Экспериментальная проверка эффективности работы прибора защиты от накипи «Термит»

В Институте физической химии РАН проведена опытная проверка в сопоставимых условиях эффективности работы преобразователей солей жесткости «Термит» (два образца) и прибора «WK-3» фирмы «Lifescience», Великобритания.

Испытания проводили по следующей экспресс-методике. Искусственно приготовленный раствор в объеме 2 л с общей жесткостью 21,9 мг-экв/л (примерно в 7,5 раз выше жесткости воды р. Москва и в 2,4 раза выше величины допустимой жесткости для систем с магнитной обработкой) и значением рН 7,5-7,8 пропускали в режиме непрерывной циркуляции. Последнюю осуществляли последовательно через стеклянную промежуточную емкость, стальную трубу и фторопластовую цилиндрическую ячейку.

Отложение солей жесткости происходило на алюминиевом диске, помещенном на дне фторопластовой ячейки.

Температуру циркулирующего раствора поддерживали на уровне 85+5 °С. Время циркуляции раствора в каждом опыте - 2,5 часа.

После окончания циркуляции диск вынимали из ячейки, промывали и высушивали на воздухе при 100 °С до постоянного веса. По разнице веса диска до и после эксперимента определяли количество осадка на нем солей жесткости. По выражению (1) находили противонакипной эффект. С каждым прибором проводили два параллельных опыта.

Результаты испытаний электронных преобразователей солей жесткости в водных растворах различных модификаций и контрольных опытов (без обработки воды) приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты испытаний приборов различных модификаций

Приведенные в таблице 2 данные показывают, что электромагнитное воздействие на воду с высокой жесткостью даже в течение короткого времени позволяет снизить количество отложений солей жесткости, образующихся на стенках, на 24-30%. При этом эффективность всех исследованных аппаратов в одних и тех же условиях (уровень жесткости, температура, диаметр и длина стальной трубы) примерно одинакова. Следует отметить, что в опытах вода из цикла не отводилась, поэтому угольная кислота, накапливающаяся в цикле, в соответствие с химической реакцией (1) приводила к стационарному состоянию системы карбонат (осадок на диске) - карбонат (нерастворенные частицы в объеме воды) - бикарбонат. При отводе воды из цикла (как в основном и бывает на практике) равновесие реакции (1) сдвигается вправо, т.е. противонакипной эффект должен увеличиваться.

Впоследствии предприятием «Экосервис Технохим» совместно с Институтом теоретической и прикладной электродинамики РАН (Рыжиков И.А. и сотрудники) были продолжены исследования по влиянию работы прибора «Термит» на процесс образования накипи для проточных водных систем при различных температурах.

Все эксперименты проводились с использованием воды из городской сети (г. Москва, Северный округ). Вода имела следующий состав:

• жесткость общая - 2,9-3,1 мг-экв/л, в том числе карбонатная - 2 мг-экв/л;
• свободная углекислота СО₂ - 4,4 мг/л;
• общая минерализация - 170-200 мг/л;
• железо - 0,14-0,18 мг/л;
• окисляемость - 7,2 мг О₂/л;
• соотношение содержания кальция и магния - 4/1 мг/мг;
• величина рН - 7,25-7,3.

В соответствии со СНиП [6, 7] расчет индекса насыщения данной воды карбонатом кальция (стабильность воды) показывает величину J = 0,15. Это означает, что вода способна к отложению карбоната кальция. СНиП [7] допускает в данном случае использовать магнитный способ для противонакипной обработки воды.

Опытная установка включала проточную ячейку в виде кварцевого сосуда с тубусом, в который помещались исследуемые образцы из оцинкованной стали. Температура в зоне образцов поддерживалась с точностью + 2 ^оС. Вода в ячейку поступала из водопроводной сети с предварительным подогревом. На питающий трубопровод установлены обмотки проводов-излучателей прибора «Термит». Время осаждения накипи на образцах составляло до 8 часов.

Экспериментальные данные показали, что наибольший противонакипной эффект наблюдается при интенсивном кипении воды в зоне размещения образцов. При включении в работу прибора «Термит» привес массы накипи на образцах составил величину в 8-12 раз меньшую, чем привес накипи на тех же образцах без обработки воды.

При уменьшении температуры воды (примерно 98 °С - на грани кипения) относительная разница в привесе накипи понизилась до 3-5 раз. И, наконец, при температуре воды примерно 70 ^оС относительная разница в привесе незначительна.

Полученные результаты можно объяснить значительным влиянием на процесс накипеобразования содержания в воде углекислоты. При кипении воды парциальное давление углекислого газа в воде существенно уменьшается [8], равновесие реакции (1) сдвинуто влево. Бикарбонат натрия интенсивно распадается на ионы карбонатов, углекислый газ и воду:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + СО₂↑ (3)

Интенсивное удаление углекислого газа при кипении воды «облегчает» работу прибора «Термит» с точки зрения более интенсивного образования осадка нерастворимого карбоната кальция Ca CO₃ в объеме воды, а не на поверхности образцов. При понижении температуры воды удаление углекислого газа менее интенсивно, соответственно и снижается противонакипной эффект.

Параллельно изучалось также изменение структуры осадка солей жесткости. В экспериментах на стальные оцинкованные образцы предварительно осаждали соли жесткости из потока воды. Далее образцы помещали в поток воды, обработанной с помощью прибора «Термит».

Исследования структуры образцов проводились с помощью атомно-силового микроскопа при увеличении *10000. Полученные результаты представлены на рис. 4 и 5. Из графиков видно, что без обработки воды осадок имеет плотную аморфную структуру. При включении прибора «Термит» (5 часов работы) проявляется гранулярная структура осадка, что свидетельствует о его размягчении и расслаивании. Почти в 2 раза уменьшилась и высота отложений.

Рис. 4. Водный осадок солей жесткости на стальной подложке (вода без обработки).

Рис. Рис. 5. Водный осадок солей жесткости через 5 часов работы прибора «Термит».

Рекомендации по установке и эксплуатации. Опыт практического использования.

При подборе типа прибора электромагнитной обработки воды в диапазоне звуковых частот (по диаметру трубопровода) и оптимального режима его эксплуатации следует руководствоваться эмпирическими зависимостями (2) и (3).

Для прямоточных систем водоснабжения должно выполняться следующее условие:

Q ≤ (0,005 ÷ 0,010) d² (2)

где Q - расход воды, м³/час, d - внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для системы с циркуляционным контуром:

Qрасх. / Qцирк. ≤ 0,8 (3)

где Qрасх. - количество воды, отбираемой из системы на потребление, м³/час, Qцирк. - объемный расход воды, циркулирующий в системе, м³/час.

Далее более подробно остановимся на опыте эксплуатации приборов «Термит» в различных отраслях промышленности и на результатах их работы, полученных непосредственно производственниками. Без сомнения читатель представляет, что последних не проведешь на «рекламной мякине» и на необоснованных декларациях.

По нашему мнению это также актуально в связи с имеющимися публикациями. За последние десятилетия в технической литературе накопилось большое число противоречивых мнений об эффективности применения устройств для магнитной и электромагнитной обработки воды. Нельзя не согласиться с автором работы [10], который признает их совершенно обоснованными. Присяжнюк В.А. разделил эти мнения на четыре условные группы:

• применение подобных устройств чрезвычайно эффективно и экономически оправдано;
• аппараты в первый период эксплуатации работают хорошо, но со временем противонакипный эффект исчезает;
• эффект при использовании данных устройств невоспроизводим, результат от их применения, то наблюдается, то исчезает;
• подобные аппараты совершенно бесполезная вещь.

Автору данной статьи также неоднократно приходилось сталкиваться со скептическим отношением к методу электромагнитной обработки воды даже со стороны коллег - специалистов в области очистки воды.

Самое главным и тонким моментом для обеспечения эффективной работы противонакипных устройств является их точная настройка [10] и соблюдение нижеследующих условий.

Первое и, по-видимому, главное обстоятельство - электромагнитная обработка эффективна, только если жесткость воды карбонатная! (устранима при кипячении).

Противонакипной эффект будет увеличиваться (это нужно учитывать при установке устройства):

• с повышением температуры обрабатываемой воды вплоть до температуры кипения,
• при более высоком содержании ионов кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺),
• с понижением содержания в воде углекислоты,
• с повышением щелочности воды,
• при уменьшении общей минерализации.
• при увеличении степени турбулентности потока воды.

Прибор «Термит» нужно устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию.

Соблюдение вышеперечисленных условий как раз и позволило получить положительные результаты при использовании приборов «Термит» в условиях совершенно различных производств при эксплуатации совершенно разного оборудования. Последнее обстоятельство также иллюстрирует универсальность метода электромагнитной обработки воды.