Результаты последних исследований, проведенных специалистами предприятия «Агроресурс», показали, что одной из актуальных проблем украинских потребителей теплоснабжающего оборудования есть образование накипи, то есть отложения солей жесткости, в отопительных аппаратах в результате применения в отечественных системах отопления в качестве теплоносителя воды повышенной жесткости. Следствием этого есть значительное уменьшение эффективности всей теплоэнергетической системы, что абсолютно неприемлемо в условиях внедрения энергосбережения. Накипь, которая образовывается в системах, имеет чрезвычайно низкую теплопроводимость (коєффициент передачи тепла в 200-300 раз меньше чем у металла). Поэтому осадок толщиной всего в 1 мм уменьшает теплопередачу и номинальный КПД приборов на 6 процентов, а трех миллиметровый шар - до 25%, что в свою очередь приводит к значительному перерасходу топлива. Кроме этого, поверхность нагрева котла поддается сильному перегреву, что в некоторых случаях приводит к повреждению теплообменной поверхности котлоагрегата. Поэтому каждый раз после окончания отопительного сезона эксплуатационные службы производят трудоемкую работу по очистке котлов и теплообменных аппаратов от накипи. Естественно, теплоэнергетикам хорошо известны проблемы, возникающие вследствие образования накипи в котлах и теплообменниках. Поэтому сейчас имеютсяя эффективные химические технологии для умягчения воды. Но то, что не сложно для больших тепловых станций и сетей, является проблемой для небольшой котельной в городах, селах и предприятиях. В последние года вместе с классическими химическими методами предохранений от отложений интенсивно разрабатываются и используются на практике физико-химические методы обработки воды (магнитная, ультразвуковая, электрохимическая, высокочастотная и другие). На основании многих теоретических и практических исследований изучено влияние магнитного поля на структуру солей кальция и магния, которые образуют нерастворимые соединения при увеличении температуры воды в системе до 50-60°С, и доказано снижение отложений накипи на поверхности на 20-30%. Полученный Эффект объясняется дестабилизацией ионов кальция и карбонат ионов, которые соединяются при нагревании и образуют кристаллы арагонитной структуры, которые не могут иметь твердых отложений. Общая масса солей в системе остается неизменной, но наклонность к выпадению кристаллов «рыхлого» типа резко увеличивается. На базе этих исследований ЗАО «Агроресурс» разработало и предлагает потребителям новую серию котлов «ДАНКО» мощностью 8-24 кВт, оснащенных прибором «КОЛЬЧУГА», который предназначен для обработки воды импульсным динамическим электромагнитным полем, благодаря которому вода теряет свойство образовывать твердые накипи на некоторый период, а также растворяет уже образованный водный камень. Котлы данной серии не требуют никакого дополнительного обслуживания, никаких расходных материалов, потребляют незначительное количество электроэнергии, исключают применение химических реагентов, и поэтому экологически безопасные. Приспособление «Кольчуга» базируется на использовании электромагнитных колебаний частотой 1-20 кГц с мощностью излучения мощностью не более 5 Вт. Отличительной особенностью есть непрерывное изменение частоты колебаний электромагнитного излучения, в результате чего появляется резонанс при формировании структуры солей. Изменение частотных характеристик совершается при помощи специально запрограммированного микропроцессора, который контролирует образование и передачу асинхронно повторяющихся сигналов. Сигналы передаются в воду через систему излучателей, расположенных на трубопроводе. Эти постоянно переменные волны, которые абсолютно безвредные для человека, приводят к изменениям кристаллической структуры солей твердости, которые образовывают накипь. Без влияния электромагнитных колебаний эти ионы, соединяясь, формируют стойкую смесь аморфных отложений, которая содержит преимущественно кристаллы кальцита. Чистый кальцит принимает форму ромбообразных кристаллов, которые бывают чрезвычайно мощными и имеют свойство наслаиваться. Именно их "КОЛЬЧУГА" переводит в арагонитную структуру, которая предоставляет кристаллам хрупкость, нестабильность, вынуждает их терять свойство наслаиваться. Преобразованная в хрупкие кристаллы накипь легко смывается из поверхности. Специфика такого метода обработки заключается в том, что кристаллическая решетка возобновляется через 5-6 дней после прекращения действия на нее "КОЛЬЧУГИ" (так называемая "память кристаллов"). Свойства смягченной воды, таким образом, теряются. В связи с этим "КОЛЬЧУГА" должна работать постоянно. В отличие от постоянных магнитов и электромагнитных катушек, которые применялись ранее в других аналогичных устройствах и теряли эффективность в процессе эксплуатации, "КОЛЬЧУГА" дает стабильный результат по качестве обработки в течении всего времени службы. Создаваемый "КОЛЬЧУГОЙ" набор переменных электромагнитных волн не дает развиваться так называемому "иммунитету" кристаллов к действию постоянного электромагнитного сигнала. Использование "резонансного" метода значительно повысило стабильность результатов и надежность работы устройства. Устройство "КОЛЬЧУГА" состоит из отдельного блока питания соединенного с компактным блоком генератора электромагнитных импульсов. Блок генератора построен на базе микропроцессора, который на основе соответствующего алгоритма и данных в памяти генерирует исходный высоко периодический сигнал. После усиления он подводится к катушкам установленным на трубопроводе, где создается импульсное динамическое электромагнитное поле. Это поле действует на протекающую через трубопровод воду. Такая вода не только теряет на некоторое время способность образовывать твердые накипи, но и растворяет раньше образованный водный камень. По материалам
Природная вода, как известно, представляет собой сложную многокомпонентную динамическую систему, в состав которой входят различные соли, органические вещества (фульвокислоты, гуматы), газы, диспергированные примеси и взвешенные вещества (глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы), гидробионты (планктон, бентос, нейстон), бактерии, вирусы. В истинно растворенном состоянии в воде находятся минеральные соли, обогащающие воду ионами, их источниками являются природные залежи известняков, гипсов и доломитов.
Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния, которые поступают в подземную воду из омываемых ею грунтов. Просачивание воды через почву приводит к изменению ее солевого состава. Жесткость природных вод не является вредной для здоровья, а скорее наоборот, т.к. кальций способствует выводу из организма кадмия, отрицательно влияющего на сердечно-сосудистую систему. Однако повышенная жесткость делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, поэтому, согласно ГОСТ 2874-82, норма общей жесткости составляет 7 мг-экв/л, а допустимая величина - 10 мг-экв/л. Значительное количество магния также ухудшает органолептические свойства воды. Использование жесткой воды в хозяйственно-бытовых и промышленных нуждах приводит к весьма нежелательным последствиям:
- Непроизводительный расход моющих средств при стирке. Это объясняется тем, что ионы кальция и магния, взаимодействуя с мылами, представляющими собой соли жирных кислот, образуют в воде нерастворимые осадки. Подсчитано, что на каждый литр воды с жесткостью 7,1 мг-экв/л перерасходуется 2,4 г мыла.
- Преждевременный износ тканей при стирке в жесткой воде. Волокна тканей адсорбируют кальциевые и магниевые мыла, а это делает их хрупкими и ломкими.
- В жесткой воде мясо и бобовые плохо развариваются, при этом понижается питательность продуктов. Вываренные из мяса белки переходят в нерастворимое состояние и плохо усваиваются организмом.
- Усиление коррозии нагревательных элементов бытовых приборов и теплообменников вследствие гидролиза (взаимодействия с водой) магниевых солей и повышения рН воды.
- Соли кальция и магния образуют твердые отложения (накипь, шлам, водный камень) на поверхности теплообменников и гидравлических бытовых приборов, что снижает экономичность их работы. Металл под нерастворимым осадком CaCO3 перегревается и размягчается, потому что накипь обладает малой теплопроводностью и ее наличие на нагревательных элементах обуславливает увеличение энергозатрат.
Все это приводит к необходимости проведения ремонтных работ, замены трубопроводов и оборудования и, конечно, требует значительных вложений денежных средств.
Для умягчения воды традиционно применяются химические методы (реагентный - связывание катионов Ca2+ и Mg2+ практически в нерастворимые соединения; ионный обмен - замена с помощью фильтрования через специальные материалы ионов Ca2+ и Mg2+ на ионы Na+ и Н+). Альтернативным способом умягчения или, правильнее назвать, способом борьбы с известковыми отложениями является электромагнитная обработка воды.
Процессы, протекающие при электромагнитной обработке воды, чрезвычайно разнообразны и сложны, поэтому нет еще единого мнения о механизме этих явлений.
Существует ряд гипотез воздействия электромагнитного поля на ионы солей, растворенных в воде. Первая состоит в том, что под влиянием магнитного поля происходит поляризация и деформация ионов, сопровождающаяся уменьшением их гидратации (степени ТрассеянностиУ в толще воды), повышающей вероятность их сближения и, в конечном счете, образования центров кристаллизации; вторая предполагает действие магнитного поля на коллоидные примеси воды; третья гипотеза объединяет представления о возможном влиянии магнитного поля на структуру воды. Это влияние, с одной стороны, может вызвать изменения в агрегации молекул воды, с другой - нарушить ориентацию ядерных спинов водорода в ее молекулах.
Обработка воды в магнитном поле в основном применяется для борьбы с накипеобразованием. Сущность метода состоит в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий катионы солей жесткости выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды. Метод эффективен при обработке вод кальциевого-карбонатного класса, которые составляют около 80% вод всех водоемов нашей страны и охватывают примерно 85% ее территории.
Уменьшение образования накипи и других отложений солей остается наиболее широкой областью применения магнитной обработки.
Если в воде присутствуют диссоциирующие соли (реальная вода), при магнитной обработке происходит несколько процессов:
- смещение электромагнитными силами полей равновесия между структурными компонентами воды;
- физико-химический механизм увеличения центров кристаллизации в объеме жидкости после ее магнитной обработки, а также изменение скорости коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных частиц в потоке жидкости.
Известно, что магнитная обработка водных систем приводит к следующим физико-химическим изменениям: скорость растворения неорганических солей увеличивается в десятки раз (для MgSO4- - в 120 раз!), в воде после магнитной обработки увеличивается концентрация растворенного кислорода. Также имеются данные, указывающие на бактерицидное действие магнитной обработки воды.
По сравнению с традиционным умягчением воды ее магнитная обработка более проста, безопасна и экономична. Обработанная магнитным способом вода не приобретает никаких побочных, вредных для здоровья человека свойств и не меняет солевой состав, сохраняя вкусовые качества питьевой воды.
В приборе MultiSafe - новейшей разработке немецкой фирмы SYR - реализован описанный выше метод электромагнитной обработки воды. Принцип работы MultiSafe заключается в предотвращении образования и выпадения осадков CaCO3 и Mg(OH)2 из обрабатываемой воды за счет изменения ее коллоидно-химического состояния под действием переменного магнитного поля. Электроды обработочной камеры являются источниками выделения из воды коллоидно-дисперсных частиц карбоната кальция, выполняющих роль центров кристаллизации-затравки. Это самопроизвольное выделение - один из эффективных способов предотвращения образования твердых отложений кальция и магния. Образование твердой фазы происходит на этой затравке благодаря электродинамической диссоциации молекул воды на катионы Н+ и анионы ОН- . ОН--ионы изменяют рН воды в сторону повышения ее щелочности, что приводит к смещению углекислотного равновесия воды от гидрокарбонат-иона (НСО3-) к карбонат-иону (СО32-), т.е. нарушается динамическое равновесие системы, которое может быть описано реакцией: 2НСО3- СО32- + СО2 + Н2О
Карбонат-ион СО32-, вступая в реакцию с растворенным в воде ионом кальция Ca2+, образует карбонат кальция CaCO3 - более мелкую и легкорастворимую фазу по сравнению с Са(НСО3)2 - образуется так называемая кайма затравочных кристаллов. Далее процесс интенсифицируется. На затравочных кристаллах образуются дополнительные места кристаллизации (сцепления) молекул солей кальция и магния. Образованные агрегатные структуры остаются во взвешенном мелкодисперсном состоянии и вымываются потоком воды. Рост кристаллов особенно наглядно проявляется при нагреве воды. При этом вода слегка мутнеет. Это обусловлено тем, что, медленно разрастаясь, кристаллы начинают рассеивать свет. Максимально их величина может достигать лишь тысячной доли миллиметра, что не дает им возможности образовывать твердые отложения в виде осадка и накипи.
Обработанная таким образом вода сохраняет антинакипный эффект в течение 28 суток в отличие от других подобных устройств магнитной обработки, представленных в данный момент на российском рынке, результат обработки которых сохраняется от двух до пяти дней. По истечении данного срока вода должна быть обработана повторно.
Имеются достоверные эмпирические данные (результаты анализа) о каталитическом действии магнитной обработки MultiSafe на закисную форму железа (Fe2+). Вода, прошедшая установку и дополнительно обработанная угольным фильтром, не содержит Fe2+, и концентрации на выходе с установки по окисному железу Fe3+ снижены более чем в 3 раза. Ведь при прочих равных условиях исходная вода не подвергалась процессу обезжелезивания. Наряду с этим магнитная обработка MultiSafe способствует активации процессов адсорбции различных примесей органического происхождения. Магнитная обработка также влияет на электрокинетический потенциал и агрегативную устойчивость взвешенных частиц, благодаря чему ускоряет их осаждение, т.е. способствует извлечению из воды разного рода взвесей.
Прибор устанавливается на вводе холодной воды в дом для одной или даже нескольких семей, т.к. пропускная способность позволяет обрабатывать до 3 м3/ч. Устройство не требует специального обслуживания, процесс полностью автоматизирован. Все обслуживание прибора сводится к замене обработочной камеры через 1,5-2 года работы, что эквивалентно объему воды, потребляемой среднестатистической семьей за данный период.
Прибор MultiSafe находит применение в системах водоснабжения и отопления отдельного дома, коттеджа, для подготовки воды в водогрейных паровых котлах, оборотной воды котельных, для подготовки технологической воды в пищевой, целлюлозно-бумажной, текстильной и других отраслях промышленности и т.д. MultiSafe совмещает в себе функции и устройства защиты, наблюдения и регулировки системы водообеспечения, а именно:
- модуль электродинамической обработки воды;
- система защиты от несанкционированного расхода, например, прорыва труб и разного рода утечек;
- система диагностики и управления работой прибора, а также дополнительные устройства дальнейшей обработки воды, например, фильтры механической очистки DRUFI и угольный фильтр фирмы SYR
- индикация сбоев и неполадок в работе системы.
Перечисленные модули управляются при помощи центрального процессора. Благодаря жидкокристаллическому дисплею становится возможным отображение, программирование и изменение режимов работы. С помощью клавиатуры можно задать дополнительные пользовательские и рабочие установки.
Таким образом, при помощи прибора MultiSafe происходит обработка водного потока переменным магнитным полем. В результате чего изменяется структура и степень гидратации ионов растворенных солей, и тем самым создаются условия для образования ионных ассоциатов, количество которых зависит от напряженности электромагнитного поля, диамагнитной восприимчивости ионов и других факторов. Возникающие под влиянием магнитного поля ионные ассоциаты являются зародышами новой фазы - сублимикроскопической - и коллоидной стадии дисперсности и впоследствии выполняют роль дополнительных центров кристаллизации. Прямое воздействие магнитного поля на ионы примесей способствует активации процессов адсорбции и открывает широкие перспективы для водоподготовки в целом.
Технические данные MultiSafe:KLS 3000KS 3000LSПодключенияDN 20-32DN 20-32DN20-32Рабочая средапитьевая водапитьевая водапитьевая водаМаксимальный проток3,0 м3/ч3,0 м3/ч3,5 м3/чМинимальный проток0,1 м3/ч0,1 м3/ч0,1 м3/чПотери давления при номинальном протоке0,5 бар0,5 бар0,5 барМинимальное рабочее давление2,0 бар2,0 бар2,0 барМаксимальное рабочее давление10 бар10 бар10 барМаксимальная жесткость воды14,3 мэкв/л14,3 мэкв/л-Минимальная жесткость воды3,56 мэкв/л3,56 мэкв/л-Максимальная температура на входе300С300С300СМаксимальная температура помещения400С400С400СИнтервал эксплуатации обработочной камеры400 м3400 м3-Напряжение230В/50Гц230В/50Гц230В/50ГцЭлектрическая мощность55 Вт55 Вт12 ВтМощность в дежурном режиме5 Вт5 Вт5 ВтГабариты В/Ш/Г (мм)700/318345700/215/345560/318/355Класс защитыIP 21IP 21IP 21Номер заказа2400.00.0002402.00.0002401.00.000
О. В. Мосин, канд. хим. наук
В статье приводится обзор перспективных современных направлений и подходов в практической реализации противонакипной магнитной обработки воды в теплоэнергетике и смежных отраслях промышленности, в т.ч. в водоподготовке, для устранения накипеобразования cолей жесткости (карбонатные, хлоридные и сульфатные соли Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ и Fe 3+) в теплообменной аппаратуре, трубопроводах и сантехнических системах. Рассмотрены принципы физического воздействия магнитного поля на воду, параметры протекающих в воде физико-химических процессов и поведение расстворенных в подвергнутой магнитной обработке воде солей жесткости. Показано, что воздействие магнитного поля на воду носит комплексный многофакторный характер. Приведены конструктивные особенности выпускаемых отечественной промышленностью аппаратов магнитной обработки воды на постоянных и электромагнитах – гидромагнитных систем (ГМС), магнитных преобразователях и магнитных активаторов воды. Дана эффективность использования аппаратов магнитной обработки воды в водоподготовке.
Введение
Воздействие магнитного поля на воду носит комплексный многофакторный характер и в конечном результате сказывается на изменениях структуры воды и гидратированных ионов, физико-химических свойствах и поведении растворённых в ней неорганических солей . При воздействии на воду магнитного поля в ней изменяются скорости химических реакций за счет протекания конкурирующих реакций растворения и осаждения растворенных солей, происходит образование и распад коллоидных комплексов, улучшается электрохимическая коагуляция с последующей седиментацией и кристаллизацией солей . Также имеются достоверные данные, указывающие на бактерицидное действие магнитного поля , что существенно для использования магнитной обработки воды в сантехнических системах, где требуется высокий уровень микробной чистоты.
В настоящее время гипотезы, объясняющих механизм воздействия магнитного поля на воду подразделяются на три основные взаимодополняющие группы – коллоидные, ионные и водные. Первые предполагают, что под влиянием магнитного поля в обрабатываемой воде происходит спонтанное образование и распад коллоидных комплексов ионов металлов, фрагменты распада которых формируют центры кристаллизации неорганических солей, что ускоряет их последующую седиментацию. Известно, что наличие в воде ионов металлов (особенно железа Fe 3+) и микровключений из ферромагнитных частиц железа Fe 2 O 3 интенсифицирует образование коллоидных гидрофобных золей ионов Fe 3+ с ионами хлора Cl - и молекулами воды Н 2 О общей формулы . 3zCl - , что может привести к появлению центров кристаллизации на поверхности которых адсорбируются катионы кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ , составляющие основу карбонатной жесткости воды, и образованию мелкодисперстного кристаллического осадка, выпадающего в виде шлама. При этом, чем больше и устойчивее гидратная оболочка ионов, тем труднее им сближаться или оседать на адсорбирующих комплексах на поверхностях раздела жидкой и твердой фаз.
Гипотезы второй группы объясняют действие магнитного поля поляризацией растворённых в воде ионов и деформацией их гидратных оболочек, сопровождающаяся уменьшением гидратации – важного фактора, обуславливающего растворимость солей в воде, электролитическую диссоциацию, распределение веществ между фазами, кинетику и равновесие химических реакций в водных растворах, в свою очередь повышающей вероятность сближения гидратов ионов и процессы седиментации и кристаллизации неорганических солей . В научной литературе имеются экспериментальные данные, подтверждающие, что под влиянием магнитного поля происходит временная деформация гидратных оболочек расстворенных в воде ионов, а также изменяется их распределение между твердой и жидкой водяной фазой . Предполагается, что воздействие магнитного поля на расстворенные в воде ионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ и Fe 3+ может быть также связано с генерированием в движущемся потоке воды слабого электрического тока или с пульсацией давления .
Гипотезы третьей группы постулируют, что магнитное поле за счет поляризации дипольных молекул воды оказывает воздействие непосредственно на структуру ассоциатов воды, образованных из множества молекул воды, связанных друг с другом посредством низкоэнергетичных межмолекулярных ван-дер-вальсовых, диполь-дипольных и водородных связей, что может привести к деформации водородных связей и их частичному разрыву, миграции подвижных протонов Н + в ассоциативных элементах воды и перераспределению молекул воды во временных ассоциативных образованиях молекул воды – кластерах общей формулы (Н 2 О) n , где n по последним данным может достигать от десятков до нескольких сотен единиц . Эти эффекты в совокупности могут привести к изменению структуры воды, что обуславливает наблюдаемые изменения её плотности, поверхностного натяжения, вязкости, значения рН и физико-химических параметров протекающих в воде процессов, в т. ч. растворения и кристаллизации расстворенных в воде неорганических солей . В результате содержащиеся в воде магниевые и кальциевые соли теряют способность формироваться в виде плотного отложения - вместо карбоната кальция СаСО 3 образуется более щадящая мелкокристаллическая полиморфная форма СаСО 3 , по структуре напоминающая арагонит, который или совсем не выделяется из воды, поскольку рост кристаллов останавливается на стадии микрокристаллов, или выделяется в виде тонкодисперсной взвеси, скапливающейся в грязевиках или отстойниках. Также имеются сведения о влиянии магнитной водообработки на уменьшение концентрации в воде кислорода и углекислого газа, что объясняется возникновением метастабильных клатратных структур катионов металлов по типу гексааквакомплекса [Са(Н 2 О 6)] 2+ . Комплексное воздействие магнитного поля на структуру воды и гидратированные катионы солей жесткости открывает широкие перспективы для использования магнитной обработки воды в теплоэнергетике и смежных отраслях промышленности, в т.ч. в водоподготовке.
Магнитная обработка воды широко внедряется во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Так, в строительстве обработка цемента магнитной водой в процессе его гидратации сокращает сроки затвердевания клинкерных составляющих цемента с водой, а мелкокристаллическая структура формирующихся твердых гидратов придает изделиям большую прочность и повышает их стойкость к агрессивным воздействиям окружающей среды . В сельском хозяйстве пятичасовое замачивание семян в омагниченной воде заметно повышает урожай; полив омагниченной водой стимулирует на 15-20% рост и урожайность сои, подсолнечника, кукурузы, помидоров . В медицине применение намагниченной воды способствует растворению почечных конкрементов, оказывает бактерицидное действие . Предполагается, что биологическая активность омагниченной воды связана с повышением проницаемости биологических мембран тканевых клеток за счёт большей структурированности омагниченной воды, т.к. под воздействием магнитного поля молекулы воды, представляющие собой диполи ориентируются упорядоченно относительно полюсов магнита .
Перспективно использование магнитной обработки в водоподготовке для умягчения воды, поскольку ускорение процесса кристаллизации накипеобразующих солей в воде при магнитной обработке, приводит к значительному уменьшению концентраций растворенных в воде ионов Ca 2+ и Mg 2+ за счет процесса кристаллизации и уменьшения размеров кристаллов, осаждающихся из нагреваемой воды, подвергнутой магнитной обработке. Для удаления из воды трудно осаждаемых тонких взвесей (мути) используется способность омагниченной воды изменять агрегатную устойчивость и ускорять коагуляцию (слипание и осаждение) взвешенных частиц с последующим образованием мелкодисперстного осадка, что способствует извлечению из воды разного рода взвесей. Омагничивание воды может применяться на водопроводных станциях при значительной мутности природных вод; аналогичная магнитная обработка промышленных стоков позволяет достаточно быстро и эффективно осаждать мелкодисперсные загрязнения.
Магнитная обработка воды помогает не только предотвращать выпадение накипеобразующих солей из воды, но и значительно уменьшать отложения органических веществ, например, парафинов. Такая обработка оказывается полезной в нефтедобывающей промышленности при добыче высокопарафиновой нефти, причем эффекты магнитного поля возрастают, если нефть содержит воду.
Наиболее востребованной и эффективной магнитная обработка воды оказалась в теплообменных устройствах и системах, чувствительных к накипи – в виде образующихся на внутренних стенках труб паровых котлов, теплообменников и других теплообменных аппаратов твёрдых отложений гидрокарбонатных (углекислые соли кальция Са(НСО 3) 2 и и магния Mg(НСО 3) 2 при нагреве воды разлагающиеся на СаСО 3 и Mg(OH) 2 с выделением СО 2), сульфатных (CaSO 4 , MgSO 4), хлоридных (MgSO 4 , MgCl 2) и в меньшей мере силикатных (SiO 3 2-) солей кальция, магния и железа .
Повышенная жесткость делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, а несвоевременная очистка теплообменников и труб от накипи в виде карбонатных, хлоридных и сульфатных солей Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 3+ приводит к уменьшению диаметра трубопровода, что ведёт к повышенному гидравлическому сопротивлению, что в свою очередь негативно сказывается на работе теплообменного оборудования. Поскольку накипь обладает чрезвычайно малым коэффициентом теплопроводности, чем металл, из которого изготовлены нагревательные элементы, на подогрев воды расходуется больше времени. Поэтому с течением времени энергетические потери могут сделать работу теплообменника на такой воде неэффективной или вовсе невозможной. При большой толщине внутреннего слоя накипи происходит нарушение циркуляции воды; в котельных установках это может привести к перегреву металла, и, в конечном итоге, к его разрушению. Все эти факторы приводят к необходимости проведения ремонтных работ, замены трубопроводов и сантехнического оборудования и требует значительных капитальных вложений и дополнительных денежных расходов с целью очистки теплообменной аппаратуры. В целом, магнитная обработка воды обеспечивает снижение коррозии стальных труб и оборудования на 30-50% (в зависимости от состава воды), что дает возможность увеличить срок эксплуатации теплоэнергетического оборудования, водопроводов и паропроводов и существенно снизить аварийность .
Согласно СНиП 11-35-76 “Котельные установки”, магнитную обработку воды для теплооборудования и водогрейных котлов целесообразно проводить, если содержание ионов железа Fe 2+ и Fe 3+ в воде не превышает 0,3 мг/л, кислорода - 3 мг/л, постоянная жесткость (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2) - 50 мг/л, карбонатная жёсткость (Са(НСО 3) 2 , Mg(НСО 3) 2) не выше 9 мг-экв/л, а температура нагрева воды не должна превышать 95 0 С. Для питания паровых котлов – стальных, допускающих внутрикотловую обработку воды, и чугунных секционных – использование магнитной технологии обработки воды возможно, если карбонатная жёсткость воды не превышает 10 мг-экв/л, содержание Fe 2+ и Fe 3+ в воде - 0,3 мг/л, при поступлении воды из водопровода или поверхностного источника . Ряд производств устанавливает более жесткие регламентации к технологической воде, вплоть до глубокого умягчения (0,035-0,05 мг-экв/л): для водотрубных котлов (15-25 ати) - 0,15 мг-экв/л; жаротрубных котлов (5-15 ати) - 0,35 мг-экв/л; котлов высокого давления (50-100 ати) - 0,035 мг-экв/л.
Магнитная обработка воды по сравнению с традиционными способами умягчения воды ионным обменом и обратным осмосом технологически проста, экономична и экологически безопасна. Обработанная магнитным полем вода не приобретает никаких побочных, вредных для здоровья человека свойств и существенно не меняет солевой состав, сохраняя качества питьевой воды. Использование других методов и технологий может быть связано с увеличением материальных затратат и проблемами утилизации использованных в процессе водоподготовки химических реагентов (чаще всего кислот). При этом часто приходится вкладывать дополнительные материальные затраты, изменять режим работы тепловых аппаратов, применять специальные химические реагенты, изменяющие солевой состав обрабатываемой воды и др. В ионнообменных умягчителях воды используются Na + -катиониты, которые после катионирования регенерируются раствором хлористого натрия (NaCl) . Это создает проблемы для окружающей среды из-за необходимости утилизации промывных вод с высоким содержанием солей натрия. Воду умягчают также с помощью обратноосмотических мембранных фильтров, проводящих ее глубокое обессоливание. Однако этот метод менее распространен из-за высокой стоимости мембран и ограниченного ресурса их работы.
Магнитная обработка воды лишена вышеперечисленных недостатков и эффективна при обработке кальциево-карбонатных вод, которые составляют около 80% всех вод России. Сферы применения магнитной обработки воды в теплоэнергетике охватывают паровые котлы, теплообменники, бойлеры, компрессорное оборудование, системы охлаждения двигателей и генераторов, генераторы пара, сети снабжения горячей и холодной водой, системы централизованного отопления, трубопроводы и другое теплообменное оборудование.
Учитывая все эти тенденции и перспективы использования магнитной водообработки во многих отраслях промышленности, в настоящее время весьма актуальна разработка новых и совершенствование существующих технологий магнитной обработки воды для достижения более высокой эффективности работы и функционирования аппаратов магнитной обработки воды с целью более полного извлечения из воды солей жесткости и повышения ресурсов их работы.
Механизм воздействия магнитного поля на воду и конструкции аппаратов магнитной обработки воды
Принцип действия существующих магнитных аппаратов умягчения воды основан на комплексном многофакторном воздействии магнитного поля, генерируемого постоянными магнитами или электромагнитами на растворённые в воде гидратированные катионы металлов и структуру гидратов и водных ассоциатов, что приводит к и зменению скорости электрохимической коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных заряженных частиц в потоке намагниченной жидкости и образованию многочисленных центров кристаллизации, состоящих из кристаллов практически одинакового размера .
В процессе магнитной обработки воды происходят несколько процессов:
Смещение электромагнитным полем равновесия между структурными компонентами воды и гидратированными ионами;
Увеличение центров кристаллизации растворенных в воде солей в заданном объеме воды на микровключениях из дисперстных феррочастиц;
Изменение скорости коагуляции и седиментации дисперсных частиц в обрабатываемом магнитном поле потоке жидкости.
Противонакипный эффект при магнитной обработке воды зависит от состава обрабатываемой воды, напряженности магнитного поля, скорости движения воды, продолжительности ее пребывания в магнитном поле и других факторов. В целом, противонакипный эффект при магнитной обработке воды усиливается с повышением температуры обрабатываемой воды; при более высоком содержании ионов Ca 2+ и Mg 2+ ; с увеличением значения рН воды: а также при уменьшении общей минерализации воды.
При движении потока молекул воды в магнитном поле перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, вдоль оси Y (см. вектор V), будет возникать момент сил F1, F2 (сила Лоренса), пытающихся развернуть молекулу в горизонтальной плоскости (рис. 1). При движении молекулы в горизонтальной плоскости, вдоль оси Z , будет возникать момент сил в вертикальной плоскости. Но полюса магнита будут всегда препятствовать повороту молекулы, и поэтому тормозить движение молекул перпендикулярно линиям магнитного поля. Это приводит к тому, что в молекуле воды, помещённой между двумя полюсами магнита остаётся только одна степень свободы – колебание вдоль оси X - силовых линий приложенного магнитного поля. По всем остальным координатам движение молекул воды будет ограниченным: молекула воды становится "зажатой" между полюсами магнита, совершая лишь колебательные движения относительно оси X. Определённое положение диполей молекул воды в магнитном поле вдоль силовых линий поля будет сохраняться, тем самым делая расположение диполей воды более упорядоченным.
Рис. 1. Поведение молекулы воды в магнитном поле.
Экспериментально доказано, что на неподвижную воду магнитные поля действуют гораздо слабее, поскольку обрабатываемая вода обладает некоторой электропроводностью; при ее перемещении в магнитных полях генерируется небольшой электрический ток . Поэтому данный способ обработки движущейся в потоке воды часто обозначается магнитогидродинамической обработкой (МГДО). С использованием современных методов МГДО можно добиться таких эффектов в водоподготовке как, увеличение значения рН воды (для уменьшения короззионной активности потока воды), создание локального увеличения концентрации ионов в локальном объёме воды (для преобразования избыточного содержания ионов солей жёсткости в тонкодисперсную кристаллическую фазу и предотвращения выпадения солей на поверхности трубопроводов и теплообменного оборудования) и др. .
Конструктивно большинство аппаратов магнитной обработки воды представляют собой магнитодинамическую ячейку, изготавливаемую в виде полого цилиндрического элемента из ферромагнитного материала, с магнитами внутри, врезающегося в водопроводную трубу с помощью фланцевого или резьбового соединения с кольцевым зазором, площадь поперечного сечения которого не меньше площади проходного сечения подводящего и отводящего трубопроводов, что не приводит к существенному падению давлению на выходе апарата . В результате ламинарного стационарного течения электропроводящей жидкости, каковой является вода, в магнитодинамической ячейке, находящейся в однородном поперечном магнитном поле с индукцией B 0 (рис. 2), генерируется сила Лоренца , величина которой зависит от заряда q частицы, скорости её движения u и индукции магнитного поля B .
Сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости движения жидкости и к линиям индукции магнитного поля В , в результате чего заряжённые частицы и ионы в потоке жидкости движутся по окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям вектора B . Таким образом, выбирая необходимое расположение вектора магнитной индукции В относительно вектора скорости потока жидкости, можно целенаправленно воздействовать на ионы солей жёсткости Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ и Fe 3+ , перераспределяя их в заданном объёме водной среды.
Рис. 2 – Схема течения потока воды в магнитогидродинамической ячейке. σ - электропроводность стенок ячейки; В 0 – амплитудное значение вектора индукции магнитного поля.
Согласно теоретическим расчётам, чтобы инициировать кристаллизацию солей жёсткости внутри объёма движущейся по трубе жидкости от стенок труб в зазорах магнитного устройства, задаётся такое направление индукции магнитного поля В 0 , при котором в середине зазоров образовалась зона с нулевым значением индукции. С этой целью магниты в устройстве располагаются одинаковыми полюсами навстречу друг другу (рис. 3). Под действием силы Лоренца в водной среде возникает противоток анионов и катионов, взаимодействующих в зоне с нулевым значением магнитной индукции, что способствует созданию в этой зоне концентрации взаимодействующих друг с другом ионов, что приводит к их последующему осаждению и созданию центров кристаллизации накипеобразующих солей.
Рис. 3
– Схема расположения магнитов, линий индукции, векторов силы Лоренца и ионов в МГДО. 1 – анионы, 2 – направление индуцированных токов, 3 – зоны с нулевым значением индукции, 4 – катионы.
Отечественной промышленностью выпускается два типа аппаратов для магнитной обработки воды (АМО) – на постоянных магнитах и работающих от источников переменного тока электромагнитах (соленоид с феромагнетиком), генерирующих переменное магнитное поле. Кроме устройств с электромагнитами применяются аппараты импульсного магнитного поля, распространение которого в пространстве характеризуется частотной модуляцией и импульсами с интервалами в микросекунды, способные генерировать сильные с индукцией 5-100 Тл и сверхсильные магнитные поля с индукцией более 100 Тл. Для этого используются главным образом геликоидальные соленоиды, изготовленные из прочных сплавов стали и бронзы. При получении сверхсильных постоянных магнитных полей с большей индукцией используются сверхпроводящие электромагниты
Требования, регламентирующие условия работы всех аппаратов магнитной обработки воды следующие:
Подогрев воды в аппарате должен быть не выше 95 °С;
Суммарное содержание хлоридов и сульфатов Са 2+ и Mg 2+ (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2) - не более 50 мг/л;
Карбонатная жесткость (Са(НСО 3) 2 , Mg(НСО 3) 2), - не выше 9 мг-экв/л;
Скорость движения потока воды в аппарате 1-3 м/с.
В магнитных аппаратах, работающих от электромагнитов, вода подвергается непрерывному регулируемому воздействию магнитного поля различной напряженности с чередующимися по направлению векторами магнитной индукции, а электромагниты могут быть расположены как внутри, так и вне аппарата. Электромагнит состоит из трехобмоточной катушки и магнитопровода, образуемого сердечником, кольцами каркаса катушки и кожухом. Между сердечником и катушкой образован кольцевой зазор для прохода обрабатываемой воды. Магнитное поле дважды пересекает поток воды в направлении, перпендикулярном ее движению. Блок управления обеспечивает однополупериодное выпрямление переменного тока в постоянный. Для установки электромагнита в трубопровод предусмотрены переходники. Сам аппарат нужно устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию. При наличии в системе центробежного насоса аппарат магнитной обработки устанавливается после него.
В конструкциях магнитных аппаратов второго типа применяются постоянные магниты на основе современных порошкообразных носителей - магнитофоров, ферромагнетиков из феррита бария и редкоземельных магнитных материалов из сплавов редкоземельных металлов неодима (Nd), самария (Sm) с цирконием (Zr), железом (Fe), медью (Cu), титаном (Ti), кобальтом (Co) и бором (B). Последние на основе неодима (Nd), железа (Fe), титана (Ti) и бора (B) предпочтительнее, т.к. они обладают большим сроком эксплуатации, намагниченностью 1500-2400 кА/м, остаточной индукцией 1,2-1,3 Тл, энергией магнитного поля 280-320 кД/м 3 (табл. 1) и не теряют своих свойств при нагреве до 150 0 С.
Таблица 1. Основные физические параметры редкоземельных постоянных магнитов.
Постоянные магниты, ориентированные определенным образом располагаются соосно внутри цилиндрического корпуса магнитного элемента, изготовленного из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, на концах которого находятся снабженные центрирующими элементами конусные наконечники, соединенные аргонно-дуговой сваркой. Основным элементом магнитного преобразователя (магнитнодинамичейской ячейки) является многополюсный магнит цилиндрической формы, создающий симметричное магнитное поле, аксиальная и радиальная составляющие которого при переходе от полюса к полюсу магнита меняют направление на противоположное. За счет соответствующего расположения магнитов, создающих высокоградиентные поперечные магнитные поля по отношению к водяному потоку, достигается максимальная эффективность воздействия магнитного поля на расстворенные в воде ионы накипеобразующих солей. В результате кристаллизация накипеобразующих солей происходит не на стенках теплообменников, а в объеме жидкости в виде мелкодисперсной взвеси, которая удаляются потоком воды при продувки системы в специальные отстойники или грязевики, устанавливаемого в любой системе отопления, горячего водоснабжения, а также в технологических системах различного назначения. Оптимальный интервал скоростей движения потока воды для ГМС составляет 0,5-4,0 м/с, оптимальное давление – 16 атм. Срок эксплуатации составляет, как правило, 10 лет.
В экономическом плане более выгодно использовать аппараты на постоянных магнитах. Основной недостаток этих аппаратов в том, что постоянные магниты на основе феррита бария размагничиваются на 40-50% после 5 лет эксплуатации. При проектировании магнитных аппаратов задается тип аппарата, eгo производительность, индукция магнитного поля в рабочем зазоре или соответствующая ей напряженность магнитного поля, скорость воды в рабочем зазоре, время прохождения водой активной зоны аппарата, состав ферромагнетика (аппараты с электромагнитами), магнитный сплав и размеры магнита (аппараты с постоянными магнитами).
Выпускаемые отечественной промышленностью устройства магнитной обработки воды подразделяются на работающие на электромагнитах аппараты магнитной обработки воды (АМО) и использующие постоянные магниты гидромагнитные системы (ГМС), магнитные преобразователи (гидромультиполи) (МПВ, MWS, ММТ) и активаторы воды серий АМП, МПАВ, МВС, КЕМА бытового и промышленного назначения. Большинство из них схожи по конструкции и принципу действия (рис. 4 и рис. 5). ГМС выгодно отличаются от магнитных устройств на основе электромагнитов и магнитотвердых ферритов, поскольку при их эксплуатации отсутствуют проблемы, связанные с потреблением электроэнергии и с ремонтом при электрическом пробое обмоток электромагнита . Эти аппараты могут быть установлены как в промышленных, так и в бытовых условиях: в магистралях, подающих воду в водопроводные сети, бойлерах, проточных водонагревателях, паровых и водяных котлах, системах водонагрева различного технологического оборудования (компрессорные станции, электрические машины, термическое оборудование и др.). Хотя ГМС рассчитаны на расход воды от 0,08 до 1100 м 3 /час, соответственно на трубопроводы диаметром 15-325 мм, однако есть опыт создания магнитных аппаратов для ТЭЦ с размерами трубопровода 4000 х 2000 мм.
Рис. 4 Виды аппаратов для магнитной обработки воды (ГМС) на постоянных магнитах с фланцевыми (вверху) и резьбовыми (внизу) соединениями.
Рис. 5. Аппарат магнитной обработки воды на электромагнитах АМО-25УХЛ.
Современные аппараты для магнитной обработки воды на основе постоянных (табл. 1) и электромагнитов (табл. 2) используются для предотвращения накипи; для снижения эффекта накипеобразования в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения, нагревательных элементов котельного оборудования, теплообменников, парогенераторов, охлаждающего оборудования и т.п.; для предотвращения очаговой коррозии в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения; осветления воды (например после хлорирования); в этом случае скорость осаждения накипеобразующих солей увеличивается в 2-3 раза, что требует отстойники меньшей емкости; для увеличения фильтроцикла систем химической водоподготовки - фильтроцикл увеличивается в 1,5 раза при уменьшении потребление реагентов, а также для очистки теплообменных агрегатов . При этом аппараты магнитной обработки воды могут использоваться самостоятельно или как составная часть любых установок, подверженных накипеобразованию в процессе эксплуатации - систем подготовки воды в жилых помещениях, коттеджах, детских и лечебно-профилактических учреждениях, для водоподготовки в пищевой промышленности и т.п. Применение этих аппаратов наиболее эффективно для обработки воды с преобладанием карбонатной жесткости до 4 мг-экв/л, и общей жесткости до 6 мг-экв/л при общей минерализации до 500 мг/л.
Табл. 2. Технические характеристики отечественных аппаратов магнитной обработки воды на постоянных магнитах.
Основные характеристики:
· Условный диаметр (мм.): 10 ; 15; 20; 25; 32
· Номинальное давление (МПа): 1
Параметр |
Модель аппарата | ||||
| АМП 10 РЦ | АМП 15 РЦ | АМП 20РЦ | АМП25РЦ | АМП32РЦ | |
| Амплитудное значение магнитной индукции (В 0) на поверхности рабочей зоны, мТл | 180 | ||||
| Количество рабочих зон | 5 | ||||
| Номинальный расход воды, миним./норм./макс.
м 3 /час |
0.15/0.5/0.71 | 0.35/1.15/1.65 | 0.65/1.9/2.9 | 1.0/3.0/4.5 | 1.6/4.8/7.4 |
| Диаметр условного прохода, мм | 10 | 15 | 20 | 25 | 32 |
| Соединение, дюйм | ½ | 1/2 | 3/4 | 1 | 1 1 / 4 |
| Максимальное рабочее давление, МПА) | 1 | ||||
| Рабочий температурный интервал эксплуатации, 0 С | 5–120 | ||||
| Размеры, (LxD), мм | 108х32 | 124х34 | 148х41 | 172х50 | 150х56 |
| Масса, кг | 0.5 | 0.75 | 0.8 | 1.2 | 1.8 |
Табл. 3. Технические характеристики отечественных аппаратов магнитной обработки воды на электромагнитах.
Основные характеристики:
· Условный диаметр (мм.): 80 ; 100; 200; 600
· Номинальное давление (МПа): 1.6
| Параметр | Модель аппарата | ||||
| АМО-25УХЛ | АМО-100УХЛ | АМО-200УХЛ | AMO-600УХЛ | ||
| Напряжение, В | 220 | ||||
| Частота сети, Гц | 60 | ||||
| Производительность по обрабатываемой воде м 3 /ч | 25 | 100 | 200 | 600 | |
| Напряженность магнитного поля, кА/м | 200 | ||||
| Температура обрабатываемой воды, °С | 60 | 40 | 50 | 70 | |
| Рабочее давление воды, МПа | 1,6 | ||||
| Потребляемая электромагнитом мощность, КВт | 0,35 | 0,5 | 0,5 | 1,8 | |
| Габаритные размеры электромагнита, мм | 260х410 | 440х835 | 520х950 | 755х1100 | |
| Габаритные размеры блока питания, мм | 250х350х250 | ||||
| Масса электромагнита, кг | 40 | 200 | 330 | 1000 | |
| Масса блока питания, кг | 8,0 | ||||
На основании данной работы можно сделать следующие выводы:
1) при магнитной обработке воды происходит воздействие на саму воду, на механические примеси и ионы накипеобразующих солей и на природу протекающих в воде физико-химических процессов расстворения и кристаллизации;
2) в воде, прошедшей магнитную обработку, возможны изменения гидратации ионов, растворимости солей, значения рН, что выражается в изменении химических реакций и скорости коррозионных процессов.
Таким образом, магнитная обработка воды является перспективным динамично развивающимся современным направлением в водоподготовке для умягчения воды, вызывающее множество сопутствующих физико-химических эффектов, физическую природу и область применения которых еще только начинают изучать. Сейчас отечественной промышленностью выпускаются различные аппараты магнитной обработки воды на постоянных и электромагнитах, находящие широкое применение в теплоэнергетике и водообработке. Неоспоримыми достоинствами магнитной обработки в отличие от традиционных схем умягчения воды с помощью ионного обмена и обратного осмоса является простота технологической схемы, экологическая безопасность и экономичность. Кроме этого метод магнитной обработки воды не требует каких-либо химических реактивов и поэтому является экологически чистым.
Несмотря на все достоинства аппаратов магнитной обработки воды, на практике эффект магнитного поля зачастую проявляется только в первый период эксплуатации, затем эффект постепенно снижается. Это явление потери магнитных свойств воды называется релаксацией. Поэтому в тепловых сетях кроме омагничивания подпиточной воды часто необходимо обрабатывать воду, циркулирующую в системе путем создания так называемого антирелаксационного контура, при помощи которого обрабатывается вся вода, циркулирующая в системе.
Список литературы
1. Очков В. Ф. Магнитная обработка воды: история и современное состояние // Энергосбережение и водоподготовка, 2006, № 2, с. 23-29.
2. Классен В. И. Омагничивание водных систем, Химия, Москва, 1978, с. 45.
3. Соловьева Г. Р. Перспективы применения магнитной обработки воды в медицине, В сб.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Москва, 1974, с. 112.
4. Креетов Г. А. Термодинамика ионных процессов в растворах, 2 изд., Ленинград, 1984.
5. Мартынова О. И., Гусев Б.Т., Леонтьев Е.А., К вопросу о механизме влияния магнитного поля на водные растворы солей // Успехи физических наук, 1969, № 98, с. 25-31.
6. Чеснокова Л.Н. Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Цветметинформация, Москва, 1971, с. 75.
7. Kronenberg K. Experimental evidence for the effects of magnetic fields on moving water // IEEE Transactions on Magnetics (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1985, V. 21, № 5, p. 2059–2061.
8. Мосин О.В., Игнатов И. Структура воды и физическая реальность // Сознание и физическая реальность. 2011, Т. 16, № 9, с. 16-32.
9. Банников В.В. Электромагнитная обработка воды. // Экология производства, 2004, № 4 , с. 25-32.
10. Пороцкий Е.М., Петрова В.М. Исследование влияния магнитной обработки воды на физико-химические свойства цемента, раствора и бетона, Материалы научной конференции, ЛИСИ, Ленинград, 1971, с. 28-30.
11. Espinosa A.V., Rubio F. Soaking in water treated with electromagnetic fields for stimulation of germination in seeds of pawpaw (Carica papaya L.) // Centro Agricola, 1997, V. 24, № 1, p. 36-40.
12. Гребнев А.Н., Классен В.И., Стефановская Л.К., Жужгова В.П. Растворимость мочевого камня человека в омагниченной воде, В сб.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Москва, 1971, с. 142.
13. Шимкус Э.М., Аксенов Ж.П., Каленкович Н.И., Живой В.Я. О некоторых лечебных свойствах воды, обработанной магнитным полем, в сб.: Влияние электромагнитных полей на биологические объекты, Харьков, 1973, с. 212.
14. Штереншис И.П. Современное состояние проблемы магнитной обработки воды в теплоэнергетике (обзор), Атоминформэнерго, Москва, 1973, с. 78.
15. Мартынова О.И., Копылов А.С., Теребенихин У.Ф., Очков В.Ф. К механизму влияния магнитной обработки на процессы накипеобразования и коррозии // Теплоэнергетика, 1979, №. 6, с. 34-36.
16. СНиП 11-35-76 “Котельные установки”. Москва, 1998.
17. Щелоков Я.М. О магнитной обработке воды // Новости теплоснабжения, 2002, Т. 8, № 24, с. 41-42.
18. Присяжнюк В.Я. Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы // СОК, Рубрика Сантехника и водоснабжение, 2004, № 11, с. 45-59.
19. Тебенихин Е.Ф., Гусев Б.Т. Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике, Энергия, Москва, 1970, с. 144.
20. С. И. Кошоридзе С.И., Левин Ю.К. Физическая модель снижения накипеобразования при магнитной обработке воды в теплоэнергетических устройствах // Теплоэнергетика, 2009, № 4, с. 66-68.
Гульков А.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях Дальнего Востока, Владивосток, изд-во Дальневосточного университета, 1990, с. 134.
21. Савельев И.В. Курс общей физики, том 2, Электричество и магнетизм. Волны. Оптика, Наука, Москва, 1978, с. 480.
22. Брановер Г.Г., Циннобер А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред, Наука, Москва, 1970, с. 380.
23. Домнин А.И. Гидромагнитные системы – устройства для предотвращения образования накипи и точечной коррозии // Новости теплоснабжения, 2002, Т. 12, № 28, с. 31-32.
24. Мосин О.В. Магнитные системы обработки воды. Основные перспективы и направления // Сантехника, 2011, № 1, c. 21-25.
Очищать воду современные технологии сегодня позволяют по-разному. Можно и химические средства использовать, можно использовать АкваЩит или работать и с помощью магнитного воздействия. Такое многообразие обуславливается разной покупательной способностью населения и разными потребностями в качестве воды для промышленного производства.
Жесткость, как стимул к применению
Нет ничего хуже известкового осадка. Из всех вредных примесей, жестковатость самая опасная. И опасна она именно тем, что действует медленно, но очень метко. От нее невозможно отравиться, как от вредной вирусной воды. Она не обладает цветом и вкусом, как железистая вода. В этом и состоит ее негатив. Проследить ее влияние можно, но это процесс длительный. Зато результат – накипь – видит каждый.
Она постоянно меняющаяся система, состоящая из многих компонентов. Для примера в таблице представлен упрощенный состав воды. И это многообразие нужно обработать, оставив при этом все полезное.
Полностью растворенными в воде являются только минеральные соли, но они же являются и полезными примесями. Но если их в воде слишком много, то образуется известковый осадок. Помочь устранить его может электромагнитная обработка воды , как одна из более эффективных.
Согласно ГОСТу, общая жесткость в воде не должна превышать показание 9. Жесткость ведь не только накипью плоха, она ухудшает состояние воды, не говоря уже о последствиях при работе с бытовыми приборами -
- Увеличенный расход моющих средств;
- Ухудшение состояния тканей;
- Снижение питательности еды;
- Стимулирование коррозии;
- Падение КПД бытовых приборов
Моющие средства при контакте с жесткой водой образуют малорастворимый осадок, куда излишек мыла и уходит. На нормальную с показателем 9, расход мыла составляет примерно 2,5 грамма. При мягкой воде такой расход составит 1,75 грамма примерно. При стирке в такой воде, которая теперь обладает не только жесткостью, но еще и малорастворимым осадком, ткани начинают впитывать эти примеси. От этого они становятся ломкими, износ работает быстрее.
Если же говорить о пользе продуктов, то белки из мяса, при варке в некачественной воде, становятся практически нерастворимыми и очень плохо усваиваются человеком. В результате нужно и на ремонт тратиться и на промывку, да и здоровье тоже страдает от такой воды.
Накипь же работает внутри приборов и оборудования, как отличный теплоизоляционный материал. Расход топлива при этом увеличивается в десятки раз, а качество нагрева очень сильно падает. Все это сказывается на нормальной работе приборов и оборудования, причем до такой степени, что оно может ломаться и без возможности восстановления. Чистить поверхности или промывать их постоянно химическими растворами можно, но, сколько будет все это стоить, и на сколько потребители готовы пойти на такие минусы, как вечно поцарапанные поверхности, в остатках накипного налета, ясно будет только по мере.
В связи с таким количеством вреда от накипи и самой жесткости, человечество вынуждено было искать способы обработать воду так, чтобы получить мягкую и не знать больше таких проблем. Кроме электромагнитной обработки воды большой популярностью сегодня пользуются ионообменные приборы, умягчение воды путем впрыскивания в воду умягчающих средств.
При умягчении главной задачей остается связывание или устранение катионов кальция и магния. При работе с химическими веществами эти катионы превращаются в нерастворимые соединения, которые проще вымыть или отфильтровать. Есть вариант замены одних катионов на другие. Так работают ионообменные установки. Для этого используют специальные картриджи с определенной фильтрующей смолой. В обмен на соли жесткости она может отдавать ионы натрия или водорода. Но возня с постоянными заменами картриджей, забившихся после обменов, требует и денег, и усилий. Все это и привело к экспериментам над безреагентным умягчением.
Как обработать воду электромагнитными волнами без химических реакций?
Еще в середине двадцатого века, когда не отгремел еще костер великой отечественной войны, ученые занимались изучением работы магнитного воздействия на жесткость. Так и была открыта особенность поведения солей жесткости при обработке воды электромагнитными волнами и магнитном облучении. Хотя до сих пор так и нет одинакового мнения о том, как работает магнитное поле. Достоверно известно одно, что под таким влиянием вода становится более мягкой, а главное воздействие способствует очищению стенок оборудования.
Обычно загрязнение стенок является большой проблемой для оборудования. Осадок накапливается на резиновых прокладках в узких трубках, приходится сменные прокладки постоянно менять, а для очистки узких мест разбирать оборудование и останавливать производство. От простоев соответственно предприятие получает убытки.
По разным вариантам работы магнитного поля, в воде образуются либо центры кристаллизации, либо соли меняют форму и становятся острыми и неудобными для прилипания. При любом варианте облучения соли не могут прилипать к поверхностям, зато могут своими острыми концами качественно счищать старые залежи. Причем делают они это качественно, хоть и медленно, и при этом не нужно ничего раскручивать и очищать. Эта особенность и делает устройства электромагнитной обработки воды крайне выгодными для сфер, работающих с водой постоянно.
Кроме очистных особенностей, приводит к резкому увеличению растворения неорганических солей, растворенный кислород в большей степени концентрируется в воде. Не доказано, но есть версия о том, что электромагнитная волна поможет решить и некоторые бактерицидные проблемы.
Магнитное воздействие не оказывает влияния на здоровье человека. Это экологически безопасный способ получить мягкую воду довольно быстро, без обслуживания и лишних затрат. При этом все солевые качества остаются в норме, вода не меняет критически свой состав. Но при всех этих достоинствах одного магнитного действия было недостаточно и появились первые варианты электромагнитной обработки воды.
Магнитная или электромагнитная обработка, что выбрать?
Тем не менее, все еще используют, особенно в тех домах, где есть колонка, и нет горячей воды. Магнитный приборчик хоть и маленький, но обработать небольшую квартирку ему вполне под силам. Главное, чтобы скорость потока не превышала предельно допустимую, а вода не была горячей. У такого прибора перед электрическим братом есть всего один небольшой плюсик – это отсутствие расходов на электричество. По сути, магнитной обработкой сегодня мало кто пользуется, только в случае обработки исключительно холодной воды с определенной скоростью потока он все еще применяется.
Электромагнитная обработка воды намного выгоднее других безреагентных. нужно приварить к котлу, магнитный прибор врезать в трубу. Электромагнит же достаточно накрутить на трубу. Это значительно облегчает жизнь. Прибор легко и снять, и одеть. Только концы обмотки нужно изолировать и обязательно смотреть, чтобы вода на проводку не попадала. Собственно это и все обслуживание. Не работает такой прибор только в двух случаях – отключение электроэнергии и вода в системе стоит. При использовании магистрального устройства подобного толка, защита от образования накипи гарантирована практически для всех бытовых приборов. Только вот питьевого качества такой прибор не даст. Именно поэтому, выбирать электромагнитную обработку имеет смысл только от накипи и . Его задача больше относится к очищению поверхностей и защите их от новых отложений. Потому в квартиру лучше дополнительно еще купить питьевой фильтр под мойку.
" статьёй . Ранее, в статье "Экстрасенсорные и физические способы умягчения воды " мы уже столкнулись с похожей темой — магнитной обработкой воды. И определили, что магнитная обработка воды (если используется постоянное магнитное поле) рассчитана на определённый постоянный физико-химический состав воды, скорость её потока а также множество других показателей. И пришли к выводу, что постоянное магнитное поле не в состоянии компенсировать изменения данных параметров, и следовательно, постоянные магниты — не очень эффективное средство в большинстве случаев. Такие выводы пришли в голову не только нам, и примерно лет 20 назад стали развиваться альтернативные способы умягчения воды физическими способами.
Борьба с накипью ультразвуком и электромагнитными импульсами — это борьба с помощью физической обработки воды. В отличие от химических реагентных способов умягчения воды , описанных ранее, физические способы не предполагают использование каких бы то ни было реагентов. Мало того, введённые при обработке воды связывающие вещества (типа полифосфатов) наоборот, блокируют результаты работы приборов физической обработки воды. Итак, поговорим подробнее про современные способы физической обработки воды.
Основной принцип физической обработки воды
В том числе ультразвуком и электромагнитными импульсами состоит в том, что при обработке проявляется эффект кавитации.
Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну.
В результате этой самой кавитации в воде повышается вероятность столкновения ионов кальция и магния, за счёт чего образуются зародышевые центры кристаллизации. Данные центры являются энергетически более выгодными по сравнению с обычными местами образования накипи (стенками труб, нагревательными поверхностями), следовательно накипь начинает образовываться не где попало, а на созданных центрах кристаллизации — в обЪёме воды.
В результате накипь не образуется на стенках труб и нагревательных элементах. Чего и требовалось достичь. Подробнее про физическую обработку воды можно прочесть в статье "Физическая обработка воды. Как она работает? ". А пока что переходим к типам физической обработки воды.
Обработка воды ультразвуком.
Ультразвуковая технология выделяется в этом ряду тем, что обеспечивает одновременное воздействие на образование накипи несколькими различными механизмами. Так, при озвучивании воды ультразвуком достаточной интенсивности происходит разрушение, раскалывание образующихся в нагреваемой воде кристаллов солей жесткости. Это приводит к уменьшению размеров кристаллов и к увеличению центров кристаллизации в нагреваемой воде. В результате значительная часть кристаллов не достигает размеров, требуемых для осаждения, и процесс формирования накипи на теплообменной поверхности замедляется.
Следующим механизмом воздействия ультразвуковой технологии на образование накипи служит возбуждение высокочастотных колебаний на поверхности теплообмена. Распространяясь по всей поверхности теплообменного оборудования, ультразвуковые колебания препятствуют формированию на нем накипных отложений, отталкивают от теплообменной поверхности кристаллы солей и замедляют их осаждение. На рис. 2 приведен анимационный видеоролик, демонстрирующий этот процесс.
Изгибные колебания теплообменной поверхности разрушают так же уже сформированный слой накипи. Это разрушение сопровождается отслоением и откалыванием кусочков накипи. При значительной толщине слоя образованной ранее накипи относительно диаметра водопроводящих каналов существует опасность их засорения и закупорки. Поэтому одним из основных требований успешного применения ультразвуковой технологии является предварительная очистка теплообменных поверхностей от сформированного до установки ультразвуковых устройств слоя накипных отложений.
То есть, наблюдаются два эффекта от ультразвуковой обработки воды:
- препятствование образованию накипи и
- разрушение уже сформированного слоя накипи.
Электромагнитные импульсы против образования накипи.
Что делает безреагентный смягчитель воды с помощью электромагнитных импульсов? Всё очень просто. Он воздействует на воду следующим образом. В необработанной воде при нагревании обычно образуются кристаллы карбоната кальция (мела, известняка), форма которых похожа на репейник (лучи с колючками, расходящиеся в разные стороны).
Благодаря этой форме кристаллы соединяются между собой как крючки с застёжками и, соответственно, образуют сложно удаляемые известковые отложения - то есть накипь, в виде очень плотной, твёрдой корки.
Безреагентный cмягчитель воды Calmat естественным путём изменяет процесс кристаллизации солей жёсткости. Блок управления производит динамические электрические импульсы различных характеристик, которые передаются через провод-обмотку на трубе в воду. После обработки прибором известь (кристаллы карбоната кальция) образуются в форме палочек.
В форме палочек кристаллы карбоната больше не обладают способностью к образованию известковых отложений. Безвредные изветсковые палочки будут смываться водой в виде известковой пыли.
В процессе обработки воды с помощью электромагнитных импульсов выделяется небольшое количество углекислого газа, в воде образующего углекислоту. Углекислота - это естественное средство, встречающееся в природе и растворяющее известковые отложения. Освобождённая углекислота постепенно устраняет уже имеющиеся в трубопроводе известковые отложения, при этом бережно относясь к материалу труб. Также под воздействием углекислоты в очищенной трубе создаётся защищающий её тонкий слой-плёнка. Он препятствует возникновению обычной и язвенной коррозии в металлических трубах.
Итак, в отличие от обработки воды ультразвуком, мы имеем три эффекта от электромагнитных импульсов:
- препятствование образованию накипи,
- разрушение уже сформированного слоя накипи и
- образование защитного противокоррозионного слоя.
Конечно, помимо описанных теорий эффективности физических способов обработки воды существует множество других. Равно как существует и множество теорий неэффективности этих способов. Тем не менее, практика показывает, что ряд устройств таки справляется с поставленными задачами — препятствовать накипеобразованию.
Как их выявить? Как не купить фигню? Очень просто: требуйте у продавцов признаки, по которым вы в короткое время сможете определить, есть результат или нет. А также требуйте условий возврата, если эти признаки не проявятся.