1、第26卷第5期工業(yè)水處理2006年5月IndustrialWaterTreatmentVol.26No.5May,2006試驗(yàn)研究流速對(duì)磁場(chǎng)阻垢效果的影響李陳，朱國(guó)棟，茍華剛，李杰（同濟(jì)大學(xué)物理系環(huán)境物理研究室，上海200092）摘要利用雙道的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過監(jiān)測(cè)碳酸竊過飽和溶液中的pH和Ca2,濃度在析晶過程中的變化.系統(tǒng)的研究了不同流速下磁場(chǎng)的阻垢效果。準(zhǔn)確、可重復(fù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，磁場(chǎng)對(duì)碳酸鈣過飽和溶液有阻垢效果并且不同流速下磁場(chǎng)的阻垢效果不同°同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果還表明在磁處理時(shí)間恒定的條件下，在06m/s的流速范圍內(nèi)，溶液通過磁場(chǎng)的流速越高磁處理的阻垢效果越強(qiáng)。關(guān)鍵調(diào)流速；阻垢；碳

2、酸鈣；磁處理中圖分類號(hào)-I1J991.27；0646文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)瑪A文章編號(hào)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基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（59738150）工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中，水垢是普遍存在的現(xiàn)象，且造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用含磷化學(xué)阻垢劑來阻止水垢的生成，怛其廢水的排放造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。為此，人們一直致力于開發(fā)“綠

5、色”阻垢劑和阻垢技術(shù)C磁處理技術(shù)由于其無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)亦一直受到人們的普遍關(guān)注。磁場(chǎng)阻垢技術(shù)的應(yīng)用已有一百多年的歷史，大雖的工業(yè)實(shí)踐表明磁處理有明顯的阻垢效果C例如：J.I）.Donaldson報(bào)道，使用IIDL磁處理器件經(jīng)過磁場(chǎng)處理大約六個(gè)月后管壁上沉積的水垢明顯減少，最終基本完全消失。其他許多國(guó)際知名的磁處理器件的生產(chǎn)商（如Polar.CEP1等）也都明確聲稱磁處理有明顯的阻垢效果。在實(shí)驗(yàn)室和機(jī)理研究中，同樣也有許多研究報(bào)道肯定了磁處理的阻垢效果°在有大匿肯定磁處理阻垢效果報(bào)告的同時(shí)，卻有同樣大最否定磁處理效果的報(bào)道°例如,G.J.C.Limpert等把經(jīng)過磁處理與未經(jīng)磁處

6、理的溶液通過相同的管道，對(duì)磁處理器件進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)36個(gè)星期的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)相同管道上沉積的水垢的厚度沒有明顯的區(qū)別。對(duì)于這些相互矛盾的報(bào)道和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，許多研究者認(rèn)為是由于實(shí)驗(yàn)條件的不同以及所使用的磁處理器件的不同造成的°同時(shí)大成的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也都是由各個(gè)磁處理生產(chǎn)廠商提供的，并且這些生產(chǎn)廠商并沒有給出磁處理器件的具體參數(shù)，然而參數(shù)卻對(duì)磁處理阻垢效果有著不可忽略的影響°因此，就各個(gè)參數(shù)對(duì)磁處理阻垢效果的影響進(jìn)行準(zhǔn)確、可重復(fù)的研究，對(duì)于磁處理技術(shù)在水處理中的推廣應(yīng)用來說，意義非常重大。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，影響磁處理效果的因素和參數(shù)有很多，例如：磁場(chǎng)強(qiáng)度、pll、流速以及磁處理時(shí)間等玷）

7、。對(duì)F給定的磁處理器件，其磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)類型大多不可改變c因而諸多因素中我們最容易控制的就是流速和磁處理時(shí)間。因此，我們從各種影響因素中首先選取了流速作為研究對(duì)象，來考察其對(duì)磁處理阻垢效果的影響。筆者根據(jù)CaCO3溶液中的水化學(xué)平衡理論建立了雙道實(shí)驗(yàn)測(cè)最系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)定址地監(jiān)測(cè)兩杯溶液中各離子組分的變化情況，從而在相同的條件卜對(duì)比磁處理的阻垢效果。采用Ca2選擇電極直接監(jiān)測(cè)在碳酸鈣整個(gè)析晶過程中溶液中CaCO,晶體的沉降速率，從而精確、可重復(fù)的研究了流速對(duì)磁場(chǎng)阻垢效果的影響。I實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法實(shí)驗(yàn)中配制CaC03過飽和溶液的方法是用去高子水分別配制相同濃度的CaCl2溶液和Na2CO3溶液

8、，取其中一種溶液，以不同的流速經(jīng)磁場(chǎng)處理相同的時(shí)間后，取100mLCaCl2(Na2CO3)溶液與Na2CO3(CaCl2)溶液充分混合。實(shí)驗(yàn)中所用藥品均為分析純，去高子水電導(dǎo)率小于0.005mS/cmo實(shí)驗(yàn)中使用pH/ISE測(cè)試儀測(cè)量溶液的pH和濃度，實(shí)驗(yàn)前用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行校正。C電極在實(shí)驗(yàn)前也用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液標(biāo)定校正。采用流量閥控制磁處理的流速，使其在06m/s內(nèi)可調(diào)，從流量計(jì)可以讀取磁處理的流速。實(shí)驗(yàn)過程中溶液置于恒溫水浴中，溫度控制在(25±1)弋,溶液磁處理時(shí)間均為15min,并控制溶液的初始pH為8.5。外加處理磁場(chǎng)采用恒磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.2T,磁場(chǎng)方向與水流方向正交。2實(shí)

9、驗(yàn)結(jié)果和討論2.1磁處理效果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)通過直接監(jiān)測(cè)溶液中CaCO3的析晶速率就可以鑒別處理陰、陽(yáng)離子的磁場(chǎng)阻垢效果。結(jié)果見圖1。5.45.0464.23.83.43.0經(jīng)過豪處理未經(jīng)豪處理gig,"o50100150200酎間/min用肉子(C)處理效果對(duì)比圖1磁處理效果驗(yàn)證圖la為經(jīng)磁處理陽(yáng)離子(Ca2*)與未處理的阻垢效果對(duì)比圖，圖lb為經(jīng)磁處理陰離子(CO、')與未處理的阻垢效果對(duì)比圖,>如圖la所示，我們以3m/s的流速處理CaCh溶液，與未處理的溶液進(jìn)行比較，約30min后，未處理的溶液中Ca?濃度從5mmol/L卜降至4.2mmol/L；磁處理的溶液中Ca&a

10、mp;濃度基本不變。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中磁處理的溶液中C&2濃度變化約為0.4mmol/L,未處理的溶液中Ca?+濃度變化約為1.4mmol/L。由上述定量數(shù)據(jù)分析明顯地表明：經(jīng)過磁場(chǎng)處理以后CaCO3的析晶速率變慢，磁場(chǎng)有明顯的阻垢效果。此外，未經(jīng)磁處理的溶液在大約30min后就可以用肉眼觀察到溶液變渾濁；而經(jīng)過磁處理的溶液在約3h后實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍未觀察到明顯的渾濁現(xiàn)象°對(duì)陰離子(用Na2CO3溶液)處理效果與陽(yáng)離子(用CaCh溶液)的阻垢效果相同c可見，在我們的實(shí)驗(yàn)條件R處理陰、陽(yáng)離子均有明顯的阻垢效果。2.2不同流速對(duì)碰處理效果的影響同樣的，以不同的流速處理陰離子(用Na2C

11、O3溶液)的阻垢效果的變化趨勢(shì)同處理CaCl2溶液的完全相同：流速較高時(shí)磁處理的阻垢效果較好，見圖2。圖3為四種不同流速以及空白實(shí)驗(yàn)的對(duì)比數(shù)據(jù)。我們測(cè)雖了CaCh溶液以四種不同流速流經(jīng)磁處理器的阻垢效果。由圖3曲線比較可知：當(dāng)流速為約5.88m/s時(shí)，其對(duì)應(yīng)溶液中的CaC03沉降最緩慢；并旦隨著流速的降低，其對(duì)應(yīng)溶液中的C&CCh沉降也越來越迅速；未經(jīng)磁處理的溶液中CaCO3沉降最迅速。對(duì)處理陰離子的效果，我們亦得到相同的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地表明：磁處理有阻垢效果，并旦隨著流速的升高，磁處理的阻垢效果越強(qiáng)。2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論在我們的實(shí)驗(yàn)條件R可重復(fù)的、定域?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)(«)不同渡

12、速下建處理陽(yáng)胃于電垢效果對(duì)比(5不同液速batt理陰肉子阻垢效果對(duì)比圖2不同流速下磁場(chǎng)阻垢效果比較3.0050100150200時(shí)間/min圖3四種流速下對(duì)陽(yáng)離子的磁處理效果比較清楚地表明：在溶液流速06m/s范圍內(nèi)，磁處理的流速越高，磁處理阻垢效果越好。與我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同的是許多文獻(xiàn)中報(bào)道存在“最佳流速”。例如.Polar公司報(bào)道其磁處理器件的最佳流速為1.53.0m/s。J.K.Klans的研究結(jié)果亦表明磁處理存在最佳流速(8)。謝偉明通過對(duì)CaCOj的析晶動(dòng)力學(xué)過程的研究，也發(fā)現(xiàn)存在最佳流速。需要強(qiáng)調(diào)的是以上文獻(xiàn)報(bào)道中所使用的磁處理系統(tǒng)均為單循環(huán)系統(tǒng)。這種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)磁處理的時(shí)間與磁處理的

13、流速可能有著-定的依賴關(guān)系。即磁處理流速越快，則磁處理時(shí)間就越短。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為最佳流速是由于不同流速情況下造成溶液與磁場(chǎng)的接觸時(shí)間不同造成的。磁處理流速越高，磁處理時(shí)間就越短；磁處理流速降低，磁處理時(shí)間也就隨之變長(zhǎng)°據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，磁處理的時(shí)間越長(zhǎng)，磁處理的效果越好(心氣所以，流速增加使得磁處理的阻垢效果增加的同時(shí)，相應(yīng)的磁處理時(shí)間減短，從而乂降低了磁處理的阻垢效果c在這一意義上，由于參數(shù)的選擇不同可能導(dǎo)致出現(xiàn)最佳流速°3結(jié)論我們建立雙參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)域系統(tǒng)，可直接監(jiān)測(cè)溶液中Ca2濃度的變化，用以評(píng)定不同流速下的磁場(chǎng)的阻垢效果。在我們的實(shí)驗(yàn)條件下，在定的流速范闈

14、內(nèi)(06m/s),不同的流速導(dǎo)致了不同的磁場(chǎng)阻垢效果;并且流速越高，磁場(chǎng)阻垢效果越好。，考文獻(xiàn)】陸柱，陳中興，蔡蘭坤，等.水處理技術(shù)M.上海：華東理工大學(xué)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»偉明.威化水阻垢技術(shù)研究J.水處理技術(shù),1990,16(2)：!-5.10羽漫，陸柱.碳酸鈣結(jié)晶過程的動(dòng)力學(xué)研究JJ.精細(xì)化工，