Kamień kotłowy i wpływ pola magnetycznego na wodę

1. Wprowadzenie

Woda to niezwykły związek chemiczny – posiada wysokie ciepło właściwe, duże napięcie powierzchniowe i zdolność rozpuszczania wielu substancji. W naturalnych warunkach jest roztworem zawierającym zarówno związki organiczne, jak i nieorganiczne, pochodzące z procesów geologicznych oraz działalności człowieka.

Obecność soli w wodzie prowadzi do powstawania osadów w instalacjach grzewczych i sprzyja korozji. Najczęściej wytrącają się sole wapnia, magnezu i krzemionka, które po przekroczeniu granicy rozpuszczalności tworzą twarde złogi.

2. Rodzaje kamienia kotłowego

W zależności od dominujących minerałów wyróżniamy trzy główne typy kamienia:

• Kamień węglanowy – głównie CaCO₃ i MgCO₃; może być porowaty lub tworzyć twarde złogi.

• Kamień siarczanowy – powstaje z CaSO₄; bardzo twardy, o niskiej przewodności cieplnej.

• Kamień krzemianowy – zawiera krzemiany i glinokrzemiany; najtwardszy i najmniej przewodzący ciepło.

3. Skutki osadzania kamienia

Kamień kotłowy pojawia się w kotłach, bojlerach i grzałkach. Jego obecność powoduje:

• spadek sprawności cieplnej,

• większe zużycie energii,

• przegrzewanie i uszkodzenia elementów metalowych,

• korozję oraz problemy hydrauliczne.

Już 1 mm warstwy kamienia obniża wydajność cieplną o ok. 9,3%, co oznacza realne straty energetyczne i finansowe.

4. Jak ograniczyć powstawanie kamienia?

Tradycyjne metody chemiczne (inhibitory osadzania) są kosztowne i obciążają środowisko. Dlatego coraz częściej stosuje się alternatywy:

• ultradźwięki,

• promieniowanie UV,

• pole elektryczne i magnetyczne.

5. Magnetyczne uzdatnianie wody

Pierwsze urządzenie tego typu opatentowano w 1953 roku. Dzisiejsze urządzenia są tanie w eksploatacji, łatwe w montażu i nie wymagają stosowania chemii.

Badania pokazują, że pole magnetyczne:

• sprzyja powstawaniu aragonitu zamiast kalcytu,

• zmienia potencjał zeta cząstek,

• inicjuje krystalizację CaCO₃ w całej objętości wody.

Efekty utrzymują się do 200 godzin i określane są jako „pamięć magnetyczna”.

6. Mechanizmy działania pola magnetycznego

Proponowane mechanizmy obejmują m.in.:

• zaburzenia równowagi na granicy gaz–woda,

• wpływ na hydratację jonów,

• zmiany w strukturze klasterów wody,

• pogrubienie warstwy adsorpcyjnej jonów, co spowalnia koagulację.

7. Podsumowanie

Choć nie istnieje jedna spójna teoria wyjaśniająca działanie urządzeń wykorzystujących pole magnetyczne, technologia ta jest intensywnie badana i rozwijana. Skuteczność zależy od wielu czynników – natężenia pola, czasu ekspozycji, pH czy obecności zanieczyszczeń. Rynek oferuje coraz bardziej efektywne rozwiązania, które mogą znacząco ograniczyć problem kamienia kotłowego.

Literatura

1. J. Stańda, Woda dla kotłów parowych i obiegów chłodzących siłowni cieplnych, WNT, Warszawa 1995.
2. mariex.info.wizytowka.pl/
3. ogrzewnictwo.pl/index.php?akt_cms=225&cms=272
4. Saksono, M. Gozan, S. Bismo, E. Krisanti, R.Widaningrum, S. K. Song, Korean J. Chem. Eng., 25(2008) 1145.
5. elektra.internetdsl.pl/idm.htm
6. gp-grup.com.pl/clean.html
7. akra.pl
8. bel-system.pl
9. J.L. Toledo, T.C. Ramalho, Z.M. Magriotis, J.Molecular Structure 888(2008) 409.
10. Colic, D. Morse, Colloids Surf.  A.  154(1999) 167.
11. Nakagawa, N. Hirota, K. Kitazawa, M. Shoda, J. Appl. Phys. 86 (1999) 2923.
12. C. Amiri, A.A. Dadkhah, Colloids Surf.  A. 278 (2006), 252.
13. Deng, X.F. Pang, Chinese Sci. Bull. 52 (2007), 3179.
14. Hołysz, A. Szcześ, E Chibowski, J. Colloid Interface Sci.316 (2007) 996–1002.
15. F. Pang, B. Deng, Physica B403 (2008) 3571.
16. F. Pang, B. Deng, Sci. China Series G: Physics, Mech. Astron.51 (2008) 1621.
17. J.L. Toledo, T.C. Ramalho, Z.M. Magriotis, J. Mol. Struct. 888 (2008) 409.
18. Higashitani, J. Oshitani, J. Colloid Interface Sci. 204 (1998) 363.
19. Gabrielli, R. Jaouhari, G. Maurin, M. Keddam, Water Res.35 (2001) 3249.
20. Szcześ, E. Chibowski, L. Hołysz, P. Rafalski, Chem. Eng. Processing: Process Intensification50(2011) 124.
21. Szcześ, E. Chibowski, L. Hołysz, P. Rafalski, J. Phys. Chem. A, 115(2011),5449
22. E.L Madsen, J. Crystal Growth152 (1995) 94.
23. Kobe, G. Dražić, A. C. Cefalas, E. Sarantopoulou, J. Stražišar, Cryst. Eng. 5 (2002) 243.
24. Chibowski, L. Hołysz, A. Szcześ, Colloids Surf.  A. 222 (2003) 41.
25. Kobe, G. Dražić, P.J. McGuiness, T. Meden, E. Sarantopoulou, Z. Kollia, A. C. Cefalas. Mater. Sci. Eng. C23 (2003) 811.
26. Hołysz, E. Chibowski, A. Szcześ, Water Res.37 (2003) 3351.
27. Chibowski, L. Hołysz, A. Szcześ, M. Chibowski. Water Sci. Techy. 49 (2004) 169.
28. Alimi, M.M. Tlili, C. Gabrielli, M. Georges, M. Ben Amor, Water Res. 40 (2006) 1941.
29. E.L. Madsen, Theory of electrolyte crystallization in magnetic field. J. Crystal Growth. 305(2007) 271.
30. C. Cefalas, S. Kobe, G. Dražic, E. Sarantopoulou, Z. Kollia, J. Stražišar, A. Meden, Appl. Surf. Sci.254 (2008), 6715.
31. Alimi, M.M. Tlili, M. Ben Amor, G. Maurin, C. Gabrielli. Chem. Eng. Proc. 48 (2009) 1327.
32. M.D. Coey, S. Cass, Magnetic water treatment, Journ. Magn. Magn. Mat. 209(2000) 71.
33. Higashitani, A. Kage, S. Katamura, K.  Imai, S. Hatade, J. Colloid Interface Sci.156 (1993) 90.
34. Gher, Z.A. Zhai, J.A. Finch, S. Ram Rao, Wat. Res.29 (1995) 933.
35. Chibowski, A. Szcześ, L. Hołysz, Langmuir21 (2005) 8114.
36. A. Parsons, B.L. Wang, S.J. Judd, T. Stephenson, Wat. Res.31 (1997) 339.
37. S. Backer, S.J. Judd, Wat. Res.30 (1996) 247.
38. Al-Qahtani, Desalination107 (1996) 75.
39. Y. Tai, C-K. Wu, M.-C. Chang, Chem. Eng, Science,63 (2008) 5606.
40. Alimi, M. Tlili, M. Ben Amor, C. Gabrielli, G. Maurin, Desalination206 (2007) 163.
41. Higashitani, K. Okuhara, S. Hatade, J. Colloid Interface Sci.152 (1992) 125.
42. Higashitani, H. Iseri, K. Okuhara, A. Kage, S. Hatade, J. Colloid Interface Sci.172 (1995) 383.
43. Oshitani, R. Uehara, K. Higashitani, J. Colloid Interface Sci.209 (1999) 374.
44. Vallée, J. Lafait, L. Legrand, P. Mentré, M-O. Monod, Y. Thomas, Langmuir 21 (2005) 2293.
45. Knez, C. Pohar, J. Colloid Interface Sci. 281 (2005) 377.
46. Higashitani, J. Oshitani. N. Ohmura, Colloids Surf. A109 (1996) 167.