Содержание.


Введение……………………………………………………………………………………………3


1.Аналитический обзор…………………………………………………………………...……4


1.1.Электромагнитная обработка…………………………………...……………………....5


1.2.Обработка импульсным магнитным полем………………………….………………...7


1.3.Комбинированная магнитная обработка…………………………………….…………8


1.4.Обработка постоянными магнитами…………………….………..……………………9

2.Методика и условия проводимых экспериментальных исследований...………...13


2.1.Описание и характеристика использованных в исследованиях магнитов и устройств для обработки жидкости……………………………………………………………………13


2.2.Условия магнитной обработки…………………………………………………............14


2.3.Методики исследования воздействия постоянных магнитов………………….…….14


3.Результаты экспериментальных исследований влияния постоянного магнитного поля на состав и качество воды………...……………………………....................................17


3.1. Результаты экспериментальных исследований по магнитной обработке природной артезианской воды……………………………………………………………………….....17


3.2. Результаты экспериментальных исследований по магнитной обработке модельных железосодержащих вод с различной концентрацией железа общего…………………………………………………………………………………....…..18


4.Результаты экспериментальных исследований по магнитной обработке природной артезианской воды на установках с различным количеством магнитов……………………………………………………………………………………......…..19


Обобщение экспериментальных данных. Заключение………………………..….….…32


Список использованных источников………………………………………………......…..34

Обработка различных вод в высокоградиентных магнитных устройствах с добавкой флокулянта и магнетита вызывает снижение примесей на 98,7%,цветности воды-на 92,8%,мутности-на 96,3%,бактериальных загрязнений-на 99,85%,БПК-на 92%,ХПК-на 74%.[3]

Известные способы магнитной обработки воды, применяемые в промышленности, или исследуемые на стадии научных разработок сводятся к действию: -электромагнитов

-импульсных магнитных полей

-смешанных полей в сочетании с ультразвуком

-постоянных магнитов.


1.1.Электромагнитная обработка.

Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле электромагнита.

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке тока. В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие. Обмотки электромагнитов изготовляют из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопроводы изготовляют из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы выполняют из набора листов.

Характерные поля электромагнитов 1,5-2 Тл определяются резким спадом магнитной проницаемости при больших значениях магнитного поля. В конце XX в.появились зарубежные и отечественные аппараты для обработки воды электромагнитными волнами с диапазоном применяемых частот 1-10 кГц.[4]

Электромагнитное поле— это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определенных условиях порождать друг друга. Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Большой промышленный интерес к электромагнитной обработке водных систем,с одной стороны, и незавершённость теоретических основ процесса,с другой,обусловили появление различных (более семидесяти) вариантов конструкций аппаратов для её осуществления. Магнитные аппараты применяются соленоидного, дипольного и квадрупольного типов. Данные системы работают в полях с магнитной индукцией до 2 Тл (слабые поля) и более 2 Тл (сильные поля).[3]

В аппаратах электромагниты располагают внутри корпуса или вне его (последнее предпочтительнее).

Примером аппаратов со внутренним расположением электромагнитов является следующая конструкция. Электромагниты этих аппаратов состоят из стального стержня с шестью кольцевыми пазами, в которых размещена обмотка из провода ПЭЛ-1 диаметром 0,37 мм. Ток-постоянный; после селенового выпрямителя напряжение составляет 100 В,сила тока 0,5 А. Напряжённость магнитного поля достигает 200 кА/м (2500 Э).Кожух с электромагнитами заполнен трансформаторным маслом. Вода проходит семь магнитных полей со скоростью 2 м/c.Производительность аппарата 25 м³/ч.[1]

Аппарат с наружным расположением катушек электромагнитов конструкции «Башэнергонефть» производительностью 100 м³/ч.Аппараты конструкции «Башэнергонефть» с внутренним расположением катушек рассчитаны на более высокую производительность-150-1000 м³/ч.[1]

Аппарат с послойной обработкой воды Ростовского института инженеров железнодорожного транспорта. В аппарате этого типа вода проходит через кольцевые щели. Аппарат состоит из двух внешних отрезков трубы, между которыми концентрически расположены кольца из магнитомягкого железа, составляющие левую и правую кольцевые системы, смещённые друг относительно друга. Эти кольца намагничиваются внешней катушкой. Магнитный поток по левой и правой системам распределяется при помощи основных магнитопроводов и коротких вставок между кольцами. Зазоры между кольцами левой и правой магнитных систем уменьшаются от периферии к центру; этим достигается равенство средних напряжённостей магнитного поля во всех зазорах. Поле в зазорах неоднородное.[1]

Известный аппарат типа АМО представляет собой диамагнитный желоб, расположенный между пятью C-образными электромагнитами. Питаются они постоянным (в некоторых случаях-переменным) током. Напряжённость поля 64-160 кА/м ( 800-2000 Э),скорость потока (в зависимости от напора) 0,8-2,8 м/с; высота потока пульпы 800-100 мм, производительность аппаратов разных размеров 100-250 м³/ч.Аппараты этого типа преназначены для обработки суспензии (пульпы).[1]

Аппарат института «Казмеханобр» представляет собой вертикальный цилиндр из диамагнитного материала, в который тангенциально поступает пульпа или вода. Цилиндр окружён соленоидом, питаемым постоянным, переменным или пульсирующим током. Аппарат предназначен для обработки воды и пульпы.[1]

Механизм действия электромагнита на различные жидкости не зависит от конструкции аппарата: под действием электромагнитных волн бикарбонат кальция, содержащийся в исходной воде, переходит в нерастворимый карбонат кальция. При этом карбонат осаждается не на стенках труб и оборудования, а в объёме воды. Данный процесс описывается следующим уравнением:
Ca (HCO₃)₂ ↔CaCO³↓+ H₂CO₃. (1)

Нестойкая угольная кислота электролитически диссоциирует. Она также склонна к образованию углекислого газа:

CO₂ + H₂ O↔ H₂CO₃ ↔H⁺ + HCO₃-. (2)

Угольная кислота разрушает старые известковые осадки в трубах, водонагревателях и др. Избыток угольной кислоты смещает равновесие реакции влево, то есть приводит к повторному образованию бикарбоната кальция. На практике это означает, что в обработанной воде через несколько суток вновь образуется бикарбонат кальция (вода «теряет» свои свойства после электромагнитного воздействия).

Шведскими специалистами при изучении магнитной обработки водных сред опытным путем установлено:

-небольшое уменьшение величины рН воды за счет ее подкисления угольной кислотой. Однако это уменьшение настолько мало, что не увеличивает риск коррозии -изменение электропроводности воды из-за уменьшения величины рН; -уменьшение поверхностного натяжения (требуется меньше моющих средств)[4]

Достоинства магнитной обработки воды электромагнитным полем очевидны: высокая производительность, удовлетворительное качество очистки воды. К недостаткам можно отнести большие энергозатраты, громоздкость конструкций (для создания магнитной индукции до 2 Тл в рабочей камере диаметром 2 м потребляемая электроэнергия составит 500 кВт^.ч,а общая масса аппарата-400 т.), необходимость высокопрофессионального обслуживания, опасные воздействия ЭМП на организм человека.

1.2.Обработка импульсным магнитным полем.


Кроме устройств с электромагнитами применяются аппараты импульсного магнитного поля.Импульсные магнитные поля условно делятся на два класса: класс сильных и класс сверхсильных магнитных полей. В первом магнитное поле получается без разрушения и существенной деформации соленоида; его значение лежит в области до (5-7)*10⁵ Э. Здесь используются главным образом геликоидальные соленоиды, выточенные из прочных материалов (бронзы, стали). Во втором соленоид либо сильно деформируется, либо полностью разрушается; диапазон получаемых с их помощью полей простирается в область свыше 10⁶ Э. Соленоиды для сверхсильных полей - исключительно одновитковые. Они просты и дешевы в изготовлении. Увеличение мощности происходит за счет уменьшения длительности импульса (интервал t перемещается в область микросекунд). Но это одноразовые опыты, так как соленоиды разрушаются.[5]

Обработку жидких сред ведут электромагнитным импульсным полем низкой частоты.

Подбором параметров импульсов, полем которых обрабатывают жидкую среду, достигают максимальной очистки от одного какого-либо компонента, но при этом снижается концентрация содержания и остальных имеющихся включений. Так, например, опытным путем установлено, что для максимальной очистки жидких сред от меди (Cu) необходимо настроить импульсное устройство на выработку импульсов частотой F= 1 Гц, длительностью =0,01 мс, током U=1500 A, при этом снижение меди происходит в несколько раз и ее содержание приводится в соответствие с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), одновременно снижается концентрация железа (Fe), аммиака (NH4), хрома (C2+3) и т.д.

Оптимальными параметрами импульсов, полем которых ведут обеззараживание жидких сред, является частота F = 12,5 Гц, длительность = 10 мс, ток J = 500 А.При высокой степени очистки и обеззараживания, способ обладает простотой и позволяет значительно экономить энергоресурсы.[6]

Данный метод относится к очистке и обеззараживанию жидких сред, в частности к безреагентным способам, и может быть использован в различных отраслях народного хозяйства.

Известен способ магнитной обработки воды, включающий операции попеременного наложения и снятия магнитного поля с определённой частотой и крутизной фронтов импульсов, с одновременным охлаждением воды.В процессе обработки создают напряжённость поля H=200-2000 Э.

К недостаткам данного способа относятся высокие энергозатраты и сложность ведения

процесса очистки, требующего постоянного охлаждения воды.
Известен способ обработки жидких сред импульсным электромагнитным полем с длительностью импульса 10-5 - 10-7 мкс и с мгновенной мощностью импульса 50-1000 МВт. Однако данный способ трудноосуществим в обычных промышленных условиях и является очень дорогим, так как предполагает использование мощных установок, вырабатывающих импульсы огромной мгновенной мощности.

Способ защиты и очистки поверхностей ферромагнитных материалов от отложений может быть использован для защиты и очистки внутренних поверхностей водонагревателей, паровых, водогрейных котлов от накипи. Данный способ включает воздействие на ферромагнитную поверхность электромагнитным импульсным полем путём воздействия пачками импульсов с частотой 0,1-10 Гц. Воздействие электромагнитного импульсного поля на оборудование позволяет осуществить очистку поверхностей от накипи и препятствует её дальнейшему образованию.[7]

Также известен способ безреагентной обработки водных систем с целью разрушения и удаления накипи в теплообменной аппаратуре и водогрейных котлоагрегатах. Способ заключается в комплексном воздействии на систему магнитного и акустического полей, при этом на воду, движущуюся в трубе, воздействуют импульсным локальным магнитным полем. Технический результат данного способа состоит в повышении эффективности очищения стенок ёмкостей и трубопроводов от накипи, уменьшении энергоёмкости процесса, создании условий для предотвращения её образования, упрощении устройства, реализующего способ, снижении его габаритов, обеспечении возможности использования на уже действующих водогрейных, газовых и теплообменных системах.[8]

В ОАО «НИИМЕСТПРОМ» совместно с ООО НТЦ «АРГОНАВТ» проведены поисковые работы по магнитной обработке импульсным магнитным полем (ИМП) образцов сточных вод ОАО «Павловский ордена Почёта завод художественных металлоизделий им.Кирова» и отработанного технологического раствора, полученного после отмывки вырезки трубы от накипных отложений.

Целью поисковых исследований было определение влияния импульсного магнитного поля на качество обрабатываемой воды. Так как режимы воздействия электромагнитным импульсным полем при каждой обработке сточной воды или концентрированного технологического раствора изменялись, то соответственно изменялся и состав загрязнений в обработанной воде.

Результаты обработки проб ИМП приведены в таблицах 2-4. Для всех показателей:

-сточная вода,

-кислый отработанный технологический раствор,

-тот же раствор нейтрализованный

-нейтрализованный чистый моющий раствор, взятый для отмывки вырезки трубы от накипных отложений.

Установлена общая тенденция к снижению количества загрязняющих веществ по показателям:

-цветность; -солесодержание (сухой остаток),

-взвешенные вещества,

-железо общее,

-окисляемость по ХПК (содержание органических примесей)

По результатам опытов эффекты воздействия импульсного магнитного поля зависят как от состава обрабатываемых водных сред-разбавленной (сточная вода) или концентрированной (технологические растворы кислые и нейтрализованные),так и режимов магнитной обработки.

Воздействие ИМП различной частоты на водные среды является неокончательно изученной областью современной науки. Аппараты по магнитной обработке водных сред ИМП ещё имеют множество недостатков, и ,несмотря на эффективность, редко внедряются в промышленность.


1.3.Комбинированная магнитная обработка.

Наиболее малоизученной областью в водоподготовке и очистке воды является комбинированная обработка воды электромагнитным и постоянным магнитным полем. Небольшое количество публикаций на эту тему весьма обосновано, так как комбинированная магнитная обработка водных систем показывает высокие результаты в осветлении и очистке воды, и все особенности технологического процесса являются ноу-хау патентообладателей. Комбинированная магнитная обработка водных систем достаточно прибыльное изобретение,все аппараты отличаются дороговизной.

Предложен новый комплексный подход к очистке различных вод (в том числе сточных) от органических и неорганических веществ, а также взвешенных частиц, который может быть широко использован во всех отраслях промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. В основе технологии лежит взаимодействие вод, представляющих собой дисперсные системы с электрически заряженными частицами ,с внешним электромагнитным полем. Кроме того, за счёт энергии соударений происходит дополнительная активация дисперсных систем.

В электромагнитном аппарате ЭМА-50,созданном авторами, совмещаются воздействие на вещество переменного и постоянного магнитного поля, а также механическое действие постоянных магнитов из гексаферрита бария, находящихся внутри рабочей камеры аппарата.

Вода поступает в рабочую камеру аппарата, где размещены магнитные рабочие тела. Здесь происходит магнитная и механическая активация воды за счёт движения указанных тел под действием переменного электромагнитного поля, после чего активированная вода поступает в двухсекционный электромагнитный фильтр, в котором происходит дополнительная очистка вод.

В первой по ходу движения воды секции на сетке, находящейся в зоне генератора, способного генерировать электромагнитные поля напряжённостью 30-65 кА/м и частотой 50-100 Гц, помещены постоянные магниты эффективным диаметром 1-5 мм. Толщина слоя этих магнитов составляет 10-25 см (индукция до 0,1 Тл).Проходя через первую секцию, сточные воды подвергаются активирующей обработке в переменном электромагнитном поле. Период активации занимает от 15 с до 5 мин при напряжённости 40-50 кА/м и частоте 50 Гц.

Затем вода непрерывным потоком подаётся во вторую секцию, где на фильтрующей подложке из пористой полимерной пленки (или ткани) расположен слой намагниченного до насыщения магнитного порошка гексаферрита бария толщиной 5-30 см.В процессе очистки генератор переменного электромагнитного поля периодически отключают от электрического напряжения.

В электромагнитном фильтре происходит полная очистка воды от загрязнителей, которые в виде мелкодисперсного шлама осаждаются на магнитных телах (первая секция) и магнитном порошке (вторая секция).По мере накопления на магнитном порошке мелкодисперсного шлама и органических веществ на генератор переменного электромагнитного поля подаётся напряжение, под действием которого магнитные рабочие тела и магнитный порошок хаотически движутся, образуя магнитокипящий слой. При этом накопившейся шлам и органические загрязнения сбрасываются в приёмный бункер-накопитель.

Фильтрационный осадок автоматически собирают в отдельный бункер, а магнитные тела и магнитный порошок промывают чистой водой и очищают в электромагнитном поле фильтра. После промывки чистой водой внутреннего объёма аппарата напряжение отключается, магнитные материалы возвращаются в состояние покоя и вновь могут использоваться в качестве фильтра. Промывная вода отправляется на очистку в электромагнитный аппарат и снова используется для регенерации электромагнитного фильтра.

Время нахождения воды в электромагнитном фильтре зависит от скорости её подачи и характера загрязнений. Расход электроэнергии на очистку 1 м³ воды составляет 1-7 кВт в зависимости от производительности аппарата.

Данная технология очистки опробована на многих объектах: автомойках, нефтеперерабатывающих предприятиях, гальванических производствах.Во всех случаях содержание неорганических и органических загрязнителей, а также взвешенных веществ уменьшается до ПДК для водоёмов рыбохозяйственного назначения.[9]