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磁化技術在水處理中的應用(一)

09-20 16:20:24  瀏覽次數:787次  欄目:建筑工程技術
標簽:工程技術,建筑設計, 磁化技術在水處理中的應用(一),http://www.nvlbio.live

  水經過一定強度的磁場,就成為“磁化水”。目前研究表明水磁化后會產生物理化學性質的變化,其中的機理尚不能肯定。一些學者認為磁場會破壞水原來的結構,使原來較大的締合水分子集團變成較小的締合水分子集團,甚至是單個分子。而且分子中的氫鍵也會有部分因為洛侖茲力的作用下正負離子反方向旋轉而斷裂。所以磁化后的水會表現出一些性質的變化,如:pH值、密度、揮發性、溶解性、表面張力、電導率、沸點、冰點都有不同的改變,這種改變和所加的磁場大小有密切的關系。磁化水因為其特殊的性質已經被廣泛的應用到工程。

  早在十三世紀,人們已經注意到磁化水的醫療作用。1945年比利時韋梅朗應用磁化水減少鍋垢獲得成功并申請了專利。該技術由于裝置簡單,不需要任何化學試劑而被美國、日本和前蘇聯廣泛應用并得到發展。我國的磁化水研究開始于六十年代初,以前由于化學法水質穩定劑技術的迅速發展,使得磁水器應用推廣較慢,F在這一技術又重新獲得重視。應用對象已經涉及到建材、化工、冶金、農業、醫學等各個領域。在工業鍋爐的除垢防垢、油田的防蠟降粘等方面、醫學上的磁療等領域中的應用取得了一定的成果。近年來,如何將磁化效應與環境污染治理技術結合起來,提高污水的處理效果已逐漸引起人們的興趣。

  1 磁化水的裝置結構和特點

  能制備磁化水的裝置稱為磁水器。按磁場形式的方式可將磁水器分為永磁式和電磁式兩種;按磁場位置又可將磁水器分為內磁式和外磁式兩種。永磁式和電磁式磁水器在間隙磁場強度相同的情況下效果相同,但各有特點。永磁式磁水器的最大優點是不需能源,同時結構簡單,操作維護方便,但其磁場強度受到磁性材料和充磁技術的限制,且存在隨時間的延長或水溫的提高而退磁的現象。電磁式磁水器的優點是磁場強度容易調節,而且可以達到很高的磁場強度,同時磁場強度不受時間和溫度影響,穩定性好,但其需要外界提供激磁電源。與內磁式磁水器相比,外磁式磁水器可能具有更大的優越性,其主要優點是檢修時不必停水及拆卸管道,也不易引起磁短路現象。

  目前國內已有四項關于磁水器的專利,這些專利通過選用不同的磁性材料和水流的通路形式來達到使水磁化的目的。所示的磁化水裝置外型為管狀,采用不銹鋼管制作,兩端帶法蘭盤可與管道直接相連。磁化水裝置內部采用兩組N,S極相對的特殊合金永磁材料制成的磁棒,按照N-S,N-S排列,磁場能量很高,可高達6000高斯,使用期限為25年,磁場強度衰減率為3%,由于磁化裝置使用的是永久磁性材料,無須外加電源,不耗電能。結構簡單,不需要做任何調整,也不需要特殊的保養與維護,而且裝置安裝十分方便,并且不占地。

  2 磁化對水性質的影響機理的幾個假設和推論

  磁化只是單純的物理過程,不是軟化過程。一般認為水系統進行磁處理主要是加快了溶液內部的結晶作用,從而使鹽類在受熱面上的直接結晶和堅硬沉積大大減少,起到防垢的作用。研究表明,磁場的阻垢效果同磁場強度、溶液過飽和度、流速及溶液中各種離子等均有密切的關系。另外,還有一種說法認為磁處理改變了水本身的結構,從而改變了一些性狀。從這兩方面同時考慮,主要有以下的幾個假設和推斷。

 。1) 洛侖茲力作用:水與磁流的相互移動,能夠產生感應電流,在洛侖茲力的作用下,弱極性的水分子和其他雜質的帶電離子作反向運動。該過程中,正負離子或顆粒相互碰撞形成一定數量的“離子締合體”,這種締合體具有足夠的穩定性,在水中形成了大量的結晶核心,以這些晶體為核心的懸浮顆?梢苑定的存在于水中。

 。2) 極化作用:磁場的極化作用使使鹽類的結晶成分發生了變化。微粒子極性增強,凝聚力減弱,使水中原有的較長的締合分子鏈被截斷為較短的締合分子鏈和帶電離子的變形,破壞了離子間的靜電吸引力,改變了結晶條件。形成分散的穩定小晶體。

 。3) 磁滯效應:磁場引起水中鹽類分子或離子的磁性力偶的磁滯效應,因而改變了鹽類在水中的溶解性,同時使鹽類分子相互間的親和性(結晶性)消失,防止大晶體的結晶。

 。4) 磁力矩重新取向:在一定基團反應中,磁場影響在基團中成對的磁力矩重新取向,通過這樣的中間機理而影響其他化學反應。反應動力學發生了變化,反應結果中新得到的產品間的比例關系也發生了變化。

 。5)氫鍵變形:磁場對水的偶極分子發生定向極化作用后,電子云會發生改變,造成氫鍵的彎曲和局部短裂,使單個水分子的數量增多。這些水分子占據了溶液的各個空隙,能抑制晶體形成。并使水的整體性能發生變化。

 。6) 活化能改變:磁場的的影響與系統的轉化有聯系。雖然水在磁化時獲得的能量很少,但在系統中開始和終結之間存在一個“能障”為克服這種能障必須向系統輸送相應的能量以觸發活化能。磁場短時間的作用起著“催化”水系活化能改變的作用,最終導致整個系統性質的變化。

  3 磁化處理對水體生物效應的影響

 。1) 磁化處理對藻類初級生產能力的影響及機理。

  實驗表明,經過磁化的水體中藻類的生產能力明顯高于沒有處理的水體中的藻類。

  藻類屬于光合自養型微生物,磁化處理引起其光合作用的生物效應,可以從以下幾個方面進行解釋。第一,光合自養微生物在無機環境中吸收無機鹽,利用光能同化CO2和H2O合成自身物質。而水體磁化可以使BOD,COD降低,使部分有機物礦化,礦化程度高,有利于藻類的生長。第二,磁化處理導致水體的光學性質發生變化,經過磁化處理的水比未處理的水對光的吸收率高30%,水體透光性的改善,保證了光合自養生物的能源。這是磁化處理引起藻類迅速生長的原因之一。第三,磁化水的硬度、pH值、電導率都明顯的高于非磁化水,無機鹽在磁化水中可以較好的溶解,這有利于藻類對營養鹽類的吸收。第四,磁化處理后的污水,能引起生物膜滲透性的增加,從而改善了藻類對營養物質的吸收,促進藻類的生長和生產能力的增加。

 。2)磁化處理對水中異養細菌總數的影響異養型細菌是以有機物作為能源和碳源的一大類微生物,它的總數隨水中有機物濃度的升高而升高,所以水中異養菌總數可間接反映水中有機物的污染的程度及水的凈化程度。污水經過不同強度磁場的處理后,水中的細菌總數均明顯下降。其原因機理還沒有完全清楚,初步認為:第一,在磁場的直接作用下,引起水體BOD,COD的降低,使異養生物的能源和C素營養物質減少,導致水體異養菌的死亡速度大于增殖速度,于是出現負增長現象。第二,磁場力直接作用于細菌細胞內的水和酶,使酶鈍化或失活。 所以污水磁化處理以后,不僅直接改善其耗養特性的作用,而且磁化后的水體具有新的生物特性。

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