Магнитные Технологии ЖКХ

                Юрий Павлович Ткаченко.
Уважаемый читатель! Мои научные работы, Вы можете скачать в разделе- Ссылки.
В самом низу моей главной странице.


 Магнитные Технологии

В жилищно-коммунальном хозяйстве.

Об авторах.

 Ткаченко Юрий Павлович (1950 г. рождения). Профессор. Конструктор магнитных приборов и систем. Принимает непосредственное участие во всех значимых исследованиях и реализации реальных проектов в разных странах мира. В 1987 году создал компанию «Российская Корона» владельцем и президентом   которой был до 1995г. На средства компании профинансировал ряд институтов СССР, а затем и России.   Тема исследований: «Применение слабых магнитных полей в различных сферах промышленности и сельского хозяйства для интенсификации производственных процессов и энергосбережения». В общем, было исследовано более 300 тем в таких отраслях как: добыча, транспортировка, переработка и использование нефти и нефтепродуктов, химическая промышленность, тепловая энергетика, строительная индустрия, сельское хозяйство, пищевая биотехнология, медицина, экология. Таким образом, уже в 1994 г. Компания «Российская Корона» обладала крупнейшим в мире банком данных в области практической магнитологии.На основании этих работ 14.10.1993 было принято постановление правительства РФ №1058 «О развитии научно производственной деятельности в области магнитологии и создании магнитных систем» («Сборник постановлений, решений и рекомендаций государственных органов различного уровня»). В 1995 году с группой ученых выехал в Арабские Эмираты, где совместно с местным бизнесменом Жунейдом Хури создал в компанию «Magnetic Technologies»  www.magneticeast.com

С 1995 года исследовательские работы и работы по внедрению полученных результатов в практику были продолжены, но теперь уже в ведущих научных центрах разных стран мира. Такая работа продолжается и в настоящее время. Предлагаемая вашему вниманию информация, в большей своей части, состоит из материалов, полученных в результате этих исследований и внедренческих работ, проводимых компанией на разных континентах мира.  В настоящее время компания имеет обширную сеть своих представительств практически во всех странах ближнего востока, в странах               
 Европы, Юго-Восточной Азии, Африки, южной и северной Америки.
В некоторых странах на базе этих технологий приняты государственные программы.
 

 
Косневич Анатолий Григорьевич. Магнитолог-Практик. 1939 года рождения, кандидат технических наук, доцент, полковник в отставке. В 1968 году окончил электротехнический факультет Военно – Воздушной  инженерной Академии имени профессора Н. Е. Жуковского по специальности: авиационное электро – и приборное оборудование пилотируемых воздушных и космических летательных аппаратов. Автор и соавтор 136 научных работ, изобретений и учебных пособий. Из них, 8 изобретений и 5 научных работ посвящены магнитной обработке углеводородных жидкостей.
В 1992 году от  Научно-Производственного Объединения  «НУКЛОН» начал совместную научно-практическую деятельность с компанией «РОССИЙСКАЯ КОРОНА». В 1996 году по приглашению профессора Ю. П. Ткаченко выехал для работы в компанию «MAGNETIC TECHOLOGIES L. L. C», ОАЭ, где и продолжил научно-практическую деятельность до декабря 2006 года.
С 2006 до настоящего времени, научный консультант и научный редактор информационных публикаций связанных с практической деятельностью компании. «MAGNETIC TECHOLOGIES L. L. C», ОАЭ


.      
Практическая магнитология для жилищно-коммунального хозяйства
Согласно Википедии (свободной энциклопедии) жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) представляет собой комплекс отраслей экономики, обеспечивающий функционирование инженерной инфраструктуры различных зданий в населенных пунктах, создающий удобства и комфортабельность проживания и нахождения в них людей путем предоставления им широкого спектра услуг.
Введение
ЖКХ в широком смысле решает достаточно большой объем задач, среди которых важнейшими являются функции теплоснабжения, водоснабжения и энергосбережения. Для обеспечения этих функций требуются значительные вложения не только финансового характера, но и научно-технического направления. Это связано с тем, что успешное решение далеко непростых эксплуатационных вопросов, например, теплоснабжения и водоснабжения принципиально невозможно без опоры на научно-технический прогресс и современные технологии. Потому, что под термином «теплоснабжение» подразумевается не только обеспечение поставки (транспортирование) горячей воды и тепла, но и обеспечение работы котельных и тепловых электростанций (ТЭС), теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). А под техническим термином «водоснабжение» понимается не только водопровод, то есть прокладка и ремонт водопроводных труб, но и водозабор с последующей очисткой и доставкой воды в многоквартирные дома и на промышленные объекты, в том числе для последующего подогрева для нужд горячего водоснабжения и отопления.
Следует отметить, что современные методы водоподготовки и очистки воды являются достаточно дорогими и энергоемкими. Тем не менее большие затраты успешно можно минимизировать с помощью технологии, которая использует постоянное магнитное поле со специальными характеристиками для обработки воды. Магнитная обработка воды (водных растворов) является практически реализуемой технологией, которая способна почти в любом технологическом процессе дать ощутимый экономический эффект.
Магнитная обработка жидкостей,  с точки зрения внедрения ее в различных отраслях промышленности, известна уже 70 лет. Уже 70 лет в разных странах существуют фирмы, которые успешно изготавливают и внедряют « аппараты магнитной обработки», доказывая на практике, что « таинственное явление» объективно существует и дает пользу.

Еще в 80-х годах прошлого века АН СССР создала комиссию из весьма уважаемых академиков для изучения накопленных в области «магнитной обработки» фактов. Через 2 года академики вынесли вердикт, который, если коротко, следует понимать: «Факты имеют место. Но у науки нет никаких разумных объяснений наблюдаемым явлениям».

А такое объяснение есть. Уже прошло 110лет с тех пор, как физики столкнулись с проявлениями «фазового перехода второго рода» (ФП2) и 75 лет прошло с тех пор, как Л. Д. Ландау дал первое теоретическое объяснение ФП2, за что стал лауреатом Нобелевской премии. Ландау объяснил, что так проявляется структурная перестройка, изменение энтропии термодинамической системы[1]. И вот, 30 лет назад харьковский ученый, специалист в области физической химии, Присяжнюк В. А. сопоставив наблюдаемые при « магнитной обработке» факты с тем, что наблюдается при ФП2 (структурная перестройка) понял, что это одно и тоже. В своих работах [2,3,4] он и объяснил механизм явления, подчеркивая те признаки, которые уже давно физики всего мира наблюдают при ФП2. Первый признак для распознавания – это изменение энтропии или (через что мы «видим» энтропию) изменения теплоемкости и теплоты парообразования. Однако, без ученых-практиков, энтузиастов своего дела ни какие, даже самые выдающиеся результаты теоретических исследований не были-бы адаптированы для использования в конкретных технологических процессах. Таким ученым  был профессор Вилен Иванович Классен. Его монография «Омагничивание водных систем», изданная в 1976 году и переизданная в 1982году по существу являлась и является в настоящее время единственной монографией-справочником по применению магнитной обработки жидкостей в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины и т. д. Дальнейшее развитие и обоснование результатов, изложенных в монографии В. И. Классена осуществила компания «Российская Корона» (1987 – 1995 г.)   Компания на собственные средства профинансировала ряд научно-исследовательских организаций и учреждений СССР, а затем России, которые провели исследования по оценке влияния магнитной обработки жидкостей на различные технологические и биологические процессы.
К таким организациям, например, относятся Всесоюзный Научно-исследовательский институт ВНИИ «ЖЕЛЕЗОБЕТОН», Грозненский нефтяной научно-исследовательский институт ГРОЗНИИ, Всесоюзный научно-исследовательский институт по переработке нефти ВНИИНП, Всесоюзный научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии ВНИИПБТ, Научно-производственное объединение «НУКЛОН», Витебский медицинский институт, Волгоградский государственный аграрный университет и т. д.
На основании результатов  только части этих работ 14.10.1993г. было принято Постановление Правительства РФ № 1058 «О развитии научно-производственной деятельности в области магнитологии и создании магнитных систем». Это постановление является действующим и в настоящее время, так как его никто не отменял, но и не продолжил выполнение решения прежнего Правительства Российской Федерации.  В результате упущенная выгода только для одной отрасли экономики такой, как ЖКХ за прошедшие годы, по самым скромным расчетам составила многие миллиарды долларов.
Настоящая публикация преследует одну единственную цель – показать возможности одного из самых перспективных и экономически эффективных методов безреагентной водоподготовки, к которым относится МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА жидкостей постоянным магнитным полем со специальными характеристиками.
Далеко неполный перечень таких возможностей, приводится ниже.


И так, магнитная обработка воды позволяет:
1. Предотвратить образование отложений на теплообменных поверхностях и трубопроводах.
2. Снизить энергозатраты на подогрев воды или на процесс парообразования.

3. Сократить количество используемых реагентов или, в отдельных случаях, отказаться от их применения.
4. Сократить количество потребляемого топлива или электроэнергии.
5. Увеличить срок службы теплообменного и насосного оборудования.
6. Увеличить качество очистки от органических примесей.
7. Способствовать подавлению жизнедеятельности патогенных микроорганизмов и бактерий.
8. Увеличить скорость регенерации мембран и фильтров и сократить количество промывной воды.
9. Увеличить скорость осаждения твердых частиц.
10. Увеличить скорость адсорбционных и ионообменных процессов.
11. Увеличить динамическую обменную емкость ионитов.
12. Увеличить скорость фильтрации воды через мембрану.
13. Увеличить или уменьшить растворимость кислорода или углекислого газа в воде.
14. Снизить эксплуатационные затраты.
15. Сократить объем выбросов жидких и газообразных отходов.

 Вода и ее применение.

Вода – наиболее распространенное, доступное и дешевое вещество. В воде зародилась жизнь, вышла из нее, постепенно заселив сушу и воздух. Без воды немыслима жизнь на планете Земля,
 
немыслима жизнедеятельность человека. Именно доступность и незаменимость воды обусловила ее широкое применение в быту, промышленности и сельском хозяйстве, медицине – во всех сферах человеческой деятельности. Но именно это и создает проблемы, связанные с ее подготовкой к использованию, с ее очисткой.
Вода в природе. Вода – жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность r = 1,000 г/см3 (при 3,980С); температура плавления tпл.= 0 0С; температура кипения tкп.= 100 0С. Одно из самых распространенных веществ в природе. Гидросфера занимает 71% биосферы. Биосфера, включающая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами, ничтожно тонка – от глубин океанских впадин до высот снежных вершин слой биосферы  достигает толщины всего 20 км, что составляет лишь 0,3% радиуса земли. К тому же эта обетованная пленка на поверхности Земли в основном водная, и в этом смысле наша планета является планетой воды.
В «Словаре» Брокгауза и Ефрона дается определение и  происхождение слова «минерал»: (от mina – подземный ход, штольня) – это название дают однородным твердым или жидким неорганическим произведениям природы, определенного химического состава, входящим в композицию твердой оболочки земли, а также и других небесных тел. Таким образом, жидкая вода – жидкий минерал, твердая вода (лед) – твердый минерал. В последние десятилетия обнаружены большие запасы топлива в виде твердых кристаллогидратов природных углеводородов. Вода – прекрасный растворитель и потому невозможно встретить в природе жидкую «чистую» воду, то есть воду, в которой не растворены неорганические и органические вещества. Вода - прекрасная среда обитания живых организмов и потому невозможно встретить в природе «чистую» воду, то есть воду, в которой бы не обитали микробы, бактерии, моллюски, рыбы и так далее.
Вода и человек. Столь универсальный по свойствам и широте распространения минерал нашел чрезвычайно широкое использование в жизнедеятельности человека. Вода используется в быту, в промышленности, в сельском хозяйстве – где угодно. Несколько примеров того, в каких объемах используется вода.
В теплоэнергетике вода – теплоноситель и рабочее тело. Тепловые электростанции используют на производство одного гигаватта электроэнергии 32 – 42 м3 в секунду воды[5]. В частности, на охлаждение конденсатора турбины только одного энергоблока используется от 8 до 10 тысяч м3/ч. Если учесть, что в 1990 г. СССР произвел 1,726 млрд.
                5.
ГВт·ч электроэнергии, а к 2010 г. планировал увеличить производство электроэнергии только на ТЭС на 50 – 55% [6], то можно считать, что развал СССР, резкое падение производства и значительное снижение объемов производимой электроэнергии спасли республики бывшего СССР от экологической катастрофы.
В металлургии вода используется для охлаждения оборудования, как теплоноситель и как рабочее тело для ТЭС, которые есть на каждом металлургическом комбинате, но не относятся к Министерству энергетики. То есть, не учтены в выше приведенных цифрах. Только на охлаждение одной доменной печи используется до 10 тысяч м3/ч воды.
В химии вода – растворитель; один из реагентов некоторых химических реакций; «транспортное средство», то есть среда, позволяющая перемещать реагенты, продукты реакции из одного технологического аппарата в другой; теплоноситель и хладагент в тепловых процессах. В конечном итоге, вывод в окружающую среду жидких отходов производства осуществляется тоже в виде водных растворов и суспензий. Указать общие объемы воды, используемой химической промышленностью не представляется возможным. Чтобы иметь хоть какое-то представление об объемах используемой воды и водных растворов укажем, что только содовые заводы СССР выпускали в год свыше 1млн. т кальцинированной соды, а на производство 1т кальцинированной соды (только в виде раствора хлорида натрия – рассола) расходовалось 5,5 м3 рассола. Потом в технологическом процессе этот объем увеличивался приблизительно в два раза и выводился в виде жидких отходов. Перемножить между собой эти цифры сможет сам читатель.
В медицине вода – растворитель, лекарственное средство, средство санитарии и гигиены, «транспортное средство». Повышение уровня медицинского обслуживания и рост народонаселения планеты Земля естественным образом ведет к росту водопотребления на медицинские цели.
В сельском хозяйстве вода транспортное средство питательных веществ к клеткам растений и животных, участник обмены реакций, участник процесса фотосинтеза, реакций гидролиза, регулятор температуры живых организмов. Объемы воды, которые затрачиваются для полива сельскохозяйственных растений, при кормлении животных, птицы не уступают объемам, используемым промышленностью.
В быту вода - средство санитарии, участник химических реакций, протекающих при приготовлении пищи, теплоноситель, транспортное средство, удаляющее продукты жизнедеятельности человека в канализацию. Норма водопотребления на одного человека существенно разная по отдельным городам. Так, например, в Санкт-Петербурге она 0,70 м3/месяц, в среднем по Украине 0,32 м3/месяц, а в Европе 0,11 м3/месяц. Если вспомнить о приблизительно 6 млрд. человек, населяющих планету Земля, то становится ясно, почему время от времени возникают разговоры о все возрастающих проблемах с питьевой водой даже в «мокрых» регионах планеты.
                6.
Что такое «чистая» вода? Понятно, что для минерала, происходящего из разных месторождений, разного состава и столь широкого диапазона применения не могут быть сформулированы единые требования по «качеству».
К сырой воде, то есть воде из источника водоотбора, требования одни. К «очищенной» воде, то есть воде, подготовленной к дальнейшему использованию, требования совершенно другие. Более того, представления о качестве используемой воды с годами меняются, отражая:
 
Знания о влиянии на живой организм или технологический процесс отдельных компонентов раствора, называемого водой.
Разработанных и освоенных методов анализа.
Уровня развития науки и техники.
«обратную связь» между потребляемой человеком водой и тем набором растворенных веществ, твердых включений и микроорганизмов, которые сбрасываются в виде сточных вод, жидких отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.
Например, лет 200 назад для оценки качества питьевой воды использовались только органолептические методы: оценка цвета; вкуса; запаха. Сейчас перечень анализов, выполняемых санитарной лабораторией предприятия пищевой промышленности, размещается на двух страницах, заполненных мелким шрифтом. По традиции в таком списке остаются и органолептические показатели качества. Полученные в виде анализа знания о составе воды из источника водоснабжения должны вести к технологическим приемам очистки от тех или иных загрязнений. Таким образом, далее следует рассмотреть методы водоподготовки и водоочистки.
Что такое водоподготовка и очистка воды? Если обратиться к справочной литературе, например, Энциклопедический словарь медицинских терминов или Малой медицинской энциклопедии или Сельскохозяйственный словарь и тому подобное, то отличающиеся друг от друга формулировки и определения можно обобщить в следующей редакции. Водоподготовкой называется приведение качества воды в соответствие с требованиями промышленных предприятий. Очисткой воды, используемой для нужд человека и животных, называют приведение качества воды к нормам, обусловленным соответствующими Государственными Стандартами. Очисткой сточных вод, сбрасываемых промышленными и коммунальными предприятиями, называют приведение состава жидких стоков в соответствие с нормами Предельно Допустимых Концентраций.

2.Теоретические основы методов водоподготовки и очистки

Известно, что наука исследует свойства вещества, изменение его свойств в процессе химических превращений. Техника на основе известных свойств веществ разрабатывает приемы работы с ними. Но прежде, чем приступить к изложению применяемых методов водоподготовки и очистки воды, напомним определения физических, физико-химических и биологических явлений, используемых при водоподготовке или очистке воды: фазовые переходы первого и второго рода; коагуляция; гравитация; фильтрование; осмос; адсорбция физическая и химическая; реакции окисления; фотохимические реакции; термическая денатурация белка.


7.
Фазовые переходы. Известны четыре агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазма -  резко отличные по своим свойствам и характеристикам. Однородный в физическом и химическом отношении конечный объем называется фазой. Переход из одного фазового состояния в другое называют фазовым переходом. Различают четыре агрегатных состояния вещества, но фазовые переходы могут быть n-го порядка (рода). Классификацию их ввел Пауль Эренфест[7].
Фазовые переходы 1 рода. Фазовые переходы первого рода (ФП1) протекают с изменением агрегатного состояния вещества: плавление – затвердевание (кристаллизация), испарение – конденсация, растворение – кристаллизация, сублимация – кристаллизация. Точка перехода ФП1 характеризуется:
 
скачкообразным изменением значений характеристических функций и физических свойств системы;
наличием разрыва первых производных характеристических функций и свойств системы (теплоемкость, вязкость, плотность, энтропия, энтальпия, изобарно-изотермический потенциал и т. д.);
наличие области метастабильного состояния.
Кристаллизация. Типичный пример фазового перехода первого рода, сопровождающегося изменением агрегатного состояния вещества [8]: жидкое (раствор, расплав) становится твердым. Кристаллизация широко используется при очистке воды и водоподготовке. Вывести загрязняющий воду ион можно, если перевести его в малорастворимое химическое соединение. Кристаллизация – обычный прием очистки водных растворов от ионов кальция, магния, железа, марганца и т. д.:
Ca2+ + СО32- ; CaC0;;          (2.1),
Mg2+ + 2OH - ; Mg(OH)2 ; (2.2),
Mg2+ +  CO32-; MgCO3 ;      (2.3),
Fe3+ + 3OH- ; Fe(OH)3;    (2.4).
Вода природных источников водоснабжения очень отличается по содержанию солей кальция и магния, так называемых солей жесткости. В речной воде, например, днепровской, суммарная концентрация ионов кальция и магния не превышает 7 мг.-экв./л, в то время как вода рек Нева и Амазонка содержит не более 1,5 мг.-экв./л. В воде артезианских скважин, используемых как источник водоснабжения, суммарная концентрация солей жесткости может доходить до 20 мг.-экв./л, а в морской воде – до 40 мг.-экв./л. Растворимость карбоната кальция, образующегося по реакции (2.1), при температуре 200С составляет 0,14 мг.-экв./л. Растворимость гидроокиси магния составляет 1,88 мг.-экв./л, гидроксида железа – 0,007 мг.-экв./л. Магний в одном растворе при наличии карбонат-иона или в контакте с углекислотой воздуха образует целый ряд двойных солей и кристаллогидратов очень низкой растворимости.
                8.               
Для карбоната кальция и гидроксила магния характерно снижение равновесной растворимости с ростом температуры. Таким образом, суммарная концентрация ионов кальция и магния, которую в определенных  условиях можно получить при очистке воды, при температуре 200С может достигать 0,16 мг.-экв./л. Это означает, что в процессе очистки воды кристаллизацией в виде малорастворимых соединений, суммарную концентрацию кальция и магния можно понизить: в днепровской воде в 44 раза, в воде артезианских скважин в 125 раз, в морской воде в 250 раз. Для осаждения иона кальция к воде надо добавить ион СО32- . Однако, в ней всегда присутствует этот ион за счет растворения углекислоты, содержащийся в воздухе. Этот факт используют при очистке методом известкования воды с невысоким содержанием солей жесткости, добавляя известковое молоко. При высоких содержаниях в воде ионов кальция и магния используют известково-содовый метод. Осаждение иона магния по реакции (2.2) ведут известковым молоком, а иона кальция по реакции (2.1) и «досаждение» иона магния ведут хорошо растворимой и хорошо диссоциирующей на ионы кальцинированной содой:
 
Na2CO32- + CO32- ; 2 Na+ + CO32- (2.5).
К проблемам, возникающим при очистке кристаллизацией, относится характерное для фазового перехода первого рода (ФП1) и наличие области метастабильного состояния. Карбонат кальция образует устойчивые пересыщенные растворы. Чтобы как-то сдвинуть вправо процесс, символически отражаемый уравнением (2.1), надо увеличить концентрацию одного из реагентов: или иона кальция, или карбонат-иона . Если применяется метод известкования, то увеличивают дозировку добавляемого известкового молока. Если используется известково-содовый метод очистки, то увеличивают дозировку кальцинированной соды. В любом случае на последующей стадии добавляемые «избытки» надо удалить. У карбоната кальция есть еще одна неприятная особенность - он предпочитает кристаллизоваться на металлической поверхности технологического оборудования и трубопроводов[9], образуя так называемые солеотложения или накипь. Как следует из уравнения (2.3), очистить воду от трехвалентного железа за счет его кристаллизации в виде гидроксида можно, добавляя к воде щелочь, то есть, увеличивая рН. Испарение и конденсация – типичные примеры фазового перехода первого рода, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния вещества[4]: жидкость превращается в газ (пар), газ конденсируется до жидкого состояния. В природе за счет испарения воды высыхает земля после дождя. Когда водяной пар конденсируется – образуются дождевые облака и затем идет дождь. Испарение с последующей конденсацией образовавшегося пара широко используется при производстве свободной от растворенных примесей воды, но имеющих более высокую температуру кипения. В технике так получают пресную воду из морской воды, так получают дистиллированную воду в больницах, аптеках, лабораториях. Испарение очень энергоемкий процесс.




                9.
 Испарение идет при любой температуре. Удельная теплота парообразования r в системе СИ выражается в кДж/кг испарившейся жидкости. Зависимость теплоты парообразования (конденсации) от температуры можно описать уравнением:
r = 2504 – 2,45 ; t (2.6).
При конденсации выделяется столько тепла, сколько его затрачивается на испарение при той же температуре. Уравнение (2.6) дает представление о энергозатратах: если при 00С на испарение килограмма воды потребуется затратить 2504 кДж, то при 1000С энергозатраты на испарение составят 2259 кДж/кг. Из уравнения (2.6) следуют те « маленькие хитрости», которые используются для снижения энергозатрат на очистку сильно засоленной воды методом дистилляции.
Фазовые переходы второго рода. Фазовым переходом второго рода называется фазовый переход, при котором отсутствует скачкообразное изменение внутренней энергии и плотности. Теплота фазового перехода второго рода равна нулю. Фазовый переход второго рода сопровождается скачкообразным изменением теплоемкости и термодинамических коэффициентов расширяемости и сжимаемости. Классическими примерами фазовых переходов второго рода являются переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние, переход в точке Кюри ферромагнитного вещества в парамагнитное. В связи с тем, что изменение теплофизических характеристик жидкостей и, в частности воды, под воздействием магнитного или электрического поля сопровождается фазовым переходом второго рода, остановимся на нем более подробно.
 В первой половине ХХ века началось интенсивное изучение нового явления – фазового перехода второго рода. Фазовые переходы второго рода (ФП 2) протекают без изменения агрегатного состояния и представляют собой структурную перестройку вещества.
ФП2 (структурная перестройка) происходит в точке (точка Кюри, ; - точка, критическая точка), то есть при определенном значении параметра, определяющего термодинамическое состояние системы, и характеризуется:
- скачкообразным изменением значений характеристических функций и физических свойств системы при непрерывном и плавном изменении воздействующих на систему факторов;
- обращением в нуль значений первых производных характеристических функций и свойств системы (теплоемкости, вязкости, плотности, энтропии, изобарно-изотермический потенциала и т.д.) по физическим параметрам (температуре, давлению, химическому потенциалу, индукции магнитного, напряженности электрического, частоте акустического поля, величине гетерогенной поверхности и т.д.), но наличием разрыва функций вторых производных; - отсутствием поглощения или выделения тепла системой в критической точке, то есть адиабатичностью процесса;
- отсутствием области метастабильного состояния, скачкообразным изменением структуры в точке перехода.
                10.
Исследованиям ФП2 или критических явлений посвящена обширная литература. Обзор состояния исследований в этой области естествознания дан в монографии Анисимова [10].
Классическая теория ФП2 разработана Ландау [1]. Он интерпретировал ФП2 как структурную перестройку в системе, возможную при сосуществовании как минимум двух исходных структур. Поскольку интенсивность и характер взаимодействия составляющих систему частиц зависит не только от их природы и состава, но и от значения воздействующих на неё факторов, структура отражает термодинамическое состояние системы в состоянии равновесия. Молекулы, взаимодействуя, образуют кластер (кластерная теория) - гроздь случайной формы, состава и размера. Изменение внешних параметров системы: температуры, давления, напряженности электрического, магнитного, акустического, гравитационного поля, энергии переноса массы, ввод в систему твердых (поверхностная энергия) или растворимых примесей - приводит к изменению её термодинамического состояния.
Поскольку возможны различные варианты взаиморасположения частиц (структуры), возможны и различные варианты конечного состояния системы: она может оказаться более структурированной или менее структурированной, чем до ФП2. Другими словами, структурная перестройка может привести к повышению концентрации крупных кластеров за счет уменьшения числа мелких или наоборот. Как следствие, теплофизические характеристики жидкости можно изменить как в сторону увеличения их значения, так и в сторону уменьшения. При этом следует вспомнить, что ФП2 всегда предшествует ФП1:
9
сначала происходит структурная перестройка в системе, а затем уже начинается изменение агрегатного состояния вещества. Этот факт можно использовать для ускорения процесса кристаллизации, если заставить соль-загрязнитель кристаллизоваться в другой, чем обычно, кристаллографической модификации. Этот факт можно использовать для снижения энергозатрат на испарение воды.
Разделение фаз в гравитационном поле. Гравитационные силы – силы притяжения Земли, силы тяжести – очень широко используются для отделения от жидкости твердых частиц. Так отделяют от жидкости как взвешенные в воде загрязнения, так и образовавшиеся при кристаллизации по уравнениям (2.1 -2.4) малорастворимые вещества. Закон Стокса[11] позволяет вычислить скорость V оседания одиночной частицы в зависимости от ее размера и других условий, при которых ведется осаждение:
V=g/m;r;r;/((;_sd-;_lq ) )  .     (2.7)
В уравнении (2.7) g - гравитационная постоянная; m- вязкость жидкости, в которой происходит отстаивание; r – размер твердой частицы; ;_sd, ;_lq- плотность (удельный вес) твердой частицы и жидкости, соответственно. Изменение границы осадка h_ос во времени[11] (консолидированный отстой) описывает следующее уравнение:
h_oc=h_r;t_i/((t_(0,5 )+t_i))   ,(2.8)
где: h_r - высота границы осадка при «бесконечном» времени отстаивания t; t_0,5- отрезок времени, за который данная суспензия осядет на 0,5 первоначальной высоты.
Дифференцируя уравнение (2.8) определим скорость осаждения:
V_oc=h_r;(h_r;t_0,5)/((t_0,5+t_i )^2.)   (2.9)
На поверхности осадка за счет адсорбции ионов из раствора образуется двойной электрический слой. Именно знак и величина заряда потенциалообразующего слоя определяет степень уплотняемости Y осадка:
Y=h_o/(h_o+h_r )=1/(1+h_r;h_o )  ,(2.10)
где h_o- высота слоя суспензии до начала процесса осаждения. Уравнения (2.7 – 2.10) лежат в основе расчета осветлителей и отстойников.
Коагуляция, флокуляция. Явление коагуляции очень напоминает кристаллизацию, но, в отличии от последней, когда видимый глазом кристалл образуется за счет объединения отдельных растворенных молекул, при коагуляции агрегируют ( слипаются ) под влиянием сил межмолекулярного взаимодействия мелкие невидимые глазом твердые частицы. Если рентгеноструктурный анализ выявляет в кристалле определенную характерную для данного вещества структуру, то слипшиеся коллоидные частицы – флоккулы – кристаллической структурой не обладают. Известно, что первой стадией процесса кристаллизации является
10
коагуляция «критических» зародышей с последующим образованием кристаллической структуры. Под флокуляцией понимают образование хлопьев, флокул вне зависимости от того, по какому механизму и с включением каких молекул или частиц какого размера они образовались.
Адсорбция и ионный обмен Адсорбцией называют сгущение газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз. Материал, на поверхности которого произошла адсорбция, называют адсорбентом. Различают физическую (ванн – дер – ваальсовскую) и химическую адсорбцию (хемосорбцию). Физическая адсорбция происходит за счет сил межмолекулярного взаимодействия и обратима. Рост температуры увеличивает кинетическую энергию адсорбировавшихся молекул, за счет чего возрастает вероятность их отрыва от поверхности. Типичными адсорбентами, на поверхности которых идет физическая адсорбция, являются активированный уголь и силикагель. Нагревая отработавший адсорбент и удаляя адсорбировавшееся на поверхности вещество, можно полностью восстановить его адсорбирующую способность. Способность к адсорбции выражается размером адсорбирующей поверхности (М2)одного грамма адсорбента. Химическая адсорбция происходит из-за химического взаимодействия адсорбента и адсорбата. В отличие от физической, она усиливается с ростом температуры. Как следует из химической кинетики, повышение температуры увеличивает скорость химических реакций. Ионитами или ионообменными материалами (синтетические смолы) называют нерастворимые вещества, способные обменивать содержащиеся в них ионы на другие ионы того же знака, находящиеся в омывающем ионит растворе. Катиониты обменивают катионы, положительно заряженные ионы. Аниониты обменивают отрицательно заряженные ионы. Ионообменные смолы обладают высокой механической прочностью, химической стойкостью и большой обменной емкостью. Обмен ионов происходит во всем объеме смолы, так как растворенные в воде ионы свободно проникают сквозь структурную решетку смолы. Не представляет труда изготавливать гранулы ионообменной смолы любого размера, но с ростом размера гранулы падает поверхность ее контакта с очищаемой водой, замедляется скорость обмена – регенерации. С другой стороны, с уменьшением размера гранул увеличивается гидравлическое сопротивление слоя ионита, фильтрующая способность.
В случае ионного обмена приходится иметь дело, пожалуй, с химической адсорбцией. Интенсивность ионного обмена с ростом температуры возрастает, но увеличение температуры ограничено свойствами полимерного материала – при высокой температуре он может размягчаться, плавиться. В случае с ионообменной смолой работает первый закон химической кинетики: скорость химической реакции определяется концентрацией ее участников. Например, используется катионит, насыщенный ионом натрия, для удаления из воды ионов солей жесткости (кальция и магния). Постепенно в процессе обмена концентрация натрия в катионите уменьшается за счет замены его на кальций и магний, хотя концентрация кальция-магния в поступающей на очистку воде остается прежней. По мере того, как «срабатывается» ион натрия, падает до нуля скорость обмена его на кальций-магний. Тогда ионообменную смолу регенерируют, промывая концентрированным раствором хлорида натрия. Теперь натрий вытесняет кальций магний из смолы, занимая их место. И так до тех пор, пока концентрация натрия в смоле не станет максимально высокой.

11
Ионообменные смолы получают,  либо конденсацией, либо полимеризацией мономеров, содержащих активные группы. Возможен ввод активных групп в уже готовые полимеры. С ростом их концентрации  растет обменная емкость смолы, но одновременно растет способность набухать и растворяться в воде. Обменная емкость ионитов выражается числом грамм-эквивалентов, извлекаемого из воды иона на один грамм сухого ионита.
Фильтрация. Движение жидкости или газа сквозь пористую перегородку называют фильтрацией. Это определение не ограничивает размер пор и может быть применено как к фильтровальным перегородкам с размером пор порядка миллиметров, так и к мембранам с размером пор порядка нанометра, то есть порядка размера молекул. Запишем уравнение, определяющее скорость фильтрации[7], то есть объем фильтрата, проходящий через пористую перегородку в единицу времени:
V_fl=(S_fp;;P)/(m;(R_fp+0,5;r_sd;h_sd))  ,(2.11)
где: S_fp- площадь поверхности фильтрующей перегородки; ;P - разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки; m - вязкость фильтрата; R_fp - удельное сопротивление фильтрованию фильтрующей перегородки; r_sd – удельное сопротивление фильтрования слоя осадка; h_sd - толщина слоя осадка на фильтрующей перегородке.
Из уравнения(2.11)следует, что скорость фильтрации определяется давлением и пористостью фильтрующей перегородки, обуславливающей ее удельное сопротивление фильтрованию. Чем выше R_fp,  тем выше надо поднимать давление. По мере того, как взвешенные частицы при фильтровании будут отделяться от жидкости, и образовывать на поверхности фильтрующей перегородки слой осадка h_sd, скорость фильтрации будет падать. Если осадок будет попадать в поры и перекрывать их, постепенно будет возрастать и R_fp, что тоже приведет к снижению скорости фильтрования.
Осмотические явления. Осмосом называется самопроизвольный переход вещества через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора с различной концентрацией или раствор и чистый растворитель. В общем случае растворенное вещество из раствора с высокой концентрацией пытается перейти в раствор с  низкой концентрацией. Если повысить давление в растворе с низкой концентрацией, то поток растворенного вещества прекратится. Разность давлений, прекращающая переток вещества (фильтрацию) через мембрану, называется осмотическим. Осмотические явления чрезвычайно распространены в растительном и животном мире. Осмос обеспечивает проникновение питательных веществ в клетку и вывод в межклеточную среду продуктов жизнедеятельности. Благодаря осмотическому давлению живая клетка имеет форму. Если живую клетку поместить в концентрированный раствор соли, она погибнет от избытка проникшей в нее соли.
 
Обратным осмосом называют метод разделения растворов. Если раствор (очищаемую воду) подать под давлением 3 – 8 мПа на полупроницаемую мембрану, то вода профильтруется через поры, а растворенное вещество останется. Эффективность обратного осмоса оценивают по селективности мембраны – способности удерживать ионы и молекулы разного размера, а

12
 также по удельной производительности единицы поверхности. Сегодня синтезированы полимерные мембраны с широким диапазоном размеров пор и с высокой механической
прочностью. Как следствие, комплектуя мембранный аппарат набором мембран с уменьшающимся по ходу движения жидкости размером пор, можно получить из раствора органических и неорганических соединений особо чистую воду. Среди мембранных методов разделения различают: обратный осмос, ультрафильтрацию, диализ, электродиализ. Как правило, мембранные процессы протекают при температуре окружающей среды без фазовых превращений.  Этим обусловлена простота и экономичность мембранных установок.

Озонирование. Озон, химическая формула О3 – модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом. Растворимость в воде при 200С – 0,039 % объемных. Очень легко разлагается по схеме О3;О2+О, образуя атомарный кислород – очень сильный окислитель. Собственно благодаря этой своей способности озон применяется для очистки воды как сильное бактерицидное средство.
Ультрафиолетовое излучение. В русскоязычной литературе параллельно используются термины УФ-излучение и ультрафиолетовые лучи. УФ-излучение занимает спектральную область между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн от 400 до10 нм. Весь диапазон УФ-излучения условно разделяют на ближнюю область (400 – 200 нм) и далекую или вакуумную (200 – 10 нм). При взаимодействии УФ-излучения с веществом может происходить ионизация атомов, то есть образование ионов и свободных электронов, а также фотоэффект, то есть испускание электронов. Применение УФ-излучения при очистке воды основано на ионизации молекул, образовании свободных радикалов и происходящих при этом химических изменениях, приводящих к гибели микроорганизмов.
3. Водоподготовка
К воде, применяемой в промышленности, применяются более низкие требования, чем к питьевой воде. Соответственно, более низкие требования предъявляются к составу воды в источниках промышленного водоснабжения. Как следствие, набор используемых технических средств и способов подготовки воды несколько ниже. Но это не касается фармацевтической промышленности. Здесь требования к качеству воды более жесткие, чем даже к питьевой воде. Следует отметить, что огромное количество воды использует энергетика: малая – отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование – и большая – производство электроэнергии.
Водоподготовка на ТЭС и АЭС. По принятым в СССР, а теперь в странах СНГ нормам, содержания растворенных веществ в питательной воде для котлов высокого давления не должно превышать 10 мкг/л. Такая норма вынуждает применять сложную многостадийную схему очистки воды.
Вначале подогретая сырая, то есть не очищенная вода, поступает  на стадию предварительного (химического) умягчения. На этой стадии предстоит максимально снизить в ней концентрацию солей жесткости, железа, углекислоты, кремневой кислоты, примесей органических веществ, твердых взвешенных частиц. Все эти задачи решаются добавлением к сырой воде осадительных реагентов, коагулянта или флокулянта. Малорастворимые соединения, образовавшиеся по реакции (2.1 – 2.4), выпадают в осадок, сворачиваются в
13
 флокулы и отделяются от предварительно умягченной воды  осаждением в гравитационном поле. Процесс осветления происходит в отстойниках-осветлителях, диаметр которых может достигать 60м. Осветленная вода проходит песочные фильтры и далее поступает на целый ряд ионообменных фильтров: катионитовых и анионитовых. Только после этого удается достичь установленной нормы: общего содержания примесей не более 10 мкг/л. Чем меньше примесей останется в предварительно умягченной воде, тем ниже нагрузка на ионообменные фильтры.  Тем реже их надо выводить на регенерацию, реже промывать после регенерации, предварительно умягченной водой. Тем меньше расход реагентов и объемы хлорсодержащих стоков.
Сложность задачи, решаемой на стадии химического или предварительного умягчения, заключается в том, что в ограниченном объеме одновременно протекает несколько химических реакций и процессов: зарождение и рост твердой фазы по уравнениям (2.1 – 2.4); адсорбция на ней ионов с образованием двойного электрического слоя; адсорбция на образующейся поверхности раздела фаз, растворенных молекул воды; коагуляция твердой фазы. Естественно, что все процессы, запускаясь независимо, взаимосвязаны через концентрацию отдельных компонентов, через балансы прихода-расхода, через тепломассообмен. В результате суммарную концентрацию кальция и магния в предварительно умягченной воде удается получить 1,1 – 1,7 мг-экв/л, что существенно выше равновесной растворимости. Естественным решением задачи повышения эффективности очистки воды от солей жесткости является разбиение процесса на несколько стадий. Уже при двух стадиях процесса очистки удается достичь суммарного содержания ионов кальция и магния 0,6 мг-экв/л; при пяти стадиях – 0,16 мг-экв/л. Естественно, что при этом многократно снижается нагрузка на этап ионообменной очистки, сокращается количество регенераций ионообменников, снижается расход реагентов, объемы сбрасываемых засоленных стоков.
Нельзя забывать при решении столь сложной задачи и об интенсивности перемешивания очищаемой воды и реагентов. Достаточно упомянуть, что интенсивное перемешивание раствора при добавлении в него коагулянтов приводит к разбиванию образующихся флокул, делая практически бесполезным использование дорогостоящих флокулянтов.
Изменение технологии предварительного умягчения определяет и аппаратурное оформление процесса. Одностадийная очистка предусматривала смешение всех реагентов в нижней конусной части осветлителя. Вызываемые производственной необходимостью в процессе эксплуатации изменения нагрузки на осветлитель приводили к изменению локализации зоны реакции. Перенос реакций очистки и сопутствующих процессов в каскад реакторов стабилизирует работу осветлителя.
Скорости отстоя твердой фазы; V;_sd, как индивидуальное свойство конкретной суспензии, определяют в лабораторных условиях по уравнению (2.9). Одновременно по уравнению(2.10)определяют способность этой суспензии уплотняться. Диаметр осветлителя для работы на стадии предварительного умягчения, так же как и диаметр любого отстойника в химической технологии, выбирают из соотношения скорости отстоя твердой фазы; V;_sdданной суспензии и скорости восходящего потока V_lq жидкости:
V_sd/V_fl =V_sd/Q_lq ;(;;D^2)/4+1,          (3.1)
14
где: Q_lq – часовой расход жидкости (нагрузка на осветлитель); D - диаметр осветлителя.
Однако, при конструкции аппарата, когда суспензию на отстаивание вводят в одну точку нижней части осветлителя, очень трудно говорить о равномерном распределении восходящего потока жидкости по всему сечению отстойника, тем более, если его диаметр 60 м. Поэтому еще 30 лет назад французская фирма Degremont и акционерное общество из Финляндии «ЭНСО – ГУТЦЕЙТ» начали поставлять на рынок промышленного оборудования отстойники, в которых суспензия подавалась во внутреннюю встроенную камеру большого диаметра через сопло струйного насоса. В результате во внутренней камере (камера созревания флокул) организовывалось многократное медленное перемешивание суспензии в восходяще-нисходящих потоках. Выросшие флокулы оседали на дно отстойника, запирая выход из внутренней камеры гидравлическим затвором. Мелкие флокулы продолжали циркулировать внутри камеры. Вода, выходя из камеры созревания флокул, профильтровывалась через гидравлический затвор из крупных флокул в донной части осветлителя и поднималась к верхнему переливу, равномерно распределяясь по всему сечению осветлителя. Конструкция осветлителя с подобной организацией потоков позволяет поднять качество осветления и исключить из технологической схемы песчаные фильтры.
Водоподготовка для котлов малого давления. Малая энергетика, обслуживающая коммунальное хозяйство и промышленные предприятия пищевой промышленности, применяют котлы низкого давления и малой производительности. В этом случае к очистке питательной воды предъявляются невысокие требования. Достаточно снизить концентрацию солей жесткости в воде, поступающей в водогрейный котел, до 1,5 мг-экв/л, а в питательной воде паровых котлов в зависимости от давления до 0,1-0,5 мг-экв/л. Водоподготовка в этом случае может быть обеспечена за счет использования ионообменных материалов: сульфоугля или катионитовых ионообменных смол. Естественно, что технологическая схема водоподготовки должна предусматривать узел приготовления раствора хлорида натрия для регенерации ионообменного материала, промывку ионита водой после регенерации, сброс засоленных стоков.
4. Безреагентная водоподготовка

К безреагентным методам водоподготовки следует отнести методы физического воздействия на воду: магнитогидродинамический (МГД) резонанс, гидродинамические пульсации, ультразвук. Эти методы имеют вспомогательное значение, так как не убирают первопричину кристаллизации на поверхности - пересыщение, а только модифицируют процессы зародышеобразования и роста кристаллов. Однако во многих случаях уже этого достаточно, чтобы обеспечить бесперебойную работу котлов низкого давления, подпитка которых ведется водой с не очень высоким содержанием солей жесткости, или теплообменной аппаратуры, работающей при не очень высокой температуре теплоносителя. В некоторых случаях совместное применение ионного обмена и безреагентных методов повышают качество водоподготовки, почти не увеличивая затрат.
 Обратим внимание на историю, рассматриваемого вопроса.  В 1936 году бельгийский инженер Т. Вермейрен обнаружил, что при нагревании воды, пересекшей силовые линии магнитного поля, на
15
теплообменной поверхности не образуется накипь (отложение, инкрустация). Первый в мире патент на аппарат магнитной обработки воды [12] был выдан Т. Вермейрен 01.10.1946 г. Акционерное общество "EPURO" (Антверпен, Бельгия) к 1980 г. продало около 130000 таких устройств. В настоящее время приемником этой фирмы является Cepi-CO Ltd. Аппараты системы CEPI с успехом использовались в котельных, в пивоварении, в производстве сахара, в опреснителях морской воды на морском транспорте и так далее. В эти годы фирма "EPURO" для обработки воды выпускала аппараты производительностью от 0,03 до 32000 м3/ч и продавали до 5000 штук в год во все страны мира. Когда в начале пятидесятых Т. Вермейрен начал публиковать сведения о результатах применения аппаратов системы СЕPI, инженеры всего мира подхватили идею, в результате чего аппараты магнитной обработки воды начали выпускать многие фирмы в различных странах: Packard (США, Флорида), Worthington (США, г. Чикаго), Polar (Англия), CKD Dukla (Чехословакия), Институт атомной энергии (г. Краков, Польша) и так далее. Проблемой "магнитной обработки воды" занимались в Китае и Японии.
Очень много этой проблемой занимались в СССР, причем именно инженеры и ученые СССР стали пионерами в исследовании новых областей применения "магнитной обработки". Одним из них является профессор В. И. Классен, который опубликовал в 1976 г. монографию «Омагничивание водных систем» (переиздана и дополнена в 1982 г.). Эта книга была единственной наиболее полной монографией-справочником.  В наши дни магнитную обработку жидкостей, в частности воды, благодаря универсальности ее применения считают технологией 21-го века и развивают фирмы Magnetic Technologies, (Дубай, ОАЭ, www.magneticeast.com), Magnetizer (Нью-Йорк, США, www.magnetizer.com), Научно-производственные фирмы «ЭКОЭНЕРГИЯ» и «ОРИОН» (г. Харьков, Украина, www.orion.itl.net.ua), Завод коммунального оборудования «МОЛОТ» (г. Севастополь, www.pump.com.ua), фирма ESW – Kalkwassermagnet (Lippstadt-Rixbeck, www.ESWKalkwassermagnet.com, Германия) и др. Несколько десятилетий этот новый технический прием сопровождало общепринятое мнение: теоретического обоснования ему нет и поэтому эффект от его применения невоспроизводим. По существу успех фирм достаточно долго удерживающихся на рынке "аппаратов магнитной обработки воды" основывался на интуиции и везении разработчиков. На том, что принято называть "ноу-хау".  Естественно, что все эти годы ученые пытались объяснить наблюдаемые факты. Однако наиболее удачной теорией явления  считается теория магнитогидродинамического (МГД) резонанса [13], многократно подтвержденная наблюдаемыми на практике фактами. Сущность этой теории заключается в следующем.
На электрически заряженную частицу или систему таких частиц, движущихся в электрическом или магнитном поле, действует сила Лоренца Fl (рис.1), стремящаяся изменить траекторию движения этих частиц:
F1 = eE + (e/c) |VB|, (4.1)
где: е - заряд частицы; E - вектор напряженности электрического поля; с - скорость света в вакууме; V - вектор скорости заряженной частицы; В - вектор магнитной индукции.




16
 
Рис.1. Сила Лоренца.
Таким образом, сила Лоренца имеет две составляющие: электрическую и магнитную. Магнитная составляющая возникает только при наличии магнитного поля и движения заряженной частицы в нем. Для электрической составляющей достаточно наличия только электрического поля. Учитывая, что молекула воды представляет собой диполь, а в воде как в системе всегда присутствуют ионы, нерастворимые и растворимые примеси, твердые пылинки, поверхность которых окружена двойным электрическим слоем, есть основание рассматривать раствор как систему электрически заряженных частиц. Эти частицы взаимодействуют между собой, образуя кластеры случайного размера и состава. Но каждая частица в кластере обладает тепловым движением. Как следствие, она имеет определенную вероятность выйти из состава кластера, когда сила Кулоновского взаимодействия с ближайшими соседями окажется незначительной. По этой же причине любая частица, находящаяся вне кластера, может войти в его состав. Таким образом, между кластерами существует динамическое равновесие, то есть, они непрестанно обмениваются частицами. Поскольку все протекающие в системе заряженных частиц процессы случайны, случаен размер и состав кластеров. Общее количество кластеров ограничено законом сохранения массы: их общая масса не может превышать суммарной массы всех частиц, входящих в систему. Каждому термодинамическому состоянию системы соответствует определенная функция распределения кластеров. Наличие двух сил: Кулоновского взаимодействия и теплового движения частиц - приводит к тому, что каждая частица совершает колебания (осциллирует) вокруг положения равновесия с определенной частотой. Если мы заставим двигаться воду (систему кластеров) в электрическом или магнитном поле, то возникающая при этом сила Лоренца будет стремиться изменить траекторию колебания частиц. Начнем менять вектор силы Лоренца с определенной частотой, изменяя магнитную индукцию и скорость движения кластеров в магнитном поле. Когда частота изменения внешней, воздействующей на систему колеблющихся частиц, силы окажется резонансной, частица отклонится от положения равновесия на величину
L = (e/c) ; |VB|/ (2Mcl;;;), (4.2)
где: ; - коэффициент затухания колебаний;
; - собственная частота колебаний молекулы;
17
m i - масса i - той частицы, входящей в состав кластера.
Масса j-того кластера, состоящего из N частиц, равна ;(miN)j. Средневзвешенный кластер, входящий в систему, имеет массу
Mcl = ;; (miNi)j/;Nij . (4.3)
Тогда резонансная частота воздействующей силы (в нашем случае силы Лоренца) должна быть
; = (e/c);|VB|/[2L;; (m i Ni)j)]. (4.4)
Если при этом L превысит некоторое критическое расстояние, при удалении на которое сила Кулоновского взаимодействия не сможет удержать частицы в кластере, он разрушится. Изменится функция распределения кластеров по размеру, изменится энтропия (структура), изменятся теплофизические свойства системы.
Из уравнения (4.4) следует, что изменить свойства системы можно, используя различные частоты, поскольку система неоднородна и состоит из кластеров различного размера (массы). Для оценки резонансных частот силы Лоренца воспользуемся следующими значениями переменных, входящих в уравнение:
c = 3;108 м/с; B = 0,3 Тл; V = 7 м/с; е = 1,6;10 -19 Кл; ; = 0,001 с;
L = 2;10-10 м; m = 3;10-23 г.
( e - заряд электрона, m - масса одной молекулы воды, L - порядка размера молекулы ).
Для определения размерности вспомним, что Кл = м -3\2;c-1;г 1\2, а Тл = г 1\2;м -1\2;с-1. Тогда для кластера, состоящего только из Ni молекул воды, резонансная частота окажется ; = 9,3;1O7/Ni Гц. Чем крупнее кластер (N), тем ниже частота. Чем выше заряд частицы в кластере, а значит и результирующий заряд кластера, тем выше частота. Чем плотнее кластер (меньше максимальное расстояние, при котором сила кулоновского взаимодействия достигает критически малой величины), тем выше частота.
Учитывая, что резонансная частота силы Лоренца создается при наличии движения воды и определенного значения магнитной индукции, такой метод инициирования ФП2 и был назван магнитогидродинамическим (МГД) резонансом. Техническая реализация метода чрезвычайно проста. Он отработан на паротурбинной установке.  МГД резонатор встраивался на фланцах в трубопровод воды, питающей парогенератор. И это все. Know-how состоит в подборе «правильной» резонансной частоты, изменяющей свойства воды в нужном направлении.
 Метод изменения теплофизических характеристик жидкости с использованием МГД резонанса разрабатывается уже 25 лет В. А. Присяжнюком. За это время накоплено большое число наблюдений, подтверждающих реальность этого технического приема.
Одно из них положено в основу изобретения [14], которое до сих пор используется при настройке МГД резонаторов на резонансную частоту.

18
Если изменить структуру жидкости (энтропию) в направлении повышения концентрации одиночных молекул, это проявится в повышении скорости испарения жидкости, то есть в снижении затрат тепла на перенос массы из жидкого состояния в газообразное.
r =Ti (Sп. – Sж).        (4.5)
Аналогично, изменение энтропии жидкости в направлении уменьшения концентрации одиночных молекул – структуризация жидкости – приведет к замедлению потери массы жидкости при испарении.
Изменение энтропии влияет не только  на теплофизические характеристики жидкости, но и на скорость зародышеобразования солей, находящихся в пересыщенном состоянии, а также способно вызвать их кристаллизацию в форме одной из присущих данной соли кристаллографических модификаций. Механизм предотвращения накипеобразования на теплообменных поверхностях с помощью «магнитной обработки» - магнитогидродинамического (МГД) резонанса  сводится к инициированию в воде структурной перестройки – фазового перехода второго рода (ФП2). В результате  карбонат кальция, который обычно при наличии пересыщения кристаллизуется в кристаллографической модификации кальцит, начинает кристаллизоваться в модификации арагонит. У арагонита существенно отличающиеся свойства: высокое кристаллографическое несоответствие к окислам и карбонатам железа, которые при некачественной деаэрации образуются на стальной поверхности; низкая адгезия к стали; низкая когезия отдельных кристаллов друг к другу; низкая устойчивость пересыщенного раствора. Устройство для инициирования в жидкости ФП2 называется магнитогидродинамический (МГД) резонатор. Однако, существует ряд устройств, которые имеют другие названия, но которые всегда инициируют ФП2 при правильном их проектировании и изготовлении. К ним относятся МГДС (магнитогидродинамические системы), МАГНИТОТРОНЫ, МАГНЕТАЙЗЕРЫ, УМОЖ (устройства магнитной обработки жидкостей) и так далее.
Если в первых аппаратах магнитной обработки воды Вермейрен использовал для создания магнитного поля электромагнит, то уже в 60-х годах 20-го века он, а вслед за ним и все остальные стали применять постоянные магниты. Все устройства на постоянных магнитах выглядят чрезвычайно просто и очень удобны в эксплуатации. Их внешний вид можно найти на сайтах фирм-изготовителей, перечисленных выше. Здесь для иллюстрации приводятся фотографии МГД-резонаторов Харьковских фирм НПФ «Экоэнергия» и «Орион» (рис.3 и рис.4) и Magnetic Technologies, Дубай, ОАЭ (рис.2)

21
 МГД-резонатор (магнитотрон, магнитная система) монтируется в трубопровод жидкости, так как для его эффективной работы необходимо обеспечить два основных условия: определенную скорость пересечения жидкостью магнитных силовых линий и определенное для данной жидкости и для данного технологического процесса значение магнитной индукции. МГД-резонатор (магнитотрон, магнитная система) на постоянных магнитах не требует затрат электроэнергии, не требует эксплуатационных затрат.  Согласно стандартам на постоянные магниты, они теряют 1% своей намагниченности за 15 лет. Поскольку настройку на нужное значение магнитной индукции надо произвести с точностью 1%, могло бы показаться, что очередную подстройку на объекте эксплуатации надо будет повторить через 15 лет после пуска в эксплуатацию МГД-резонатора. Однако, не все так просто. Перечислим проблемы, возникающие при эксплуатации МГД-резонаторов.
1. Постоянные магниты довольно значительно меняют собственную магнитную индукцию с изменением температуры. Коэффициент температурной зависимости отрицательный. Это означает, что с ростом температуры собственная магнитная индукция постоянных магнитов снижается. Естественно, что для разных магнитных материалов температурный коэффициент разный. Есть магнитные материалы, у которых этот коэффициент равен нулю. Но такие постоянные магниты надо намагничивать непосредственно в магнитной системе в сборе, что создает определенные проблемы. Естественно, что МГД-резонаторы, использующие не реагирующие на изменение температуры постоянные магниты, невозможно подстроить непосредственно на объекте.
2. Большой проблемой является создание в магнитном зазоре, через который прокачивается жидкость, однородного магнитного поля.
3. В магнитном зазоре могут скапливаться ферромагнитные частицы, содержащиеся в воде. Они могут изменить проходное сечение МГД-резонатора, а значит и скорость пересечения жидкостью магнитных силовых линий. Они могут шунтировать магнитное поле, нарушая настройку на необходимое для данного технологического процесса значение магнитной индукции. В технической литературе за последние 60 лет накопилось большое число противоречивых мнений об эффективности применения МГД-резонаторов. Причем совершенно обоснованных. Все эти мнения можно разбить на четыре группы:
- применение МГД-резонаторов (магнитотронов, аппаратов магнитной обработки, магнетайзеров и так далее) чрезвычайно эффективно и экономически оправдано;
- МГД-резонаторы (магнитотроны, аппараты магнитной обработки, магнетайзеры и так далее) в первый период эксплуатации работают хорошо, но со временем эффект исчезает;
- эффект применения МГД-резонаторов (магнитотронов, аппаратов магнитной обработки, магнетайзеров и так далее) невоспроизводим. Результат их применения то наблюдается, то исчезает;
- МГД-резонаторы совершенно бесполезные устройства.
Очевидно, что возникающие при эксплуатации МГД-резонаторов проблемы, перечисленные выше, вполне объясняют причину появления столь противоречивых мнений. Самым главным и тонким моментом в обеспечении эффективной работы МГД-резонаторов (магнитотронов, магнитных
22
аппаратов и так далее) является точная настройка на резонансную частоту. МГД-резонатор (магнитотрон, аппарат магнитной обработки и так далее) при правильной настройке в состоянии изменять энтропию жидкости и, как следствие, все свойства жидкости. Именно поэтому его можно назвать универсальным и незаменимым устройством для интенсификации любых технологических процессов. Авторы сразу хотят обратить внимание читателя на то, что МГД-резонатор не может заменить ни один технологический процесс: он не может умягчить воду, не может ее нагреть или испарить, не может заменить ни фильтр, ни отстойник. Он может изменить энтропию (структуру) воды и тем самым заставить привычные технологические процессы протекать несколько иначе. Другими словами, МГД-резонатор – вспомогательное средство, приводящее к снижению энергозатрат, затрат сырья или реагентов, уменьшению объема выбросов жидких и газообразных отходов.
Приведем ряд примеров успешного применения МГД-резонатора в процессах водоподготовки и очистки воды.
1. При подогреве воды в ПСВ (подогревателе сырой воды) перед химводоочисткой до технологических норм на трубопроводах пароводяного подогревателя откладывается накипь. МГД-резонатор, смонтированный перед ПСВ, позволяет провести подогрев воды в безнакипном режиме, снизить энергозатраты на подогрев, снизить эксплуатационные затраты на обслуживание ПСВ. Поскольку вода около 24 часов «помнит» воздействие магнитного поля, что на языке науки звучит так: «Время релаксации воды около 24 часов», - положительное влияние изменения свойств воды проявится и на стадии предварительного умягчения.
2. Скорость кристаллизации арагонита выше, чем у кальцита. Арагонит не так долго способен находится в пересыщенном состоянии. Именно поэтому в каскаде реакторов, в котором предусмотрено проведение реакций кристаллизации малорастворимых веществ согласно уравнениям (2.1 – 2.4), не будет откладываться карбонат кальция. Без применения МГД-резонатора отложения карбоната кальция сделают просто невозможной нормальную эксплуатацию систем водоподготовки на теплоэлектростанциях.
3. Наблюдения показали, что использование МГД-резонатора для обработки воды перед стадией химической очистки с применением коагулянта позволяет в 5-6 раз повысить качество очистки от органических примесей.
4.  Во всей научно-технической литературе описано, что скорость оседания твердых частиц растет с повышением температуры. Это прекрасно согласуется с уравнением Стокса (2.7): рост температуры снижает вязкость воды, в которой ведется отстой. МГД-резонатор меняет известные «законы природы» на обратные. Если очищаемый раствор подвергнуть «магнитной обработке», то скорость отстоя взвешенных частиц будет расти по мере снижения температуры [9]. Технологический регламент химочистки воды на ТЭС предусматривает подогрев воды в ПСВ до 30-320С. Практика показала, что снижение температуры воды до 220С повышает скорость отстоя в 1,3 раза. С точки зрения энергосбережения снижение на 100С температуры подогрева 100 м3/ч очищаемой воды приводит к экономии 1000 Мкал пара в час.
5. МГД-резонатор настолько изменяет свойства воды, что адсорбционные и ионообменные процессы в ней протекают гораздо быстрее. Поскольку очистка воды на ионитах ведется в непрерывном режиме, но любой процесс характеризуется определенной скоростью, время
23
 контакта воды и ионита в так называемом ионообменном фильтре ограничено. Как следствие, обменная емкость ионитов не используется полностью. Увеличив скорость обмена, удается увеличить и динамическую обменную емкость. Поскольку в процессе регенерации смолы работают те же самые механизмы обмена, что и в основном процессе ионообменной очистки, необходимо обрабатывать в МГД-резонаторе и растворы, применяемые для регенерации ионитов. Опыт эксплуатации МГД-резонаторов в процессе подготовки воды в котельных показал, что удается увеличить динамическую обменную емкость сульфоугля в 2-3 раза, но только в 1,2-1,3 раза у катионитов типа КУ – 2.
6. МГД-резонатор можно настроить на режим снижения вязкости воды. В этом случае скорость фильтрования, как следует из уравнения (2.11) возрастает. Обычно увеличение скорости фильтрования достигает 10-15 %.
7. Неоднократно показано, что «омагниченная» вода увеличивает проницаемость биологических мембран, ускоряя доставку питательных веществ внутрь биологической клетки. Естественно ожидать повышения скорости фильтрования воды через мембраны и в процессе водоподготовки, использующих осмос или обратный осмос.
8. В зависимости от резонансной частоты можно увеличить или уменьшить растворимость кислорода и углекислоты в воде. Работа в режиме снижения концентрации углекислоты в воде приведет к уменьшению расхода реагентов на очистку от нее. Работа в режиме повышения растворимости кислорода увеличит скорость коррозии трубопровода и оборудования, но повысит эффективность озонирования.
В малой энергетике, которая широко применяется  в системе ЖКХ, использование МГД-резонаторов (магнитотронов  и т. п.) оказывается чрезвычайно полезным для водоподготовки питательной воды водогрейных и паровых котлов. Если для водоподготовки используется ионный обмен, то МГД-резонатор (магнитотрон и т. п.) позволяет увеличить динамическую обменную емкость ионитов, «подстраховать» котлы с точки зрения предотвращения накипеобразования. Однако самым главным в тепловых процессах является способность МГД-резонанса изменять теплоемкость и удельную теплоту парообразования воды.
Вспомним уравнения термодинамики. Теплоемкость – функция изменения энтропии S_ж с изменением температуры Т:
C_p=T;;dS;_ж/dT  .     (4.6)
Удельная теплота испарения (парообразования) – это разность энтропий пара и жидкости при температуре процесса (4.5)
МГД-резонанс меняет энтропию жидкости (структуру). Именно поэтому меняется теплоемкость и теплота испарения. Причем температура, при которой протекает процесс, выполняет роль «линейного усилителя» — чем выше температура, тем выше «эффект изменения» теплофизических характеристик воды под влиянием «омагничивания». Проблема, однако, в том, что в полном соответствии с диаграммой состояния воды, рост теплоемкости сопровождается снижением удельной теплоты парообразования, и наоборот. Поэтому, когда мы с помощью МГД резонанса снижаем одну характеристику, автоматически увеличивается другая. И тут полезно  это знать и выбирать. Поскольку теплоемкость воды в диапазоне температур от 0 до 150°С — 4,2-
24
4,3кДж/(кг•К), а удельная теплота парообразования 2114–2500 кДж/кг, при использовании МГД-резонатора (магнитотрона, магнитной системы и т. п.) для подготовки питательной воды парового котла имеет смысл устанавливать резонансную частоту, приводящую к снижению теплоты парообразования. Если выиграешь при этом на испарении 1 кг воды 10%, но проиграешь 10% энергоемкости нагрева до температуры кипения, суммарный выигрыш составит:
0,1 ; [1 кг ; 2114 кДж/кг – 1 кг ; 4,2 кДж/(кг·К) ; (150 – 0)К] = 148 кДж.
Естественно, что при работе с водогрейным котлом есть смысл устанавливать частоту, приводящую к снижению теплоемкости. Отметим, что «безнакипный режим» достигается всегда, так как  структура воды изменяется в каждом из этих случаев. Накопленный опыт показывает, что при работе с водогрейными котлами МГД-резонатор позволяет сэкономить 10–15% топлива. Экономия естественно выше при высоких температурах, то есть когда мороз на улице сильнее, а значит и температуру воды на выходе из котла в соответствии с графиком следует держать выше. При работе с паровыми котлами экономия топлива на производство 1 т пара достигает 20–30%.

5. Очистка воды.
Из вышеизложенного становится ясным, что в принципе приемы, направленные на очистку воды, не отличаются от технических приемов водоподготовки. Поэтому в этом разделе мы коротко их охарактеризуем, главное внимание обращая на опыт эксплуатации. В качестве основы  приняты принципы, которые стали нормой при очистке воды в США и странах Европы. Вода подземных источников, поступающая в систему водоочистки, должна соответствовать стандартам на питьевую воду. Несмотря на то, что природная вода должна быть пригодна для питья, в ней могут присутствовать достаточно проблематичные загрязнители как результат деятельности человека и его отрицательного влияния на окружающую среду. В частности, к таким проблемам относится, несомненно, хлор и его соединения, которые должны быть удалены на какой-либо стадии процесса очистки. Снижение содержания примесей в воде часто достигается теми же процессами, которые применяются для снижения концентрации ионов. Однако если обычно мембранная технология для снижения концентрации ионов используется ограниченно, в некоторых случаях ее все же приходится применять для снижения общего содержания загрязнений. В частности, мембранные технологии приходится применять для подготовки воды в целях хранения. Поддержание низкого содержания бактерий в процессе водоподготовки, хранения и распределения воды весьма трудная задача, поэтому бактериальный контроль ведется на всем протяжении движения воды от источника водоснабжения и до потребителя. Перечислим некоторые этапы водоподготовки, гарантирующие ее качество: удаление взвешенных частиц, удаление хлора, снижение концентрации ионов, бактериологический контроль и удаление специфичных загрязнителей.
Удаление хлора. В данном случае под хлором мы будем понимать не только элементарный хлор — газ зеленоватого цвета, а любые хлорсодержащие соединения. Существует несколько методов удаления хлора из воды. Наиболее распространенным является фильтрация через активированный уголь. Но есть и другие удаляющие хлор составы, например, включающие разнородные металлы. Хлор может быть удален восстановителем метабисульфитом натрия. Недавно было показано, что высокая дозировка ультрафиолетового излучения также снижает концентрацию хлорсодержащих веществ.
Фильтрация через уголь. Уголь способен удалять как растворенный в воде свободный хлор, так и хлорамины. Но в последнем случае время контакта воды и угля надо существенно увеличивать. Слой угля для удаления свободного хлора должен занимать в зависимости от концентрации хлора и исходных характеристик воды от 2 до 5 слоев, заполняющих объем аппарата. Для удаления хлораминов количество слоев должно составлять 7,5–12. Угольные фильтры также эффективны для снижения общего содержания примесей. Наибольшей проблемой угольных фильтров является их предрасположенность к заселению колониями бактерий. Для борьбы с этим угольное заполнение надо периодически подвергать санитарной обработке
25
горячей водой или паром. Кроме того, для дезинфекции воды источник УФ-излучения должен быть установлен как на входе, так и на выходе из угольного фильтра. Это увеличит продолжительность интервала между санитарными обработками. Качество угля, используемого для заполнения угольных фильтров, также играет определенную роль. Если уголь используется для удаления специфичных органических соединений, он должен обладать соответствующими характеристиками. Желательно минимальное содержание примесей в угле, низкая зольность и достаточно высокая механическая прочность. Весь уголь сразу после загрузки следует промыть кислотой непосредственно в технологических емкостях. После пуска угольный слой следует промывать, пока из него не будут удалены мелкие частицы. Угольный слой должен периодически взрыхляться обратным потоком воды в течение всего срока эксплуатации. Другими гранулированными материалами, эффективными для удаления хлора, являются композиции из разнородных металлов. Они не подвержены заселению бактериями, что является их существенным преимуществом. Однако высокая стоимость композиций из разнородных металлов ограничивает их применение для удаления хлораминов, а высокий вес существенно увеличивает расход воды на взрыхление.
Применение реагентов. Ввод реагента непосредственно в поток воды требует очень мало оборудования: дозировочных насосов и статических реакторов. Следовательно капитальные затраты на такой метод удаления соединений хлора крайне невысоки. Основные затраты определяются стоимостью реагентов. Осложнением, возникающим при использовании реагентов для удаления хлорсодержащих соединений, является стимулирование роста некоторых организмов, разрастающихся на оборудовании, в котором производится осаждение. По этой причине дозировка реагентов должна поддерживаться на таком низком уровне, который бы не приводил к быстрому росту этих организмов. Именно это требование и является трудновыполнимым: сложно поддерживать минимальную дозировку реагентов в условиях изменения концентрации хлорсодержащих соединений в широком диапазоне.
УФ-излучение. Ультрафиолетовое излучение широко используется в системах очистки воды для дезинфекции и снижения концентрации всех загрязнений. Использование УФ-излучения для удаления хлорсодержащих соединений — относительно новый процесс, но благодаря способности разрушать многие химические соединения этот прием получает все большее распространение, так как дозировки УФ-облучения подобраны и проверены на практике. Показано, что УФ-излучение гораздо более эффективно по сравнению с реагентами для разрушения хлорсодержащих соединений. Разрушение хлораминов требует существенно более высоких дозировок, чем удаление свободного хлора. Поэтому иногда выгодно для этой цели использовать окислители в комбинации с УФ-излучением. Капитальные затраты на применение УФ-излучения в случае удаления свободного хлора сравнимы с таковыми в случае применения угольной фильтрации. Существенный вклад в затраты на применение УФ-излучения для удаления хлора вносит стоимость электроэнергии. Однако эти затраты оправдываются, т.к. устраняя из технологической схемы угольные фильтры, мы устраняем основу для роста колоний бактерий. Кроме того, вода в значительной степени дезинфицируется, что весьма полезно всей системе водоочистки.
Удаление ионов. Существует три основных способа снижения концентрации ионов: мембранные процессы, ионный обмен, дистилляционный процесс. На практике используются много разновидностей и комбинаций этих способов, что открывает почти бесконечные возможности в их использовании при водоочистке.
Мембранные процессы. Мембранные процессы широко применяются в системах водоочистки для удаления: ионов, твердых взвешенных частиц , органических соединений и микроорганизмов. Диапазон размеров пор мембран, выпускаемых промышленностью, весьма широк: от размеров сравнимых с размерами коллоидных частиц до размеров ионов. Ионоудаляющие мембраны занимают «тесный» участок спектра размеров пор и включают мембраны обратного осмоса (ОО) и нанофильтрующие мембраны. В настоящее время химия мембран настолько доведена до совершенства, что степень разделения ионов различного размера находится где-то между 99,9 и 50%, стирая различие между понятиями нанофильтрации и фильтрации при низком давлении. Теперь есть смысл обсуждать не размеры пор мембран, а особенности эксплуатации мембран из целлюлозы и других полимеров. Целлюлозные мембраны устойчивы в присутствии
26
 окислителей бактерицидного происхождения и по существу могут работать в присутствии дезинфицирующих веществ, применяемых для уничтожения микроорганизмов, паразитирующих на материале мембран. Несмотря на то, что к преимуществам целлюлозных мембран можно отнести и возможность содержания в воде незначительных количеств хлора, остающегося в воде при использовании процесса обратного осмоса, преимущества нецеллюлозных мембран существенно превосходят отмеченное положительное свойство целлюлозных мембран. Нецеллюлозные мембраны работают при значительно более низких давлениях и в широком диапазоне значений рН. Недаром во всех наиболее прогрессивных технических решениях используются именно нецеллюлозные мембраны. Одной из наиболее важных характеристик ионоудаляющих мембран является их высокая ионосепарирующая способность вне зависимости от концентрации ионов в потоке (вплоть до максимального осмотического давления). Это еще одно существенное преимущество по сравнению с ионным обменом, при котором каждый удаляемый ион заменяется на какой-либо другой. Именно эта характеристика фактически предопределяет включение мембранного разделения в каждую систему удаления ионов. Очень редко экономически оправдано использование ионного обмена для удаления только одного иона. Основополагающим решением в применении мембранного разделения является возможность использования систем с одно или двукратным изменением направления потока очищаемой воды. Еще одной проблемой при мембранной очистке являются растворенные в воде газы, особенно СО2, но и эти проблемы решаются использованием дегазифицирующих мембран. Применение мембранной технологии предъявляет высокие требования к соблюдению заложенных в проекте норм технологического режима, аналитического контроля и правил промывки. Первым условием надежной работы систем мембранной очистки является постоянный расход воды, выражаемый в литрах на квадратный метр площади мембраны в сутки (ЛМС). Обычно промышленные мембранные системы очистки рассчитываются на расход 0,4–0,6 м3/м2 в сутки. Поток питательной воды направляют в систему мембранной очистки вначале на мембраны с крупными порами, а затем к мембранам с все более понижающимися по размеру порами. Из питательной воды перед подачей в систему мембранной очистки следует удалить загрязнения, которые могут быть причиной засорения или образования отложений на мембранах. Очень важно постоянно в процессе эксплуатации контролировать давление и расход воды через мембранную систему, поскольку именно эти два параметра определяют соблюдение условий постоянства технологического режима и отражают все отклонения от него. Необходимо постоянно отслеживать характеристики как питательной воды, так и очищенной воды на выходе из системы очистки. Качественный контроль состоит из действий, направленных на соблюдение всех отмеченных выше условий работы мембранной системы. Температура — очень важный фактор, определяющий вязкость m воды и, как следствие, скорость ее фильтрации через мембрану (2.11). Часто питательную воду, поступающую на очистку, в мембранных системах, использующих обратный осмос, нагревают до 25°С, хотя это не всегда экономически оправдано. Более рациональным приемом является использование МГД-резонатора, снижающего вязкость воды и повышающего производительность фильтрации без затрат на подогрев. Промывка мембран отфильтрованной водой перед остановкой системы является неотъемлемой частью в  устранении загрязнения и предотвращения отложений на мембранах. Это особенно важно в системах, применяющих антинакипин. Совместное применение автоматизированной общей чистки мембран и санитарной обработки системы увеличивает продолжительность ее работы и снижает затраты на обслуживание.
Ионный обмен. Хотя двухходовой обратный осмос (ОО) во многих случаях может обеспечить необходимое удаление ионов, часто проекты систем очистки воды предусматривают стадию ионного обмена, размещаемую вслед за установкой ОО. Ионный обмен удаляет СО2, который в системе ОО может быть причиной сбоев при контроле качества очистки. Кроме того, в некоторых случаях считается приемлемым в очень низкорасходных системах очистки воды применять портативные ионообменные емкости как единственный метод снижения концентрации ионов. Использование ионного обмена вслед за установкой ОО повышает надежность всей системы очистки. Однако при этом возникает несколько проблем. Общеизвестно, что колонии бактерий охотно поселяются на поверхности гранул ионообменного материала, особенно на смесях катионита-анионита, имеющих нейтральный рН. Кроме того, на стадии регенерации ионообменных материалов используются рискованные реагенты и сложное оборудование. Применение ионообменных емкостей создает постоянную «непредсказуемость» в процессе водоподготовки. Некоторые из этих проблем уменьшаются проверенными
27
 способами применения ионообменной технологии. Например, раздельное использование катионитов и анионитов обеспечивает сильно отличающиеся от нейтрального значения рН на ионитах разного типа, что подавляет рост бактерий. Одновременно, раздельное применение катионитов и анионитов облегчает их регенерацию и снижает затраты.
Большой проблемой для ЖКХ, также как и для всей теплоэнергетики,  химической, пищевой и других видов промышленности, являются отложения солей на поверхности теплообменной аппаратуры, технологических аппаратов и трубопроводов. Отложения ухудшают теплообмен, что повышает энергозатраты на производство, уменьшают проходное сечение оборудования и трубопроводов, увеличивают его гидравлическое сопротивление, повышают энергозатраты на транспортировку жидкости. Поэтому в данном разделе  остановимся только на проблеме предотвращения отложений, образовавшихся вследствие кристаллизации на поверхности. Рассмотрим процессы, протекающие при кристаллизации, покажем физико-химический смысл применяемых в промышленности приемов предотвращения кристаллизации на поверхности.


6. Физико-химические основы предотвращения кристаллизации солей на теплообменных поверхностях
Еще раз напомним, что кристаллизация - типичный пример фазового перехода первого рода, сопровождающегося изменением агрегатного состояния вещества. Кристаллизация приводит к образованию твердой фазы в растворах, расплавах и в газах. Движущей силой процесса кристаллизации является пересыщение, то есть превышение фактической концентрации кристаллизующегося вещества над его равновесной концентрацией в данных условиях. Это очень простое, но очень важное определение. Из него следует, что отсутствие пересыщения остановит процесс кристаллизации.
Термодинамическое состояние системы определяет ее энтропию (структуру). Поскольку при кристаллизации происходит изменение структуры раствора, меняя энтропию можно изменить кинетику процесса кристаллизации. Другими словами, изменение значения факторов, определяющих энтропию системы, например температуры, может приводить к изменению кинетики кристаллизации.
Если соль существует в различных кристаллографических модификациях, меняя структуру исходного раствора, удается заставить ее кристаллизоваться преимущественно в одной из них. Процесс кристаллизации подчинен тем же закономерностям, что и процесс конденсации - образование капель жидкой фазы из газообразной [1], но он осложняется присутствием растворителя. Кристаллизация включает две стадии: образования кристаллических зародышей и их роста до видимых размеров. Скорость кристаллизации в целом лимитируется скоростью зародышеобразования.
На инородных (гетерогенных) по отношению к кристаллизующемуся веществу включениях: пылинках, поверхности технологического оборудования или трубопроводов, стенках кровеносных сосудов, электрически заряженных частицах и так далее - скорость зародышеобразования выше, чем в объеме жидкости в 1000-100000 раз [15]. Фундаментальными понятиями, применяемыми при описании процесса кристаллизации, является растворимость и произведение растворимости. Растворимостью называют количество вещества, которое может раствориться в данном объеме жидкости в фиксированных термодинамических условиях. Из такого определения естественно
28
 следует вывод, что изменение термодинамического состояния системы приводит к изменению растворимости, то есть растворимость не является константой.
Изменение температуры, давления, химического потенциала растворенных солей, напряженность электрического, магнитного поля и так далее, то есть значения факторов, определяющих структуру (энтропию) раствора, будет оказывать влияние на растворимость данной соли, а значит и на процесс ее кристаллизации. Для большинства солей характерна так называемая прямая растворимость, то есть рост растворимости с ростом температуры раствора. Из теории электролитической диссоциации S.A. Arrhenius, предложенной им в 1887 г., следует понятие произведения растворимости. Если раствор состоит из ионов, не играет роли их происхождение, материал, при растворении которого они образовались. Но оказывается, что произведение концентраций ионов для конкретного вещества, называемое произведением растворимости, пропорционально растворимости и является постоянной величиной для фиксированных термодинамических условий. Следующим следствием теории электролитической диссоциации применительно к процессу кристаллизации является утверждение о том, что в растворе, состоящем из любого набора ионов, в первую очередь будет кристаллизоваться та соль, которая имеет самое низкое произведение растворимости (растворимость) в данных термодинамических условиях.
Рассмотрим кратко методы предотвращения кристаллизации на поверхности, основанные на снижении уровня пересыщения кристаллизующейся соли.
Основным веществом, образующим кристаллические осадки на теплообменных поверхностях котлов, бойлеров, трубопроводов, является карбонат кальция, практически всегда содержащийся в воде природных источников. Как раз такая вода - наиболее дешевый и доступный теплоноситель. Именно поэтому в дальнейшем мы будем говорить именно о кристаллизации карбоната кальция. Для этой соли характерна "обратная" растворимость. Это означает, что с ростом температуры растворимость карбоната кальция SCaCO_3 не растет, как у большинства солей, а снижается. Ее конкретное значение в диапазоне температур раствора 20-200°C позволяет с точностью ±0,03 мг•экв/л рассчитать уравнение, полученное Присяжнюком В. А. аппроксимацией данных, приведенных в литературе [16]
S_(CaCO_3 )=[2,684;;10;^(-3);t;exp;(-0,05054;t)];0,5   ,   (6.1)
где t - температура, °С. Напомним, что произведение растворимости для карбоната кальция можно вычислить из соотношения
P;S_(CaCO_3 )=S_(CaCO_3)^2 .  (6.2).
На поверхности теплообмена температура выше, чем в объеме жидкости, а значит выше и пересыщение S_s:
S_s=C_(CaCO_3 )/S_(CaCO_3 )     ,   (6.3).
где  C_(CaCO_3 ) - фактическая концентрация карбоната кальция в растворе, мг•экв/л. При постоянной концентрации карбоната кальция в воде, пересыщение по этой соли фактически определяется температурой поверхности теплообмена. Для иллюстрации этого в табл. 1 приведены численные

29
значения растворимости карбоната кальция в микрограммах-эквивалентах на литр и относительного пересыщения, рассчитанные по уравнениям (6.1) и (6.3). Исходная концентрация карбоната кальция в нагреваемой воде принята C_(CaCO_3 ) = 5 мг•экв/л. Естественно, если принять более высокое значение C_(CaCO_3 ), то величина пересыщения будет выше. Напомним, что концентрация солей жесткости в речной воде обычно составляет 4-6 мг•экв/л. В воде некоторых артезианских скважин она может достигать 12-17 мг•экв/л. В морской воде концентрация солей жесткости может достигать даже 50 мг•экв/л. В растворе хлорида натрия растворимость карбоната кальция ощутимо выше, чем в воде, и проходит через максимум с ростом концентрации NaCl.
Табл. 6.1. Растворимость и пересыщение CaCO_3 в воде при различных температурах, но при фиксированной исходной концентрации.
t, 0C 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Растворимость. S, мкг·экв/л 119.10 87.9 61.2 41.3 27.3 17.7 11.4 7.3 4.6
Пересыщение. S_s 42 57 82 121 183 282 437 683 1075

Самым естественным, но совсем не простым по технической реализации и затратам методом предотвращения кристаллизации карбоната кальция на поверхности теплообменной аппаратуры, является удаление из раствора ионов Ca;+ и ;CO;_3^2+ Чем ниже концентрация этих ионов в воде, контактирующей с теплообменной поверхностью, тем ниже концентрация ;CCaCO;_3, и согласно уравнению (6.2), пересыщение. На электростанциях питательную воду парогенераторов очищают в химических цехах до концентрации 10 мкг/л. Следовательно, при такой исходной концентрации в питательной воде даже, если бы она была представлена только ионами Ca;+ и ;CO;_3^2+, пересыщение было бы в 500 раз ниже, чем показанное в табл.6. 1. Так например, при температуре +200°С пересыщение по карбонату кальция составляло бы 2,17.
Другими словами, даже при такой глубокой очистке концентрация карбоната кальция была бы выше, чем его растворимость при данной температуре. Высокие требования к надежности работы котельного оборудования ЖКХ и электростанций вынуждают проводить сложную и многостадийную очистку питательной воды, включающую предварительное удаление ионов Ca;+ и ;CO;_3^2+ химическим осаждением их в виде малорастворимых соединений и последующей тонкой очисткой воды методом многоступенчатого ионного обмена. Технология предварительной химической очистки воды с осаждением кристаллизующейся твердой фазы в осветлителях основана на использовании упомянутых выше свойств солей и растворов: растворимости и произведении растворимости. Рассмотрим более подробно процесс  кристаллизации на поверхности.
Первую теорию гетерогенной нуклеации разработал Volmer [17]. Он объяснил, почему на инородной по отношению к кристаллизующемуся веществу поверхности твердой примеси кристаллический зародыш образуется гораздо легче, чем при случайном столкновении молекул кристаллизующегося вещества в объеме пересыщенного пара или раствора. Углубленные исследования процесса кристаллизации на инородной поверхности - на подложке - привели к
30
созданию и развитию такой мощной отрасли индустрии как электроника, которая немыслима без кристаллизации на подложке кристаллов полупроводников с наперед заданными свойствами.
Многолетние исследования показали, что центром зародышеобразования может быть любая энергетическая неоднородность: электрически заряженная частица, свободный радикал; кристаллическая поверхность как объект, обладающий свободной поверхностной энергией; дефекты структуры кристаллической поверхности. Однако не всякая энергетическая неоднородность, не всякая поверхность способна инициировать зародышеобразование в равной степени. В 1935 году физик Royer [18] на основании многолетнего изучения процесса кристаллизации на инородных поверхностях выдвинул принцип структурно-геометрического подобия. Суть принципа в следующем.
Гетерогенная поверхность может служить матрицей, формирующей кристалл кристаллизующейся соли. Это происходит тогда, когда совпадают сингонии (конфигурация элементарной ячейки) кристалла материала поверхности и кристаллизующегося на ней вещества, а параметры их кристаллических решеток не отличаются более чем на 20%. Естественно, что главным фактором при этом остается пересыщение. Чем выше пересыщение, тем при более высоком отличии параметров кристаллических решеток начинается кристаллизация соли на поверхности [19]. В качестве критерия затравочной активности поверхности (подложки) используют абсолютное значение величины кристаллографического несоответствия [20]
;=(|a_sf-a_cr |)/a_cr =|a_sf/a_cr -1|=|1-a_cr/a_sf |   ,  (6.4)
где: a_sf - величина параметра a кристаллической решетки подложки (в обсуждаемом случае материала теплообменной поверхности), a_cr - величина параметра a кристаллической решетки кристаллизующегося вещества (в обсуждаемом случае - карбоната кальция). Чем меньше кристаллографическое несоответствие, тем с большей интенсивностью поверхность инициирует образование зародышей кристаллизующегося вещества, тем меньше пересыщение, при котором это происходит.
Например, раствор глауберовой соли, насыщенный при +32,3 °С, кристаллизуется при переохлаждении в ;Т = 17°. Но если в раствор введены кристаллы буры, кристаллизация начинается уже при переохлаждении ;Т = 2±1°. Кристаллографическое несоответствие глауберовой соли и буры составляет ; = 0,015. Установлено [20], что при кристаллизации из водных растворов иодида аммония на поверхности мусковита относительное пересыщение Ss, при котором на поверхности подложки начинается кристаллизация, растет линейно по мере роста величины кристаллографического несоответствия.
Что же касается кристаллизации карбоната кальция на поверхности теплообмена, то в свете всего вышесказанного становится ясно, что материал, из которого изготовлен теплообменник или трубопровод, играет с точки зрения инициирования кристаллизации карбоната кальция не последнюю роль. Карбонат кальция может кристаллизоваться в двух кристаллографических модификациях: кальцита или арагонита. Если теплообменная поверхность изготовлена из стали, в процессе эксплуатации она покрывается карбонатом железа, окислами или гидроокисью железа за счет химической реакции с растворенной в воде углекислотой и кислородом. Оценим

31
кристаллографическое несоответствие модификаций карбоната кальция, железа и его соединений с кислородом и углекислотой по данным, приведенным в литературе [21].
Табл.6. 2. Данные о параметрах кристаллических решеток и взаимном кристаллографическом несоответствии некоторых кристаллов.
Химическая формула

1 Кристаллографическая
модификация
2 Параметр ячейки ;
в Ангстремах
3 Кристаллографическое
Несоответствие
4
CaCO_3 арагонит 5,720 0,000
;-Fe - 2,866 0,499
FeCO_3 сидерит 4,627 0,191
Fe;(OH);_2 - 3,240 0,434
;Fe;_2 O_3 гематит 5,420 0,052
;Fe;_2 O_3 - 5,025 0,121
CaCO_3 кальцит 4,893 0,000
;-Fe - 2,866 0,414
FeCO_3 сидерит 4,627 0,054
Fe;(OH);_2 - 3,240 0,338
;Fe;_2 O_3 гематит 5,420 0,108
;Fe;_2 O_3 - 5,025 0,027

В табл.6.2 включены только вещества, кристаллы которых относятся к тригональной сингонии. Как следует из данных, приведенных в столбце 4 табл.6.2, на поверхности железа карбонат кальция кристаллизоваться не должен, так как имеет показатель кристаллографического несоответствия больше 0,2. Тем не менее, на практике наличие накипи наблюдается. Очевидно, необходимым условием ее появления является образование промежуточного слоя окислов или карбонатов железа. Кристаллографическое несоответствие у карбоната кальция к некоторым из них составляет 0,03-0,19. В связи с этим становится очевидным, почему на электростанциях и в котельных большое внимание уделяется процессу дегазации питательной воды. Используя тот факт, что растворимость газов (углекислота и кислород) с ростом температуры снижается, их удаляют в дегазаторах острым паром.
 Другим достаточно эффективным и беззатратным методом предотвращения кристаллизации на поверхности является метод, основанный на структурной перестройке (изменении энтропии) раствора. Этот метод реализуется путем использования явления МГД-резонанса.
7. МГД-резонанс как метод предотвращения кристаллизации на поверхности
Изменение энтропии влияет не только на скорость зародышеобразования солей, находящихся в пересыщенном состоянии, но и способно вызвать их кристаллизацию в форме одной из присущих данной соли кристаллографических модификаций. Как правило, карбонат кальция кристаллизуется в форме кальцита. Обратимся к данным, приведенным в табл.3.2. ;Fe;_2 O_3и сидерит могут инициировать кристаллизацию кальцита: кристаллографическое несоответствие у кристаллов этого окисла и карбона железа ; = 0,027; 0,054, соответственно. Если карбонат кальция заставить
32
 кристаллизоваться в форме арагонита, то ;Fe;_2 O_3 и сидерит смогут инициировать кристаллизацию арагонита только при более высоких пресыщениях.
Кристаллографическое несоответствие у кристаллов этого окисла и карбона железа ; = 0,121; 0,191, соответственно. Известно, что пересыщение, необходимое для обеспечения высокой скорости зародышеобразования на поверхности, пропорционально кристаллографическому несоответствию [8]. Следовательно, арагонит на ;Fe;_2 O_3 и сидерите начнет кристаллизоваться при пересыщениях в 4,5 и 3,5 раза более высоких, чем кальцит. Кристаллографический анализ твердой фазы, суспензированной в объеме питательной воды после ее нагревания, показывает, что после воздействия МГД резонанса на воду преобладающей кристаллографической модификацией, в которой кристаллизуется карбонат кальция, является арагонит.
Именно поэтому арагонит не кристаллизуется на поверхности теплообменной аппаратуры и трубопроводов, покрытых ;Fe;_2 O_3и сидеритом. У кристаллов арагонита ниже адгезия (прилипание) к материалу теплообменной поверхности или выстилающей ее подложке, ниже когезия (слипание) кристаллов между собой. Это объясняется более низким значением свободной поверхностной энергии кристаллов арагонита в сравнении с кристаллами кальцита.
В результате даже при пресыщениях выше "критических" образовавшийся на поверхности кристаллик арагонита может быть сорван и унесен потоком омывающей теплообменную поверхность воды. В случае применения МГД резонанса воду с исходной концентрацией карбоната кальция до 5 мг•экв/л можно использовать в водогрейных и парогенерирующих  котлах низкого давления без предварительной очистки и дегазации. МГД резонанс при нагреве воды до температуры +130°С дает такой же результат по интенсивности накипеобразования на поверхности, что и очистка воды до содержания карбоната кальция 1,1-1,4 мг•экв/л. Если же в исходной питательной воде содержится более 5 мг•экв/л карбоната кальция, то ее следует очистить до содержания 1,5 мг•экв/л. В этом случае МГД резонатор обеспечит при нагреве такой воды до +140°С такую же интенсивность накипеобразования на поверхности, какая наблюдается при температурах +30-38°С. В принципе, аналогичный МГД резонансу результат даст покрытие теплообменной поверхности веществом с высоким кристаллографическим несоответствием, например, графитом тригональной сингонии. В этом случае кристаллографическое несоответствие составит графит/ кальцит 0,50 и графит/арагонит 0,43.
Еще одной особенностью воды, обработанной в МГД резонаторе, является ее способность удалять ранее образовавшиеся отложения карбоната кальция. Обратимся к данным, приведенным в табл. 6.2. Кристаллографическое несоответствие кальцита и арагонита составляет
;=|1-;_cr/;_sf |=1-4,893/5,720=0,144       (7.1).
Это значит, что при наличии пересыщения кристаллы, ранее отложившегося на теплообменной поверхности кальцита, могут инициировать на своей поверхности кристаллизацию арагонита. Как только отложения кальцита начинает омывать вода, обработанная в МГД резонаторе, карбонат кальция продолжает кристаллизоваться на его поверхности в форме арагонита. В промышленных условиях не удается стабилизировать условия зародышеобразования и роста кристаллов: образовавшийся на поверхности теплообмена кристалл, ухудшая теплопередачу, вызывает снижение температуры в пристеночном слое, а значит и пересыщения. Снижение пересыщения
33
приводит к локальному замедлению роста образовавшегося кристалла и нуклеации новых кристаллов в других пристеночных областях.
Кристаллическая структура вновь образовавшегося кристалла характеризуется высокой концентрацией дефектов. Однако при высокой температуре дефекты  « залечиваются», дислокации от центра кристалла движутся к его поверхности, структура кристалла становится более совершенной. Все эти процессы протекают одновременно. Их скорость определяется только локальными условиями: температурой и пересыщением. Существует динамическое равновесие между кристаллами и пересыщенным раствором: непрерывно идут процессы образования новых кристаллов и растворения ранее образовавшихся. Преобладающее направление результирующего процесса определяется пересыщением, температурой, размером кристаллов и концентрацией дефектов структуры.
Чем мельче и дефектнее кристалл, тем более он способен к росту, но одновременно и к растворению. Чем крупнее и совершеннее кристалл, тем медленнее он растет, но и медленнее растворяется [12]. Если "обработанная" в МГД резонаторе вода омывает ранее образовавшиеся кристаллы кальцита, то в процессе постепенного растворения мелких кристаллов происходит перекристаллизация кальцита в арагонит. Причем этот процесс идет быстрее с повышением температуры, то есть у поверхности теплообмена. В результате кристаллы арагонита, имеющие низкую адгезию к теплообменной поверхности и низкую когезию друг к другу, начинают отслаиваться, а отложения разрыхляться. На практике как раз и наблюдается не растворение, а отслаивание отложений, их разрыхление.
Авторам удавалось отмыть внутреннюю поверхность холодного водогрейного котла, промывая его в режиме циркуляции обработанной в МГД резонаторе водой. В принципе концентрация твердой фазы в продувках увеличивается уже в первые часы после начала промывки. Однако, удовлетворительный результат по отмывке наблюдался через 10-15 суток. Интересно, что температура циркулирующей воды со временем постепенно повышается от +15°С  до +40-45°С в результате трения о поверхность трубопровода. Более высокая температура наблюдается на улитке центробежного насоса.
Применяются также в теплоэнергетике методы снижения скорости накипеобразования, основанные на гидродинамике и механическом воздействии на образовавшийся кристалл и подложку.
С ростом скорости протекания воды вдоль теплообменной поверхности уменьшается толщина пристеночного слоя. Это приводит к улучшению теплоотдачи от горячей стенки в объем жидкости, к уменьшению в пристеночном слое массы "строительного материала" для роста кристаллических зародышей карбоната кальция. Одновременно протекание воды вдоль стенки вызывает появление гидродинамических пульсаций [13]:
;=0,103;;Re;^0,515;(V_lq/d),     (7.2)
где: ; - частота гидродинамических пульсаций; Re - критерий Рейнольдса; V_lq - скорость движения жидкости; d - диаметр (линейный определяющий размер) канала, в котором протекает жидкость. Чем выше скорость движения жидкости, тем выше частота гидродинамических пульсаций, что препятствует закреплению кристаллика на поверхности: микрокристаллик срывается потоком и
35
 свой рост продолжает в объеме жидкости. Таким образом, при не очень высоких пересыщениях, а значит низких скоростях кристаллизации, техническим решением, приводящим к снижению скорости образования накипи на поверхности, может быть использование высоконапорного насоса более высокой производительности. Кристалл карбоната кальция и материал трубопровода или теплообменной поверхности имеют различные механические свойства. Если направить упругую волну ультразвукового диапазона вдоль поверхности, то на определенных частотах образующиеся из пересыщенного раствора кристаллы будут откалываться от поверхности и уноситься омывающим ее потоком. Метод ультразвуковой очистки теплообменных поверхностей достаточно широко представлен в патентной литературе[14].
Интенсивность образования накипи, как было уже сказано, зависит от значения двух параметров: исходной концентрации карбоната кальция в воде и температуры поверхности. Поскольку эти два параметра определяют пересыщение раствора по карбонату кальция  (см. уравнения 6.1, 6.2, 6.3), постольку именно пересыщение может служить критерием для выбора метода предотвращения накипеобразования в конкретном технологическом процессе. 
По мере роста температуры  увеличивается объем воды. Как следствие, снижается концентрация растворенных солей, снижается пересыщение.  Этот факт можно учесть коэффициентом относительного  (по отношению к температуре 00С) снижения пересыщения  (исходной концентрации карбоната кальция) [22].
 ,    (7.3)
где  t – температура,  0С               
Введем коэффициент коррекции относительного пересыщения за счет объемного расширения раствора: в  уравнения (6,1,6,3) коэффициент   .
  ,     (7.4)
где  в  моль/м3.
                Зависимость пересыщения раствора (Ss) по карбонату кальция от температуры поверхности (t0С)  при различных исходных концентрациях карбоната кальция (Сисх., моль/м3) представлена на Рис.7. 1.






36

 


Рис. 7.1. Относительное пересыщение раствора по карбонату кальция в зависимости от температуры поверхности при различных исходных концентрациях карбоната кальция.
Если пересыщение по карбонату кальция в приповерхностном слое жидкости теплообменника,   технологического оборудования или трубопровода не превышает   , то накипь образовываться не будет.
Если пересыщение по карбонату кальция в приповерхностном слое жидкости теплообменника,   технологического оборудования или трубопровода составляет 15 - 50, то вполне допустимо применение МГД резонатора без предварительной дегазации питательной воды.  Естественно, МГД резонатор должен быть настроен на резонансную частоту. Это означает, что скорость пересечения жидкостью магнитных силовых линий не должна отклоняться от оптимальной более чем на  , а величина магнитной индукции в магнитном зазоре не должна отклоняться от оптимальной более чем  . Чем точнее, тем лучше.
Если пересыщение по карбонату кальция в приповерхностном слое жидкости теплообменника, технологического оборудования или трубопровода превышает 100, то следует применить методы очистки воды, например, ионный обмен.  Экономически оправдано совместное применение ионного обмена и МГД резонатора. При монтаже МГД резонатора перед ионообменными фильтрами повышается динамическая обменная емкость ионообменного материала на 10 – 30%.
Следует отметить, что влияние присутствия карбоната кальция в воде  для оценки ее способности  к образованию отложений на поверхности теплообменного оборудования, в полости насосов и трубопроводов далеко не всегда является достаточным. Наиболее полной характеристикой для этого случая является жесткость воды.



 
8. Жесткость воды и способы ее умягчения
Так исторически сложилось, что техника не всегда строго следовала терминологии, принятой в базовых, фундаментальных науках – математике, физике и химии. Инициативные инженеры, прокладывая новые пути в технике, одновременно сочиняли термины, образовавшие специфичный язык отдельных отраслей (по сути – жаргон). Но со временем от частого употребления жаргон переродился в профессиональный язык. Так было во всем мире. И странный термин в «прикладной» химии воды – «жесткость» появился именно таким образом. Жесткость воды никак не связана ни с ее механическими свойствами, ни с сопротивлением материалов.
Под жесткостью воды понимают [23] совокупность свойств воды, обусловленную наличием в ней катионов ;Ca;^(2+)и ;Mg;^(2+). Сумму концентраций этих ионов называют общей жесткостью. Любители разведения рыб вынуждены заливать в аквариумы воду той жесткости, которая соответствует естественной среде обитания их питомцев. Однако в быту, промышленности, коммунальном хозяйстве жесткая вода приводит к образованию отложений на поверхности котлов, бойлеров, трубопроводов, технологических аппаратов. В жесткой воде не мылится мыло, что увеличивает его расход. Таким образом, борьба с жесткостью – умягчение воды и деминерализация – преследуют цель снижения эксплуатационных затрат на чистку от накипи технологического оборудования, на энергозатраты на производство пара и горячей воды. Кроме того, жесткость воды влияет на качество стирки и продолжительность работы бытовых приборов, в которых используется вода.
Различают общую жесткость (ОЖ), карбонатную (временную) жесткость (КЖ) и не карбонатную (постоянную) жесткость (ПЖ). Если понятие общей жесткости характеризует суммарную концентрацию ионов ;Ca;^(2+) и ;Mg;^(2+), КЖ – концентрацию карбонатов и гидрокарбонатов (бикарбонатов), то ПЖ – концентрацию ионов кальция и магния, не эквивалентных карбонатной жесткости. Таким образом,
ОЖ = КЖ + ПЖ    (8.1).
Карбонатная жесткость создается солями угольной кислоты: карбонатами и гидрокарбонатами. Временной она называется потому, что соли угольной кислоты разлагаются с образованием летучего углекислого газа. Скорость разложения растет с ростом температуры. Карбонат кальция разлагается при 8250С, образуя углекислоту и окись кальция – обожженную известь. Гидрокарбонат кальция, растворимость которого довольно высока, при кипячении водного раствора выделяет углекислый газ и переходит в карбонат кальция. То есть кипячение воды может привести к снижению карбонатной жесткости, если гидрокарбонат кальция, выделяя СО2 , перейдет в карбонат, а последний кристаллизуется и выпадет в осадок или сядет в виде накипи на стенки емкости, в которой вели кипячение.
Некарбонатная жесткость определяется наличием в воде солей кальция, магния и всех остальных кислот, кроме угольной: сульфатами, хлоридами, силикатами, нитратами, фосфатами и т. д.
Как следует из определения, постоянная жесткость кипячением не убирается. Впрочем, это не совсем точно, так как сульфаты и фосфаты кальция в определенных условиях также могут кристаллизоваться, образуя отложения на стенках промышленных аппаратов в виде ангидрита,
38
гипса, полуводного сульфата кальция, гидросиликата и гидроаппатита. Но это проблема большой энергетики и химической промышленности.
 При использовании воды в коммунальном хозяйстве, быту, малой энергетике из-за высокой растворимости, например, сульфата кальция и, как правило, невысокой концентрации их в исходной воде, с такой проблемой приходиться сталкиваться относительно редко.
Способы выражения жесткости. Как следует из вышеизложенного, классификация воды по видам жесткости достаточно условна и носит скорее качественный, чем количественный характер. В разных странах приняты различные способы выражения концентраций и, как следствие, различны границы качественной классификации воды по жесткости.
В странах СНГ концентрация солей жесткости в воде выражают в миллиграмм-эквивалентах в литре воды, мг-экв/л. Хотя концентрацию других солей – в мг/л. В Германии жесткость воды выражают в градусах жесткости dH, реже в dGH. 1 dH = 10 мг/л СаО. В США жесткость воды пересчитывают в СаСО3 и выражают в «частях на миллион», ppm. 1 мг-экв/л Са2+ = 2,8 dH CaO = 50 ppm CaCO3. В таблице 3.3 приведена качественная классификация воды по степени жесткости и соответствующие ей границы концентраций солей жесткости, принятые в разных странах.
Таблица 8.1. Качественная классификация воды по степени жесткости

Характеристика воды Концентрация ;Ca;^(2+) и; Mg;^(2+),
 мг-экв/л Жесткость воды, выраженная
 в ppm CaCO3 Немецкие градусы жесткости
dH (реже dGH)
Очень мягкая вода 0 – 1,4 0 - 70 0 - 4
Мягкая вода 1,8 – 2,8 88 - 140 5 - 8
Вода средней
жесткости
3,2 – 4,2

158 - 210
9 - 12
Довольно жесткая вода 4,6 – 6,3 228 - 315 13 - 18
Жесткая вода 6,6 – 10,5 332 - 525 19 - 30
Очень жесткая вода Более 10,5 Более 525 Более 30

В связи с тем, что вода является основным объектом магнитной обработки по причине ее широкого использования во всех без исключения сферах деятельности человека, авторы  сочли необходимым в сжатой форме привести сведения, которые непосредственно связаны с вопросом понимания жесткости воды и, в частности с понятием «ионное равновесие».
Кратко об ионном равновесии. В 1887году шведский физикохимик, нобелевский лауреат Сванте Аррениус ввел в арсенал науки о растворах представление, об электролитической диссоциации.
Растворенное в воде вещество в результате взаимодействия с молекулами воды способно распадаться на ионы – электрически заряженные частицы. Этот процесс называют диссоциацией. В результате образуется раствор электролита. Способность диссоциировать у разных веществ совершенно разная. Сильные электролиты диссоциируют полностью, то есть их молекулы с высокой скоростью полностью распадаются на ионы. К таким веществам относятся соли сильных
39
 кислот, например, серной H_2 ;SO;_(4 )и соляной HCl и сильных оснований, например, гидроксида натрия NaOHи гидроксида калия KOH.
Есть вещества, которые очень слабо диссоциируют, то есть с низкой скоростью. Типичными представителями таких веществ являются соли слабых кислот, например, угольной H_2 ;CO;_3 и сероводородной; H;_2 S и слабых оснований, например, гидроксида кальция Ca;(OH);_2 и гидроксида магния Mg;(OH);_2. Важным положением науки о диссоциации является наличие одновременно протекающего обратного процесса – ассоциации ионов в молекулы. Химическая кинетика установила, что скорость любого процесса определяется концентрацией участвующих в нем компонентов. Чем выше концентрация хотя бы одного участника процесса, тем выше и скорость самого процесса. Из этого следует, что процесс ассоциации несколько запаздывает по сравнению с процессом диссоциации, так как в растворе сначала должен появиться «строительный материал» ассоциации. Когда вещество (для многокомпонентных растворов – вещества) растворится полностью и диссоциирует с присущей ему полнотой, и заработает процесс ассоциации, то в растворе установится динамическое равновесие: какое-то число молекул распадется на ионы, какое-то число ионов соединится в молекулы. Количественной характеристикой баланса диссоциация/ассоциация при установившемся равновесии в растворе электролита принята константа процесса, под которой понимают соотношение скоростей реакций диссоциации и ассоциации. Если скорость диссоциации низкая, а скорость ассоциации высокая, константа диссоциации будет выражаться числом меньше единицы.
Диссоциация воды и рН. Дистиллированная вода диссоциирует на ионы по следующей схеме
H_2 O;2H^++;OH;^-  (8.2).
Знак ; указывает на то, что как диссоциация молекул воды на ионы, так и ассоциация образовавшихся ионов в молекулы воды протекает одновременно. Поскольку концентрация протонов (положительно заряженных ионов) и гидроксильных ионов (отрицательных ионов) одинакова, вода в целом электронейтральная. Скорость ассоциации ионов, образующихся в правой части уравнения (8.2), настолько высока по сравнению со скоростью диссоциации молекул, что в дистиллированной воде присутствует всего лишь 10-7 моль/л ионов водорода (протонов) и ровно столько же гидроксильных (щелочных) ионов. Вода с таким содержанием протонов и гидроксильных ионов имеет нейтральную реакцию. Если концентрация протонов начинает расти (Н+ > 10-7), то вода становится кислой. Если концентрация протонов падает, но растет концентрация гидроксильных ионов (ОН- > 10-7), то вода становится щелочной. Поскольку число с большим количеством нулей или высоким отрицательным значением показателя степени применять неудобно, договорились представлять малые концентрации в логарифмическом виде. В результате логарифмирования lg(10-7) = - 7. Отрицательный логарифм концентрации водородных ионов условились обозначать значком рН. И так, при рН = 7 вода считается нейтральной. Если рН < 7 – вода кислая, если рН > 7, то вода щелочная.

Направление химических реакций. В многокомпонентном растворе, то есть сформированном различными молекулами и ионами, каждый ион «не помнит», из какой молекулы он образовался. Поэтому обоснованно и удобно записывать протекающие в растворе реакции в ионном виде. Логика подсказывает, что любой процесс, любая реакция в растворе будут направлены в сторону:
образования слабо диссоциирующих молекул;
40
мало растворимых веществ;
газообразных продуктов реакции.

Совершенно естественно, что удаление из ионной системы слабо диссоциирующих молекул, кристаллизующихся веществ и газов будет снижать их концентрацию и тем самым уменьшится скорость «обратной» реакции. Естественно, что при этом сдвинется ионное равновесие.
Все эти представления и положения чрезвычайно важны для понимания тех процессов, которые происходят в жесткой воде, контактирующей с воздухом, для понимания свойств жесткой воды и тонкостей, связанных с ее очисткой.
Растворимость. Растворимостью называют способность вещества образовывать с растворителем однородные смеси с размером частиц не крупнее молекулы. Мерой растворимости считают количество вещества, способного раствориться в фиксированном количестве растворителя при определенных условиях – бесконечно большом времени контакта. Причиной растворимости считают взаимодействие молекул растворенного вещества и растворителя, а также ослабление межмолекулярного взаимодействия в веществе за счет проникновения между его молекулами растворителя. Процесс растворения в целом определяется двумя характеристиками: скоростью растворения и растворимостью.
В принципе абсолютно не растворимых веществ не бывает. Но диапазон растворимостей чрезвычайно широк: от «бесконечно растворимых» (например, вода/глицерин) до «нерастворимых», когда речь идет о 0,012г в литре воды при 400С (например, карбонат кальция). 12 мг в литре – это много или мало? Вполне достаточно, чтобы образовать накипь на теплообменной поверхности уже при нагреве воды до 800С. Соли жесткости относятся как раз к тем «нерастворимым» или «малорастворимым» веществам, которые при нагревании снижают свой уровень растворимости, выбрасывая «излишек» сверх растворимости в виде накипи на теплообменную поверхность. Подробнее о растворимости, процессе ее образования и пересыщении сказано в статье [24]. Для наглядности приведем пример. Если ион кальция содержится в литре очень жесткой воды в количестве 340 мг и если в этом литре воды растворится углекислый газ, образовав 510 мг карбонат-иона, то в растворе окажется при 100 0С (растворимость 2 мг/л): 340 + 510 – 2 = 848 мг «лишнего» карбоната кальция. Этого вполне достаточно, чтобы после его кристаллизации из 1 м3 такой воды на 1 м2 теплообменной поверхности образовать слой плотной накипи толщиной 0,3 мм. Естественно, что освобождение от «лишнего» карбоната кальция 100 м3 такой воды покроет 1 м2 теплообменной поверхности слоем накипи в 30 мм.
И так, малая растворимость солей жесткости, их способность кристаллизоваться по мере нагрева воды объясняет, почему в теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве их объединили в отдельную группу, и чем вызвано такое повышенное внимание.
Характеристики и свойства жесткой воды. Поскольку в жесткой воде содержатся ионы ;Ca;^(2+) и ;Mg;^(2+), они участвуют в реакции гидролиза – взаимодействия с продуктами диссоциации воды:

;Ca;^(2+)+;Mg;^(2+)+;4H;^+ ;+ 4OH;^-;;Ca(OH);_2+;Mg(OH);_2;+ ;4H;^+     (8.3).

В результате в растворе появляется избыточный водородный ион и жесткая вода «подкисляется», рН (отрицательный логарифм концентрации водородного иона) при этом снижается по сравнению с нейтральным и становится меньше 7. Чем выше ОЖ воды, тем ниже значение рН. К слабо диссоциирующим кислотам относится угольная кислота. Вода с карбонатной жесткостью содержит
41
ионы ;HCO;_3^- и ;CO;_3^(2-), а они участвуют в реакции гидролиза – взаимодействия с продуктами диссоциации воды:

;HCO;_3^-+;CO;_3^(2-)+;2H;^++2OH;H_2 ;CO;_3+;HCO;_3^-+2;OH;^-   (8.4).

В результате в растворе появляется избыточный гидроксильный ион, и вода с карбонатной жесткостью становится «щелочной», рН при этом повышается по сравнению с нейтральным и становится больше 7. Чем выше КЖ воды, тем выше значение рН.
Обычно в воде общая и карбонатная жесткость встречаются одновременно, но не всегда равны друг другу. Как следствие, рН такой воды будет выше или ниже 7 в зависимости от соотношения карбонатной и общей жесткости.
Важной характеристикой воды является так называемая «щелочность», под которой понимают количество кислоты, способное нейтрализовать все анионы, придающие воде щелочность. На практике щелочность совпадает с карбонатной жесткостью, так как в результате химической реакции карбонатов и гидрокарбонатов с кислотой образуется угольная кислота, легко разлагающаяся на воду и летучее ;CO;_2.

;2H;^++;CO;_3^(2-);H_2 ;CO;_3  .       (8.5)

H_2 ;CO;_3;H_2 O+;CO;_2;   .       (8.6)


Вода всегда контактирует с воздухом. В воздухе всегда содержится ;CO;_2 (в среднем 0,046 % массы), способный растворяться в воде, смещая равновесие реакции (8.6) влево и далее по цепочке смещая влево равновесие реакций (8.5), (8.4) и (8.3). В результате вода в открытых водоемах, не герметичных емкостях или градирнях способна снижать рН до 6,3 за счет растворения ;CO;_2. Но при этом не остаются в стороне реакции (8.3) и (8.4) – реакции гидролиза ионов, создающих общую и карбонатную жесткости. Естественно, что из-за этого растворение ;CO;_2 в жесткой воде будет происходить не так, как в дистиллированной.
При контакте воздуха с ;CO;_2 равновесие системы «вода с ОЖ и КЖ» будет очень неустойчиво и будет постоянно смещаться в зависимости от концентрации СО2 над раствором, растворимости СО2 в данной многокомпонентной системе, концентрации ионов, условиями кристаллизации мало растворимых солей и конечно в зависимости от температуры, как одного из главных факторов, определяющих скорость химических реакций. Все это будет обусловлено постоянным смещением направления химических реакций, как это было указано выше.
Буферность жесткой воды. Необычайная подвижность системы, которую представляет собой вода с общей и карбонатной жесткостью, ее способность все время менять в зависимости от условий количественный состав компонентов, как это не парадоксально, придают ей значительную инерционность относительно рН. В химии такую инерционность называют буферностью.
Под буферностью понимают способность жесткой воды менять значение рН в достаточно узком диапазоне при значительном изменении концентрации ОЖ и КЖ. рН буферного раствора можно выразить уравнением

рН = рК + lg([ОН - ]/[Н+]),           (8.7)

где :   рК – отрицательный логарифм константы диссоциации воды;
42
           [ОН -] и [Н+] – равновесные концентрации гидроксильного иона и протона.
В случае дистиллированной воды, как это было описано ранее, [ОН-] = [Н+] = 10-7 и, как следствие,
Lg 1= 0, а рН = рК = 7. В случае карбонатно-бикарбонатной буферности, учитывая одновременное протекание следующих процессов диссоциации – ассоциации,

2H^++;OH;^-;H_2 O            (8.8)

H_2 ;CO;_3;H^++;HCO;_3^- ,        (8.9)

следует записать:                рН = 6,37+lg;([;HCO;_3^- ]/[H_2 ;CO;_3 ] )           (8.10)

      pH = 10,25+lg;([;CO;_3^(2-) ]/[;HCO;_3^- ] ) .      (8.11)

Напомним, что значение рК и как следствие рН ощутимо зависят от температуры и концентрации других ионов. При отношении [;HCO;_3^-]:[H_2 ;CO;_3] в диапазоне 1:100 – 100:1 бикарбонатная буферность обеспечивает изменение рН раствора в диапазоне 4,37 – 8,37. Аналогично при отношении ;[CO;_3^(2-)]:[;HCO;_3^-] в диапазоне 1:100 – 100:1 карбонатная буферность обеспечивает изменение рН раствора в диапазоне 8,25 – 12,25.
Растворимость СО2 в жесткой воде в диапазоне изменения рН = 6 – 8,5 определяется в том числе величиной карбонатной жесткости КЖ и может быть рассчитана по аппроксимационному уравнению с ошибкой S = ±0,02 мг-экв/л:

СО2, мг-экв/л = 0,001152 + [0,2225·рН + 13,564/рН – 3,47]·КЖ.        (8.12)

Коэффициент множественной корреляции R2 = 0,9906.
Уравнение показывает, что растворимость углекислоты растет линейно с ростом КЖ. Это значит, что жесткая и очень жесткая вода при охлаждении в градирне достаточно интенсивно поглощает углекислоту из воздуха, что затем приводит к отложениям карбоната кальция на поверхностях теплообмена. А подпитка градирни (восполнение потерь воды за счет испарения) и постоянный контакт с воздухом – бесконечный источник образования карбонатной накипи. Логичным техническим решением в данном случае могла бы быть очистка подпиточной воды от Са2+ и Mg2+ (снижение ОЖ).
Способы умягчения жесткой воды. Как следует из вышесказанного, натуральная и экологически чистая вода должна обладать определенной жесткостью. Недаром питьевую воду, соответствующую стандартам по содержанию ионов кальция и магния, можно отнести к жесткой. Главная причина, почему жесткой воде, снижению жесткости, умягчению уделяется такое большое внимание, заключается в способности гидроксидов, карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния, двойным солям этих металлов образовывать малорастворимые соединения, откладывающиеся на поверхностях теплообмена, на стенках технологического оборудования и трубопроводов, выводить из строя нагнетающие насосы.  Оказывается, что умягчить воду, а в случае котлов высокого давления деминерализовать, гораздо дешевле, чем:
проводить регулярные чистки или замену оборудования;
иметь постоянный перерасход топлива на производство горячей воды, тепла,  пара;
загрязнять окружающую среду продуктами сгорания топлива.
43

Из свойств солей, обуславливающих жесткость воды, естественно вытекают способы и методы ее умягчения, аппаратурные решения и технологические схемы.
Термическое умягчение воды. Растворимость малорастворимых солей жесткости падает с ростом температуры раствора. Действительно, нагревая до 120 – 2000С очень жесткую воду, например, с общей жесткостью 17 мг-экв/л, и заставляя карбонат кальция выпадать в осадок, можно снизить, как карбонатную, так и общую жесткость в 620 – 3700 раз. Технико-экономические проблемы, которые надо при этом решать:
дешевое тепло;
быстрая кристаллизация карбоната кальция, желательно в объеме раствора;
фильтрация осадка;
очистка поверхностей оборудования для термического умягчения воды от карбоната кальция.
Химическое умягчение воды. На ТЭЦ воду, заполняющую теплотрассы и являющуюся теплоносителем, умягчают до содержания солей жесткости 1,1 – 1,5 мг-экв/л. Чаще всего применяются два метода химического умягчения: известковый и известково-содовый [21], [22]. Другие методы умягчения, описанные в литературе, применяются гораздо реже.
Сущность химических методов очистки заключается в переводе ионов Са2+ и Mg2+ в соединения с ограниченной растворимостью: карбонат кальция СаСО3 и гидроксид магния Mg(OH)2.
Критериями выбора конкретного метода очистки раствора являются общая жесткость сырой (неумягченной) воды, стоимость и доступность осадительных реагентов, возможность использования коагулянтов и флокулянтов.
Известковый метод (очистка суспензией гидроксида кальция известковым молоком) применяется для умягчения «довольно жесткой» воды (таблица 8.1) и предусматривает образование гидроксида магния в соответствии с химической реакцией:

;Mg;^(2+)+;2OH;^-=;Mg(OH);_2;   .         (8.13)

Знак ; указывает, что данное соединение выпадает в осадок. При этом образование карбоната кальция с последующей кристаллизацией возможно при наличии карбонатной жесткости.
При постоянном произведении растворимости [23] за счет смещения равновесия по уравнению (8.13), поступающее с известковым молоком избыточное количество ионов кальция приводит к кристаллизации карбоната кальция:

;Ca;^(2+)+;CO;_3^(2-)=;CaCO;_3; .             (8.14)

Известково-содовый метод применяется для умягчения «жесткой» и «очень жесткой» воды  (таблица 8.1), когда общая жесткость существенно превышает карбонатную. Этот метод позволяет более глубоко очистить раствор от кальция и магния, но вынуждает при этом затрачивать дорогостоящую кальцинированную соду на очистку от кальция, внесенного в раствор вместе с известковым молоком.
Сложность решаемой задачи – химического умягчения природного раствора от загрязняющих примесей – заключается в том, что это многостадийный процесс, на каждой стадии которого протекает столько реакций (процессов), сколько в исходном растворе загрязняющих примесей. И даже больше. Естественно, что все процессы, запускаясь независимо, тем не менее, взаимосвязаны. При этом у каждой реакции, у каждого процесса своя скорость протекания, своя температурная зависимость. Если к этому добавить, что все сведения о растворимости, влиянии
44
 температуры, константах реакций и др., приведенных в справочниках, получены в равновесных условиях и системах, состоящих, как правило, только из двух компонентов – растворителя и
растворенного вещества, а на практике приходится иметь дело с принципиально неравновесными процессами и многокомпонентными растворами, то точное описание и расчет химического умягчения воды кажется в принципе невозможным.
Перечислим стадии химического умягчения воды и протекающие на каждой стадии процессы.
Добавление к жесткой воде осадительных реагентов запускает химические реакции (8.13) и (8.14). Образование новых веществ в системе – гидроксида магния и карбоната кальция – создает пересыщение по этим веществам, запускает процессы зародышеобразования новых фаз (кристаллических гидроксида магния, карбоната кальция) и роста образующихся кристаллов, то есть процессы кристаллизации. Если в раствор добавляют коагулянт – соли железа или алюминия, идут процессы окисления двухвалентного железа до трехвалентного, гидролиза ионов с образованием гидроксидов железа или алюминия, их кристаллизация.
Как только появляется твердая поверхность, аморфная или кристаллическая, на ней адсорбируются ионы, молекулы воды и содержащиеся в растворе примеси. Образуется двойной электрический слой. Знак и величина двойного электрического слоя определяется свободной поверхностной энергией поверхности конкретной частицы, составом окружающей ее среды, концентрацией и сродством ионов и молекул к данной поверхности.
Двойной электрический слой является движущей силой процесса коагуляции. Коагуляция приводит к слипанию разнородных частиц в крупные агрегаты – флокулы. После этого суспензия, состоящая из флокул, готова к разделению на твердую и жидкую фазу, что и реализуется в гравитационном поле отстаиванием – осветлением.
Каждый из перечисленных процессов протекает со своей скоростью, по-своему реагирует на температуру. Все перечисленные процессы запускаются независимо, но взаимосвязаны чрез концентрацию отдельных компонентов, через балансы прихода-расхода, тепломассообмен. В результате, одним из важнейших факторов управления системой является гидродинамика – интенсивность перемешивания компонентов.
Обычно на ТЭС (и на АЭС тоже) используется технологическая схема химического умягчения воды, в которой все вышеописанные многочисленные и взаимосвязанные процессы осуществляются в нижней части осветлителя – аппарата, предназначенного для гравитационного разделения твердой и жидкой фаз. Естественно, что такое техническое решение очень усложняет задачу производственного персонала по управлению процессом умягчения. Поэтому В. А. Присяжнюком была разработана схема установки по химическому  умягчению воды, опытно-промышленная проверка которой, успешно выполнена на Кременчугской ТЭС. В разработке сделана попытка разделить по возможности отдельные процессы, протекающие при химическом умягчении воды, за счет удаления их из нижней части осветлителя и переноса в каскад статических реакторв-смесителей[26]. Основным элементом этой схемы является МГД-резонатор и без МГД-резонатора, в основе процесса, эксплуатация этой технологической схемы невозможна, так как кристаллизующийся карбонат кальция будет откладываться на стенках статических реакторов-смесителей и трубопровода, увеличивая их гидравлическое сопротивление и затрудняя эксплуатацию. То есть МГД-резонатор не умягчает воду в том смысле, что не снижает ее карбонатную и общую жесткость. Но поскольку умягчение воды не является самоцелью и метод МГД-резонанса решает главную задачу умягчения – предотвращение карбонатных отложений – о нем не стоит забывать при разработке различных технологических схем, как химического, так и других способов умягчения воды и водоподготовки. Главные его преимущества перед известными

45
 методами умягчения воды – дешевизна и простота в эксплуатации. МГД-резонатор надо только смонтировать и настроить. Он не требует никаких эксплуатационных затрат.
Глубокое умягчение ионным обменом. Во многих промышленных котельных умягчение воды до норм, предъявляемых к воде теплосетей, оказывается недостаточным, если вода используется для питания котлов высокого давления, работающих при давлениях свыше 70·105 Па = 70 атм. Напомним, что это соответствует температурам кипения воды свыше 2850С. В этом случае воду деминерализуют – подвергают глубокому умягчению, удаляя не только ОЖ и КЖ, но и значительную часть примесей. Давно и широко для этих целей применяется многоступенчатый ионный обмен на базе использования синтетических органических катионообменных и анионообменных смол. В зависимости от приходящих с водой загрязнений и желаемого качества очищенной воды используют ионообменные смолы различного типа и в различных комбинациях[35].
Фильтрование или обратный осмос. Использование для очистки воды явлений осмоса или фильтрования через пористую перегородку с размером пор порядка молекулы началось в 60-х годах ХХ века. Особенно перспективным, именно для очистки воды, оказался обратный осмос. Качество же очищенной обратноосмотическим методом воды просто поражает – свободный хлор, механические частицы, привкусы и запахи, токсичные органические вещества, тяжелые металлы, одноклеточные микроорганизмы удаляются на 96-98 %. И так, осмосом называется самопроизвольный переход вещества через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора с различной концентрацией или раствор и чистый растворитель. В общем случае растворенное вещество из раствора с высокой концентрацией пытается перейти в раствор с низкой концентрацией. Если повысить давление в растворе с низкой концентрацией, то поток растворенного вещества прекратится. Разность давлений, прекращающая переток вещества (фильтрацию) через мембрану, называется осмотическим давлением. Осмотические явления чрезвычайно распространены в растительном и животном мире. Осмос обеспечивает проникновение питательных веществ в клетку и вывод в межклеточную среду продуктов жизнедеятельности. Благодаря осмотическому давлению живая клетка имеет форму.
Обратным осмосом называют метод разделения растворов. Если раствор (очищаемую воду), подать под давлением 3 – 8 МПа на полупроницаемую мембрану, то вода профильтруется через поры, а растворенное вещество останется. Эффективность обратного осмоса оценивается по селективности мембраны – способности удерживать ионы и молекулы разного размера, а также по удельной производительности единицы поверхности.
Возможность осуществления процесса обратного осмоса полностью автоматически, а также отсутствие необходимости в использовании химических реагентов делают его особо привлекательным.
Процесс является достаточно экономичным. Потребление электроэнергии составляет 1 – 2 кВт·ч на 1м3 обрабатываемой воды. Стоимость оборудования постоянно снижается в связи с увеличением объема его выпуска за счет постоянного расширения сфер использования.
Обратный осмос, однако, уязвим, если обрабатываемая вода является очень жесткой и/или содержит большое количество механических загрязнений. В связи с этим в целях увеличения срока службы используемых мембран зачастую требуется предварительное умягчение воды или ее полифосфатная обработка. Однако, наиболее эффективным и экономически выгодным методом в этом случае является магнитная обработка воды с последующей ее фильтрацией. Такое решение со всей очевидностью следует из материалов, приведенных выше.

Оценка экономической эффективности водяных насосов при перекачке воды, обработанной магнитным полем
Известно, что вода под действием магнитного поля изменяет свои параметры и, причем, весьма заметно. К таким параметрам, например, относятся: плотность, вязкость, теплоемкость, удельная теплота парообразования и др.
Изменение плотности и вязкости воды влияют на потребляемую водяными насосами мощность. Если настроить магнитную систему в режим понижения плотности (вязкости) воды, то такая настройка магнитной системы МГДР позволит снизить энергопотребление водяными насосами. Для того чтобы оценить такую возможность, необходимо воспользоваться некоторыми расчетными формулами и определенной методикой расчета. При этом, желательно, четко понимать физический смысл всех используемых параметров и характеристик, как воды, так и  самого насоса и его привода.
1. Плотность воды (;) это физическая величина, которая определяется массой единичного объема в килограммах на метр кубический (кг/м3). Ее можно рассчитать по приближенной формуле зависимости от температуры воды:
;(T)=995.7/(0.984+0.483;;10;^(-3);(T-273) )  ,    (1)
или взять из справочника по физике или в интернете.
2. Вязкость жидкости и, в частности, воды – свойство оказывать сопротивление сдвигу. При движении воды по трубопроводу ближайшие слои прилипают к стенкам (к внутренней поверхности трубопровода), остальные слои скользят друг относительно друга. Сила необходимая для преодоления скольжения слоев называется сопротивлением среды. Если при движении воды (жидкости) не возникает завихрений, то величина сопротивления среды пропорциональна скорости движения. Коэффициент пропорциональности есть коэффициент внутреннего трения, и называется абсолютной вязкостью. Абсолютная вязкость, иногда называемая динамической или просто вязкостью (µ), является произведением кинематической вязкости и плотности жидкости
;=u;;  .     (2)
Абсолютная вязкость выражается в системе СИ, как Паскаль-секунда (Па·с).
Под кинематической вязкостью (u) понимается мера потока имеющей сопротивление жидкости под влиянием силы тяжести. То есть, когда две жидкости равного объема помещены в идентичные капиллярные вискозиметры и двигаются самотеком, то вязкой жидкости требуется больше времени для протекания через капилляр. Например, если одной жидкости требуется для вытекания 200 с, а другой 400 с,  вторая жидкость в 2 раза более вязкая, чем первая по шкале кинематической вязкости. Размерность кинематической вязкости в системе СИ – (м2/с).
2
Кинематическую вязкость воды в зависимости от ее температуры можно рассчитать по приближенной формуле:
 ,      (3)
или взять из номограмм, приведенных в справочниках.
Изменение вязкости жидкости (воды) влияет в основном на потери мощности насоса, на дисковое трение и гидравлические сопротивления движению потока жидкости и оказывает значительно большее по сравнению с плотностью жидкости влияние на потери мощности. При снижении вязкости жидкости (воды) увеличиваются напор и подача насоса и характеристика Q – H повышается.
3.  Подача (производительность) насоса – это количество жидкости, перемещаемое насосом в единицу времени. Подача может быть выражена по-разному: Q – объемная подача (м3/с), G – массовая подача (кг/с). Между массовой и объемной подачей есть взаимосвязь:
Q=G/;,        (4)
где ; – плотность перекачиваемой жидкости (кг/м3).
Подача насоса зависит от его конструкции, скорости вращения рабочего колеса, вязкости жидкости и характеристик трубопровода, по которому насос перемещает жидкость.
4. Напор насоса (Н) – это энергия, которую получает объем жидкости весом в один Ньютон при прохождении через насос. Измеряется в метрах (м) столба рабочей (перекачиваемой) жидкости. Напор можно рассматривать и с геометрической точки зрения, как высоту, на которую может быть поднят один Ньютон жидкости за счет энергии, вырабатываемой насосом.
Следует отметить, что напорная характеристика насоса не зависит от плотности перекачиваемой жидкости, но зависит от вязкости жидкости. Напорную характеристику можно получить только при испытании реального насоса и, соответственно, из паспорта на конкретный насос. 
5. Полезная мощность – это энергия, отдаваемая жидкости за единицу времени при работе насоса. Полезная мощность обозначается N_п , измеряется в системе СИ в Ваттах. Полезную мощность можно определить по формуле:
N_п=Q;;;g;H ,    (5)
где g- ускорение свободного падения в [м/с2].
6. Общий КПД насоса (;_(нас.)) - это отношение полезной мощности к мощности на валу N_в:
3
;_(нас.)=N_п/N_в .             (6)         
7.  Мощность на валу – это энергия, потребляемая насосом за единицу времени. Другими словами, мощность на валу это энергия, передаваемая валу рабочего колеса насоса от электропривода (электродвигателя) или двигателя внутреннего сгорания.
Мощность на валу является важным параметром, дающим представление об энергопотреблении работающего насоса. Однако иметь представление и оценить влияние параметров насоса, а также перекачиваемой жидкости на энергопотребление это совсем не одно и то же. Поэтому основная цель настоящей методики заключается в оценке потребляемой насосом мощности при изменении плотности (вязкости) перекачиваемой воды (жидкости).
На шильдике асинхронного двигателя (АД), который, как правило, используется в качестве привода насоса или в паспорте указывается его полезная мощность на валу (Р).
Потребляемую АД мощность из сети можно найти, если взять такие параметры как КПД (;ад) двигателя и cos;;. При этом необходимо учесть связь между полезной механической мощностью на валу (Р), указанной на шильдике АД и указанным КПД. Через эти величины можно найти его активную мощность, которую потребляет двигатель от сети. Находится она из соотношения:
Р_а=Р/;_ад    .            (7)
Теперь необходимо учесть тот факт, что в общем случае каждое электрическое устройство потребляет из сети не только активную, но и реактивную энергию. И асинхронный двигатель тому не исключение. И чтобы найти потребляемую им полную мощность (не реактивную, а именно полную) необходимо воспользоваться общеизвестным соотношением:
S=Р_а/cos;;   .    (8)
С учетом соотношения (7) формула (8) приобретает следующий вид:
S=Р/(;_ад;cos;;; ; ),   (9)
где: Р – механическая полезная мощность на валу, указанная на шильдике (в паспорте) АД;
     ;_ад  - КПД электродвигателя;
     ; - угол между векторами активной и полной мощностью.

4
Принимая во внимание формулы (5 и 6), и что мощность на валу насоса; (N;_B) практически равна полезной механической мощности (Р) на валу асинхронного двигателя, выражение (9) приобретает следующий вид:
S=(Q;;;g;H)/(;_нас;;_ад;cos;; )  .     (10)
Формула (10) позволяет выполнить приблизительную оценку влияния магнитной обработки воды на энергопотребление насосом.
Следует заметить, что в настоящее время не существует никаких математических и экспериментальных зависимостей, объясняющих  связь параметров магнитного поля, воды и самого насоса, перекачивающего воду. Что, казалось бы, указывает на то, что оценить влияние магнитной обработки воды на энергопотребление насосом практически невозможно. Но это не так. Да, сложно. И, тем не менее,  такая возможность имеется. По крайней мере, ошибка прогнозируемого результата не превышает 25%. Ошибка прогнозирования энергопотребления насосом, безусловно, значительная, но она не мешает выполнить качественную оценку экономического эффекта. Сущность ошибки заключается в том, что основные технические показатели любого насоса определяются при работе его на воде с плотностью 1000 кг/м3 и кинематической вязкостью 10-6 м2/с, которые вносятся в техническую документацию, например, на центробежный насос. При пересчете технических показателей насоса при подаче им воды на подачу более вязкой жидкости используются экспериментальные данные. А вот данных для пересчета показателей насоса на подачу воды с плотностью и вязкостью ниже, чем 1000 кг/м3 и 10-6 м2/с, соответственно, не существует. Теоретическое же решение такой задачи затруднено из-за сложности явлений, происходящих в насосах. Поэтому методика оценки возможной экономии потребляемой водяным насосом электроэнергии предусматривает некоторые допущения и упрощения.
1. На основании большого опыта по применению магнитной обработки воды и полученных устойчивых результатов, изменение плотности и вязкости воды считать в пределах 3 – 6 % от базовых значений.
2. За базовые значения принимаются параметры плотности и вязкости воды при 200С, а именно: ; = 998,2 кг/м3, µ = 1,002 Н·с/м2.
3.  Учитывая, что изменение плотности и вязкости воды при ее магнитной обработке происходит в небольших пределах, то для пересчета параметров воды и Q – H характеристик насоса воспользуемся методом линейной экстраполяции. Как известно, он дает 100 % верный результат для уравнения прямой.
4.  Все расчеты проводятся при условии, что параметры окружающей среды, температура воды и режим работы насоса остаются неизменными, как до магнитной обработки воды, так и после нее.

5
Оценку влияния магнитной обработки воды на энергопотребление насоса проведем на примере водяного насоса типа ADB – 35 abs.
Технические характеристики насоса в номинальном режиме
1. Потребляемая насосом  активная мощность Р1 = 0,43 кВт.
2. Полезная мощность на валу насоса Р2 = 0,37 кВт.
3. Расход Q = 0; 0,3; 0,6; 1,2; 1,8 м3/ч.
4. Напор Н = 35; 31; 25; 14; 4 м.
5. Рабочий диапазон Q = 0,6 – 1,5 м3/ч, Н = 10 – 20 м.
6. КПД насоса ;н= 0,86.
7. КПД асинхронного двигателя ;ад = 0.73.
8. Коэффициент мощности АД cos;; = 0,82.
9. Частота вращения вала насоса n = 2900 об/мин.
Из формулы (8) следует, что полная мощность потребляемая насосом в номинальном режиме составляет:
S=0,43/0,82=0,52 кВт           (11)
Оценим степень методической ошибки при использовании предлагаемой методики. При этом необходимо принять во внимание характер  взаимного изменения параметров насоса и привода. Графическая интерпретация такого изменения для наглядности представлена на рис. 1. Как видно из рисунка, характер зависимостей нелинейный даже в рабочем диапазоне насоса. В целях упрощения расчетов, приняты средние значения параметров насоса и асинхронного двигателя во всем диапазоне их изменения.
1. Qср = 0,975 м3/ч = 270,1·10 – 6 м3/с.
2. Нср = 21, 8 м.
3. ;н ср = 0,4.
4. ;ад ср = 0,45.
5. cos;;;=0,78;.
6. ; = 998,2 кг/м3.
6
Подставим эти значения в формулу (10) для определения расчетной полной потребляемой насосом мощности Sp1.
(12)
Из сравнения результатов (11) и (12) следует, что  методическая погрешность не превышает 21%. Такой результат дает возможность однозначно ответить на вопрос возможного снижения потребляемой насосом энергии, в данном случае – электроэнергии при обработке воды магнитным полем в МГДР. Другими словами, реальная потребляемая мощность насосом при магнитной обработке воды Sм оценивается по формуле:
S_м=S_p+0,25·S.     (13)   
В формуле (13) коэффициент 0,25 представляет собой сумму базовой методической погрешности 0,21 и дополнительной методической погрешности 0,04. Дополнительная погрешность вызвана применением метода линейной экстраполяции при пересчете Q – H характеристик  насоса при изменении плотности (вязкости) воды.
 
Рис.1. Изменение мощности, КПД и напора насоса при изменении расхода прокачиваемой воды.
Оценка снижения энергопотребления насосом ADB – 35 abs  выполнена с применением формул (11), (12), (13). Влияние магнитной обработки учтено снижением плотности воды на 5%- 7% и пересчетом Q – H характеристик, вызванных изменением плотности (вязкости) воды. После пересчета были получены следующие параметры:
7
1. Q = 261,3·10 -6 м3/с; 2. Н = 23 м; 3. ; =948,29 кг/м3; 4. ;н = 0,47; 5. ;ад = 0,52; 6.cos;;;=0,8.;
S_p2=(261,3·;10;^(-6);948,29;23;9,8)/(0,47;0,52;0,8)=0,286 кВт.   (14)
Согласно формуле(13):
S_M=S_p2+0,25;S=0.286+0.25;0.52=0,416 кВт.
То есть каждый 1% снижения плотности (вязкости) воды дает возможность экономить приблизительно 4% -5% потребляемой электроэнергии.
Таким образом, потребляемая насосом ADB – 35 abs мощность при перекачке воды, обработанной в МГДР, снижается на 20%- 25%.  Прямая экономия электроэнергии при этом с учетом изменения трения жидкости в трубопроводах составит от 25% до 30%


9. Водоподготовка для систем кондиционирования воздуха

Одним из наиболее сложных процессов в области вентиляции и кондиционирования для ЖКХ является увлажнение воздуха. В статьях [27,28,29] показано, что успешная инженерно-техническая реализация систем увлажнения воздуха требует правильного выбора используемых методов и средств генерации пара, соблюдения достаточно строгих требований по его раздаче внутри обслуживаемого помещения, либо внутри приточной части вентиляционной системы, а также правильной организацией дренажа избыточной влаги. Имеет место ряд других важных с практической точки зрения моментов, призванных избежать возможных нежелательных явлений, сопутствующих работе увлажнителя.
В настоящем разделе уделяется особое внимание вопросу использования питающей воды соответствующего качества и целесообразности применения магнитных систем для ее предварительной обработки. Требования, предъявляемые при этом кардинальным образом различны между собой для увлажнителей, принцип действия и конструктивное исполнение которых отличаются весьма большим многообразием [31,32,33].
 В статье [31] сделана попытка дать разъяснение сути предъявляемых требований к качеству питающей воды для основных типов увлажнителей путем анализа физико-химических особенностей поведения веществ различной степени растворимости при переходе воды в пар, реализуемым тем или иным способом.
Практическое применение имеют два основных способа увлажнения воздуха [32]: изотермическое (увлажнители парового типа) и адиабатическое (увлажнители распылительного типа).
Изотермическое увлажнение происходит при постоянной температуре (;t=0), то есть при увеличении относительной влажности воздуха его температура остается неизменной. В воздух непосредственно поступает насыщенный пар. Фазовый переход воды из жидкого в парообразное состояние осуществляется за счет внешнего источника тепла. В зависимости от способа получения внешнего тепла различают следующие типы изотермических увлажнителей воздуха [33]:
с погружными электродами;
с электронагревательными элементами;
газовые увлажнители.
Общая схема установки изотермического увлажнителя в систему приточной вентиляции          показана на рис. 9.1, а пример одного из электродных увлажнителей представлен на рис. 9.2.  Общие конструктивные принципы изотермических увлажнителей с электронагревательными элементами и газовых увлажнителей показаны на рис. 9.3 и 9.4, соответственно. Рисунки 9.1 – 9.4 заимствованы из проспектов фирм-изготовителей соответствующей продукции, размещенных в «интернете».


Адиабатическое увлажнение происходит при постоянном количестве тепла (;Q=0). В воздух поступает тонкий водяной аэрозоль, который впоследствии испаряется. Фазовый переход осуществляется за счет внутренних поступлений тепла из воздуха, вследствие чего его температура понижается. В зависимости от способа диспергирования жидкой фазы различают следующие типы адиабатических увлажнителей воздуха, принципиальные схемы которых представлены на рис. 9.5 – 9.7 (рисунки заимствованы из статьи [32]):
испарительного типа (рис. 9.5);
атомайзеры с использованием сжатого воздуха (рис. 9.6);
атомайзеры без использования сжатого воздуха (рис. 9.7).
В увлажнителях испарительного типа воздух прокачивается через панели, заполненные смачиваемой водой, в результате чего за счет пленочного испарения происходит насыщение воздуха парами воды.
Известны два варианта конструктивного исполнения увлажнителей данного типа:
 с рециркуляцией воды, что характеризуется опасностью размножения бактерий и последующего распространения инфекционных заболеваний различного типа;
без рециркуляции, что характеризуется большим расходом воды, которая только в количестве15,30% используется по прямому назначению, то есть испаряется и увлажняет обрабатываемый воздух.
Увлажнители распылительного типа (воздушно-водяные) осуществляют распыление воды через форсунки, к которым подводятся по отдельным трубопроводам вода и сжатый воздух. Характерным представителем увлажнителей данного типа является автомайзер серии МС производства фирмы CAREL (рис.9.6). Благодаря специальной конструкции форсунок вода распыляется в виде мельчайших капель (аэрозоля) диаметром 6,8 микрон, легко абсорбируемых воздухом.
Увлажнители воздуха распылительного типа (рис. 9.7), в которых распыление деминерализованной воды осуществляется без использования системы сжатого воздуха, обеспечивают формирование монодисперсного, тонкодисперсного аэрозоля с диаметром капель воды в пределах 10,20 мкм.
Схема центрального кондиционера с секцией адиабатического увлажнителя воздуха представлена на рис.9.8.

Как правило, для увлажнения воздуха используется вода централизованных систем питьевого водоснабжения, качество которой регламентируется соответствующими документами, например СанПиН 2.14.559 – 96 [34], ГОСТ 2874 – 82 и другими.
Указанными документами качество воды регламентируется по целому ряду количественных показателей, таких как микробиологические, паразитологические, органолептические, радиологические и др.
Только по содержанию вредных веществ в питьевой воде нормируется 724 показателя. Общие требования к разработке методов их определения регламентируются ГОСТ 8.556 – 91. С точки зрения использования воды в системах увлажнения воздуха далеко не все упомянутые выше показатели имеют существенное значение.
Наиболее важными являются всего десять показателей [31]:
общее количество растворенных в воде твердых веществ (TDS);
общая жесткость ОЖ (TH);
сухой остаток при 1800С (R180);
удельная проводимость при 200С (;20);
кислотность и щелочность (pH);
хлориды (Cl-);
железо + марганец (Fe+Mn);
диоксид кремния (SiO_2);
остаточный хлор;
сульфат кальция (CaSO_4).
Количество растворенных в воде веществ зависит от их физико-химических свойств, минерального состава почв, сквозь которые происходит их инфильтрация, температуры, времени контакта с минералами и рН среды инфильтрации. TDS измеряется в мг/л, что в весовых количествах эквивалентно одной части на миллион (ppm).
В природе TDS воды колеблется от десятков до 35000 мг/л, что соответствует наиболее соленой морской воде. Согласно действующим санитарно-гигиеническим требованиям питьевая вода должна содержать не более 2000 мг/л растворенных веществ.
В статье [31] в логарифмическом масштабе представлена в зависимости от температуры растворимость ряда химических веществ (электролитов), наиболее часто присутствующих в воде в естественных условиях.
Обращает на себя внимание тот факт, что в отличие от большинства солей (хлориды, сульфаты, карбонат натрия), присутствующих в воде, две из них (карбонат кальция СаСО3 и гидроксид магния Mg(OH)2) имеют относительно малую растворимость. В результате данные химические соединения формируют основную часть твердого остатка.
Другая характерная особенность касается сульфата кальция (CaSO4), растворимость которого в отличие от большинства других солей, снижается с ростом температуры воды.
Жесткость воды, ее характеристики и способы выражения в достаточном объеме изложены в разделе 8 настоящей публикации. Тем не менее, следует всегда помнить о существенной роли в образовании малорастворимых солей, а именно, карбоната кальция и гидроксида магния, содержащейся в воде двуокиси углерода. Эти соли выпадают из
54
 воды, образуя твердый остаток. Надо иметь в виду, что растворимость двуокиси углерода резко снижается с ростом температуры, в результате чего при нагревании воды
 происходят химические процессы, которые приводят к образованию, как указано выше, твердого остатка.
Концентрация двуокиси углерода уменьшается также при понижении давления, что является причиной образования твердых отложений в устьях сопел увлажнителей воздуха
распылительного типа (атомайзеров). При чем, чем больше скорость в сопле и, соответственно, согласно закону Бернулли глубже разряжение, тем интенсивнее происходит формирование твердых отложений. В особенности это касается атомайзеров без использования сжатого воздуха, которые характеризуются максимальной скоростью в устье сопла диаметром не более 0,2 мм. И, наконец, чем больше рН воды (более щелочная), тем меньше растворимость карбоната кальция и больше твердого образуемого остатка.
Согласно санитарным правилам и нормам СанПиН 2.14.559 – 96 предельно-допустимой является жесткость воды 7 мг-экв/л. При этом, для водопроводов, подающих воду без
 специальной обработки, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается жесткость воды до 10 мг-экв/л.
Таким образом, можно констатировать, что в России допускается использование жесткой воды (табл. 8.1), что требуется учитывать при эксплуатации увлажнителей воздуха всех типов. В особенности это касается увлажнителей воздуха адиабатического типа, непременно требующих соответствующей водоподготовки. В этом варианте применение МГД-резонаторов (магнитотронов, магнитных систем) становится объективной необходимостью, что в достаточной степени обосновано в разделах 7 и 8 настоящей публикации.
Следует заметить, что применение МГД-резонаторов не ограничивается этапом водоподготовки, поскольку возможно в технологическом процессе снизить водопотребление и повысить эффективность системы кондиционирования вцелом.
Эта цель достигается путем установки МГДР в трубопровод перед распылительным блоком (контур форсунок). Успешная реализация поставленной цели была достигнута в системе кондиционирования отеля HYATE (Дубай, ОАЭ, 2004г.).
Такое решение основано на том, что магнитная обработка воды снижает ее поверхностное натяжение. Как следствие, в распыляемом аэрозоле миникапли воды становятся мельче. Следовательно, поверхность испарения – больше: поверхность шара вычисляется по известной формуле – 4/3;;r;^3. Если поверхность испарения выше, при той же температуре (адиабатическое испарение) воды испарится больше, а значит, испарение заберет из окружающей среды больше тепла, при этом количество неиспарившейся воды, то есть потери заметно ниже, и экономия воды составит не менее 8 %. Однако надо понимать, что в данном процессе суммарный результат зависит от вклада двух составляющих, а именно, удельной теплоты парообразования (испарения) и поверхности испарения.


55
В рассматриваемом случае был установлен МГДР, настроенный на снижение удельной теплоты парообразования, но при этом не оценивался вклад в эффективность системы кондиционирования воздуха каждой из составляющих участвующих в процессе. Тем не
 менее, получен устойчивый положительный результат, а поэтому с этой точки зрения оценка вклада каждой из составляющих процесса носит риторический характер. Хотя,
 провести качественную оценку влияния на итоговый результат эффективности магнитной обработки воды в системах кондиционирования воздуха по каждой составляющей
 процесса вполне возможно. Для этого необходимо изменить скорость прокачки воды через МГДР в два раза, что приведет к повышению удельной теплоты парообразования, и сравнить результаты.
В данном разделе нет смысла останавливаться на таких параметрах воды, как сухой остаток, удельная проводимость и других, так как магнитная обработка воды непосредственно не влияет на эти параметры. Еще раз следует обратить внимание на то, что требования к качеству используемой воды в системах увлажнения воздуха существенно отличаются в зависимости от типа и конструктивных особенностей увлажнителя. Следовательно, водоподготовка для систем кондиционирования воздуха имеет особое и существенное значение. В связи с этим в настоящей публикации есть необходимость кратко рассмотреть особенности водоподготовки для различных типов увлажнителей воздуха, а также возможность и целесообразность применения магнитной обработки воды в системах водоподготовки.
Изотермические увлажнители с погружными электродами (рис. 9.2). Такие увлажнители не могут работать на деминерализованной воде, так как принцип действия основан на теории электролитической диссоциации. Проводимость воды должна находиться в пределах 125 – 1250 мкС/см. и требуется отсутствие в воде органических соединений. К системе водоподготовки подключается водопроводная вода с соответствующими характеристиками. Поскольку увлажнители с погружными электродами вырабатывают пар, то МГДР целесообразно применять не только для противонакипного эффекта, но и для экономии потребляемой электроэнергии. Так как противонакипный эффект будет обеспечен при любой настройке МГДР, то необходимо устанавливать МГДР (магнитотрон, магнитную систему) настроенный в режим снижения удельной теплоты парообразования. Монтируется в трубопровод перед баком с погружными электродами.
Увлажнители с электронагревательными элементами (рис. 9.3). Увлажнитель может функционировать как на водопроводной, так и на деминерализованной воде с соответствующими характеристиками. Целесообразность применения МГДР и место его установки такое же, как и для увлажнителей с погружными электродами.
Газовые увлажнители (рис. 9.4). Они могут работать как на деминерализованной воде, так и на воде с предельными параметрами допустимыми для увлажнителей парового типа.
Для сокращения частоты технического обслуживания парового цилиндра и теплообменника, а именно их чистки, рекомендуется использование деминерализованной воды. Однако, установка МГДР в технологическую схему

56
увлажнителя позволит использовать водопроводную воду практически без увеличения эксплуатационных затрат.
Адиабатические распылительные увлажнители (атомайзеры) типа МС, работающие на сжатом воздухе (рис. 9.6). Увлажнители адиабатического типа МС могут работать как на
водопроводной, так и на деминерализованной воде, в которой отсутствуют бактерии и соли, имеющиеся в обычной воде. Это дает возможность использовать увлажнители
 данного типа в больницах, аптеках, операционных, лабораториях и других специальных помещениях, где требуется соблюдение стерильности.
Адиабатические распылительные увлажнители (атомайзеры), работающие на воде высокого давления (рис.9.7). Могут работать только на деминерализованной воде. С этой целью используется соответствующая водоподготовка. При удельной электропроводности воды ниже 30 мкС/см рекомендовано использовать насосный агрегат, выполненный полностью из нержавеющей стали. В этом случае целесообразно применение МГДР, который монтируется перед всасывающим патрубком насоса. Такое решение позволит до 20% сэкономить потребляемую электроэнергию и увеличить срок службы насоса.  В этом случае используется МГДР (магнитотрон, магнитная система) настроенный на режим, обеспечивающий снижение поверхностного натяжения и вязкости (плотности) воды.
Как следует из рассмотрения приведенных выше сведений, в ряде случаев желательна, а в некоторых из них обязательна соответствующая водоподготовка путем замещения, преобразования или удаления определенных химических элементов или соединений, растворенных в питающей воде. Тем самым предотвращается преждевременный выход из строя используемых увлажнителей воздуха, увеличиваются сроки службы расходных элементов и материалов, таких как, например, паровых цилиндров и сокращается объем работ, связанных с периодическим техническим обслуживанием.
Основными задачами водоподготовки является снижение до определенной степени коррозионной активности и образование солевых отложений в виде накипи, шлама и твердых осадков. Характер и степень водоподготовки зависят от соотношения фактических параметров имеющихся в распоряжении воды и требуемых для каждого из рассмотренных выше увлажнителей. Рассмотрим последовательно основные используемые методы водоподготовки, учитывая, что некоторые из них достаточно подробно изложены в разделе 8 настоящей публикации.
Умягчение воды. Данный метод снижает жесткость воды без изменения ее электролитической способности. При этом осуществляется замещение ионов ответственных за избыточную жесткость. В частности, ионы кальция (Ca) и магния (Mg)замещаются ионами натрия (Na), что предотвращает образование известковых отложений при нагревании воды. Такой результат обусловлен тем, что в отличие от карбонатов кальция и магния, формирующих переменную составляющую жесткости, карбонат натрия остается растворенным в воде при повышенной температуре.
Обычно процесс умягчения воды реализуется с использованием ионообменных смол. При использовании натриевых ионообменных смол (ReNa) происходит фиксирование на них ионов, ответственных за избыточную жесткость, например ;Ca;^(++), и растворение ;Na;^+
57
ионов. Поскольку ионообменные смолы постепенно насыщаются ионами кальция и магния, эффективность их действия со временем снижается и требуется проведение регенерации, которая осуществляется обратной промывкой разбавленным раствором хлорида натрия (поваренная соль). Образуемые хлориды кальция или магния являются растворимыми и уносятся вместе с промывающей водой.
В этом процессе также уместно применить магнитную обработку промывной воды, что позволит сэкономить количество необходимой поваренной соли в пределах 10 – 15% и
сократить время регенерации ионообменных смол приблизительно в два раза. В рассматриваемом случае в технологическую схему регенерации целесообразно установить два МГДР. Один МГДР монтируется в трубопровод перед баком, в котором готовится раствор поваренной соли. Этот МГДР, настроенный в режим структуризации воды обеспечит повышенную в ней растворимость поваренной соли и, как следствие, снизит  необходимое количество соли. Второй МГДР устанавливается в трубопровод подачи раствора на ионообменный блок. МГДР (магнитотрон, магнитная система), настроенные в режим деструктуризации воды, обеспечат увеличение скорости прохождения раствора через ячейки смолы с заменой ионов.
В результате умягчения воды при водоподготовке в системах увлажнения воздуха имеет не столько самостоятельное значение, сколько служит вспомогательным средством снижения жесткости воды перед ее деминерализацией, широко используемой для обеспечения работы увлажнителей адиабатического типа.
Полифосфатная обработка. Данный метод позволяет на время «связать» соли жесткости, не давая им в течение какого-то времени выпасть в виде накипи. Полифосфаты обладают способностью образовывать связи с кристаллами СаСО3, сохраняя их в состоянии суспензии и, тем самым, приостанавливая процесс их агрегирования. Однако данный механизм работоспособен только при температурах, не превышающих 70 – 750С.
Очевидно, что такой вид обработки воды целесообразно заменить обработкой воды магнитным полем с помощью МГДР. Экономическая целесообразность подобного технического решения не вызывает сомнений. Безреагентная водоподготовка практически всегда, если позволяет технологический процесс, предпочтительнее, чем использование различных химических реагентов. Кроме того, если вспомнить, что структурированная с помощью МГДР вода обладает повышенной растворимостью, то появляется возможность снизить потребление полифосфатной соли, что помимо экономического эффекта (экономия соли составляет 10 – 15 %)  важно еще и с экологической точки зрения, так как уменьшается удельный объем соли, присутствующей в сточных водах.
Деминерализация. Рассмотренные выше методы водоподготовки не изменяют количество растворенных в воде химических веществ и, следовательно, не решают полностью возникающих проблем. При работе изотермических увлажнителей они могут уменьшить количество образуемых твердых отложений, что в наибольшей степени относится к методам умягчения воды. Деминерализация, осуществляемая путем извлечения тем или иным способом растворенных в воде веществ, имеет ограниченное действие для изотермических увлажнителей с погружными электродами, поскольку
58
 принцип их действия основан на протекании электрического тока в растворе солей. Однако для всех остальных типов увлажнителей воздуха деминерализация является наиболее радикальным способом водоподготовки, особенно это касается увлажнителей воздуха адиабатического типа. Она также может применяться в полной мере для
 изотермических увлажнителей с электронагревательными элементами и газовых увлажнителей, при использовании которых другие способы водоподготовки,
 рассмотренные выше, уменьшая количество образуемых твердых отложений, создают сопутствующие проблемы, связанные с увеличением концентрации сильных электролитов
 при испарении воды. Одним из негативных моментов, связанных с отсутствием деминерализации является образование тонкодисперсного солевого аэрозоля при подаче влаги в обслуживаемые помещения. С помощью деминерализации данной проблемы можно полностью избежать, за исключением использования изотермических увлажнителей с погружными электродами.
Наибольшая степень деминерализации (вплоть до теоретически достижимой) обеспечивается путем дистилляции воды, в том числе двойной и тройной. Однако этот процесс является дорогостоящим, как с точки зрения капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов. Использование же такого приема, как предварительная магнитная обработка воды позволит в значительной степени снизить энергетические затраты на выпарные процессы и  тем самым повысить конкурентоспособность метода дистилляции. Опыт применения МГДР в системах опреснения морской воды (Алюминиевый завод, Дубай, ОАЭ, 2004 – 2005г.), воды Каспийского моря (1986 г.) показал возможность сбережения энергетических затрат до 30 %. МГДР монтировался в магистраль перед вакуум-выпарной батареей и настраивался в режим деструктуризации воды (снижения удельной теплоты парообразования).
В настоящее время в целях водоподготовки при увлажнении воздуха наибольшее применение получили следующие два метода деминерализации: обратный осмос и деионизация.
Обратный осмос. В соответствии с этим методом вода прокачивается под высоким давлением через полупроницаемую мембрану с порами, имеющими диаметр менее 0,05 мкм. Большинство растворенных ионов фильтруются на мембране. Более подробная информация об обратноосмотическом методе фильтрации воды и целесообразности применения МГДР в этом случае представлена в разделе 8 настоящей публикации.
Деионизация. В соответствии с этим методом для удаления растворенных веществ используются слои ионообменных смол (колонки ионитов), которые обладают способностью обменивать ионы водорода на катионы и гидроксильные ионы на анионы растворенных солей.
Катионовые ионообменные смолы (катиониты, полимерные кислоты) обменивают один ион водорода на катион вступающего в контакт со смолой растворенного вещества, например, Na2+, Ca2+, AL3+. Анионные ионообменные смолы (аниониты, полимерные основания) обменивают один гидроксильный ион (гидроксильную группу) на соответствующий анион, например, Cl-. Ионы водорода, освобождаемые катионитами и гидроксильные группы, освобождаемые анионитами, образуют молекулы воды.
59
По мере расходования ионообменными смолами ионов водорода и/или гидроксильных групп они должны быть подвергнуты процессу регенерации, используя обработку колонки катионита соляной (HCl) кислоты. Колонка анионита обрабатывается гидроокисью натрия, NaOH, (каустической содой).
Процесс регенерации завершается промывкой, которая обеспечивает унос солей, образуемых в результате соответствующих химических реакций.
Следует иметь ввиду, что применение МГДР (магнитотрона, магнитной системы) и в этом методе будет способствовать повышению как экономической, так и технологической эффективности процесса вцелом.
Поскольку в рассматриваемом методе водоподготовки используется ионный обмен, то МГДР позволяет увеличить динамическую обменную емкость ионитов.
Динамическая обменная емкость – важнейший показатель в процессах водоподготовки. В реальных условиях многократного применения ионита в цикле сорбции-регенерации обменная емкость используется не полностью, а лишь частично. Степень использования определяется методом регенерации и расходом регенерирующего агента, временем контакта ионита с водой и с регенерирующим агентом, концентрацией солей, рН, конструкцией и гидродинамикой используемого аппарата. При всех одинаковых, перечисленных выше условиях, установка МГДР, настроенного в режим структуризации воды, перед колонками ионитов позволяет увеличить динамическую обменную емкость до 30%. Применение МГДР в контуре регенерации и промывной воды обеспечит сокращение времени регенерации и промывки ионитов приблизительно в 2 раза. МГДР для этого процесса должен быть настроен в режим деструктуризации воды.
Эффективность деминерализации данным методом сопоставима с дистилляцией. При этом эксплуатационные расходы, свойственные деионизации, существенно ниже по сравнению с дистилляцией.

10. Оценка энергетической эффективности систем увлажнения воздуха при использовании МГДР.
Поскольку адиабатное увлажнение представляет собой процесс самого обычного испарения воды в окружающую среду (именно так со временем испаряется вода в стакане), то вопрос энергетической эффективности следует рассматривать как частный случай для адиабатических распылительных увлажнителей, работающих на воде высокого давления, которые используют насосный агрегат. В таком случае применение МГДР обеспечит экономию электроэнергии до 20 %, о чем и было сказано в разделе 9.
Для изотермических увлажнителей воздуха любого типа проблема энергетической эффективности является очень важной и поэтому рассматривается наиболее подробно.
Вспомним, что изотермическое увлажнение – это процесс смешения водяного пара с потоком воздуха. Задачей увлажнителя является подготовка пара из воды, но на этот раз энергия, необходимая для превращения воды в пар берется не из воздуха, а из электросети или от газового устройства. В результате температура воздуха при увлажнении практически не изменяется (поэтому метод называется изотермическим), а потребление электроэнергии при этом значительное. Например, увлажнитель
60
 производительностью всего 1 л/ч потребляет 700 Вт (эта усредненная величина получена из проспектов фирм-изготовителей увлажнителей воздуха), то есть увлажнение небольшого помещения (около 100 м2) зимой потребует приблизительно 3 кВт. Таким образом, поиск решений, способствующих снижению энергопотребления увлажнителями
 воздуха изотермического типа, является весьма актуальным. Наиболее простым техническим решением упомянутой проблемы является применение МГД-резонаторов.
Самое главное в тепловых процессах – способность МГДР изменять теплоемкость и удельную теплоту парообразования. Для обоснования такой возможности кратко рассмотрим процесс получения водяного пара из воды с помощью S – T диаграммы (рис. 10.1).
S – T диаграмма[35] это графическое изображение равновесных термодинамических состояний воды в прямоугольной системе координат, по оси абсцисс которой отложена удельная энтропия S (энтропия единицы массы воды), а по оси ординат – абсолютная температура Т.

 
Рис. 10.1 Диаграмма Т – S для воды и водяного пара

Начальное состояние жидкой воды, находящейся под давлением Р0 и имеющей температуру 0 0С изображается на диаграмме точкой a. При подводе теплоты при Р = const температура ее увеличивается, растет удельный объем и увеличивается энтропия воды.
В некоторый момент температура воды достигает температуры кипения (энтропия S’). При этом ее состояние обозначается точкой b. При дальнейшем подводе теплоты начинается парообразование с сильным увеличением объема. При этом образуется двухфазная среда – смесь воды и пара, называемая влажным насыщенным паром. Температура смеси не меняется, так как тепло расходуется на испарение жидкой фазы, но энтропия продолжает расти, по причине структурной перестройки воды, связанной с ее фазовым переходом из жидкого состояния в пар. Процесс парообразования на этой стадии является изобарно-
61
изотермическим и обозначается на диаграмме как участок bc. Затем в некоторый момент времени вся вода превращается в пар, называемый сухим насыщенным. Это состояние обозначается на диаграмме точкой с (энтропия S”).
При дальнейшем подводе теплоты температура пара будет увеличиваться, и будет протекать процесс перегрева пара (участок c – d). Точкой d обозначается состояние перегретого пара. Величина отрезка cd зависит от температуры перегретого пара.
Индексация для обозначения величин, относящихся к различным состояниям воды и пара:
величина с индексом «0» относится к начальному состоянию воды;
величина с индексом «'» относится к воде, нагретой до температуры кипения (насыщения);
величина с индексом «''» относится к сухому насыщенному пару;
величина с индексом «х» относится к влажному насыщенному пару;
величина без индекса относится к перегретому пару.
Процесс парообразования при более высоком давлении Р1 > Р0 можно отметить, что точка а, изображающая начальное состояние воды при температуре 0 0С и новом давлении, остается практически в том же положении на диаграмме, так как удельный объем воды почти не зависит от давления.
Точка b’ (состояние воды при температуре насыщения) на диаграмме поднимается вверх. Это потому, что с увеличением давления увеличивается температура насыщения и, следовательно удельный объем воды.
Точка с, (состояние сухого насыщенного пара) смещается влево, так как с увеличением давления удельный объем пара уменьшается, несмотря на увеличение температуры.
Состояние, соответствующее точке к называется критическим. Оно характеризуется тем, что при нем пар и вода имеют одинаковые удельные объемы и не отличаются по свойствам друг от друга.
На T – S диаграмме площадь 0abs, соответствует количеству теплоты, необходимой для нагрева жидкой воды до температуры насыщения.
Количество подведенной теплоты, Дж/кг, равное теплоте парообразования r, выражается площадью s’bcs’’ и для нее имеет место соотношение (4.5):

r=T;(S^"-S^' ).                (10.1)

Количество подведенной теплоты в процессе перегрева водяного пара изображается площадью s”cds.
Обычно T – S диаграмма применяется при теоретических исследованиях, так как практическое использование ее сильно затрудняется тем, что количества теплоты выражаются площадями криволинейных фигур. Однако при анализе  влияния магнитной обработки воды на процесс парообразования, такая диаграмма позволяет наглядно представить взаимосвязь энтропии (структуры) воды с настройкой МГДР на соответствующий режим.

62
Об этой связи было сказано в разделе 4. При одной и той же начальной температуре воды и прочих равных условиях настройка МГДР в режим снижения удельной теплоемкости приведет  к тому, что удельная теплота парообразования увеличится. Точка b сместится по кривой в направлении к точке а и энтропия воды s’ снизится, и величина температуры
 начала кипения также снизится. Энтропия пара s” увеличится (точка с по кривой смещается вправо). Площадь r увеличивается, что полностью соответствует уравнению (10.1).
Аналогично можно рассмотреть настройку МГДР в режиме снижения удельной теплоты парообразования. В этом случае удельная теплоемкость растет, энтропия воды увеличивается, а энтропия пара уменьшается. Площадь r становится меньше.
Как было показано в разделе 4, для подготовки воды к режиму генерации пара, целесообразно применять МГДР настроенный на снижение удельной теплоты парообразования.
Проведем оценку эффективности изотермического увлажнителя при  применении МГДР.
В приточной системе вентиляции центрального кондиционера с расходом воздуха 700 м3/ч при необходимости увлажнить воздух до 50 % потребуется расход воды Рувл (паропроизводительность увлажнителя) не менее 7,4 кг/ч [36].
Зная паропроизводительность увлажнителя, можно оценить потребляемую мощность Nувл. Данная оценка основывается на том, что определенный расход воды требуется перевести в газовое агрегатное состояние (пар), то есть затратить энергию фазового перехода (теплоту парообразования). Тогда:

Nувл = Рувл·r .          (10.2)

Примем удельную теплоту парообразования равной 2500 кДж/кг. По формуле (10.2) получим:
Nувл = 7,4 кг/ч · 2500 кДж/кг = 5,1 кВт.

Как известно теплоемкость воды в диапазоне температур от 0 до 150 0С составляет 4.2 – 4.3 кДж/(кг·К), а удельная теплота парообразования – 2114 – 2500 кДж/кг.
Примем одинаковыми 10 % выигрыш и проигрыш  по энергоемкости при МГДР настроенном на резонансную частоту, приводящую к снижению теплоты парообразования и увеличению, в этом случае, энергоемкости нагрева 1 кг воды до температуры кипения.
Суммарный выигрыш составит:

0,1·[1 кг · 2500 кДж/кг – 1 кг · 4,2 кДж/кг · (150 – 0)К] = 187 кДж.

При расходе воды 7,4 кг/ч суммарный выигрыш составит:

7,4 кг/ч · 187 кДж = 0,384 кВт.

63

Таким образом, минимальная экономия потребляемой электроэнергии увлажнителем воздуха составит:

0,384 : 5,1 = 0,0753, то есть 7,5 %.

Приведенный расчет подтверждает целесообразность применения МГДР в системах кондиционирования воздуха.


ПРАКТИЧЕСКАЯ МАГНИТОЛОГИЯ ДЛЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Введение
Проблема утилизации канализационных сточных вод особенно остро стоит перед современным человеком. Все дело в том, что для создания комфортных условий жизни человека необходимы значительные объемы чистой воды для использования в бытовых целях и для питья. Кроме того, огромное количество воды определенного качества требуется для функционирования различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Если 300 лет назад канализационные стоки могли быть сброшены в водоемы, где они бы очистились естественным путем, то в настоящее время такое поведение человека неприемлемо. Структура сточных вод изменилась и теперь отработанная вода содержит массу ядовитых веществ, способных погубить флору и фауну водоемов и почвы.
Несмотря на то, что и сейчас значительное количество сточных вод попадает в водоемы, все же большая часть стоков проходит тщательную очистку перед возвращением в природу. Если бы этого не происходило, все водоемы превратились бы в настоящие выгребные ямы уже за несколько месяцев. Современные сточные воды имеют слишком богатую палитру сочетающихся в них элементов, здесь присутствуют элементы минерального происхождения, гниющие органические соединения, великое множество болезнетворных микроорганизмов, все виды химических веществ.
К минеральным веществам, попадающим в сточные воды, относятся щелочи, глина, песок, соли и тому подобные элементы. К органическим компонентам стоков относятся разного рода остатки растительного и животного происхождения, которые зачастую выбрасываются в канализацию. Количество и разнообразие химических веществ, попадающих в канализационную систему, просто поражает воображение. Причем это разнообразие не ограничивается бытовой химией и отходами жизнедеятельности человека, ведь некоторые сбрасывают в канализацию и более серьезные вещества химической продукции, к примеру, остатки растворителей,  олифы и нефтепродуктов.
 Для полной очистки воды требуется применять комплекс очистительных мер, которые включают в себя методы биологической, физической и химической очистки. Стоит сразу отметить, что на городских станциях утилизации стоков вода проходит все три стадии очищения, в то время как для формирования индивидуальной канализационной системы вполне достаточно использования одной или двух. В любом варианте технологические процессы, используемые в городских очистных сооружениях канализационных сточных вод, являются дорогостоящими и  весьма длительными. Поэтому применение магнитных систем в технологических схемах очистных сооружений призвано сократить время утилизации сточных вод и снизить эксплуатационные расходы. Такое утверждение базируется на большом опыте
2
компании Magnetic Technologies LLC по применению магнитных систем на очистных сооружениях  в ОАЭ и Малайзии.

1. Основные этапы процесса очистки сточных вод городов
Под сточными водами (СВ) понимаются любые воды и атмосферные осадки, отводимые с территорий промышленных предприятий и населенных мест через систему канализации или самотеком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека [1].
СВ классифицируются по источнику происхождения, а именно:
- производственные (промышленные) СВ, которые отличаются большим разнообразием состава и концентрацией загрязняющих веществ;
- бытовые (хозяйственно-фекальные) СВ. Содержат большое количество органических и минеральных веществ в растворенном и взвешенном состоянии;
- поверхностные СВ. Они делятся на дождевые и талые, то есть образующиеся при таянии льда, снега и града.
Очистка (утилизация) сточных вод представляет собой комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных СВ. Такая очистка обычно осуществляется в канализационных очистных установках (городских очистных сооружениях).
Как упоминалось выше, методы очистки бытовых и производственных вод можно разделить на следующие группы: механические, физико-химические (с помощью водяного пара), химические (дополнительная седиментация фосфора солями железа и алюминия, хлорирование, озонирование), биологические (минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора), термические.
Очистка бытовых сточных вод обычно проходит в четыре этапа.
1. Предварительная очистка (механическая). На этом этапе удаляют из стоков мусор и песок. От мусора избавляются, пропуская стоки, например, через стержневую решетку. Затем он собирается и сжигается в специальной печи. Далее стоки поступают в отстойник, который, например, напоминает плавательный бассейн (рис.2), где движение воды замедляется и оседает песок. Песок собирается со дна и отвозится на свалку. Очевидно, что на этом этапе применение магнитных устройств не имеет смысла, так как
3
возможно только немного (в 1, 02 – 1,03 раза) увеличить скорость оседания песка за счет изменения угла смачивания песчинок, но в технологической цепочке это не приведет к сокращению времени утилизации (очистке) СВ вцелом.
2. Первичная очистка. Сточная вода медленно поступает в первичные отстойники, которые представляют собой огромные емкости. Здесь она в течение нескольких часов остается неподвижной. Самые тяжелые частицы органического вещества (30 – 50% от общего количества), оседают на дно емкости, откуда их потом собирают. Этот осадок называется ил-сырец. Жирные и масляные вещества всплывают и их также собирают. Вода, покидающая первичные отстойники, все еще содержит от 50 до 70% не осевших органических коллоидов и почти все растворенные биологические вещества и организмы, так называемые биогены. На этом этапе применение магнитных систем более чем целесообразно. Их использование позволит сократить в 1,5 – 2 раза оседание органических частиц и отделение жировых и масляных веществ.
3. Вторичная очистка (биологическая). На этом этапе происходит удаление оставшегося органического вещества, за исключением растворенного. Называют эту очистку биологической, поскольку в ней принимают участие природные живые организмы, так называемые редуценты и детритофаги, которые питаются детритом, то есть мертвым или частично разложившимся органическим веществом. Последние превращают органическое вещество в воду и диоксид углерода. При этом применяется два типа систем: капельные биофильтры и активный ил. В системах с капельными биофильтрами сточная вода разбрызгивается и стекает струйками по слою камней. Слой состоит из гравия, керамзита и шлака. Общая толщина слоя составляет 2 – 3 метра. Прикрепленные к камням бактерии, коловратки, мелкие черви и др., «выедают» из протекающей воды все органическое вещество. Воду далее собирают в нижней части фильтров. Пройдя первичную очистку и капельные биофильтры, СВ теряют 85 – 90% органического вещества. Применение магнитных систем на этом этапе позволит улучшить очистку СВ от органического вещества до 98%.
В случае применения  системы активного ила, находящей широкое применение как метод вторичной очистки, вода поступает в аэротенки. По мере движения по аэротенку вода интенсивно аэрируется, создается богатая кислородом водная среда, которая благоприятна для развития микроорганизмов. В процессе их питания количество органического вещества, включая опасные для здоровья микроорганизмы, уменьшается. Здесь использование магнитных систем также вполне оправдано, поскольку существенно увеличивается скорость развития микроорганизмов вследствие  повышения растворимости кислорода.
4
4. Доочистка (удаление азота и фосфора) предназначена для извлечения (нейтрализации) одного или более биогенов. На этом этапе применяют дистилляцию или микрофильтрование, но они требуют больших энергозатрат. Другие (химические) методы предусматривают применение ионов кальция с известью, которые добавляют в воду с целью удаления из нее фосфатов. При этом образуется нерастворимый фосфат кальция, удаляемый в дальнейшем фильтрованием. На этом этапе применение магнитных систем позволит сократить энергозатраты на 8 – 15% и увеличить скорость фильтрования в 1,6 – 1,9 раза. В случае использования, так называемого известкового молока, магнитные системы позволят его экономить до 32%.
Перед сбросом очищенной воды в природные водоемы природоохранное законодательство России и многих стран требует проводить обеззараживание сбрасываемой воды, чтобы уничтожить все патогенные микроорганизмы, которые все-таки выжили. Для этого используют газообразный хлор, озон или ультрафиолет.
Следует учитывать, что несмотря на существующее природоохранное законодательство, в некоторых городах осуществляют только первичную очистку бытовых СВ, в других проводят и вторичную. И только лишь в некоторых городах осуществляют доочистку.

. Варианты первичных отстойников.
Как видно из схем, представленных на рис.2.1 – 2.3, в их состав входит этап биологической очистки сточных вод, который является основной технологией очистки канализационных стоков. Для крупных городов чаще всего применяют аэротенки – проточные сооружения, где сточные воды аэрируются воздухом от компрессорных станций. Сюда же подают активный ил – смесь микроорганизмов и простейших животных типа амеб, инфузорий, рачков, улиток, которые в присутствии кислорода воздуха интенсивно очищают сточные воды, окисляя органические загрязнения (аэробный процесс). Окисленные органические загрязнения затем выпадают в осадок на вторичных отстойниках. После сооружений биологической очистки сточные воды очищаются, как было указано выше, примерно на 90 - 95%, то есть остаточных загрязнений остается
9
около 5 – 10% (бактериальные загрязнения). Установка магнитных систем, настроенных в режим структуризации воды на входе в аэротенк или на входе в первичный отстойник, позволит увеличить растворимость в ней кислорода и за счет этого увеличить интенсивность и качество очистки СВ.
Как известно, после этапов механической и биологической очистки СВ остается сырой осадок, представляющий опасность для окружающей среды. Поэтому его обрабатывают в метатенках, биологических фильтрах (рис.2.1 – 2.3), септиках.
Метатенки применяют для крупных городов. Это подземные железобетонные резервуары диаметром до 20 – 30 метров и глубиной до 15 метров. В них примерно на месяц для сбраживания загружают сырой осадок очистных сооружений. Процесс сбраживания осадка происходит без доступа воздуха (анаэробный процесс) и выделяется газ метан. Метан является попутным газом, который, например, сжигают и полученным теплом обогревают сам метатенк (рис.2.3), что ускоряет процесс брожения осадка. Примерно через месяц, осадок перегнивает и становится безопасным, его обезвоживают и сушат. Если осадок не содержит опасных загрязнений, то его можно использовать как ценное органическое удобрение в сельском хозяйстве.
Временной интервал процесса брожения осадка можно существенно сократить (приблизительно на 10 – 12 дней), если очищенную от песка и крупных загрязнений сточную воду, подаваемую в преаэратор (рис.2.3) подвергнуть магнитной обработке с помощью систем щелевого типа (производства компании Magnetic Technologies LLC), настроенных на режим структуризации воды. Это позволит не только сократить этап брожения осадка, но и, практически в 2 раза, сократить время отстоя воды в первичном отстойнике и увеличить на 7 – 8 % содержание кислорода в воде. Повышенное содержание кислорода в воде увеличивает эффективность работы биологического фильтра, вторичного отстойника и метатенка. Повышение содержания кислорода в воде происходит вследствие того, что структурированная вода обладает повышенной растворимостью веществ и газов. Сокращение времени отстоя обеспечивается за счет того, что структурированная вода создает условие ускоренного укрупнения частиц и поэтому  возрастает скорость их оседания на дно отстойника. 




Магнитная очистка водоемов. 

Все существующие водоемы, можно условно разделить на несколько категорий. Натуральные водоемы, находящиеся в отдалении от промышленных и жилых районов. И водоемы, которые защищены от попадания в них промышленных и сточных вод. Эти водоемы, легко поддаются очистке при помощи магнитных технологий. Даже если в них впадают притоки (естественно, если эти притоки не являются сточными водами). Ил, или осадки в таких озерах и реках, не представляет особой опасности, поскольку он имеет   в основном минеральное происхождение. То есть, это может быть песок, глина или просто размытый дождями грунт. Водоемы рядом с промышленными предприятиями.  Такие водоемы всегда будут иметь повышенное содержание разных химических компонентов, которые нуждаются в их окислении. Это называется (химическое потребление кислорода). Такие водоемы показывают отличные результаты после магнитной обработки при условии, что магнитными системами будут перекрыты каналы, по которым в водоем сбрасываются дополнительные порции загрязненной воды. Или, если эти воды будут подвергаться магнитной обработке на ранней стадии, например, на предприятии, которое и производит эти сбросы.
 Во всех случаях, такие водоемы нуждаются в принудительной и постоянной магнитной аэрации, например через магнитные фонтаны, береговые оборотные насосы. А на крупных водоемах целесообразно применять (магнитную лодку). В проточных каналах и реках с большим успехом применяются придонные магнитные системы Пульсар.  Ил в таких водоемах через некоторое время гораздо менее токсичен, чем в аналогичных водоемах без магнитной обработки.   
Водоемы рядом с жилыми комплексами и предприятиями пищевой промышленности. Это наиболее сложные для обработки водоемы. Осадки, (ил) имеют в этом случае в основном органическую основу. Это, остатки пищи, отходы при производствах молочной и мясной промышленности, вода после мытья посуды, фекальные сбросы, и так далее. Осадки в таких водоемах крайне опасны и не подвергаются процессу ферментации в течение многих месяцев и даже многих лет. В осадках происходит постоянный процесс ГНИЕНИЯ, что и является причиной неприятного запаха и черного цвета воды. Иногда, такая вода выглядит светлой, но это просто визуальный обман. Эта вода крайне опасна как для человека, так и для животных. Первым показателем того, что вода имеет высокий уровень органических веществ, является высокий уровень БПК5. – биологическое потребление кислорода. Это показатель загрязнения воды органическими соединениями, определяемый количеством кислорода, израсходованным за определенное время (5 суток - БПК5) в аэробных условиях на окисление загрязняющих веществ, содержащихся в единице объема воды. Как правило, в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление до 70% легкоокисляющихся органических веществ. Полное окисление органических веществ (БПК или БПК20) достигается в течение 20 суток. Для источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, согласно ГОСТ 17.1.3.03-77 и рыбо-хозяйственных водоемов, БПК не должно превышать 3 мг О2/л.
Но если эти показатели превышают допустимые нормы, то в таких озерах магнитные аэраторы должны работать непрерывно на протяжении всего срока эксплуатации.



Водоемы и источники с содержанием сероводорода.
Сероводород (Н2S) – это газ, источником которого является гниющая растительность. Сероводород может содержаться в воде, как добываемой из глубоких скважин, так и в поверхностных водах. Сероводород является причиной неприятно вкуса и запаха (запах «тухлых яиц»). При больших концентрациях сероводород становится ядовитым, легко воспламеняющимся и приводит к коррозии большинства металлов. Иногда его называют «серной водой».
СИМПТОМЫ:
• неприятный запах;
• бесцветные напитки (чай, компот);
• искаженный вкус пищи;
• желтый или черный налет на сантехнике и белье.
Концентрация сероводорода обычно измеряется в мг/л. Газ может содержаться как в горячей, так и в холодной воде. Запах становится ощутимым уже при концентрации 0,5 мг/л. Обычно концентрация растворенного Н2S не превышает 10 мг/л, но иногда встречаются концентрации 50 мг/л и более.

ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ СЕРОВОДОРОДА:
Различают 3 концентрации:
Уровень 1 • Запах не ощущается, если специально не принюхиваться.
Уровень 2 • Запах сероводорода не ощущается до тех пор, пока вода не течет из крана.
Уровень 3 • Запах сероводорода ощущается даже при закрытых кранах.
Запах сероводорода становится менее ощутимым, если pH = 8.0 или более. В некоторых районах сероводород появляется в определенные времена года. Наиболее часто это происходит весной и осенью.
Один из способов удаления сероводорода — Аэрационные колонны. Но как правило, запах после обработки в этих колоннах все равно присутствует. А использовать такую воду для приготовления пищи часто очень проблематично. Установка магнитных приборов перед Аэрационными колоннами с последующей дегазацией в расширительной емкости и фильтрации, дают очень положительные результаты. В такой воде, практически не ощущается запах, и вода становится вполне пригодной для приготовления пищи, и особенно для полива растений.

Магнитная обработка поверхностных вод: реки, каналы, озера, пруды и т.д.

Цель:
 Доведение состояния воды до соответствия нормативным требованиям по таким показателям как взвешенные вещества, окраска, запах, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода.
Результаты магнитной обработки поверхностных вод:
Восстановление естественных биологических процессов.
Общее оздоровление биосферы водоемов.
Устранение неприятных запахов биологической природы.
Увеличение рыбных запасов в водоемах за счет снижения смертности и заболеваемости.
Увеличение численности птиц, обитающих на территории водоема.
Технические методы магнитной обработки.
Использование естественного течения.
Использование принудительной прокачки воды - фонтаны, оборотные насосные станции и т.д.
Установка магнитных систем на водном транспорте

Некоторые примеры практической реализации.
 Магнитная лодка перед стартом на берегу морской лагуны в Дубай – О.А.Э.
 

Магнитная лодка. Дубай.
Магнитные Лодки. Обработка морской лагуны на территории дворцового парка. Саудовская Аравия.
 

Магнитный Фонтан в гольф-клубе. Оман.

 

Магнитный фонтан в Шарджа- О.А.Э






Магнитная система установленная на трубопровод водозабора фонтана – Шарджа О.А.Э.

 

 

Магнитный фонтан в Омане.


Морская лагуна (Маскат, Оман)
Лагуна расположена на территории дворца Султана Омана, оборудована фонтаном. Вода мутная, с неприятным запахом, глубина видимости не более 15см, никогда не водилось рыбы.
Фонтан был оборудован магнитной системой и спустя некоторое время в лагуне появились рыбы, исчез неприятный запах, глубина видимости увеличилась до 1.5м, стали прилетать птицы

Магнитные Фонтаны Ханой. Вьетнам.
 
 

 

Река Сочи

 
 
  (Сочи, РФ)
После установки магнитной системы на реке заметно увеличилась прозрачность воды, появилось много рыбы.
На расстоянии 0.5км от устья реки были взяты пробы воды до и после установки магнитных приборов. Вода, прошедшая магнитную обработку, заметно отличалась от обычной воды

Так, например:
- кардинально снизился индекс бактериальной загрязненности
(с 23660 до 730, что значительно ниже средне-нормативных значений);
- содержание взвешенных веществ снизились с 13,5 мг/л до 6,3 мг/л;
- содержание растворенного кислорода увеличилось до 12 мг/л.
Искусственное озеро на территории гольф-клуба (Дубай, ОАЭ)
Озеро подпитывается водой, прошедшей очистку на очистных сооружениях. Вода в озере мутная, серо-зеленого цвета, с резким неприятным запахом (жители вилл, примыкающих к гольф-клубу постоянно жаловались).

Через некоторое время после установки магнитных систем на
подпиточную воду исчез неприятный запах, появились мальки рыб, впервые за все время существования озера появились птицы.

 .

Пруд с декоративными рыбами (Шаржа, ОАЭ)

Пруд оборудован оборотной системой водоснабжения с блоком фильтров, установкой ультрафиолетовой обработки искусственным водопадом. Вода мутная, с запахом. Высокая смертность рыбы.
В пруду был сделан небольшой фонтан, оборудованный магнитной системой. Увеличилась прозрачность воды, заметно снизилась смертность рыбы, домашние животные стали пить воду только из этого водоема.
 

Магнитная обработка сточных вод: очистные сооружения, коллекторы и другие технические сооружения.
Цель: значительное ускорение процессов очистки воды на всех стадиях, включая процесс ферментации ила; снижение объема химических реагентов.



Магнитная обработка сточных вод на различных стадиях технологического процесса очистных сооружений позволяет:

интенсифицировать процессы осветления сточных вод:
- ускорить процессы коагуляции и флокуляции;
- сократить время формирования хлопьев и выпадения в осадок взвешенных веществ;
- увеличить степень улавливания тонких фракций.
Снизить коррозийную активность сточных вод;
сильно сократить время ферментации органического материала;
увеличить степень уплотнения осадка;
снизить потребление химикатов;
увеличить степень извлечения из воды растворенного сероводорода.


Некоторые примеры практической реализации.

Очистные сооружения (Дубай, ОАЭ)
1. Иловый участок.
Магнитной обработке подверглись:
- сточные воды на входе в первичный отстойник (до ферментаторов);
- вода для приготовления раствора флокулянта и раствор
Флокулянта.
Результаты магнитной обработки.
1. Объем ила, извлекаемого из первичного отстойника (до
ферментаторов), увеличился на 6-7%.
2. Потребление флокулянта снизилось на 80-90%.
3. Извлечение H2S увеличилось на 80-90%.
4. Выход биогаза ила, извлекаемого из ферментатора, вырос на 29%.
5. Объем ила, извлекаемого из ферментаторов, вырос на 29%.
6. Срок ферментации ила снизился с 40-45 до 28-32 дней.
Бассейны-утилизаторы.
Объем поступающих сточных вод существенно превышает возможности очистных сооружений по их проработке, поэтому часть стоков после предварительной очистки поступает в бассейны утилизаторы стоков. В этих бассейнах часть стоков фильтруется через специальный донный фильтр и грунт, а часть испаряется.
Результаты магнитной обработки стоков:
1. Скорость утилизации стоков увеличилась примерно в 2 раза.
2. На территории бассейна-утилизатора с омагниченной водой появились птицы.
3. Прозрачность воды в “магнитном” бассейне заметно выше, чем в обычных бассейнах-утилизаторах.
4. Лабораторный анализ воды до и после показал значительные различия.
Магнитная обработка водоемов сельскохозяйственного назначения в том числе, производится при помощи “магнитной” лодки:
 
Далее мы приводим несколько наглядных практических результатов очистки реальных водоемов вместе со сторонней независимой экспертизой нескольких лабораторий на территории
РФ и других стран.

РФ, Московская область, село Воскресное.
 
Первая проба воды была взята 9 июля 2009 года непосредственно перед началом магнитной обработки. Магнитная обработка проводилась в течение 20 минут. Вторая проба воды взята через
24 часа после первой. Исследование образцов воды выполнено
Аналитическим Центром Контроля Качества Воды -ЗАО “РОСА”,
Москва, Россия.


 


Результаты магнитной обработки пруда.
(РФ, Москва, Яснево)
 

Первая проба воды была взята 9 июля 2009 года непосредственно перед началом магнитной обработки. Магнитная обработка проводилась в течении 120 минут. Вторая проба воды взята через
24 часа после первой. Физико-химические исследования образцов воды (параметры 1-6) выполнены лабораторией
“Мосводосток”, Москва, Россия. Микробиологические исследования образцов воды (параметры 7-10) выполнены
Аналитическим Центром Контроля Качества Воды (ЗАО “Роса”).

 

Магнитная обработка пресных, грунтовых и сточных вод.
Понимание воды и ее среды.
Для поддержки чистоты и баланса вода требует кислорода, циркуляции в системах озер и прудов. В состоянии покоя она стагнирует: порастает водорослями, повышается степень мутности, появляется резкий неприятных запах и так далее.
Вода по своей сути очень сложна и крайне динамична в своих проявлениях. Она выдерживает тяжелые загрязнения и «выживает» в самых неблагоприятных условиях.
Большинство пресной воды заключено в ледниках и глубоких слоях земли.
Вода, которая используется человеком, перерабатывается многократно.
Магнитные приборы компании “Magnetic Technologies”, при учете всех особенностей проблематики отдельно взятого случая, способны восстановить свойства воды. Сложность и длительность магнитной обработки зависит от объемов и конкретных поставленных задач.
Результаты, видимые через 1 неделю.
Вязкость повышается на 3-4%.
Поверхностное натяжение повышается на 10-13%.
Электрическая проницаемость повышается на 7-26%.
Удельная теплоемкость повышается на 3-4%.
Latent Heat повышается на 10-40%.
Магнитная восприимчивость повышается на 200-400%.
Улучшается коагуляция, флокуляция, отложение осадков и процессы фильтрации.
Повышается эффективность добычи.
Уменьшаются процессы коррозии.
Уменьшается количества минеральных и биологических отложений.
Частные лица и компании уменьшают свои издержки за счет уменьшения затрат на энергию и вышеперечисленных факторов.
Результаты магнитной обработки натуральных водоемов.
Обновление биологических процессов.
Улучшение водной биосферы.
Удаление неприятных запахов.
Увеличение популяции рыбы.
Общее улучшения экосистемы вокруг водоема.
Применение сточных вод при поливе растений.
Происходит процесс осветления воды (появляется прозрачность).
Улучшения процессов фильтрации воды.
Уменьшение коррозийных процессов сточных вод.
Сильные сокращения сроков ферментации органических веществ.
Увеличение плотности осадков.
На порядки уменьшается общая потребность в химикатах.
Повышается количество извлекаемого сероводорода.
Значительно понижается количество патогенных бактерий.
Увеличивается эффективность роста растений.
Рост водорослей.
Водоросли влияют на качество прудов, в основном на баланс растворенного кислорода, pH, диоксид углерода и питательные вещества. Во время фотосинтеза, водоросли выделяют кислород, поглощая питательные вещества, углекислый газ, который производят как рыба, так и сами водоросли. В переполненных водой прудах, вода избыток углекислого газа. Его высокий уровень способен понижать pH воды ниже 7, в случае неправильного (или отсутствия) ухода за ним (уровень щелочи, аэрация). Во время активной фазы фотосинтеза (солнечный день), водоросли быстро поглощают углекислый газ из воды и уровень pH способен вырасти выше 9 в считанные часы. Рыба, которая не приспособлена к таким резким переменам pH, зачастую испытывает стресс, который способен приводить к летальным исходам. В ночное время рыба и водоросли поглощают кислород и вырабатывают углекислый газ. Водоросли “конкурируют” с рыбой за кислород. Потенциальный резкий рост водорослей, стимулирующийся ростом температуры или давлением, ставит их под угрозу. Когда водоросли разрастаются стремительно, часть из них погибает, и продукты гниения оседают на дне пруда и так же требуют определенного количества кислорода. В случае бурного роста водорослей появляется большие объемы продуктов гниения, и запасы кислорода в воде истощаются, ставя под угрозу рыбу, если отсутствует дополнительная аэрация. Так же по мере распада мертвых клеток водорослей, вырабатывается фосфор и азот, которые обогащают питательные вещества. Биологический цикл начинается заново, когда бактерии поглощают органические питательные вещества, выделяя неорганические, которые впоследствии перерабатываются и рост водорослей продолжается.
Магнитные приборы оказывают позитивный эффект на данные процессы экосистемы.
Основные микроорганизмы в прудах.
Существует порядка 51030 бактерий на Земле, которые формируют основную часть биомассы. Все они отличаются по размеру и форме.
Протеобактерии и актинобактерии и negative gram cells в основном, анаэробные и гетеротрофные, и способствуют развитию процессов распада в воде. Протеобактерии живут в
эвтрофных прудах и включают фототрофные, патогенные и фекальные бактерии и являются индикаторами загрязнения воды.
Они находятся во всех слоях прудов.
Размер протозоа обычно варьируется от 10 до 52 микрометров, но способны вырастать до 1 мм. Самая большая протозоа известная как глубоководный ксеноморф, способна вырастать до 20 см в диаметре.
Магнитная обработка способствует оздоровлению водной среды, помогает полезным бактериям процветать, и при этом уменьшая количество патогенных бактерий.
Нашествия комаров и москитов.
Основные насекомые.
Пруды являются благоприятной средой для огромного количества насекомых, таких как поденки, водные жуки, водные скорпионы и др. Множество насекомых появляться на прудах и многие из них проживают всю жизнь там, когда другие после этапа “взросления” отправляются жить в другие места.
Эти насекомые питаются за счет гниющей растительности, водорослей и личинок других насекомых. Каждый отдельный вид насекомых хорошо приспособлен к выживанию в водной среде и их характеристики очень сильно разнятся.
Личинки москитов потребляют микроорганизмы и органические вещества из воды. Москиты откладывают яйца в стагнирующей воде. В большинстве своем они населяют пруды, болота, топи.
Воде стоит застоятся на 3 дня для того, чтобы она стала пригодной для их размножения. Для них благоприятна жаркая, влажная среда. Многие виды москитов способны выживать и размножаться в пресной, кислотной и сточной воде. Есть множество способов борьбы с ними и один из них - уменьшение солености воды.
Вода прудов, озер, каналов и других водоемов обработанная магнитными приборами создает неблагоприятные условия для размножения москитов, но при этом помогает другим полезным насекомым, например, поденкам.
Борьба с москитами.
Вода, обработанная магнитными приборами способна значительно уменьшить популяцию москитов на водоемах и вокруг них.
Установка таких приборов на очистных сооружениях за счет изменения структуры воды создает неблагоприятные условия для жизни и размножения москитов. Таким образом, установка магнитных систем позволяет сэкономить на пестицидах тысячи долларов.
Неприятные запахи.
Их причиной является испарение воды или влаги с какой-либо поверхности. Вместе с водой в воздух поднимаются маленькие частицы какой-либо субстанции, которые и придают определенный запах. Водоросли, химикаты, загрязнения, канализационные отбросы являются типичными причинами неприятных запахов. Стагнирующие и сильные солевые растворы разрушают экологию и так же создают экстремальные запахи.
Магнитная обработка воды устраняет неприятные запахи, не давая вышеперечисленным частицам подниматься вместе с испаряющейся водой.
Преимущества хорошей экологической системы.
Растения на прудах играют важную роль в их экосистеме. Их можно разделить на 3 категории: затопленные, поверхностные и плавающие. Каждая группа выполняет отдельные функции.
Затопленные растения находятся полностью под водой и помогают сохранять высокий уровень кислорода в воде и служат укрытием для беспозвоночных, и мелкой рыбы. Поверхностные растения - это растения, корневая система которых под водой, а листья и цветы над водой. Эта группа обеспечивает питанием и укрытием мелкую рыбу, амфибий, птиц и даже маленьких млекопитающих.
Плавающие растения свободно передвигаются по воде.
Они предоставляют тень для пруда во время жаркого времени, тем самым регулируя его температуру. Так же предоставляют питание птице и рыбе. Растения всех 3 категорий помогают создать устойчивую, благоприятную экосистему прудов, которая помимо собственного обеспечения, так же кормит птиц.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО БОРЬБЕ С “ЦВЕТЕНИЕМ” ВОДЫ В
ОТКРЫТЫХ АКВАРИУМАХ И БАССЕЙНАХ.
Для предотвращения “цветения” водоёмов ухудшающих качество воды, известны химические, механические и биологические способы борьбы с чрезмерным развитием фитопланктона в открытых водоёмах. Все эти способы дорогие и трудоёмкие. Кроме того, подавление жизнедеятельности, например, сине-зелёных водорослей путём пневматической аэрации всей толщи воды водоёма на другие формы фитопланктона угнетающего воздействия не оказывает, а в некоторых случаях даже способствует их развитию. Особую роль в развитии всех видов планктона играет газовый состав воды. Поэтому универсальным методом, позволяющим существенно замедлить развитие планктона, является дегазация воды. Магнитный дегазатор должен устанавливаться над поверхностью водоёма в качестве конечного элемента трубопровода.
В случае применения хлорированной воды, необходимо воду обрабатывать через систему, состоящую из дегазатора и магнитного прибора. Именно в такой последовательности. Желательно эти элементы разместить в одном корпусе, как единое устройство.
Преимущества для рыбы в экосистеме.
Рыба гетеротрофичный организм, которая поглощает
автотрофичные и использует органические вещества в качестве энергии и строительного материала для собственной биомассы. Одна из важных ее функций - контроль популяций насекомых, планктона, фитопланктона и зоопланктона в водоемах. Мелкая рыба служит пищей для более большой рыбы и для птиц.
Магнитная вода стимулирует рост популяции рыбы, создавая среду, в которой кислород распространяется равномерно.
Преимущества для амфибий.
Такие амфибии, как лягушки, играют ключевую роль в экосистеме малых прудов, потому что являются важным звеном в пищевой цепочке.
Они выполняют одновременно роль, как хищников, так и корма.
Головастики серьезно влияют на питательный цикл. Они травоядные и потребляет все, что только есть в пруду и являются пищей для позвоночных и беспозвоночных.
Большие амфибии являются главными “санитарами” прудов, также как и головастики, они пища для позвоночных и беспозвоночных.
Наличие амфибии в водоеме считается индикатором чистоты воды. В силу высокой чувствительности, как в стадии зародыша, так и в зрелом состоянии, они реагирует на малейшие изменения в среде. Любые антропогенные изменения, появление пестицидов, фрагментация среды и другие факторы сказываются на их размножении и жизни в целом.
Магнитная обработка воды создает сбалансированную среду, которая благоприятно воздействует на их жизненную активность.


Полный  текст  смотрите по ссылке 

Ссылка на скачивание информации: Ж.К.Х