Ett cirkulerande vattenflöde fick passera ett magnetfält. Åtta driftsparametrar kontrollerades och minskningen av kalcium och magnesium i vattnet mättes liksom andra vattenparametrar och beläggningskvalitet. Fältet kunde öka antalet vätebindningar, vilket minskade utfällda mängder Ca- och Mg-karbonat och påverkade även kristalluppbyggnaden.
Av: Jörgen Hanaeus
Effekten av ett permanent magnetiskt fält på beläggningsbenägenheten i ett cirkulerande vattensystem har undersökts. Driftsparametrar var magnetfältets intensitet, initiella koncentrationer av Ca2+ och Mg2+, behandlingstid, temperatur och flöde. Effekter som mättes var beläggningshastighet, hårdhet i vattnet, variation i andelen fria vattenmolekyler, elektrisk ledningsförmåga och relativ variation i molekylär energi. Även beläggningskvaliteter som morfologi och sammansättning studerades. Störst inhiberingseffekt erhölls vid initiell Ca2+ och Mg2+ koncentration av 900 mg/L, fältstyrka 0,5 Tesla, temperatur 33 C, cirkulationstid 54 h och en vattenhastighet av 0,17 m/s.
Artikeln
Magnetisk behandling har använts, ofta med framgång, för att minska beläggningar i vattensystem i fastigheter och industrilokaler. Idén är åtminstone hundra år gammal och effekt har uppnåtts, men då ingen mekanism har fastlagts har den betraktats som kontroversiell.
En aktuell ingång till förklaring har varit att följa frekvensen av vätebindningar.
Utgående från bildad beläggning har de två vanligaste formerna av CaCO3, kalcit och aragonit, jämförts. Kalcit har i de flesta fall visats ge hårdare beläggning medan aragoniten ger en mjukare produkt. Vattenparametrar som ytspänning, viskositet, elektrisk konduktivitet, pH och löslighet är viktiga för dessa effekter. Likaså är mönstret av vätebindningar väsentligt.
Denna studie behandlar effekten av ett permanent magnetfält på ett cirkulationssystem för vatten. Beaktade faktorer var magnetfältets intensitet, initiella halter av Ca2+ och Mg2+, behandlingstid, temperatur och vattenflöde/hastighet. Utfallet har studerats m a p hårdhet, beläggningshastighet, andelen fria vattenmolekyler, elektrisk konduktivitet och variation i molekylär energi.
Försök
Ett vattensystem byggdes med pump, vattentank, varmvattentank, temperaturreglering, reglerbar magnet och en ventil som reglerade vattenhastigheten mellan 0 och 0,68 m/s.
Ultrarent vatten och artificiellt hårdgjort vatten användes. Ytspänning mättes som bestämning av den relativa variationen i molekylär energi, där även entropin före och efter fältpassage ingick i beräkningarna. En lägre molekylär energi bedömdes ge en stabilare struktur i vattnet med ökad hydratisering av lösta joner, något som magnetfältet förväntades åstadkomma.
Beläggningshastigheten mättes som skillnaden mellan uppmätt hårdhet och referensförsökets hårdhet dividerad med initial hårdhet minus referensförsökets hårdhet.
Andelen fria vattenmolekyler skattades med NMR (nukleär magnetisk resonans) där bandbredden vid halva max utslagshöjden togs som mått. Beläggningens sammansättning följdes med röntgendiffraktion.
10 liter ultrarent vatten cirkulerades i systemet och utgjorde referensförsök. Därefter tillsattes kemikalier – kalciumklorid, magnesiumklorid, soda. 100 mL vattenprov togs ut med jämna intervall. Alla försök repeterades tre gånger och systemet rengjordes noggrant mellan försöken via cirkulation av svag syralösning under en timme följt av av avjonat vatten under 3 timmar.
Resultat
De fem beroende variablerna (utfallen) har presenterats som funktion av de fem oberoende parametrarna (villkoren), vars medelvärden varit utgångspunkt för deras relativa inflytande.
För andelen fria vattenmolekyler var magnetfältets styrka den viktigaste faktorn; kan ses som en stabilisering och indikerar att fältet skapar nya vätebindningar. Variationen var minimum vid 0.5 Tesla. Vattenhastigheten hade också betydelse här; optimalt 0,17 m/s. Optimal temperatur bedömdes vara 30 °C; den gav magnetfältet möjlighet att skapa vätebindningar utan att dessa slogs sönder av för hög värme. Optimal behandlingstid var 54 h.
Störst effekt erhölls vid (den höga) initiella koncentrationen av Ca2+ och Mg2+ båda med 900 mg/L. Den lägsta elektriska konduktiviteten erhölls vid 0 T; den högsta vid 0,5 T.
Beläggningsanalysen visade komponenterna aragonit, kalcit och vaterit plus något magnesiumkarbonat. När magnetfältets styrka ökar ökar kalcitinnehållet först för att sedan sjunka till ett minimum vid 0,5 T. Aragonit- och vateritandelarna ökar också först för att sedan minska; detsamma gäller magnesiumkarbonatet.
Utfallet visar att magnetfältet påverkar beläggningens sammansättning.
Slutsatser
Försöken visade att beläggningshastigheten, variationen i andelen fria vattenmolekyler, konduktiviteten och den relativa variationen i molekylär energi varierade påtagligt med magnetfältets styrka. Likaså beläggningens sammansättning och därmed fysiska egenskaper.
Att de styrande faktorerna för kalkbeläggning i magnetfält återfinns på vätebindningsnivå och i vattenmolekylernas organisation gör det rimligt att det historiskt har varit svårt att hitta sambanden med konventionella vattenanalyser. Kunskaperna här gör det lättare och intressantare att konstruera experiment som arbetar med optimering av processen i olika praktiska tillämpningar.
Artikelns referenslista är klart användbar.
Källa: Jiang, Lili1,2), Yao, Xiayan 1), Yu, Haltao 3), Hou, Xingang 1), Zou, Zongshu2), Shen, Fengman2) & Li, Chuangtong 1) (2017): Effect of permanent magnetic field on scale inhibition property of circulating water. Water Science & Technology 76.8 pp1981-1991.
Författarna från:
1) School of Material Science and Technology, Lanzhou University of Technology, Langongping Road, 730050 Lanzhou, Gansu Province, China.
2) School of Metallurgy, Northeastern University, 3-11 Wenhua Road, Heping District,
Shenyang,Liaoning Province, China.
3) Department of Medical Laboratory, The First Hospital of Lanzhou University, No1, Donggang District, Lanzhou 730000, Gansu Province, China.
Kontakt: jianglili2002@163.com
