工業(yè)用水由于存在著鈣鹽和鎂鹽，通常在加熱到 35 度以上時，就會析出針狀結晶體，并牢固的附著在器 壁上，形成一層厚厚的水垢。通化水處理設備水垢的導熱系數(shù)很低，只有鋼材的 1/15~1/100 ，因此水垢的存在將大大降低熱效率，浪費能源，嚴重時還會引 起管路的堵塞，甚至出現(xiàn)由于傳熱的不均勻，引起器壁熱膨脹的不均勻，導致管壁破裂爆炸，因此水垢的存在危害極大。

傳 統(tǒng)上利用離子交換法去除水中的鈣鎂離子達到防垢的效果，或利用化學清洗法作為除垢的方法，這類化學方法的優(yōu)點是效果明顯，見效快，但 存在著設備投資大，或腐蝕管道，引起環(huán)境污染，在清洗的過程中需要停機等缺點。因此人們一直在探索著簡單有效的物理方法，以代替成本 高，有污染的化學方法。物理方法自產生到現(xiàn)在，經歷了更新?lián)Q代。

機理探討

根據電場、磁場、電磁場的共同特性，電磁水處理技術的防 垢除垢的統(tǒng)一機理應是水分子的有序化，導致水分子電偶極矩的增大，加強了水分子與鈣鎂離子的結合力，從而使水對鈣鎂離子的溶解力大大 提高，達到防垢除垢的目的。水分子是有極分子，在電場力的作用下，將作定向排列。同時極板對正負離子產生一 定的吸附作用，但由于水在流動，電場作用時間有限，所以吸附是次要的，主要效應是有序化。若所加的是靜電場由于水的介電常數(shù) ε =78 較大，水中的電場強度比絕緣層中的電場要小幾十倍，而且由于水中正負離子的存在逐漸吸附到電極上，將大大抵消靜電場的作用，因此要達 到一定的有序化程度需要較高的靜電場，而且要有一定的作用時間。

若所加的高頻電磁場 ，同樣會導致水分子和正負離子的有序化，其原理類似于電泳，雖然電極在作不斷的正負變化。但電場只有作兩個方向的變化，有極分子在這 樣的電場力作用下，只好作整齊的排列，正負相接，極化方向決定于水離開電場作用時那一瞬間的電場方向，事實上電場方向的變化更 有利于水分子的有序化。這好比鐵粉放在玻璃板上，玻璃板下放磁鐵一般會導致鐵粉的有序化，但若磁鐵轉動一下方向使得鐵粉間有相對的運 動，結果更容易達到鐵粉的有序化，道理是一樣的。值得注意的是交變電場變化頻率太低，則與直流電差別不大，若頻率太高，則水分子由于 慣性來不及響應，效果反而差，所以存在一個佳頻率范圍。

前面指出水分子由于是有極分子，在外加電場、磁場 或交變電場的作用下會出現(xiàn)有序化，不分子有序化后又是怎樣達到防垢除垢作用的呢?

水分子在外加電磁場的作用 下是以分子電偶極矩的方向作有序化排列的，鈣離子在水分子包圍下也將有序地分布于其中，分子電偶極矩的增大，加強了水分子與鈣、鎂離 子的結合力，減少形成鈣鹽、鎂鹽的機會，從而減少了結垢幾率，另減少了相互碰撞凝聚的機會，從而提高了水對鈣鎂離子的溶解力。

水分子按電偶極矩方向的有序化，使得水體產生取向極化。由于氫鍵的形成，這種取向極化具有“記憶”效應，在水體離 開電場作用以后，仍能保持一定時間的局部有序化，并在界面上出現(xiàn)剩余束縛電荷。束縛電荷碰撞到已結垢于管壁上的鈣鹽、鎂鹽，將使它們 轉人為易于不的氫氧化物;這些束縛電荷的存在也有利于水滲透到結垢內部，使大塊的結垢物松化變細，從管壁上脫落，達到除垢的效果
實驗現(xiàn)象及解釋

我們對電子除垢儀進行了長期的試驗，并對該設備的用戶作了跟蹤調查，發(fā)現(xiàn)設備對水連續(xù) 循環(huán)處理后，與對照組比較，處理組水對鈣鎂離子的溶解力有明顯提高，結垢量顯著減少;處理前后對照電導率有確定提高， PH 值略有上升 ，混濁度明顯下降，水質變清;經過電磁場處理的水可以保持數(shù)小時的防垢除垢效果;對高溫水的處理效果不及對低溫水的處理效果，當水溫 達到沸點時效果不大。

處理后的水對鈣鎂離子溶解力的增強和水垢減少現(xiàn)象，上節(jié)已作詳細分析。主要是高頻電磁 場對水的作用使得水分子按其電偶極矩矢量方向作有序化排列，增強了水分子對鈣鎂離子的結合力，從而達到水與鈣鎂離子溶解力的提高，并 達到防垢除垢效果。由于鈣鎂離子濃度的提高，自然有導電率的增加和 PH 值的上升。由于雜質離子被有序化的水分子分隔包圍，不能凝結成 團，導致混濁度下降，水質變清。水經過長時間的流動，各分子團間會相互碰撞失去所有的有序化恢復到原有狀態(tài)，失去防垢除垢的作用 。但若在有序化被破壞掉之前重新加上電磁場給予有序化，即循環(huán)或多次處理，則防垢除垢作用就會持續(xù)下去。水溫升高，意味著水分子熱運 動的加劇，一方面將破壞水分子的有序化，另一方面也促進雜質離子碰撞而結垢。因此溫度的升高將縮短防垢的持續(xù)時間。溫度達到一定程度 如沸點，將使防垢除垢效果完全喪失。

討論

從前面的分析可知，通過高頻電磁場對中央空調系統(tǒng)，各種冷卻系 統(tǒng)，熱交換系統(tǒng)等的循環(huán)水進行處理會產生防垢除垢、變清水質的效果。它與化學清洗法比較具有無污染，無需停機，費用低的優(yōu)點。與離子 交換法比較具有投資少，無需管理，免維修，費用低等優(yōu)點。但也有它的缺點。因為此方法只是提高了水對鈣、鎂離子的溶解力，減少了鈣鹽 、鎂鹽的結垢幾率，并沒有減少雜質離子的濃度。因此對水的純度要求較高的某些工業(yè)用水，此法不可行，而且即使對純度沒有要求但工作溫 度很高的場合(如高溫鍋爐)此法也不適用。

從前節(jié)分析可知，所加高頻在電磁場存在著電場強度和頻率的佳值 。要使水分子有序化排列需要一定的電場強度的理所當然的，但也不是強度越大越好，因為當大部分水分子都有序化以后再增加強度將是得不 償失的。前面已討論過高頻電磁場更有利于水分子的有序化，但水分子存在著轉動慣量，它有一個幾百兆赫以上的本征轉動頻率(與所加電場 強度有關)，所加電磁場的頻率超過此本征頻率，水分子就來不及跟著轉動，有序化效果將更差。

由于水分子由微 弱的氫鍵結合而成大分子團，其結構是動態(tài)的且對外界的變化很敏感，因此對水分子團的研究是世界性難題，對其作深入研究，揭開水的奧秘 ，開發(fā)水的功能還有大量的工作要做。

高頻電場磁化水在防垢、殺菌方面的研究

水處理技術 有離子交換、蒸餾、膜處理等方法，它們能較徹底除去水中陰、陽離子，達到防止結垢的目的，而有些低壓、低溫設備，只需達到防止結垢， 且投資愈省愈好，此類水處理無須以上方法，靜電在低溫低壓水處理上有廣泛的應用。

高頻電磁場是集高頻、電磁 場與一身，是由電子電路產生的高頻電磁震蕩在固定的兩極間形成一定強度的高頻電磁場，水通過高頻電磁場時，水分子作為偶級子被不斷反 復極化而產生扭曲、變形、反轉、震動，且與外加電磁場共振使其分子運動加強，從而使原來締合形成的各種綜合鏈狀、團狀大分子( H 2 O ) n 解離成單個水分子，形成比較穩(wěn)定的雙水分子( H 2 O ) 2 ，增加了水的活性，改變了水分子與其他離子的結合狀態(tài)，使碳酸鈣晶 體析出的時間拖后，并以細小的顆粒析出，而不形成堅硬的水垢。細菌在高頻電場作用下，細胞壁和細胞膜受到嚴重的損傷，不能繼續(xù)在水中 生長、繁殖，而達到殺菌的目的。

實驗裝置

實驗裝置由高頻電磁場發(fā)生器、絕緣內筒、正極、外筒、絕緣層組成， 內筒有正極，外筒接負極

實驗

實驗條件

高頻電磁場發(fā)生器產生 16Mhz 的頻率， 60V 的電場，平均場強為 300V/cm ，作用時間為 0.5s ，室溫 21 ℃，設備輸出功 率為 15W 。

阻垢實驗

不同硬度和不同甲基橙堿度的水樣，分別通過電磁場后，取 500ml ， 快速升溫到 100 ℃后降到室溫，用定量濾紙過濾，取過濾水樣 100ml ，用 EDTA 滴定水中的硬度，計算高頻電磁場水減少結垢量與正常結垢 量的比(即阻垢率)，與 a 和原水硬度的關系( a= 堿度 / 硬度(摩爾比)，硬度 H=1/2[Ca 2+ ]+[Mg 2+ ] )。

結論

⑴濁度比較。在低溫時，濁度沒有差別。當溫度升到 75 ℃以上時，原水開始渾濁，高頻電磁場磁化水較清，繼續(xù)加熱保 持 100 ℃， 4min 后，高頻電磁場磁化水也開始渾濁。即高頻電磁場磁化水延續(xù)水垢析出 2~3min (水硬度為 9.6mmol/L ，堿度為 4.2mmol/L )。

⑵當把高頻電磁場磁化水與原水同樣升溫煮沸一段時間后，高頻電磁場磁化水水杯上水垢明顯少于原水水杯上水垢。

⑶當原水堿度升高時，高頻電磁場磁化水阻垢效果明顯降低，當原水硬度增大時，其阻垢效果也明顯減低，在硬度小于 300mg/L (以 CaCO 3 計)， a 小于 0.5 時，阻垢效果很明顯。

⑷高頻電磁場磁化水殺菌率在 95% 以上，隨頻率的升高，殺菌效果也明顯增強。

⑸水系統(tǒng) 在高頻電場作用下發(fā)生的變化，隨電場強度、頻率的變化而變化(頻率變化對水系統(tǒng)的作用有待進一步研究)，它防垢和殺菌方面的作用在工 業(yè)循環(huán)水上有較大的應用價值。重慶水處理設備