高效磁化器在水质处理中的应用

余克勤 卢 笛 徐梦彪 袁 立

(1.南昌航空大学，江西 南昌 330063;2.江西省公路科研设计院，江西 南昌 330002;3.余姚合群节能电子有限公司，浙江 余姚 315400)

1 概述

导体在外力作用下通过磁场，作切割磁力线运动时，会产生电荷和使电荷运动的电动势，于是导体内就产生了电流、电位元差等物理变化，当切割磁力线的导体是一束有一定速度流动着的、有一定导电性的水时，在水流中也一定会发生上述的变化，这种水是磁化水、磁性水，能使水磁化的装置通常被称为磁化水处理器、磁水器等，其工作过程见图1。水中有了电荷、电位会改变水本身以及包含在水中的其它物质的状态和性质，绝大多数的工农业用水、生活饮用水都属于有一定导电性能的非绝缘物质。不同程度地都可以被磁化。磁化水装置正是根据这一原理来设计的［1］。

图1 磁化器工作过程

近五十年，美国、日本等国先后掀起了“磁处理研究热”。磁处理技术开始大规模应用于石注水开采、输运和工业用水减少锅垢形成中，并取得了良好的经济效益［2］。在我国已有关于用磁场净化含油污水、城市污水和钢铁工业废水的报导［3］。通过用不同的磁性材料和水流的通路形式来达到使水磁化的目的［4］。近年来，高梯度磁场处理技术已经广泛的用于水处理技术，磁化技术将逐步向着有效利用磁场的能量以及注重对磁场强化机理的研究方向发展。

2 本实验研究方法及意义

2.1 研究内容

研究不同流量控制下，磁化器对水的电位、pH值及浊度的影响及相互关系的最优化。

2.2 研究方法

2.3 研究目的及意义

本次实验的研究目的是:通过大量的实验证明，磁化器对水的pH值，电位值及浊度值具有良好的处理效果，并通过实验找出最好的实验环境，在最佳的实验条件下，磁化器对饮用水的pH值，电位值及浊度值有非常好的处理效果。

3 实验仪器

3.1 实验方法

本次实验用到的仪器有电位计、浊度仪、pH计，4个磁化器及水路管网。

如图2所示的磁化水处理器外形为柱状，采用铸钢制作，两端带法兰盘可与管道直接相连。磁化水处理器内部采用2组N、S极相对的特殊合金永磁材料制成的磁棒。按照N－S、S－N排列，磁场能量为6000 Gs，使用期限为15年，磁场强度衰减率为3% 。由于磁化处理器使用的是永久磁性材料，无须外加电源，不耗电能。

图2 磁化水处理器的结构图

本次实验中原水从水笼头引入，进入实验管路，其中，原水经过磁化器后接入烧杯，得到试样。

预期进行7组实验，每组实验分别对pH、电位、浊度进行测量。最后得到7组实验数据进行正交处理，得到最优组合及最佳组合下的预测值。

4 实验数据处理

利用正交表处理实验数据，结果如下。

4.1 磁化器影响pH、浊度、电位的实验数据处理

1.确定目标函数

pH、浊度、电位。

2.确定因素及水平

时间因素 F1 5、10、30、60

磁化器因素 F2 1、2、3、4

3.选正交表

首先计算最小实验次数.N=1+(4－1)*2=7

正交表的最小容量为7，满足这一条件且可安排4水平因素的最小正交表为L16(45)。

一.pH数据的处理

?

对上表数据进行处理:

比较判断

F1(f1，fe)＜ F0.05(4，9)，所以时间 F1 是不显著的;

F2(f2，fe)＜ F0.05(4，9)，所以磁化器 F2 是不显著的;

其最优水平分别为F(4，4)，根据最优水平组合可以求出最优值:

二.浊度数据的处理

?

对上表数据进行处理:

比较判断

其最优水平分别为F(4，4)，根据最优水平组合可以求出最优值:

三.电位数据的处理

?

对上表数据进行处理:

比较判断

其最优水平分别为F(4，4)，根据最优水平组合可以求出最优值:

4.2 流量对磁化器处理效果的影响

4.2.1 对pH的影响

由图2、图3可知，在400 l/s时，磁化器对pH处理效果最好，且2号磁化器的处理效果比1号磁化器好。

4.2.2 对浊度的影响

由图4、图5可知400l/s时磁化器对浊度的处理效果最好，且2号磁化器的处理效果比1号磁化器好。

4.2.3 对电位的影响

由图6、图7可知，在400 l/s的流量下，磁化器对电位的影响最大，且磁场更强的2号磁化器处理效果比1号好。

综上，在400 l/s的情况下，磁化器对原水的pH、电位、浊度处理效果好。且2号磁化器比1号磁化器处理效果好。

4.3 浊度对磁化器处理效果的影响

实验说明:实验水箱容积为31680 cm3，投加药为淀粉，控制浊度的方法为向水箱投加不同量的淀粉。

4.3.1 投药2 g由图8可知流量高时磁化器处理效果好，且在同样流量下，2号磁化器比1号磁化器处理效果好。

4.3.2 投药3 g由图9可知流量高时磁化器处理效果好，且在同样流量下，2号磁化器比1号磁化器处理效果好。

4.3.3 投药4 g由图10可知流量高时磁化器处理效果好，且在同样流量下，2号磁化器比1号磁化器处理效果好。

4.3.4 投药5 g由图11可知流量高时磁化器处理效果好，且在同样流量下，2号磁化器比1号磁化器处理效果好。

实验总结:由上面4图可知，同流量下，2号磁化器处理效果要比1号磁化器好，而且高浊度时磁化器照样能有良好的处理效果。

5 结论

当水穿过磁场时，要达到预期的效果，有几点是很重要的:(1)水的路径必须与磁力线方向垂直，以90度切割磁力线，称为切力;(2)流水应该切割南极磁力线，接着切割范围更广分布更密集的不断转换磁极的磁力线，最后从北极流出穿出单位磁场;(3)磁力调控器功率大小取决于“高斯”的大小、磁通量密度、暴露于这几个磁场的表面积大小和不断转换极间的距离;(4)水穿过磁场之前和经过磁场的过程中，必须置于一定的压力之下，形成源源不断的水流。

5.1 磁化器特点

按磁场形式的方式可将磁化水处理器分为永磁式和电磁式两种;按磁场位置又可将磁水器分为内磁式和外磁式两种。与内磁式磁水器相比，外磁式磁水器可能具有更大的优势，其主要优点是检修时不必停水及拆卸管道，也不易引起磁短路现象［9］。研究表明，磁化后的水会表现出一些性质的变化，如pH值、密度、挥发性、溶解性、表面张力、电导率、沸点、冰点都有不同的改变。

利用磁化处理水有以下优点:(1)节约能源 磁化法在使用的过程中无须损耗外加动力;(2)节省投资磁化法可防垢除垢，可延长设备的清洗周期，减少设备运行过程中的清洗费用;(3)对环保有积极的作用磁化法无须添加化学试剂，只是通过改变物质的达到目的，因此不会造成环境污染，磁化水因为其特殊的性质已经被广泛应用到工程［5］。

5.2 磁化处理后的水质变化

水经磁化处理后部分物理性质发生暂时性变化。表明磁化处理可引起水结构的改变［6］。一般认为磁化处理会破坏水原来的结构，使较大的缔合水分子集团变成较小的缔合水分子集团，甚至是单个的水分子。因为氢键是一种分子间力，不象化学键那样牢固。在液态水中，它处于一种不停地断开、结合的动态平衡中。在一定条件下，这种动态平衡所需要的能量由水分子的热运动所提供。磁场给水分子的热运动提供了能量，有利于平衡向右移动，这必然导致部分氢键被破坏;其次水分子是极性分子，在磁场作用下受洛仑兹力的影响趋于定向排列，使偶极的取向发生变化，磁化后水分子的氢氧键角从104.5°，减小到103°左右。原子间磁距的方向改变而数值增加了，氢键将发生畸变;此外存在于水中的水合离子也受到磁场的影响，当水合离子受洛仑兹力作用时，将作螺旋式的圆周运动，且正、负离子旋转方向相反。根据Burton和Daly离子溶剂化的氢键理论模型，离子的溶剂化主要是由离子和极性溶剂分子间的氢键作用。当正负离子做相反方向旋转时会将连接在它们之间的氢键扭断，使水的结构发生变化，从而改变了水的物化性质。

水经磁化后，能产生明显的物理化学变化，水的电导率提高2%;pH提高0.4～1.0;表面张力下降1% ～2%，对固体物质的浸润角增大，浸润能力增强，蒸发速度提高;对一些盐类的溶解度提高20% ～70%;水渗透压提高1.34倍;溶氧量增加3～6 mg/L，改变了水中微生物、生物的生长环境。

本文应用4个不同的磁化器对饮用水进行了实验，得出了在不同的时间，流量处理下，磁化器的处理效果是不一样的。得出的结论主要有几点:(1)pH在磁化器的处理下，一般会变高，而且处理时间相对越长，磁化器磁场越强，处理效果越好，本次实验在处理1 h后pH达到最大;(2)浊度的处理相对较平缓，变化都不是非常明显，但是在磁化器的处理下，都是有减小的趋势;(3)电位在磁化器的处理下，变化相对较明显，处理时间越久，磁化器磁场强度越强，电位得到的提升越多;(4)流量对磁化器的影响是明显的，且在400流量下磁化器能有好的处理效果;(5)磁化器对浊度的处理非常明显，在高浊度时也能有效的降低浊度。由本次实验可看出，高效磁化水处理器是一种非常有前途的仪器，以后必将得到进一步的应用。

［1］GRUTSCH J F，MCCLINTOCK J W.Corrosion［M］.Houston:National Association Corrosion Engineers.1984.

［2］Shengji，X.，Jun，N.，Ruiping，L.，Guibai，L.，2004.Study of drinking water treatment by ultrafltration of surfacewater and its application to China.Desalination 170(1)，41–47.

［3］Gupta，A.，Chaudhuri，M.，1995.Enteric virus removal/inactivation by coal－based media.Water Research 29(2)，511–516.

［4］罗大兵.水的磁化处理技术—赴挪威考察见闻［J］.工业水处理.1999，19(2):43 ～44.

［5］贾亮，李真，贾绍义，磁化技术在工业水处理中的应用［J］.化学工业与工程.2006(1):60.

［6］罗漫，陆柱.磁化水的研究现状及进展［J］.水处理技术，1999，25(6):339—343.