迟金宝1邢奕1苍大强1宋存义1张雪峰2
1.北京科技大学环境工程系2.内蒙古科技大学理学院
摘要：磁场水处理技术作为一种物理方法，具有应用方便、投资少、运行费用低、无毒无二次污染等优点，此外该技术还集防垢与除垢、防腐、杀菌、水质净化等多功能于一体，是一种理想的水处理技术。但是自问世以来，该技术就一直存在着有效与无效的争论，众说纷纭，尚无定论。迄今为止，还没有形成严格的理论模型。目前大量研究表明，将水系统一次或多次流经磁场后，磁场可以在某种程度上改变水系统的部分物理化学性质，从而影响水系统中的物理作用与化学反应。在机理分析中，以往的机理解释始终局限于磁场的磁化与极化作用，并认为是洛仑兹力的作用使水的微观结构发生了变化，导致水与离子之间的水合作用改变，或产生界面效应，或使得双电层发生变形等，最终产生了不同的试验效果。运用磁化理论与洛仑兹力虽然可以解释众多试验现象，但是仍然存在着很多无法解释的重要现象，例如，无法解释磁场水处理研究过程中存在着的最佳处理流速现象；磁化与洛仑兹力的作用只是存在于水系统经过磁场的瞬间过程，也没办法解释磁场处理的“记忆性”现象等问题。因此，仅依靠磁化与极化理论还不足以揭示该技术的磁场作用机理，尚需要注入新理论加以完善。大量文献表明，磁场作用能够提高CaCO3结晶过程中的文石含量。由试验结果可知，不同磁场作用于静止的溶液，在溶液中各粒子基本不受洛仑兹力作用的条件下，文石含量较空白样相比均有所提高，直流电磁场作用后文石质量分数提高较小，不足10%，而交变电磁场作用后的文石质量分数有较大提高，均超过40%，且随磁场频率的提高呈上升趋势。本模型的建立，可以很好的补充解释该现象。在直流电磁场中即使流速为0，溶液各粒子的实际运动速度并不等于0，故直流电磁场对晶体的组成仍会产生影响，但影响较小。在交变电磁场中流速为0，感应电动势与频率成正比关系，所以文石含量随频率的提高呈上升趋势。但本模型中的感应电动势只能代表磁场对水系统作用的方式与强弱，还无法建立与具体试验指标的定量关系。本模型的建立对改善磁场水处理装置的性能提供了方向与依据，如对于恒定磁场的磁处理装置应该尽可能加大磁场梯度以改善性能，交变电磁场的磁处理装置应该在不影响磁场强度的条件下，加大磁场变换频率等。结论：磁场水处理技术中，微观电磁感应行为是比洛仑兹力更普遍的物理现象，更能揭示磁场作用机理。能够使粒子发生电子云分布变化的充要条件是，产生微观电磁感应电动势。在恒定磁场的处理系统中，产生微观电磁感应现象依赖磁场梯度与流速的条件，而在非恒定磁场的处理系统中，二者仅是影响因素，不是必要条件。本结论通过不同磁场条件对CaCO3结晶过程中文石生成量的影响研究得到了验证，对磁场水处理装置的设计与应用提供了依据。