Механизм воздействия магнитного поля на воду и растворенные в ней вещества пока не получил точного объяснения. Понятно, что он так или иначе связан с процессом электролитической диссоциации солей, растворенных в воде и переходе их из нерастворимых в растворимые.
Практика применения электромагнитных приборов для очистки труб и обработки воды показывает: количество накипи на поверхности элементов систем теплоснабжении снижается на 30–50 %, а ранее выпавшие отложения постепенно разрушаются.
В отличие от систем, использующих, например, ионный обмен и мембранное разделение, магнитные не удаляют из воды ионы кальция Ca+ и магния Mg+. Приборы магнитной обработки воды – так называемые магнитные преобразователи - могут использоваться автономно или в составе комплексных систем водоподготовки в промышленном и бытовом теплоснабжении, кондиционировании, охлаждении, защищая от накипи ТЭНы, теплообменники, накопительные емкости и т.д.
Механизм воздействия магнитного поля на воду и содержащиеся в ней примеси окончательно не выяснен и объясняется поляризационными явлениями и деформацией ионов солей. Гидратация ионов при обработке уменьшается, ионы сближаются и образуют кристаллическую форму соли. В основу одной из теорий положено влияние магнитного поля на коллоидные примеси воды, по другой - изменяется структура воды. При наложении магнитного поля в массе воды формируются центры кристаллизации, вследствие чего выделение нерастворимых солей жесткости происходит не на теплопередающей поверхности (нагрева или охлаждения), а в объеме воды. Таким образом, вместо твердой накипи в воде появляется мигрирующий тонкодисперсный шлам, который легко удаляется с поверхности теплообменников и трубопроводов.
В настоящее время в России выпускают два типа аппаратов для магнитной обработки воды - с постоянными магнитами и электромагнитами. Продолжительность пребывания воды в аппарате определяется ее скоростью в пределах 1-3 м/с.
Условия использования аппаратов для магнитной обработки воды следующие:
- подогрев воды должен осуществляться до температуры не выше 95 °С;
- карбонатная жесткость - не выше 9 мг-экв/л;
- содержание растворенного кислорода - не более 3 мг/л, а сумма хлоридов и сульфатов - не более 50 мг/л;
- содержание двухвалентного железа в артезианской воде - не более 0,3 мг/л.
Для определения противонакипного эффекта Э используется следующее выражение:
Э = (mн-mм)·100/mн,
где mн и mм - масса накипи, образовавшейся на поверхности нагрева при кипячении в одинаковых условиях одного и того же количества воды с одинаковым исходным химическим составом, соответственно необработанной и обработанной магнитным полем.
Рассмотрим некоторые отечественные приборы, использующиеся на котельных в течение последних пятнадцати лет.
Прибор Термит.
Прибор разработан московским научно-производственным объединением «Экосервис Технохим» и применяется на котельных для снижения количества образования осадка в трубах.
Максимальный диаметр трубопровода, который может быть очищен прибором: от 60 до 350мм. Напряжение переменного тока 50 Гц: 220 ± 22В. Потребляемая мощность: от 1 до 2Вт. Максимальная температура трубопровода от 70 до 115 °С.
Передаваемые электромагнитные волны изменяют структуру солей жесткости с образованием хрупкой арагонитной формы карбоната кальция. При этом прочная смесь аморфных отложений солей жесткости не образуется, а сформировавшиеся ранее отложения разрушаются и уносятся с потоком воды. Вода при обработке не меняет солевой состав, что сохраняет ее питьевые качества.
Механизм работы.
Под действием электромагнитных волн в диапазоне звуковой частоты бикарбонат кальция, содержащийся в исходной воде, переходит в нерастворимый карбонат кальция. При этом карбонат осаждается не на стенках труб и оборудования, а в объеме воды. Этот процесс описывается следующим химическим уравнением:
Ca(HCO3)2 <=> CaCO3+ H2CO3
Нестойкая угольная кислота электролитически диссоциирует. Она также склонна к образованию углекислого газа:
CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3
Угольная кислота разрушает старые известковые осадки в трубах, водонагревателях и т.д. Избыток угольной кислоты смещает равновесие первой реакции влево, т.е. приводит к повторному образованию бикарбоната кальция. На практике это означает, что в обработанной воде через несколько суток вновь образуется бикарбонат кальция (вода «теряет» свои свойства после электромагнитного воздействия).
Аппарат испытывали в середине 2000-ых в институте физхимии РАН. Было установлено, что наибольший противонакипной эффект наблюдается при интенсивном кипении воды в зоне размещения образцов. При включении в работу прибора «Термит» увеличение накипи на образцах составило величину в 8-12 раз меньшую, чем на тех же образцах без обработки воды. При уменьшении температуры воды (примерно 98°С; на грани кипения) относительная разница в массе накипи понизилась до 3-5 раз. И, наконец, при температуре воды примерно 70°С относительная разница в массе незначительна.
Примеры других схем.
ООО Научно-производственным предприятием "АГРОПРИБОР" разработан прибор для обработки воды, очистки и предотвращения образования твердых отложений на рабочих поверхностях элементов систем водоподготовки и водоснабжения.
Устройство для электромагнитной обработки воды (фиг.1) содержит блок 1 генерации сигналов (БГС), состоящий из последовательно включенных микроконтроллера 2 и усилителя 3 мощности, блок 4 управления, блок 5 индикации, источник 6 питания, трансформатор 7 тока в виде индуктивного элемента 8 и эластичного магнитопровода 9, технологический объект 10 с магнитопроводящей поверхностью 11 и шину 12 управления.
Первый, второй и третий выводы блока 4 управления подключены к выводам микроконтроллера 2, усилителя 3 мощности и блока 5 индикации, а управляющий вход подключен к шине 12 управления. Микроконтроллер 2 через усилитель 3 мощности подключен к выводам индуктивного элемента 8 трансформатора 7 тока, радиально закрепленного на магнитопроводящей поверхности 11 технологического объекта 10 посредством эластичного магнитопровода 9. Второй информационный вывод микроконтроллера 2 подключен к другому входу блока 5 индикации. При этом его силовые выводы, силовые выводы микроконтроллера 2 и усилителя 3 БГС 1 подсоединены к соответствующим выходам источника 6 питания.
Подробнее о принципе работы данного устройства можно прочитать тут.
Еще один патент с подобным агрегатом находится тут.
Устройство для электромагнитной обработки воды и водных сред состоит из электронного блока 1, включающего два гальванически развязанных четырехканальных генератора 2, 3 электромагнитных импульсов вырабатывающих прямой и инверсный сигналы. К генераторам 2,3 электромагнитных импульсов подключены индукторы 4, выполнены из диамагнитного материала. Индукторы 4 охватывают трубопровод 5. Каждый из индукторов 4 выполненные в виде витков электрически изолированного провода 6, один конец 7 провода 6 каждого индуктора 4 подключен к одному из выходов 8 генератора электромагнитных импульсов 2, а второй конец 9 провода 6 каждого индуктора 4 подключен к соответствующему выходу 10 генератора электромагнитных импульсов 3. Количество витков электрически изолированного провода 6 в каждом индукторе находится в интервале 24-48 витков. Трубопровод 5 может быть выполнен из различных материалов: стали, пластика, меди, металлопластики.
На трубопроводе 5 попарно монтируются с зазорами друг относительно друга четыре пары индукторов 4. В каждой паре индукторов 4 витки провода 6 одного из индукторов 4 навиты по часовой стрелке, а другого - против часовой стрелки.
Резюме.
Наряду с химической, механической, импульсной очисткой труб от накипи и отложений, в котельных широко используются энергосберегающие технологии, чей принцип основан на особенностях воздействия магнитного поля на воду и растворенные в ней вещества. В отличие от химической очистки, электро-магнитный и магнитный способы более безопасны и экономически выгодны.