電磁抑垢效果及其機理研究進展

王建國，梁延?xùn)|，尹 釗，王瑜瑞

(東北電力大學(xué) 自動化工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

電磁抑垢效果及其機理研究進展

王建國，梁延?xùn)|，尹 釗，王瑜瑞

(東北電力大學(xué) 自動化工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

電磁水處理技術(shù)是一種物理抑垢方法，因其無添加試劑，無毒無污染，操作簡單，成本低等優(yōu)點，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。針對國內(nèi)外學(xué)者的研究情況，從電磁場對碳酸鈣結(jié)晶過程及晶型晶貌的影響、電磁場對水溶液物化性質(zhì)的影響，以及電磁場強度、頻率、方向、磁處理時間與介質(zhì)流速等因素對抑垢效果的影響等方面，闡述了電磁抑垢效果及機理的研究進展，分析了存在的主要問題并對其發(fā)展趨勢進行了展望。

電磁場；循環(huán)水處理；抑垢

20世紀50年代中期，比利時人T.Vermeiren，將水的磁化處理應(yīng)用于鍋爐用水，減少了鍋爐中水垢的生成并成功申請專利，以此開創(chuàng)了運用磁場處理循環(huán)水的先例[1]。之后，蘇聯(lián)、歐、美等國在70年代相繼展開磁處理技術(shù)的研究，并取得了一定的進展[2]。進入80年代，各國研究學(xué)者及企業(yè)在電磁水處理技術(shù)這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了多項專利和大量的研究成果。但近些年來，隨著應(yīng)用范圍的擴大，抑垢效果的良莠不齊使大家對電磁水處理技術(shù)的進一步應(yīng)用產(chǎn)生質(zhì)疑。鑒于目前電磁抑垢的作用機理仍處于探索之中，因此無法從機理出發(fā)提出抑垢的最佳參數(shù)以及對電磁水處理器最佳結(jié)構(gòu)、形狀等的指導(dǎo)性建議。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的水垢，主要是碳酸鈣垢，其次是磷酸鈣垢和硅酸鎂垢。因為碳酸鈣垢溶解度較低，更易附著在換熱表面上。本文主要針對碳酸鈣類污垢的抑垢效果及機理展開綜述，從電磁場對碳酸鈣結(jié)晶過程及晶型晶貌、水溶液物化性質(zhì)的影響以及電磁場參數(shù)變化對抑垢效果的影響等方面，闡述了電磁抑垢效果及機理的研究進展，分析了存在的主要問題并對其發(fā)展趨勢進行了展望。

1 電磁水處理效果研究現(xiàn)狀

1.1 電磁場對碳酸鈣結(jié)晶過程及晶型晶貌的影響

電磁場能夠影響碳酸鈣的結(jié)晶及晶體生長過程[3，4]，從而改變結(jié)晶數(shù)量及晶粒大小。碳酸鈣垢主要有方解石、文石和球霰石三種晶型，一般以最穩(wěn)定的方解石晶型存在，容易黏附在換熱器的管壁上，而文石晶型和球霰石晶型一般不穩(wěn)定且較疏松，相比方解石晶型更易去除[5]。研究表明，電磁場會使碳酸鈣從方解石晶型向文石晶型及球霰石晶型轉(zhuǎn)變[6，7]，東北電力大學(xué)利用SEM和XRD技術(shù)對換熱器表面污垢的晶型、晶貌進行了分析，發(fā)現(xiàn)電磁場能降低結(jié)垢速率，并且垢樣中方解石質(zhì)量分數(shù)由100% 降低為40.55%，文石質(zhì)量分數(shù)增加為59.45%[8]；同樣研究晶型、晶貌的變化，Chang和Tai等認為只有在一定條件下電磁場才會對晶型產(chǎn)生影響，將磁場強度為0.18T的交變磁場和0.02T的永磁場組合使用，對循環(huán)水進行加磁處理，實驗結(jié)果表明，只是在pH值較低的情況下，文石型晶體才迅速生長，此時方解石型晶體生長緩慢甚至停滯，其余情況則不然[9，10]。碳酸鈣晶核的生長對之后的結(jié)晶有著重要的意義，Alimi等將純水在電磁場中以恒定的流速循環(huán)，發(fā)現(xiàn)電磁處理改變了溶液中晶體均相成核與異相成核的比例，水的pH值、流速和處理時間的增加均促進了均相成核，磁處理15分鐘時使該比例達到最大[11]。對于晶貌而言，宋飛等在實驗過程中發(fā)現(xiàn)未加磁時碳酸鈣顆粒形狀為立方形和菱形，加磁后為偏三角面體形和玫瑰花形[12]，加磁前后變化較大。但是也有研究表明，電磁處理前后碳酸鈣的晶型并無太大變化，且均為文石型晶體，但是溶液中污垢的總量大幅減少[13]。學(xué)者們通過在選定的條件下開展的大量實驗研究，證實電磁場對成垢物質(zhì)結(jié)晶及晶體生長過程的產(chǎn)生了影響，但目前通用的影響規(guī)律及微觀影響機理尚需進一步探討。

1.2 電磁場對水溶液物化性質(zhì)的影響

電磁場對水的作用是一個復(fù)雜的多因素現(xiàn)象，研究表明電磁場會改變水溶液的氫鍵、表面張力、Zeta電勢、電導(dǎo)率、pH值、分子結(jié)構(gòu)等物理化學(xué)性質(zhì)[14]，很多抑垢機理的描述也是由此建立起來。其中電磁場作用下水分子間氫鍵的變化一直是研究的熱點，一些學(xué)者認為電磁處理會使水溶液產(chǎn)生更多自由電子，使氫鍵的穩(wěn)定性增強[15，16]；Fujimura和Cai分別對電磁處理后氫鍵的變化與水溶液表面張力的關(guān)系進行了實驗探究，但是他們的結(jié)論不盡相同，前者認為電磁處理后氫鍵穩(wěn)定性的增強是導(dǎo)致水溶液表面張力增加的主要原因[17，18]，而后者的實驗結(jié)果表明水溶液的表面張力在電磁處理后有所下降，認為造成這種現(xiàn)象的原因是由于電磁處理降低了水分子的能量并且促進了新氫鍵的生成，而不是由于氫鍵穩(wěn)定性的增強[19]。除此以外，在電磁處理過程中水溶液的硬度、磁處理的時間等因素也會影響到表面張力的變化[20，21]。但是Amiri和Dadkhah則認為溶液表面張力的變化受實驗工況影響過大，所以不適合作為探究電磁處理對溶液影響的重要依據(jù)[22]。

就Zeta電勢而言，Parsons等發(fā)現(xiàn)碳酸鈣溶液經(jīng)過磁處理后，Zeta電位下降了16%。并且他們認為溶液中Ca2+濃度是決定Zeta電位變化的重要因素[23]，這與葛紅花等在實驗中得到的結(jié)論相一致，并且葛紅花等還發(fā)現(xiàn)Zeta電位的下降會使碳酸鈣顆粒表面能減小[24]；也有研究認為電磁處理對溶液中顆粒的Zeta電勢沒有影響[25]。

在電導(dǎo)率和pH值方面，重慶大學(xué)對循環(huán)的實驗溶液進行了加磁與未加磁的對照實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加磁組的電導(dǎo)率相對于初始值只下降了17%，而未加磁組卻下降了31%，加磁后電導(dǎo)率的上升說明電磁場的作用增加了碳酸鈣的溶解度[26]；但是也有研究發(fā)現(xiàn)電磁處理會使溶液的電導(dǎo)率降低[27]。pH值的大小對水溶液的物化性質(zhì)也至關(guān)重要，Busch等在研究溶液pH值的變化時發(fā)現(xiàn)該變化是一種多極值現(xiàn)象，并且他們認為是洛倫茲力引起了溶液中的電化學(xué)反應(yīng)并最終導(dǎo)致溶液pH值的變化[28]。許多國內(nèi)外文獻對電導(dǎo)率及pH值的變化都進行過相關(guān)報道[29，30]，但是由于實驗條件的不同以及水體的多樣性，使得大家的研究結(jié)論不盡相同。

1.3 電磁場參數(shù)對抑垢效果的影響

1.3.1 電磁場強度對抑垢效果的影響

電磁場強度是磁化處理中的一個重要參數(shù)，對最終結(jié)垢量、碳酸鈣顆粒粒徑分布、成核速率等有顯著影響[31，32]。在微觀研究方面，Han通過分子動力學(xué)模擬研究了不同頻率和幅值的電磁場對抑垢效果的影響，發(fā)現(xiàn)在400 KHz和70 v/m的電磁場下，水合鈣離子的半徑最小，自擴散系數(shù)最大，并且研究表明電磁場的幅值相比頻率更能有效的增加水分子的自擴散系數(shù)[33]；Wang對電磁場作用下晶粒尺寸和數(shù)量的變化進行了研究，發(fā)現(xiàn)當電磁場強度小于0.3 T時，晶粒尺寸會隨著磁場強度的增大而減小，而當強度低于0.8 T時，晶粒的數(shù)量與強度成正比例關(guān)系[34]；在宏觀研究方面，金貞花等對硬度為300 mg/L的水溶液施加交變電信號進行處理，認為激磁線圈內(nèi)的電流越大，黏附在換熱管壁的污垢量越小，抑垢效果越顯著[35]，而Long等則認為電磁場強度存在某一最佳處理區(qū)間，超過這一區(qū)間處理效果會迅速下降[36]?？梢?，不同的實驗工況下，電磁場強度對抑垢效果的影響存在較大差異。

1.3.2 電磁場頻率對抑垢效果的影響

關(guān)于電磁場頻率對抑垢效果的影響研究者們各抒己見，部分學(xué)者利用溶液的污垢熱阻、電導(dǎo)率、CaCO3的溶解度等參數(shù)作為反饋量，分別得到了各自實驗工況下的最佳抑垢頻率[37-39]。但是由于水系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多相體系，在電磁處理的過程中，水溶液的各種參數(shù)一直在不斷變化，所以有些學(xué)者認為掃頻可能達到更好的抑垢效果[40]。除了進行具體的實驗研究外，東北電力大學(xué)針對纏繞式變頻電磁水處理系統(tǒng)，利用 ANSYS 仿真軟件分析感生電流做功與激勵信號頻率的內(nèi)在關(guān)系，結(jié)果表明，電磁頻率在分界頻率附近時水處理系統(tǒng)能達到較長的污垢誘導(dǎo)期以及較高的抑垢率[41]。綜上所述，雖然得出的結(jié)論不盡相同，但是可以看出最佳電磁場頻率的尋找對最終的抑垢效果有著重要的意義。

1.3.3 電磁處理時間與流速對抑垢效果的影響

電磁處理的作用時間對抑垢效果也至關(guān)重要，目前普遍認為多次電磁處理較單次磁處理效果更優(yōu)，即水溶液在電磁場中停留的時間越長，電磁作用的效果越明顯[42]。Knaz和Pohar也在文獻中提到，影響碳酸鈣中文石含量的一個主要參數(shù)就是磁暴露時間(T)，在磁通量不變的情況下，文石含量與T呈正比[25]。這都說明電磁處理時間對抑垢效果有著十分重要的意義。除此之外，水的流速也與抑垢效果有著密切的聯(lián)系，米海松認為磁場強度與流速的乘積有一恒定的最佳值[43]；Lee等人在特定工況下對不同流速下的抑垢效果進行了對比，發(fā)現(xiàn)當流速為0.6 m/s時，抑垢率高達80%[44]。但是也有學(xué)者認為流速對最終抑垢效果的影響并不明顯[45]。

1.3.4 電磁場方向?qū)σ止感Ч挠绊?/p>

根據(jù)電磁場方向與流體流動方向的關(guān)系，電磁處理裝置一般分為平行式和正交式兩種。目前很多研究應(yīng)用中多采用正交式，并且取得了較好的抑垢效果[46-48]。但是也有研究表明，正交式加磁裝置的抑垢效果不明顯，例如重慶大學(xué)就采用自制的加磁裝置實現(xiàn)了磁場方向與水流方向的垂直效果，可是得到的抑垢率只有33%[49]。而哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用纏繞式脈沖加磁裝置，在磁場方向與水流方向平行的條件下進行實驗，發(fā)現(xiàn)水垢明顯減少，垢樣疏松，也達到了的良好抑垢效果[50]。所以，磁場方向與水流方向是選擇水平還是垂直，還需要大量實驗研究才能得到更具說服力的結(jié)論。

2 電磁水處理機理分析現(xiàn)狀

近些年來，雖然電磁水處理技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外得到一定范圍的應(yīng)用，但是到目前為止，對于除垢抑垢的作用機理還沒有形成統(tǒng)一的結(jié)論，這主要是由于水系統(tǒng)是一個復(fù)雜多變的多相體系，使得機理的微觀研究比較困難。就現(xiàn)階段而言，作用機理主要分為五大類：

(1)“洛倫茲力”機理分析：磁場作用下，由于溶液中帶正負電荷的離子在洛倫茲力作用下，會做方向相反的運動，致使水分子電偶極距變強，水分子締合狀態(tài)改變，而陰陽離子碰觸后會形成大量離子締合體，其便成為了結(jié)晶核心，以較高穩(wěn)定性的懸浮顆粒出現(xiàn)在水中[51]。

(2)“磁滯效應(yīng)”機理分析：由于磁場的作用，鹽溶液中各類類分子和離子會產(chǎn)生磁滯效應(yīng)，從而改變了鹽類的溶解度，而致使得鹽類分子間的結(jié)晶能力減弱乃至消失，進而抑制了某些大晶體產(chǎn)生結(jié)晶[52]。

(3)“量子力學(xué) ”機理分析：碳酸鈣晶體形狀有文石和方解石兩種，方解石致密厚硬，易附著在換熱器表面形成水垢，而文石細小粘附性差，在循環(huán)的過程中隨著水流被沖走，不易附著在換熱器表面。所以為了達到防垢、抑垢的目的我們希望多生成文石晶體形態(tài)[53]。由于晶體形態(tài)是由于熱力學(xué)勢不同，當外加磁場能夠提供穩(wěn)態(tài)的方解石向亞穩(wěn)態(tài)文石轉(zhuǎn)變所需的基態(tài)能時，溶液中生成兩種晶體的比例就會不同，文石數(shù)量就會增多。Srebrenik[54]等人就是利用“量子力學(xué)”機理解釋了“磁記憶”效應(yīng)問題，但是此模型不適用水溶液中除Ca2+以外的其他陽離子。

(4)“氫鍵變形”機理分析：很多研究傾向于磁場能夠?qū)λ肿拥臍滏I產(chǎn)生影響，致使其發(fā)生變形、扭曲甚至斷裂，進而對溶液離子產(chǎn)生特殊作用，以達到抑垢效果。一些學(xué)者認為，當對溶液施加的磁場頻率是水分子氫鍵固有頻率的倍數(shù)關(guān)系時，水分子團會分散成單體水分子，進而增加水分子活性，增強鹽類溶解度，抑制結(jié)晶過程，使管壁界面結(jié)垢量減少[55]。

(5)“雙電層變形”機理分析：由于磁場的作用，洛倫茲力致使雙電層內(nèi)電荷的分布，從而引起了腹層邊界電荷出現(xiàn)短暫改變，而電勢也隨之呈現(xiàn)短暫性改變[55]。如今的許多研究表明雙電層變形理論存在其合理性，能夠解釋很多的實驗現(xiàn)象，但是不能解釋Higashitani等人在文中提到的靜態(tài)條件下的凝聚現(xiàn)象[7]。

3 電磁抑垢研究尚需解決的主要問題和發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)外學(xué)者針對電磁水處理技術(shù)已經(jīng)做了很多研究，探索電磁處理應(yīng)用中各種最佳參數(shù)，并提出了不同的電磁抑垢機理理論模型，但仍存在很多亟待解決的問題：由于實驗工況、環(huán)境以及水質(zhì)等方面的差異，使得實驗結(jié)論統(tǒng)一性差，歸納不便；對電磁抑垢機理的認知還有待明確化，現(xiàn)存的幾種機理分析，只能針對性的解釋部分現(xiàn)象，對機理的研究尚缺乏一套完整的理論體系；有關(guān)磁場對水分子的作用如氫鍵斷裂、分子間作用力減小、粒子活化能增大等定量的計算分析較少；急需一個檢測方法或者是理論模型，能夠給出“磁記憶時間”以及“磁化多極值”的合理解釋[56]；影響電磁抑垢的因素繁多，在實際應(yīng)用中并不能做到實時優(yōu)化電磁參數(shù)達到最佳抑垢效果。這些都將影響電磁抑垢技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

要解決以上問題，實現(xiàn)電磁水處理器的閉環(huán)控制還需要研究者的不懈努力。而就今后的發(fā)展趨勢而言，需要在以下幾個方面尋求突破：

(1)以影響抑垢效果的多個參數(shù)為輸入，污垢熱阻為輸出，建立預(yù)測模型。以預(yù)測模型來預(yù)測污垢下階段的生長情況，結(jié)合控制理論實現(xiàn)對某一或某些參量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和修正。

(2)研究磁場作用下溶液中粒子變化規(guī)律，如膠體顆粒的表面積、表面電荷及Zeta電位等，進而討論磁場對溶液中離子水合化、脫水和粒子活性的作用機理，加強機理理論支撐。

(3)建立磁場對污垢中常見無機鹽溶液作用的參量模型。研究電磁對污垢形成影響的微觀行為，從而揭示電磁水處理的本質(zhì)，可深化電磁抑垢機理研究。

(4)建立抑垢機理的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)量化分析，使作用機理的假設(shè)模型變成以數(shù)學(xué)理論分析為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型

(5)將電磁水處理技術(shù)與其他阻垢方式，如高壓靜電水處理、超聲波水處理、紅外輻射水處理等技術(shù)相結(jié)合，并研究探討其協(xié)同作用機理，設(shè)計出效果更好、更具實用意義的處理方法。

4 結(jié) 論

電磁水處理技術(shù)雖然發(fā)展較晚，相關(guān)的研究和理論尚不完善，但是卻突破了傳統(tǒng)方法的弊端，具有無添加試劑，無毒無污染，操作簡單，成本低等優(yōu)點，其應(yīng)用必將有效地提高換熱設(shè)備的換熱效率，降低能源消耗，減少化學(xué)除垢廢液排放，抑制水資源的二次污染。隨著電磁抑垢作用機理的深入研究以及實驗方法和分析手段的不斷提高，電磁水處理作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保型水處理技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1] K.H.Schoenbach，R.W.I.Alden，T.J.Fox.Biofouling prevention with pulsed electric fields[J].IEEE Transactions on Plasma Science，1996，28(28)：75-78.

[2] A.Alabi，M.Chiesa，C.Garlisi，etal.Advances in anti-scale magnetic water treatment[J].Environmental Science：Water Research & Technology，2015，1(4)：408-425.

[3] E.Yee，J.W.Lee，D.S.Lim，etal.Magnetic Water Treatment to Inhibit Calcium Carbonate Scale Deposition in the Drainage System of an Old Tunnel in Seoul，South Korea[J].Advanced Materials Research，2012，594-597：2045-2055.

[4] W.N.A.Nasser，A.H.A.Ruwaie，M.J.Hounslow，etal.Influence of electronic antifouling on agglomeration of calcium carbonate[J].Powder Technology，2011，206(1/2)：201-207.

[5] M.Gryta.The influence of magnetic water treatment on CaCO3scale formation in membrane distillation process[J].Separation and Purification Technology，2011，80(2)：293-299.

[6] A.Rizzuti，C.Leonelli.Crystallization of aragonite particles from solution under microwave irradiation[J].Powder Technology，2008，186(3)：255-262.

[7] K.Higashitani，A.Kage，S.Katamura，etal.Effects of a Magnetic Field on the Formation of CaCO3Particles[J].Journal of Colloid and Interface Science，1993，156(1)：90-95.

[8] 王建國，李松，黃俊峰，等.電磁場對換熱表面CaCO3結(jié)垢行為及其形態(tài)影響的實驗研究[J].化工學(xué)報，2013，64(10)：3708-3713.

[9] M.C.Chang，C.Y.Tai.Use of hot stage microscopy in thermal characterisation of pharmaceutical solid[J].Chemical Engineering Journal，2010，164(1)：1-9.

[10] C.Y.Tai，C.K.Wu，M.C.Chang.Effects of magnetic field on the crystallization of CaCO3using permanent magnets[J].Chemical Engineering Science，2008，63(23)：5606-5612.

[11] F.Alimi，M.Tlili，C.Gabrielli，etal.Effect of a magnetic water treatment on homogeneous and heterogeneou sprecipitation of calcium carbonate[J].Water Research，2006，40(10)：1941-1950.

[12] 宋飛，葛紅花，鄧宇強,等.磁處理對水溶液及CaCO3顆粒物理化學(xué)性質(zhì)的影響[J].水處理技術(shù)，2012，38(3)：23-26.

[13] L.C.Lipus，D.Dobersek.Influence of magnetic field on the aragonite precipitation[J].Chemical Engineering Science，2007，62(7)：2089-2095.

[14] O.M.I.Ignatov.Evaluation of Possible Methods and Approaches for Magnetic Treatment of Water[J].Journal of Medicine，Physiology and Biophysics，2015，16：43-52.

[15] H.Hosoda，H.Mori，N.Sogoshi，etal.Refractive Indices of Water and Aqueous Electrolyte Solutions under High Magnetic Fields[J].Journal of Physical Chemistry A，2004，108(9)：1461-1464.

[16] K.T.Chang，C.I.Weng.The effect of an external magnetic field on the structure of liquid water using molecular dynamics simulation[J].Journalof Applied Physics，2006，100(4)：39171-39176.

[17] Y.Fujimura，M.Iino.The surface tension of water under high magnetic fields[J].Journal of Applied Physics，2008，103(12)：49031-49034.

[18] M.Iino，Y.Fujimura.Surface tension of heavy water under high magnetic fields[J].Applied Physics Letters，2009，94(26)：19021-19023.

[19] R.Cai，H.Yang，J.He，etal.The effects of magnetic fields on water molecular hydrogen bonds[J].Journal of Molecular Structure，2009，938(1/2/3)：15-19.

[20] Y.I.Cho，S.H.Lee.Reduction in the surface tension of water due to physical water treatment for fouling control in heat exchangers[J].International Communications in Heat and Mass Transfer，2005，32(1/2)：1-9.

[21] J.He，F(xiàn).Qi，L.Pei，H.Yang，etal.Integrated index assessing effect of magnetic treatment on liquid water's associative structure[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2014，30(21)：293-300.

[22] M.C.Amiri，A.A.Dadkhah.On reduction in the surface tension of water due to magnetic treatment[J].Colloidsand Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2006，278(1/2/3)：252-255.

[23] S.A.Parsons，S.J.Judd，T.Stephenson，etal.Magnetically Augmented Water Treatment[J].Process Safety and Environmental Protection，1997，75(2)：98-104.

[24] 葛紅花，位承君，龔曉明,等.電磁處理對水溶液中碳酸鈣微粒沉降及附著性能的影響[J].化學(xué)學(xué)報，2011，69(19)：2313-2318.

[25] S.Knez，C.Pohar.The magnetic field influence on the polymorph composition of CaCO3precipitated from carbonized aqueous solutions[J].Journal of Colloid and Interface Scienc- e，2005，281(2)：377-388.

[26] X.Miao，L.Xiong，J.Chen，etal.Experimental study on calcium carbonate precipitation using electromagnetic field treatment[J].Water Science and Technology，2013，67(12)：2784-2790.

[27] A.Szcze，E.Chibowski，L.Holysz，etal.Effects of static magnetic field on water at kinetic condition[J].Chemical Engineering and Processing Process Intensification，2011，50(1)：124-127.

[28] K.W.Busch，M.A.Busch，R.Darling，etal.Evaluation of the Principles of Magnetic Water Treatment[M].American Petroleum Institute Publication，1985.

[29] X.F.Pang，B.Deng.Investigation of changes in properties of water under the action of a magnetic field[J].Science in China，2008，51(11)：1621-1632.

[30] 朱元保，顏流水，曹扯祥,等.磁化水的物理化學(xué)性能[J].湖南大學(xué)學(xué)報，1999，26(l)：21-25.

[31] 姜德寧，周昆.基于交變磁場的水管防垢試驗研究[J].天津工程師范學(xué)院學(xué)報，2008，18(1)：21-25.

[32] H.E.L.Madsen.Crystallization of Calcium Carbonate in Magnetic Field in Ordinary and Heavy Water[J].Crystal Growth，2004，267(1/2)：251-255.

[33] Y.Han，Y.Zhao.Influence to the structure and dynamics of hydrated Ca2+and water molecules in CaCl2aqueous solution caused by external AC electric field：A mechanism study by molecular dynamics simulation[J].International Journal of Electrochemical Science，2012，7(10)：10008-10026.

[34] Y.Wang，J.Babchin，L.T.Chernyi，etal.Rapid onset of Calcium Carbonate Crystallization Under the Influence of A Magnetic Field[J].Water Research，1997，31(2)：346-350.

[35] 金貞花，陳永昌，邢曉凱,等.高壓靜電抗垢強化傳熱實驗研究[J].工程熱物理學(xué)報，2006，27(6)：1035-1037.

[36] F.Long，A.N.Zhu，X.L.Wang，et al.Membrane Flux and CaCO3Crystallization in the Unstirred Dead-end Nanofiltration of Magnetic Solution[J].Desalinations，2005，186(1/2/3)：243-254.

[37] 邢曉凱，馬重芳，陳永昌,等.電磁抗垢強化傳熱技術(shù)的熱態(tài)實驗研究[J].石油大學(xué)學(xué)報，2005，29(1)：79-83.

[38] 董長城.高頻電磁水處理系統(tǒng)與控制算法研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2010.17-43.

[39] 陳璨，劉潤華.電磁場頻率對CaCO3溶解性影響的定量研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9(15)：4567-4570.

[40] 費繼友，李玉泉，白鑫.水的電磁變頻除垢防垢技術(shù)和實驗研究[J].化工自動化及儀表.2011，38(2)：157-161.

[41] 王建國，李雨通，鄧麗娟.纏繞式變頻電磁水處理器電磁頻率對抑垢效果的影響[J].化工學(xué)報，2015，66(3)：972-978.

[42] 羅漫，陸柱.磁場對CaCO3結(jié)晶過程的影響[J].華東理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2000，26(2)：177-179.

[43] 克拉辛.水系統(tǒng)的磁處理[M].北京：宇航出版社，1998.

[44] S.H.Lee，Y.I.Cho.Velocity Effect on Electronic-antifouling Technology to Mitigate Mineral Fouling in enchanced-tube Heat Exchanger[J].International Journal of Heat and Mass Transfer，2002，45(20)：4163-4174.

[45] J.M.D.Coey，S.Cass.Magnetic water treatmont[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2000，209(1/2/3)：71-74.

[46] L.C.Lipus，B.Acko，A.Hamler.Electromagnets for high-flow water processing[J].Chemical Engineering and Processing：Process Intensification，2011，50(9)：952-958.

[47] F.Gilart，D.Deas，D.Ferrer，etal.High flow capacity devices for anti-scale magnetic treatment of water[J].Chemical Engineering & Processing，2013，70(7)：211-216.

[48] 蔣文斌.基于變化電磁場的電磁除垢系統(tǒng)[D].杭州：中國計量學(xué)院，2012.45-54.

[49] 陳加鵬.交變磁場水處理裝置的研制與阻垢除垢的實驗研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.44-59.

[50] 柴鑫.變頻式直流脈沖電磁水處理裝置的研制和作用效果研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.52-60.

[51] X.Xing.Research on the electromagnetic anti-fouling technology for heat transfer enhancement[J].Applied Thermal Engineering，2008，28(8/9)：889-894.

[52] 桑曉.基于油田污水結(jié)垢的掃頻磁場防垢技術(shù)研究[D].北京：中國石油大學(xué)，2008.20-22.

[53] 韓良敏.水在磁場作用下的結(jié)垢性研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.3-22.

[54] S.Srebrenik，S.Nadiv，I.J.Lin.Magnetic Treatment of Water-A Theoretical Quantum Model[J].Magnetic and Electrical Separation，1993，5(2)：71-91.

[55] 黃征青，魯國彬，徐洪濤,等.超濾對磁化水的影響及截留微粒成分分析[J].工業(yè)水處理，2003，23(9)：35-37.

[56] I.B.Silva，J.C.Q.Neto，D.F.S.Petri.The effect of magnetic field on ion hydration and sulfate scale formation[J].Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2015，465：175-183.

AResearch Review of Electromagnetic Anti-scale Effect and its Mechanism

WANG Jian-guo，LIANG Yan-dong，YIN Zhao，WANG Yu-rui

(School of Automation Engineering，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012)

Electromagnetic water treatment technology is a kind of physical methods of anti-scaling.It has attracted more and more attention because of no added reagents，non-toxic，non polluting，simple operation and low cost and so on.According to the researches of home and abroad，the influence of electromagnetic field on the crystallization process，crystal morphology and physicochemical properties of solution and the variation of the electromagnetic field parameters(like electromagnetic field intensity，frequency，direction，electromagnetic treatment time and velocity) on the anti-scale effect are reviewed.And on the basis of these，the paper introduces the progress of the research on the mechanism of electromagnetic anti-scaling and the problems to be solved.Finally，the development trend of the technology is prospected.

Electromagnetic field；Circulating water treatment；Anti-scaling

2016-03-09

國家自然科學(xué)基金項目(51176028)；吉林省重點科技攻關(guān)項目(20140204006SF)

王建國(1963-)，男，吉林省吉林市人，東北電力大學(xué)自動化工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：發(fā)電設(shè)備節(jié)能與故障診斷.

1005-2992(2016)06-0001-06

TQ085

A