一、腐蝕
腐蝕是自然界普遍存在的現(xiàn)象。把一塊擦亮的鐵片放入自來水中,一、二小時(shí)后便可以看到它生銹了。
經(jīng)研究表明,金屬生銹的原因是水中存在的氧化性物質(zhì),如水中的氧氣和其它的氧化劑。金屬在水中的腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過程。氧發(fā)生陰極還原反應(yīng):O2/2 H2 2e→2OH-而金屬則發(fā)生陽(yáng)極氧化反應(yīng),如:Fe→F2 2e這種腐蝕形式會(huì)在所有的水—金屬表面無休止地進(jìn)行著。陰、陽(yáng)極反應(yīng)的產(chǎn)物在靜電的作用下相互遷移和擴(kuò)散,最終形成腐蝕產(chǎn)物。如:Fe2 2HO-=Fe(OH)2,它再經(jīng)過氧化反應(yīng)生成Fe(OH)3,脫水后即成為銹Fe2O3。鋼鐵在普通的自來水中的腐蝕速度約1毫米/年。腐蝕產(chǎn)物累積在金屬的表面阻礙了水的傳熱的正常進(jìn)行。
二、結(jié)垢
造成結(jié)垢的主要原因是水中存在著具有反常溶解度的微溶鹽類,它們?cè)趥鳠徇^程中從水中沉積到金屬的表面上來。對(duì)于循環(huán)冷卻水系統(tǒng),冷卻水在不斷循環(huán)使用過程中,由于溫度升高,水流速度的變化,水的蒸發(fā),各種無機(jī)離子和有機(jī)物不斷地被濃縮,冷卻塔在室外受到陽(yáng)光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的飄落,以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用,會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水垢附著,而且會(huì)越積越厚,水垢的生長(zhǎng)除了縮小水的通道以外,主要是阻礙了傳熱。水垢還經(jīng)常會(huì)發(fā)生快速的垢下腐蝕。
三、微生物
冷卻水中的微生物,一般是指細(xì)菌和藻類。由于循環(huán)冷卻水中含有微生物賴以生存的營(yíng)養(yǎng)成分 含量較多,氧氣充足,日光照射,水溫適宜等條件,致使它大量的繁殖。大量細(xì)菌分泌出的粘液,像粘合劑一樣,能使水中飄浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等粘附在一起,形成粘糊糊的污泥,這些物質(zhì)積附在設(shè)備管壁上,除了形成氧濃差電池生成鹽酸外,還會(huì)使冷卻水的流量減少,從而降低了換熱器的冷卻效率,微生物的危害是十分嚴(yán)重的,它生長(zhǎng)快,生命期短,它的新陳代謝產(chǎn)物像粘結(jié)劑一樣把水中的懸浮物連同水垢一起沉積到金屬表面成為很難處理的生物粘泥。有的微生物還專門以食金屬為生或其新陳代謝產(chǎn)物腐蝕金屬。
以上三個(gè)問題是相互促進(jìn)和關(guān)連的,腐蝕產(chǎn)物會(huì)催化結(jié)垢而且本身也是一種沉積物。垢下會(huì)加快局部腐蝕,生物粘泥會(huì)加快成垢速度而且與垢混雜在一起,又會(huì)造成腐蝕。
為了解決水系統(tǒng)中存在的腐蝕、結(jié)垢、微生物三大問題,人們一直在探索一種高效、經(jīng)濟(jì)、安全的防腐、防垢除垢、殺菌滅藻的物理方法。
1945年比利時(shí)工程師韋梅化侖(Vermeiren)發(fā)現(xiàn)通過3000高斯磁場(chǎng)的水具有防垢除垢的特征。人們以此理論開發(fā)出了用永久磁鐵做成的第一代水處理產(chǎn)品。具有無需人管,無需加藥,無需通電,無污染,節(jié)能型的防垢除垢設(shè)備,開創(chuàng)物理法的先河。但是他有一個(gè)致命的弱點(diǎn):退磁。金屬管路形成磁路導(dǎo)致退磁較快,剛開始使用效果良好,一年半載后效果逐漸減退,直至無效。
為了消除退磁的弱點(diǎn),用電磁鐵代替永久磁鐵開發(fā)出了第二代產(chǎn)品。其缺點(diǎn)是需要較大的電流,導(dǎo)致線圈發(fā)熱,不能連續(xù)工作,且耗能較大。既然磁鐵能防垢除垢,電場(chǎng)是否也能達(dá)到防垢除垢的效果呢？人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)3500V以上高壓靜電處理過的水同樣具有防垢除垢、防腐阻銹的作用,同時(shí)還具有殺菌滅藻功能。它克服了前一代產(chǎn)品的缺點(diǎn)卻產(chǎn)生了新的缺點(diǎn):絕緣材料在水中易老化,設(shè)備常需檢修;而且高壓電容易對(duì)其他控制設(shè)備產(chǎn)生影響。為了克服以上缺點(diǎn),人們研制成功了利用電解法的第四代產(chǎn)品。由一根金屬陽(yáng)極和筒體陰極組成,在極間加10-20V的直流電,形成電場(chǎng)以達(dá)到處理水的目的,其弱點(diǎn)是陽(yáng)極由于氧化易腐蝕,需經(jīng)常更換,水處理量不大。
第五代產(chǎn)品對(duì)水施以高頻電磁場(chǎng)以達(dá)到防垢除垢,防腐阻銹的目的。它克服了前四代的缺點(diǎn),且具有水處理量大,效果穩(wěn)定,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
高頻電磁場(chǎng)是集高頻、電磁場(chǎng)于一身,是由高頻電路產(chǎn)生的高頻電磁振蕩在固定的兩極間形成一定強(qiáng)度的高頻電磁場(chǎng),水通過高頻電磁場(chǎng)時(shí),水分子作為偶極子被不斷反復(fù)極化而產(chǎn)生扭曲、變形、反轉(zhuǎn)、振動(dòng),且與外加電磁場(chǎng)共振使其分子運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),從而使原來締合形成的各種綜合鏈狀、團(tuán)狀大分子(H2O)n分解成單個(gè)水分子最后形成比較穩(wěn)定的雙水分子(H2O)2,增加了水的活性,改變了水分子與其他離子的結(jié)合狀態(tài),使CaCO3晶體析出的時(shí)間拖后,并以細(xì)小的顆粒析出,而不形成堅(jiān)硬的水垢。
細(xì)菌在高頻電場(chǎng)作用下,細(xì)胞壁和細(xì)胞膜受到嚴(yán)重的損傷,不能在水中繼續(xù)生存、繁殖,而達(dá)到殺菌目的。水中正負(fù)離子受到電場(chǎng)力作用下而運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生微電流,微電流一方面阻止Fe失去電子變成Fe2 離子,另一方面開始生成的鐵銹與微電流反應(yīng)生成致密的保護(hù)膜,從而防止鐵管的再腐蝕。以上五代產(chǎn)品都利用電磁場(chǎng)來達(dá)到防垢除垢,防腐阻銹的目的。
水處理技術(shù)的防垢除垢的統(tǒng)一機(jī)理應(yīng)是水分子的有序化,導(dǎo)致水分子電偶極矩的的增大,加強(qiáng)了水分子與鈣鎂離子的結(jié)合力,從而使水對(duì)鈣鎂離子的溶解力大大提高,達(dá)到了防垢除垢的目的。
若所加的是高頻電磁場(chǎng),同樣會(huì)導(dǎo)致水分子和正負(fù)離子的有序化,其原理類似于電泳,雖然電極在作不斷正負(fù)變化。但電場(chǎng)只有作兩個(gè)方向的變化,有極分子在這樣的電場(chǎng)力作用下,只好作整齊的排列,正負(fù)相接,最后的極化方向決定于水離開電場(chǎng)作用時(shí)那一瞬間的電場(chǎng)方向,事實(shí)上電場(chǎng)方向的變化更有利于水分子的有序化。值得注意的是交變電場(chǎng)變化頻率太低,則有直流電差別不大, 若頻率太高,則水分子由于慣性來不及響應(yīng),效果反而差,所以存在一個(gè)最佳頻率范圍。
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