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摘 要：文章通过对电磁阻垢装置原理的深入探究，分析磁场对水体、成垢晶体的影响，以及电磁阻垢装置在实际中的应用效果，并展望其应用前景。
关键词：电磁阻垢;反渗透;张力;成垢晶体
中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）04-016-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.008
1 现状调查
随着反渗透脱盐技术在电力、化工和食品等行业生产制水的过程中普及，由于水源的局限性、工艺流程设计的缺陷及水处理化学添加剂（如化学阻垢剂、还原剂、杀菌剂等）的盲目选择等限制，致使反渗透系统出现了各种各样的污染结垢问题，严重降低了反渗透设备的使用效果及使用寿命。其中，由于使用不兼容的反渗透化学阻垢剂而造成的结垢情况，是影响反渗透使用效果和寿命的重要因素之一。目前，除使用化学阻垢剂外，国内还可通过加装电磁阻垢装置的方式降低反渗透膜通水的结构倾向。此方面的调查如下。
2 技术简介
2.1 电磁阻垢装置原理简介
通过一定磁场发生方式在反渗透进水管道局部区域产生电磁场，通过使流经水体发生离子表面电量微弱变化和降低水的表面张力、改变成垢颗粒表面能等手段控制结晶过程，控制成垢结晶晶体结构以便去除，从而达到阻垢的目的。
2.2 电磁阻垢装置原理探究
根据中国矿业大学《外加磁场与表面活性剂对水表面张力影响程度对比》研究表明：外加磁场在一定磁处理参数下，能够降低水的表面张力，降低至原值的7.2%～27.1%，磁处理后平均表面张力一般为50mN/m～60mN/m;外加磁场对水表面张力的影响程度要明显弱于表面活性剂，表面活性剂降低幅度可为外加磁场的1.5～4.0倍以上;外加磁场改变水的张力具有不稳定性与复杂性[1]。而山东大学在《磁场对碳酸钙结晶过程影响的实验研究》中提到，影响磁场作用效果的因素主要为水质参数、磁处理时间和磁场强度[2]。磁场的作用效果随着磁处理时间和磁场强度的增加而加强。通过磁场对水的性质影响的研究发现，磁场处理可以使水的电导率增大，表面张力和粘度均减小，使水的活性增大，溶液中生成的碳酸钙微晶不易聚集成大颗粒，从而起到防垢的作用。另外，由于水的活性提高，碳酸钙在水中的溶解度有所增大，从而达到磁场除垢的目的[3-4]。
通过扫描电镜的观察结果可以发现，未经磁处理的水结垢虽然速度慢但成垢晶体致密，垢体呈方解石状;经过外加磁场磁处理后的水，成垢速度明显加快，但成垢晶体小且松散，呈球散石状，如图1、图2所示。
根据反渗透的特性，不管成垢晶体以何种形式存在，最终都有95%以上的杂质物质浓缩进浓水，而在这个过程中也会有极少部分成垢晶体被压实在膜元件表面，这就使被压实成垢晶体结构尤为重要。由于磁处理后成垢晶体呈蓬松状、比表面积更大，导致即使被压实在膜元件表面，磁处理后的成垢晶体也比较容易通过冲洗或化学清洗去除。结垢物质形态变小，在日常使用中即使不添加清洗药剂，也较易于通过水体的冲刷作用而被带走。但由于外加磁场对水的张力影响较弱，加之其影响具有不稳定性与复杂性，电磁阻垢装置的安装位置不宜距离反渗透装置过远[5]。
3 使用效果
目前，电磁阻垢剂已逐步完成理论研究，在国内的部分电力、化工和食品等行业生产制水的过程中得到推广应用，以下为北京某发电厂使用电磁阻垢剂的实际应用案例。
由某发电厂的使用效果来看，如图3、图4所示，其中在进水水质等其他条件相同的情况下，1#反渗透只添化学阻垢剂，2#反渗透只用电磁阻垢装置，采用电磁阻垢装置和添加化学阻垢剂对反渗透一段膜元件压差的影响并不明显，而主要差异体现在反渗透二段膜元件的压差上，主要原因是反渗透一段膜元件压差，主要由反渗透系统进水中的悬浮物、
微生物等引起，而反渗透二段膜元件压差主要由垢类物质沉积造成。从图4中明显可以看出，相比使用化学阻垢剂，使用电磁阻垢装置的反渗透二段膜元件压差得到了有效抑制。1#反渗透只添化学阻垢剂的反渗透二段膜元件压差出现明显上升情况，斜率为0.06Mpa/百天，而2#反渗透只用电磁阻垢装置的反渗透二段膜元件压差未出现明显上升情况，斜率仅为0.02Mpa/百天。
通过实际的使用情况来看，电磁阻垢具有以下经济效益：
通过电磁阻垢装置对成垢结晶的优化，可减少化学阻垢剂的使用量，节约药剂费用。
由于成垢晶体的松散结构，降低了反渗透清洗难度，节约了清洗药剂和清洗时间。
采用物理方法替代化学阻垢剂，减少了新的污染物进入水体，有效提高了废水排放达标率，降低了环保违法隐患[6]。
与没有用电磁阻垢装置的反渗透相比，即使压差到了同样的情况，采用电磁阻垢装置的反渗透膜由于其表面为疏松垢类，也比较容易通过冲洗和化学清洗去除。这样，可以减少清洗药剂的使用和排放量，并且在一定程度上延长了二段反渗透膜元件的使用寿命。
4 前景展望
电磁阻垢装置是近几年新興的阻垢方式，由于不属于传统化学阻垢形式，其原理还不为大多数从业人士认可，目前在各个行业也还未得到广泛应用，但随着一部分企业的尝试，电磁阻垢装置已有和化学阻垢剂搭配使用的良好案例。随着时间的推移，相信其应用场景会得到进一步拓展，原理研究也会进一步深入，届时化学阻垢剂的使用量将得到控制，电磁阻垢装置对环境的友好性也将进一步展现出来。
参考文献
[1] 聂百胜，郭建华，袁少飞，等.外加磁场与表面活性剂对水表面张力影响程度对比[J].煤炭科学技术，2015（04）：51-55.
[2] 宋甲甲.磁场对碳酸钙结晶过程影响的实验研究[D].济南：山东大学，2015.
[3] 王芸.磁场作用下聚合物的结晶行为[D].沈阳：东北大学，2008.
[4] 吴智慧.电磁抗垢装置的研制及抗垢机理的实验研究[D].北京：北京工业大学，2005.
[5] 吴智慧，陈永昌，邢小凯，等.电磁抗垢机理的实验研究[J].水处理技术，2006，32（4）：49-52.
[6] 肖曾利，蒲春生.磁防垢技术及应用发展现状[J].断块油气田，2010（1）：125-129.
关键词：电磁阻垢;反渗透;张力;成垢晶体
中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）04-016-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.008
1 现状调查
随着反渗透脱盐技术在电力、化工和食品等行业生产制水的过程中普及，由于水源的局限性、工艺流程设计的缺陷及水处理化学添加剂（如化学阻垢剂、还原剂、杀菌剂等）的盲目选择等限制，致使反渗透系统出现了各种各样的污染结垢问题，严重降低了反渗透设备的使用效果及使用寿命。其中，由于使用不兼容的反渗透化学阻垢剂而造成的结垢情况，是影响反渗透使用效果和寿命的重要因素之一。目前，除使用化学阻垢剂外，国内还可通过加装电磁阻垢装置的方式降低反渗透膜通水的结构倾向。此方面的调查如下。
2 技术简介
2.1 电磁阻垢装置原理简介
通过一定磁场发生方式在反渗透进水管道局部区域产生电磁场，通过使流经水体发生离子表面电量微弱变化和降低水的表面张力、改变成垢颗粒表面能等手段控制结晶过程，控制成垢结晶晶体结构以便去除，从而达到阻垢的目的。
2.2 电磁阻垢装置原理探究
根据中国矿业大学《外加磁场与表面活性剂对水表面张力影响程度对比》研究表明：外加磁场在一定磁处理参数下，能够降低水的表面张力，降低至原值的7.2%～27.1%，磁处理后平均表面张力一般为50mN/m～60mN/m;外加磁场对水表面张力的影响程度要明显弱于表面活性剂，表面活性剂降低幅度可为外加磁场的1.5～4.0倍以上;外加磁场改变水的张力具有不稳定性与复杂性[1]。而山东大学在《磁场对碳酸钙结晶过程影响的实验研究》中提到，影响磁场作用效果的因素主要为水质参数、磁处理时间和磁场强度[2]。磁场的作用效果随着磁处理时间和磁场强度的增加而加强。通过磁场对水的性质影响的研究发现，磁场处理可以使水的电导率增大，表面张力和粘度均减小，使水的活性增大，溶液中生成的碳酸钙微晶不易聚集成大颗粒，从而起到防垢的作用。另外，由于水的活性提高，碳酸钙在水中的溶解度有所增大，从而达到磁场除垢的目的[3-4]。
通过扫描电镜的观察结果可以发现，未经磁处理的水结垢虽然速度慢但成垢晶体致密，垢体呈方解石状;经过外加磁场磁处理后的水，成垢速度明显加快，但成垢晶体小且松散，呈球散石状，如图1、图2所示。
根据反渗透的特性，不管成垢晶体以何种形式存在，最终都有95%以上的杂质物质浓缩进浓水，而在这个过程中也会有极少部分成垢晶体被压实在膜元件表面，这就使被压实成垢晶体结构尤为重要。由于磁处理后成垢晶体呈蓬松状、比表面积更大，导致即使被压实在膜元件表面，磁处理后的成垢晶体也比较容易通过冲洗或化学清洗去除。结垢物质形态变小，在日常使用中即使不添加清洗药剂，也较易于通过水体的冲刷作用而被带走。但由于外加磁场对水的张力影响较弱，加之其影响具有不稳定性与复杂性，电磁阻垢装置的安装位置不宜距离反渗透装置过远[5]。
3 使用效果
目前，电磁阻垢剂已逐步完成理论研究，在国内的部分电力、化工和食品等行业生产制水的过程中得到推广应用，以下为北京某发电厂使用电磁阻垢剂的实际应用案例。
由某发电厂的使用效果来看，如图3、图4所示，其中在进水水质等其他条件相同的情况下，1#反渗透只添化学阻垢剂，2#反渗透只用电磁阻垢装置，采用电磁阻垢装置和添加化学阻垢剂对反渗透一段膜元件压差的影响并不明显，而主要差异体现在反渗透二段膜元件的压差上，主要原因是反渗透一段膜元件压差，主要由反渗透系统进水中的悬浮物、
微生物等引起，而反渗透二段膜元件压差主要由垢类物质沉积造成。从图4中明显可以看出，相比使用化学阻垢剂，使用电磁阻垢装置的反渗透二段膜元件压差得到了有效抑制。1#反渗透只添化学阻垢剂的反渗透二段膜元件压差出现明显上升情况，斜率为0.06Mpa/百天，而2#反渗透只用电磁阻垢装置的反渗透二段膜元件压差未出现明显上升情况，斜率仅为0.02Mpa/百天。
通过实际的使用情况来看，电磁阻垢具有以下经济效益：
通过电磁阻垢装置对成垢结晶的优化，可减少化学阻垢剂的使用量，节约药剂费用。
由于成垢晶体的松散结构，降低了反渗透清洗难度，节约了清洗药剂和清洗时间。
采用物理方法替代化学阻垢剂，减少了新的污染物进入水体，有效提高了废水排放达标率，降低了环保违法隐患[6]。
与没有用电磁阻垢装置的反渗透相比，即使压差到了同样的情况，采用电磁阻垢装置的反渗透膜由于其表面为疏松垢类，也比较容易通过冲洗和化学清洗去除。这样，可以减少清洗药剂的使用和排放量，并且在一定程度上延长了二段反渗透膜元件的使用寿命。
4 前景展望
电磁阻垢装置是近几年新興的阻垢方式，由于不属于传统化学阻垢形式，其原理还不为大多数从业人士认可，目前在各个行业也还未得到广泛应用，但随着一部分企业的尝试，电磁阻垢装置已有和化学阻垢剂搭配使用的良好案例。随着时间的推移，相信其应用场景会得到进一步拓展，原理研究也会进一步深入，届时化学阻垢剂的使用量将得到控制，电磁阻垢装置对环境的友好性也将进一步展现出来。
参考文献
[1] 聂百胜，郭建华，袁少飞，等.外加磁场与表面活性剂对水表面张力影响程度对比[J].煤炭科学技术，2015（04）：51-55.
[2] 宋甲甲.磁场对碳酸钙结晶过程影响的实验研究[D].济南：山东大学，2015.
[3] 王芸.磁场作用下聚合物的结晶行为[D].沈阳：东北大学，2008.
[4] 吴智慧.电磁抗垢装置的研制及抗垢机理的实验研究[D].北京：北京工业大学，2005.
[5] 吴智慧，陈永昌，邢小凯，等.电磁抗垢机理的实验研究[J].水处理技术，2006，32（4）：49-52.
[6] 肖曾利，蒲春生.磁防垢技术及应用发展现状[J].断块油气田，2010（1）：125-129.