關于電磁阻垢裝置在反滲透設備上應用的調查研究

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用效果，并展望其應用前景。

關鍵詞：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 現狀調查

隨著反滲透脫鹽技術在電力、化工和食品等行業生產制水的過程中普及，由于水源的局限性、工藝流程設計的缺陷及水處理化學添加劑（如化學阻垢劑、還原劑、殺菌劑等）的盲目選擇等限制，致使反滲透系統出現了各種各樣的污染結垢問題，嚴重降低了反滲透設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阻垢劑而造成的結垢情況，是影響反滲透使用效果和壽命的重要因素之一。目前，除使用化學阻垢劑外，國內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構傾向。此方面的調查如下。

2 技術簡介

2.1 電磁阻垢裝置原理簡介

通過一定磁場發生方式在反滲透進水管道局部區域產生電磁場，通過使流經水體發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晶過程，控制成垢結晶晶體結構以便去除，從而達到阻垢的目的。

2.2 電磁阻垢裝置原理探究

根據中國礦業大學《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定性與復雜性[1]。而山東大學在《磁場對碳酸鈣結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參數、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影響的研究發現，磁場處理可以使水的電導率增大，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果可以發現，未經磁處理的水結垢雖然速度慢但成垢晶體致密，垢體呈方解石狀;經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%以上的雜質物質濃縮進濃水，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構尤為重要。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清洗去除。結垢物質形態變小，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定性與復雜性，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，在國內的部分電力、化工和食品等行業生產制水的過程中得到推廣應用，以下為北京某發電廠使用電磁阻垢劑的實際應用案例。

由某發電廠的使用效果來看，如圖3、圖4所示，其中在進水水質等其他條件相同的情況下，1#反滲透只添化學阻垢劑，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沉積造成。從圖4中明顯可以看出，相比使用化學阻垢劑，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#反滲透只添化學阻垢劑的反滲透二段膜元件壓差出現明顯上升情況，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濟效益：

通過電磁阻垢裝置對成垢結晶的優化，可減少化學阻垢劑的使用量，節約藥劑費用。

由于成垢晶體的松散結構，降低了反滲透清洗難度，節約了清洗藥劑和清洗時間。

采用物理方法替代化學阻垢劑，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，由于不屬于傳統化學阻垢形式，其原理還不為大多數從業人士認可，目前在各個行業也還未得到廣泛應用，但隨著一部分企業的嘗試，電磁阻垢裝置已有和化學阻垢劑搭配使用的良好案例。隨著時間的推移，相信其應用場景會得到進一步拓展，原理研究也會進一步深入，屆時化學阻垢劑的使用量將得到控制，電磁阻垢裝置對環境的友好性也將進一步展現出來。

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].煤炭科學技術，2015（04）：51-55.

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

[3] 王蕓.磁場作用下聚合物的結晶行為[D].沈陽：東北大學，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：北京工業大學，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，2006，32（4）：49-52.

[6] 肖曾利，蒲春生.磁防垢技術及應用發展現狀[J].斷塊油氣田，2010（1）：125-129.