉降最迅速。对处理阴离子的效果，我们亦得到相同的结论。实验结果清楚地表明：磁处理有阻垢效果，并旦随着流速的升高，磁处理的阻垢效果越强。2.3实验结果讨论在我们的实验条件R可重复的、定域实验数据(«)不同渡

12、速下建处理阳胃于电垢效果对比(5不同液速batt理阴肉子阻垢效果对比图2不同流速下磁场阻垢效果比较3.0050100150200时间/min图3四种流速下对阳离子的磁处理效果比较清楚地表明：在溶液流速06m/s范围内，磁处理的流速越高，磁处理阻垢效果越好。与我们的实验数据不同的是许多文献中报道存在“最佳流速”。例如.Polar公司报道其磁处理器件的最佳流速为1.53.0m/s。J.K.Klans的研究结果亦表明磁处理存在最佳流速(8)。谢伟明通过对CaCOj的析晶动力学过程的研究，也发现存在最佳流速。需要强调的是以上文献报道中所使用的磁处理系统均为单循环系统。这种实验系统磁处理的时间与磁处理的

13、流速可能有着-定的依赖关系。即磁处理流速越快，则磁处理时间就越短。根据我们的实验结果，我们认为最佳流速是由于不同流速情况下造成溶液与磁场的接触时间不同造成的。磁处理流速越高，磁处理时间就越短；磁处理流速降低，磁处理时间也就随之变长°据有关文献报道，磁处理的时间越长，磁处理的效果越好(心气所以，流速增加使得磁处理的阻垢效果增加的同时，相应的磁处理时间减短，从而乂降低了磁处理的阻垢效果c在这一意义上，由于参数的选择不同可能导致出现最佳流速°3结论我们建立双参数的实验测域系统，可直接监测溶液中Ca2浓度的变化，用以评定不同流速下的磁场的阻垢效果。在我们的实验条件下，在定的流速范闱

14、内(06m/s),不同的流速导致了不同的磁场阻垢效果;并且流速越高，磁场阻垢效果越好。，考文献】陆柱，陈中兴，蔡兰坤，等.水处理技术M.上海：华东理工大学出版社：2000：2-7.2 DonaldsonJD.MagnetictreatmentoffluidsJ.Brewers'guardian,1990(7):20-24.3 JohnSB.SimonJJ.MagneticameliorationofscaleformationJ.Wat.Res.1996,30(2):247-260.L4JL»mpertGJC,RaberJLTeatsofnonvhemicalscalecon

15、troldevicesinaoncethmngh*yutcmJJ.Mater.Perform.,1985(24):40-45.5 l)ala8E,KoutsoukosPG.Theeffect</magneticfieldsoncalciumcarbonatescalefoanationJJ,Cryst.Growth,1989,96:802-806.6 (»HbneUiC.MagneticwaterIrralmentforscalepreventionJ.Wat.Res.2OO1,35;3249-3259.7LoewenthalRE,MaraisGVR.CarbonatechemistryofaquaticsyMtems:Voll：TheoryandapplicationM|.Michigan：AnnArborSciencePublisher,lnc.,l978：5-12.8KlansJK.Experimentalevidenceforcffeclj*ofmagneticfieldsonmovingwaterJJ.AMrxnHtionsonmagnetics,1985,21(5)：2059-2061.9Ji»伟明.威化水阻垢技术研究J.水处理技术,1990,16(2)：!-5.10羽漫，陆柱.碳酸钙结晶过程的动力学研究JJ.精细化工，