林元書

摘 要：文章通過對電磁阻垢裝置原理的深入探究，分析磁場對水體、成垢晶體的影響，以及電磁阻垢裝置在實際中的應(yīng)用效果，并展望其應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電磁阻垢;反滲透;張力;成垢晶體

中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）04-016-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.008

1 現(xiàn)狀調(diào)查

隨著反滲透脫鹽技術(shù)在電力、化工和食品等行業(yè)生產(chǎn)制水的過程中普及，由于水源的局限性、工藝流程設(shè)計的缺陷及水處理化學(xué)添加劑（如化學(xué)阻垢劑、還原劑、殺菌劑等）的盲目選擇等限制，致使反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)了各種各樣的污染結(jié)垢問題，嚴重降低了反滲透設(shè)備的使用效果及使用壽命。其中，由于使用不兼容的反滲透化學(xué)阻垢劑而造成的結(jié)垢情況，是影響反滲透使用效果和壽命的重要因素之一。目前，除使用化學(xué)阻垢劑外，國內(nèi)還可通過加裝電磁阻垢裝置的方式降低反滲透膜通水的結(jié)構(gòu)傾向。此方面的調(diào)查如下。

2 技術(shù)簡介

2.1 電磁阻垢裝置原理簡介

通過一定磁場發(fā)生方式在反滲透進水管道局部區(qū)域產(chǎn)生電磁場，通過使流經(jīng)水體發(fā)生離子表面電量微弱變化和降低水的表面張力、改變成垢顆粒表面能等手段控制結(jié)晶過程，控制成垢結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)以便去除，從而達到阻垢的目的。

2.2 電磁阻垢裝置原理探究

根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)《外加磁場與表面活性劑對水表面張力影響程度對比》研究表明：外加磁場在一定磁處理參數(shù)下，能夠降低水的表面張力，降低至原值的7.2%～27.1%，磁處理后平均表面張力一般為50mN/m～60mN/m;外加磁場對水表面張力的影響程度要明顯弱于表面活性劑，表面活性劑降低幅度可為外加磁場的1.5～4.0倍以上;外加磁場改變水的張力具有不穩(wěn)定性與復(fù)雜性[1]。而山東大學(xué)在《磁場對碳酸鈣結(jié)晶過程影響的實驗研究》中提到，影響磁場作用效果的因素主要為水質(zhì)參數(shù)、磁處理時間和磁場強度[2]。磁場的作用效果隨著磁處理時間和磁場強度的增加而加強。通過磁場對水的性質(zhì)影響的研究發(fā)現(xiàn)，磁場處理可以使水的電導(dǎo)率增大，表面張力和粘度均減小，使水的活性增大，溶液中生成的碳酸鈣微晶不易聚集成大顆粒，從而起到防垢的作用。另外，由于水的活性提高，碳酸鈣在水中的溶解度有所增大，從而達到磁場除垢的目的[3-4]。

通過掃描電鏡的觀察結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)磁處理的水結(jié)垢雖然速度慢但成垢晶體致密，垢體呈方解石狀;經(jīng)過外加磁場磁處理后的水，成垢速度明顯加快，但成垢晶體小且松散，呈球散石狀，如圖1、圖2所示。

根據(jù)反滲透的特性，不管成垢晶體以何種形式存在，最終都有95%以上的雜質(zhì)物質(zhì)濃縮進濃水，而在這個過程中也會有極少部分成垢晶體被壓實在膜元件表面，這就使被壓實成垢晶體結(jié)構(gòu)尤為重要。由于磁處理后成垢晶體呈蓬松狀、比表面積更大，導(dǎo)致即使被壓實在膜元件表面，磁處理后的成垢晶體也比較容易通過沖洗或化學(xué)清洗去除。結(jié)垢物質(zhì)形態(tài)變小，在日常使用中即使不添加清洗藥劑，也較易于通過水體的沖刷作用而被帶走。但由于外加磁場對水的張力影響較弱，加之其影響具有不穩(wěn)定性與復(fù)雜性，電磁阻垢裝置的安裝位置不宜距離反滲透裝置過遠[5]。

3 使用效果

目前，電磁阻垢劑已逐步完成理論研究，在國內(nèi)的部分電力、化工和食品等行業(yè)生產(chǎn)制水的過程中得到推廣應(yīng)用，以下為北京某發(fā)電廠使用電磁阻垢劑的實際應(yīng)用案例。

由某發(fā)電廠的使用效果來看，如圖3、圖4所示，其中在進水水質(zhì)等其他條件相同的情況下，1#反滲透只添化學(xué)阻垢劑，2#反滲透只用電磁阻垢裝置，采用電磁阻垢裝置和添加化學(xué)阻垢劑對反滲透一段膜元件壓差的影響并不明顯，而主要差異體現(xiàn)在反滲透二段膜元件的壓差上，主要原因是反滲透一段膜元件壓差，主要由反滲透系統(tǒng)進水中的懸浮物、

微生物等引起，而反滲透二段膜元件壓差主要由垢類物質(zhì)沉積造成。從圖4中明顯可以看出，相比使用化學(xué)阻垢劑，使用電磁阻垢裝置的反滲透二段膜元件壓差得到了有效抑制。1#反滲透只添化學(xué)阻垢劑的反滲透二段膜元件壓差出現(xiàn)明顯上升情況，斜率為0.06Mpa/百天，而2#反滲透只用電磁阻垢裝置的反滲透二段膜元件壓差未出現(xiàn)明顯上升情況，斜率僅為0.02Mpa/百天。

通過實際的使用情況來看，電磁阻垢具有以下經(jīng)濟效益：

通過電磁阻垢裝置對成垢結(jié)晶的優(yōu)化，可減少化學(xué)阻垢劑的使用量，節(jié)約藥劑費用。

由于成垢晶體的松散結(jié)構(gòu)，降低了反滲透清洗難度，節(jié)約了清洗藥劑和清洗時間。

采用物理方法替代化學(xué)阻垢劑，減少了新的污染物進入水體，有效提高了廢水排放達標率，降低了環(huán)保違法隱患[6]。

與沒有用電磁阻垢裝置的反滲透相比，即使壓差到了同樣的情況，采用電磁阻垢裝置的反滲透膜由于其表面為疏松垢類，也比較容易通過沖洗和化學(xué)清洗去除。這樣，可以減少清洗藥劑的使用和排放量，并且在一定程度上延長了二段反滲透膜元件的使用壽命。

4 前景展望

電磁阻垢裝置是近幾年新興的阻垢方式，由于不屬于傳統(tǒng)化學(xué)阻垢形式，其原理還不為大多數(shù)從業(yè)人士認可，目前在各個行業(yè)也還未得到廣泛應(yīng)用，但隨著一部分企業(yè)的嘗試，電磁阻垢裝置已有和化學(xué)阻垢劑搭配使用的良好案例。隨著時間的推移，相信其應(yīng)用場景會得到進一步拓展，原理研究也會進一步深入，屆時化學(xué)阻垢劑的使用量將得到控制，電磁阻垢裝置對環(huán)境的友好性也將進一步展現(xiàn)出來。

參考文獻

[1] 聶百勝，郭建華，袁少飛，等.外加磁場與表面活性劑對水表面張力影響程度對比[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015（04）：51-55.

[2] 宋甲甲.磁場對碳酸鈣結(jié)晶過程影響的實驗研究[D].濟南：山東大學(xué)，2015.

[3] 王蕓.磁場作用下聚合物的結(jié)晶行為[D].沈陽：東北大學(xué)，2008.

[4] 吳智慧.電磁抗垢裝置的研制及抗垢機理的實驗研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2005.

[5] 吳智慧，陳永昌，邢小凱，等.電磁抗垢機理的實驗研究[J].水處理技術(shù)，2006，32（4）：49-52.

[6] 肖曾利，蒲春生.磁防垢技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀[J].斷塊油氣田，2010（1）：125-129.