Магнитная обработка воды - альтернатива традиционным способам умягчения воды

В последнее время в ряде европейских стран, в особенности в Германии, получает распространение магнитная обработка воды в системах отопления и водоснабжения. В результате такой обработки, растворённые известковые соединения быстро кристаллизуются и выносятся вместе с потоком воды, не оседая на стенках трубопроводов. Старые известковые отложения постепенно растворяются и выносятся потоком воды. За последние два года в Германии установлено 80 тысяч приборов для магнитной обработки воды с ежегодным их приростом 10−20%.

Основным преимуществом магнитной обработки является простота, дешевизна, безопасность и почти полное отсутствие эксплутационных расходов. Природная вода, как известно, представляет собой сложную многокомпонентную динамическую систему, в состав которой входят различные соли, органические вещества, газы, диспергированные примеси и взвешенные вещества (глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы), гидробионты (планктон, бентос, нейстон), бактерии, вирусы. В истинно растворенном состоянии в воде находятся минеральные соли, обогащающие воду ионами, их источниками являются природные залежи известняков, гипсов и доломитов.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния, которые поступают в подземную воду из омываемых ею грунтов. Просачивание воды через почву приводит к изменению ее солевого состава. Жесткость природных вод не является вредной для здоровья, а скорее наоборот, т.к. кальций способствует выводу из организма кадмия, отрицательно влияющего на сердечно−сосудистую систему. Однако повышенная жесткость делает воду непригодной для хозяйственно−бытовых нужд, поэтому, согласно ГОСТ 2874−82, норма общей жесткости составляет 7 мг−экв/л, а допустимая величина – 10 мг−экв/л. Значительное количество магния также ухудшает органолептические свойства воды. Использование жесткой воды в хозяйственно−бытовых и промышленных нуждах приводит к весьма нежелательным последствиям:

1. Непроизводительный расход моющих средств при стирке. Это объясняется тем, что ионы кальция и магния, взаимодействуя с мылами, представляющими собой соли жирных кислот, образуют в воде нерастворимые осадки. Подсчитано, что не каждый литр воды с жесткостью 7,1 мг−экв/л перерасходуется 2,4 г мыла.

2. Преждевременный износ тканей при стирке в жесткой воде. Волокна тканей адсорбируют кальциевые и магниевые мыла, а это делает их хрупкими и ломкими. 

3. В жесткой воде мясо и бобовые плохо развариваются, при этом понижается питательность продуктов. Вываренные из мяса белки переходят в нерастворимое состояние и плохо усваиваются организмом.

4. Усиление коррозии нагревательных элементов бытовых приборов и теплообменников вследствие гидролиза (взаимодействия с водой) магниевых солей и повышения рН воды.

5. Соли кальция и магния образуют твердые отложения (накипь, шлам, водный камень) на поверхности теплообменников и гидравлических бытовых приборов, что снижает экономичность их работы. Металл под нерастворимым осадком СаСО3 перегревается и размягчается, потому что накипь обладает малой теплопроводностью, и ее наличие на нагревательных элементах обуславливает увеличение энергозатрат. 

Все это приводит к необходимости проведения ремонтных работ, замены трубопроводов и оборудования и, конечно, требует значительных вложений денежных средств.
Один из традиционных способов умягчения воды – использование ионообменных смол, когда ионы натрия, находящиеся в смоле, замещаются на ионы кальция и магния, растворенные в воде. Но, к сожалению, процесс регенерации сопровождается побочным эффектом: в умягчённой воде повышается содержание натрия. Можно использовать обратноосмотические мембранные установки, но они снижают содержание всех солей сразу. Альтернативным способом умягчения или, правильнее назвать, способом борьбы с известковыми отложениями является магнитная обработка воды.

Существует ряд гипотез воздействия магнитного поля на ионы солей, растворенных в воде. Первая состоит в том, что под влиянием магнитного поля происходит поляризация и деформация ионов, сопровождающаяся уменьшением их гидрации (степени “рассеянности” в толще воды), повышающей вероятность их сближения и, в конечном счете, образования центров кристаллизации; вторая предполагает действие магнитного поля на коллоидные примеси воды; третья гипотеза объединяет представления о возможном влиянии магнитного поля на структуру воды. Это влияние, с одной стороны, может вызвать изменения в агрегации молекул воды, с другой – нарушить ориентацию ядерных спинов водорода в ее молекулах. Обработка воды в магнитном поле в основном применяется для борьбы с накипеобразованием. Сущность метода состоит в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий катионы солей жесткости выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды. Метод эффективен при обработке вод кальциево−карбонатного класса, которые составляют около 80% вод всех водоемов нашей страны и охватывают примерно 85% ее территории.

Уменьшение образования накипи и других отложений солей остается наиболее широкой областью применения магнитной обработки. Если в воде присутствуют диссоциирующие соли (реальная вода), при магнитной обработке происходит несколько процессов:
– смещение электромагнитными силами полей равновесия между структурными компонентами воды;
– физико−химический механизм увеличения центров кристаллизации в объеме жидкости после ее магнитной обработки, а также изменение скорости коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных частиц в потоке жидкости.

В воде, обработанной магнитным полем, концентрация растворенных газов (O2, CO2), органических веществ и окислов железа по сравнению с необработанной водой снижается. Исследования при однократном и многократном контакте воды с магнитным полем показали, что наибольший эффект в отношении предотвращения накипи и защиты от коррозии получается при многократном контакте. Это позволяет рекомендовать данный способ, особенно для замкнутых систем водоснабжения. По сравнению с традиционным умягчением воды ее магнитная обработка более проста, безопасна и экономична. Обработанная магнитным способом вода не приобретает никаких
побочных, вредных для здоровья человека свойств и не меняет солевой состав, сохраняя вкусовые качества питьевой воды. На затравочных кристаллах образуются дополнительные центры кристаллизации (сцепления) молекул солей кальция и магния. Образованные агрегатные структуры остаются во взвешенном мелкодисперсном состоянии и вымываются потоком воды. Рост кристаллов особенно наглядно проявляется при нагреве воды. При этом вода слегка мутнеет. Это обусловлено тем, что, медленно разрастаясь, кристаллы начинают рассеивать свет. Максимально их величина может достигать лишь тысячной доли миллиметра, что не дает им возможности образовывать твердые отложения в виде осадка и накипи. Обработанная таким образом вода сохраняет антинакипный эффект в течение 8 суток. Магнитная обработка воды также влияет на электрокинетический потенциал и агрегативную устойчивость взвешенных частиц, благодаря чему ускоряет их осаждение, т.е. способствует
извлечению из воды разного рода взвесей. Прямое воздействие магнитного поля на ионы примесей способствует активации процессов адсорбции и открывает широкие перспективы для водоподготовки в целом.