圖1:方解石和霰石
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摩洛哥卡薩布蘭卡哈桑二世大學本·姆西克科學係凝聚態物理實驗室*通訊作者:摩洛哥卡薩布蘭卡哈桑二世大學本·姆西克科學係凝聚態物理實驗室，M.Y. El Hafidi，電子郵件:youssef.elhafidi@univh2c.ma
水垢是一種堅硬的沉積物，它會非常牢固地粘在管道的內表麵上，很難清除。本文研究了磁性水處理對硬水結垢能力的影響，並展示了永磁體如何幫助去除水中現有的垢沉積。我們演示了強磁場如何增加沉積中的文石/方解石比率，從而抑製處理水的結垢潛力。因此，磁水處理加速礦物水垢的結晶，防止它們粘附在管道上。
磁場水處理;永磁體;霰石;存款規模
礦物鹽在所有有機物的代謝中起著極其重要的作用，而有機物是所有生物過程的基礎。從地麵，溶解的礦物質隨後通過我們的管道和設施的水運輸。金屬管道提供了比水更高化學鍵的可能性，並吸引這些礦物質，它們以塔石[1]的形式重新結晶。當碳酸氫鈣可溶性時，Ca(HCO3.）2，變成CaCO3.Tartar，結果是雙重有害的，因為水失去了它的礦化和沉積破壞設施，造成額外的能源消耗(高達25%)和高維護成本[2]。下麵的化學方程式描述了碳酸鈣分解為碳酸鈣的過程:
Ca{\ \[左({HC {O_3}} \右)_2}\對CaC {O_3} {\ rm {}} + O {\ rm {}} {H_2} {\ rm {}} + C{成分}\]
水垢主要由碳酸鈣組成，質地柔軟，是水垢形成的主要原因。為了去除水垢，工業上經常采用化學處理方法來破壞水垢沉積並清潔管道。不幸的是，這種方法有許多缺點:它在金錢和時間上很昂貴，而且對健康有危害。作為一種替代方案，磁處理提供了一種經濟、更有效和更安全的解決方案:它在不影響水的化學結構的情況下改變水的物理性質。
在這項工作中，我們研究了永磁體對水特性的影響，並展示了強磁場如何通過增加混合物中文石:方解石的比例，從水的磁調節前的20:80增加到[3]後的最佳比例80:20，從而幫助去除石灰垢沉積。(圖1顯示了兩種碳酸鈣晶型的區別:方解石為硬垢，文石為軟垢)。
因此，磁水處理加速了礦物沉積物的結晶，防止它們粘附在管道[4]上。
水是無色、無嗅、無味的液體。它是一種極性液體，這意味著它有一個偶極矩，定義如下:在每個分子中，原子及其電子和原子核的排列方式使分子的一部分帶正電，而另一部分帶負電。因此，這樣的分子就變成了一個小偶極子。磁場的變化導致分子向一個或另一個方向旋轉，這取決於磁場負載:獲得更高的正或負電位。在磁場存在的情況下，這些分子的反應與外力的淨電荷有關。
磁性裝置將一個正(+)極帶到管道[5]。這種正電荷在物理上配置了流體，使分子的負極被磁源吸引。因此，產生了一種極化的線性結構重組。活化和放大的分子(磁化)反應像小磁鐵，因為洛倫茲力產生磁流體動力學效應[6](圖2解釋了這一現象)。
圖2:硬水的應用磁場效應
對H2O分子中，氫原子和氧原子的化學鍵由三角形結構變為線性結構。在“線性”磁化狀態下，帶更多電荷的氫(H+)傾向於吸引帶更多負電荷的氧。因此，離子場使水的淨電荷從負電荷(-)變為正電荷(+)。
因此，通過正確聚焦和足夠強大的磁場處理極性流體，我們可以控製影響分子變化的原子的方向效應。更準確地說，磁場增加了小粒子的表麵能量，使它們保持小而易溶。它們形成鈣質沉澱物的傾向大大減少。
通過適當的磁場處理水，碳酸鈣和堅硬的相對礦物(石灰石)的結晶將增加其含水量。當酒石形成時，它的水分較少。在碳酸鈣的情況下，磁效應使晶體完全水化(飽和水)，並將它們變成文石形式。磁處理增加了這種分支晶體結構的含水量，從而削弱了它。
最後，灰岩溶解為較軟的碳酸鈣形成的文石，而老灰岩較硬，因此幾乎不附著在牆體上。這種增加的絮凝物，即更大的顆粒尺寸，仍然懸浮在水中，因此，根據有關的設備(開路或閉路)，它必須通過過濾或漂洗去除。
為了驗證之前的理論，即強磁場增加文石與方解石的比例，我們使用x射線表征和電子顯微鏡對文石和方解石[7]兩種碳酸鈣晶體形態進行了表征。
本實驗的目的是計算無外加磁場和有外加磁場的混合物中文石的濃度。
這個實驗包括兩種不同的水:自來水和當地的礦泉水。水樣的特征如下:表1。
| 參數 | 自來水 | 礦泉水 |
| pH值 | 8.3 | 7.2 |
| 鈣(Ca2 +mg / l) | 57.0 | 12.0 |
| 鎂(毫克2 +mg / l) | 38.6 | 8.7 |
| 鉀(K+mg / l) | 4.2 | 2.8 |
| 鈉(Na+mg / l) | 193.4 | 25.5 |
| 硫酸(所以42 -mg / l) | 96.5 | 41.7 |
| 重碳酸鹽(HCO3.-毫克/升 | 166.0 | 103.7 |
| 氯化(Cl <-毫克/升 | 347.7 | 14.2 |
| 硝酸(不3.-mg / l) | 2．2 | 0．1 |
表1:自來水和礦泉水的特點
每個水被分離成兩個樣品:一個保持完整，另一個在一個流速為1L/min的閉合電路中循環，其中安裝一個含有兩個釹鐵硼永磁體的磁處理裝置，產生約0.3 t的磁場。
得到四種樣品:普通自來水、經磁處理的自來水、普通礦泉水和經磁場處理的礦泉水。每一種類型都要裝十個小瓶子來測量。
使用的技術是x射線衍射(XRD)對文石和方解石這兩種碳酸鈣晶體形式進行分析。使用衍射儀，收集到的數據與兩個晶體的峰形成所謂的衍射圖:
- 文石:111和102
- 方解石:104
圖3為文石和方解石XRD分析實例:
圖3:文石和方解石峰的XRD圖
根據峰麵積理論，即由相的峰的淨表麵給出的積分強度與相的濃度成正比，可以計算文石/方解石比。這個比值是由每個相的衍射線給出的。
係數A被定義為混合物中文石的濃度。A由:
\[= \壓裂{{{I_ {111}} + {I_ {102}}}} {{{I_ {111}} + {I_ {102}} + {I_ {104}}}} {\ rm {}} \]
I:給定峰值的積分強度。結果如下:作為主要結果，a從29%增加到50%(改進了72%)。因此，作為碳酸鈣主要形式的方解石在磁場作用下變成了文石(表2[8])。
| 一個無磁處理的平均 | 一個磁處理平均 | |
| 自來水 | 0.30 | 0.47 |
| 礦泉水 | 0.27 | 0.52 |
| 總計 | 0.29 | 0.50 |
表2:無磁處理和有磁處理的混合物中文石的濃度
采用不同的配置(用電磁鐵代替永磁體，改變磁鐵的排列和流速)進行了類似的實驗測試，得到了相同的結論，即磁水處理影響碳酸鈣沉澱為文石而不是方解石。
然而，最終的結論引發了爭議，因為一些研究認為，通過磁水處理垢垢完全消失，而另一些研究則規定，垢垢仍會發生，但數量更小，更致密和可去除[9]。
設備安裝
我們的磁性裝置包含兩個平行的釹鐵硼磁鐵。圖4給出了管道周圍永磁體的建議配置:為了增強管道內部的磁場，兩個永磁體朝向相同的方向(NS-NS)，產生0.3T的有效磁場。圖5給出了磁通密度
圖4:磁設備配置
圖5:磁通密度
下圖顯示家用熱水器的磁性裝置的安裝情況(圖6):
圖6:家用熱水器上的磁性水處理裝置
磁性裝置安裝在加熱器入口的冷水管上，以防止結垢，增加加熱器的壽命。
磁水對水和設備都有好處
通過施加強磁場，存在於水中的碳酸鈣(溶解的石灰石)不再以酒石結垢的形式結晶。
水分子被修飾和定向，因此石灰石的固定和結晶不再可能。後者將轉化為文石:一種白色粉末，與韃靼相比附著力很低。文石將被機械流和安裝的低點排出。
因此，所有與石灰石晶體形成有關的缺點都可以避免。
因此，這種處理方法減少了化學維護產品(洗滌劑、軟化劑、鹽、洗滌劑)的使用，防止腐蝕，延長設備的壽命，並通過優化的熱交換實現節能。
從水龍頭流出的水是完全可以飲用的，而且可以防止牙垢。它提高了使用熱水的器具的效率，減少了設備的維護費用。
同樣，磁處理對水也有積極的效果:它去除異味，改善水的味道，而不吸收任何鹽和有毒殘留物，同時保留對健康必不可少的礦物質。
水的磁處理的主要思想是讓水通過一個強磁場，碳酸鈣晶體被改變，使它們失去能力，不再產生水垢。這種處理方法不使用過濾器或化學品，而是利用磁場的力量來改變水的特性，以便使它更適合我們的使用。
這些磁性“過濾器”有很多特點:它們不需要排斥一些需要處理的水，因此不會浪費水。事實上，磁處理隻是改變了鈣和鎂的分子，使它們不利於酒石的形成，但水保留了鈣的含量。
強大的永久磁場可以在不需要任何化學物質和任何能量的情況下處理石灰石的有害影響。因此，與其他類型的處理方法不同，它們使使用化學物質不產生廢物成為可能。
磁水處理有不同的應用:它可以用於鍋爐、電熱水器、洗衣機、洗碗機、遊泳池和灌溉係統。
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文章類型:研究文章
引用:M. y . El Hafidi, M. El Hafidi(2017)磁水處理去除現有水垢:理論研究和實驗。國際J水廢水處理3(3):doi http://dx.doi。org/10.16966/2381 - 5299.143
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