论水的磁化处理装置的原理特点和用途

摘 要：本文力图通俗地说明水如何才能够被磁化的原理，水被有效磁化的条件。介绍水经磁化后性能上的变化、磁化水的广阔用途、磁化水处理装置的典型结构和设计制造的技术关键，以及国内外目前应用的概况。
关键词：永磁材料、磁化水 、水处理。

1.前言
人们在很早以前就认识了铁磁物质可以有磁性这一神秘特性，后来发现了磁与电的相互关系，由此发明了发电机、电动机，以及无数利用电磁原理的工业产品和生活用具，从此改变了世界的面貌和人们的生活，磁与电造福了人类。
近几十年以来，国内外有许多人仍在致力于继续扩大对磁性材料应用的研究和实践，其中对不需附加能源而能长期保持强大磁性的永磁材料寄与了厚望，利用永磁材料的磁性能设计生产了名目繁多的工业产品、磁医疗器具、磁保健用品、磁化饮水装置等等。永磁材料的磁场及磁化水对人体、生物以及其它如燃油、燃气等物质有怎样的作用和影响不是本文讨论的重点，我们仅讨论永磁材料的磁场如何才能对水产生作用〔当然人体内也含有大量的水份〕，水被磁化后的效能，以及如何利用这一效能设计制造出对水进行有效磁化，使水有显著效能的产品。希望本文的介绍，对研究永久磁场在众多方面的应用有所帮助。

2.水被磁化的原理
我们从中学的物理常识中就早己知道：导体在外力作用下通过磁场，作切割磁力线运动，导体中会产生电荷和使电荷运动的电动势，于是导体内就产生了电流、电位差等物理变化，于是产生成了电能。磁场强度越高、磁力线越密集、导体的运动速度越快、导体的电阻率越低，就能产生越多的电能，导体内的物理变化也就越显著。这就是人们熟知的法拉笫的电磁理论，也就是工业上广泛应用着的利用水力和机械力，使导线在磁场中运动切割磁力线来发电的发电机原理。动能通过导体切割磁力线转换成电能，人们再利用电能方便地去做更多的事情。
出于同样的原理：当切割磁力线的导体是—束有一定速度流动着的、有一定导电性的水，这时在水流中也一定会发生上述的带电荷现象，这时可以说水被磁化了，或称这种水是磁化水、磁性水，这种使水磁化的装置通常被称为磁化水处理器、磁水器等等。水中有了电荷、电位，就会改变水本身以及包含在水中其它物质的状态和性质，这种磁化水就有了与其相接触的管壁、容器壁产生物理变化和电化学变化的能量。在非绝对纯净的水中，不同程度地溶有盐、碱、酸等成份的杂质，使水有一定的酸碱度，同时也不同程度地悬浮着不溶解的固体杂质和微量的金属、非金属元素，这些杂质和其它元素促使绝大多数的工农业、生活、饮用水都属于有一定导电性能的非绝缘物质，不同程度都可以被磁化。这一电磁流体力学原理最早由英国物理学家提出，在欧美这个原理被称作M .H. D原理，后来由美国、前苏联等国物理学家率先加以应用，设计制成了有广泛实用价值的磁化水装置。 
当然，随着科学的发展，人们对水进行磁化的认识同样还在不断地深入，磁化水的一些特有功效，至今也不是目前已有的知识可以全部解释得完美，流动的水在永久磁场中发生的变化和效能，与那些通过耗能的电、磁装置，从外部给水施加电场、交变磁场等其它的电子、电磁水处理方法不是完全等同的．

3.水被有效磁化的条件
众所周知，让任何物质产生变化都应有一定的条件，水被磁化以及磁化到有一定的效能，也必须要有一定的条件。水被有效磁化的主要条件一般应有以下方面：
1 ) 水应有一定的导电性，而不是蒸馏水等高纯度的不导电的纯水，否则水基本不会被磁化。
2 ) 水流应与磁力线垂直正交，用一定数量的水流去切割有相应磁场强度和相应密度的磁力线，否则就不会被有效磁化。
3 ) 水流切割磁力线时应有足够的速度，这也是有效磁化所必须的。
应该注意：水如果没有在外力的驱动下，进行有效的切割磁力线的运动，那么水即使与再强大的永久磁场相互静止地在一起，水又能有什么可见的变化呢？如果有变化那么使水产生变化的能量又来自哪里？水的磁化原理也必须符合使物质产生变化的最基础的科学理论和能量转换的原理。将静止或基本静止或无规则运动的水与永久磁铁简单组合起来的水的磁化产品，在实际使用中很难有可见的效果。这是一些磁化水产品被市场冷落的原因之一。
同时要注意：对水进行有效能的磁化，必须根据水质原有的理化性质，和期望水被磁化后应需要达到的效果，有效地控制对水的磁化参数即磁化程度，从而达到改变水质和科学利用磁化水各种有益效能的目地。因为磁化程度不够，水的性质没有发生显著的变化，这种磁化程度不够的水在使用中也不会有明显的效果，这也是一些磁化水产品效能不明显的重要原因。
还应该注意：磁化过的水经过一段时间，即流经一段距离，磁化水经本身的物理化学变化，以及磁化水与金属管壁及其它物质的接触过程中所进行的反应，会逐步消耗完磁化的能量。因此，适时、恰当的应用也是十分重要的。
这就是说，针对不同的水质和人们希望磁化后应达到的效果。上述三个主要条件都应有定量的相关联的标准。因此科学的设计制造有效能的磁化水的装置，合理的应用这一除了使水流动之外，不再消耗其它能源的水处理技术，才能使其真正在各个领域中发挥它特有的功效。

4.磁化后水质的主要变化
美国、前苏联、丹麦等欧美国家以及日本，都有专业从事磁性水处理装置的研究机构和生产系列产品的工厂，首先在宇航、军事等方面，尔后在众多的领域进行了广泛成功的应用。以美国为例：在美国许多重要行业和和部门，如宇航局、联邦政府、军队、海岸警备队、海洋舰艇等很早就使用了水的磁化装置，美国市政、能源等管理部门对这类装置进行过认真的测试和性能考核，肯定了它的效能，对生产合格产品的工厂及其产品进行认可和管理。从目前国内正式出版的书刊中己收集到的，和最新从互联上查阅到的国外有关磁化水产品的使用和验证资料中，根椐己有的研究和应用成果，水经过有效的磁化处理主要会有以下变化：
1 ) 水中产生的电荷，可以使水及水中的杂质也带上电荷、产生电位、使其变成有极性的物质，改变了杂质原来的静电引力状态，有利于阻止水中钙、镁等离子杂质原来通过离子引力的结合产生坚实的结晶类水垢牢牢地附着在管壁上，而是形成松软的结晶物，易于集聚和从水中沉淀析出，避免或减少了锅炉及容器管道的结垢。同时水被磁化时会产生氢离子，在管壁上形成对其有良好保护作用的氢离子被膜。
2 ) 能产生明显的电化学反应。
3 ) 使水的酸碱度发生变化，PH值向碱性的方向约上升0.6～1.0。
4 ) 使水的表面张力下降、水对固体物质的浸润角增大浸润能力增强，蒸发速度提高。
5 ) 水对一些盐类的溶解度提高。
6 ) 磁化后的水改变了水中微生物、生物的生长环境

5.磁化水的专业用途
1 ) 在许多地方可以取代传统的加药法和离子交换等化学软水处理方法，对水进行软化处理，可以有效的使硬水中的金属盐类和其它杂质自行沉淀析出，防止管壁结垢。是新一代锅炉、采暖、大型空调、冷却循环等工业用水、生活用水的水质处理技术。
2 ) 氢离子被膜，可以防止输水的金属容器、管道的腐蚀。
3 ) 磁化水中带有高电位的粒子，可以有效的去除管道和容器上的原有水垢。
4 ) 磁化水表面张力的改变，渗透能力的提高能够提高浮选工业工艺效率；能够提高机械加工中含水冷却润滑液的效能；在农业灌溉上利于植物吸收，对加快植物生长有明显的效果。
5 ) 适用于用水膜、洗涤等方法净化锅炉烟尘时，产生的含有酸性水的循环净化再生处理。
6 ) 磁化水可以抑制海水中有害的附着生物海藻贝类等在管系和容器壁上生长，在大量使用海水的海洋工程、船用热交换器、海水淡化工艺、海水养殖等方面有广泛用途。
7 ) 在其它种类的水处理工艺技术中，或对含有水分的流体物料，如：油料、饮料、废水进行净化分离的工艺中，对水进行磁化后，可以提高原工艺方法的效率和效果，可以节约能源、减少絮凝剂的消耗。
8 ) 对水质的软化和水质性能的改变，可降低工业和生活的洗涤中使用碱性洗涤剂的消耗，提高洗净度节约用水。

6.磁化水处理装置的突出优点
1 ) 让水以不低于所必需的速度流过磁场，是这种水质处理方法唯一需要的动力，水在使用和输送过程中都会有一定的流速，因此一般对水实施磁化时不需要再额外增加过多的能耗，是一种极少消耗能源的节能技术。因此与其它物理水处理的方法如电子静电类水处理仪相比较，应是最经济的。
2 ) 锅炉等热能设备采用磁化水供水后，可以保持设备的热传导效率，减少了因结垢带来能耗的增加和设备定期除垢的维护费用，延长了设备的寿命，节约了运行费用。
3 ) 磁化水处理装置一般不需要维修、调正和保养，无污染，使用寿命很长，是典型的绿色环保产品。按美国能源部资料介绍，使用磁化水装置投入的资金，在不很长的时间内就可以从采用它而产生的效能及节省的各项费用中收回。
4 ) 与常规化学的软水处理方法相比，被处理的水不与任何化学物质接触，没有任何污染，特别适合用于人类饮用和生活用水的软化处理，因此这是一种无害的有很高安全性的水处理的方法，至今没有看到使用和饮用磁化水而产生副作用的报导。

7.磁化水处理装置的典型结构和使用方法
1 ) 产品的外形和结构
以美国能源管理部门〔FEMP〕注册推荐的美国Descal-A-Matic Corp、Aqua Magnetics International lnc、Hydrodynamics Corp 、Magnatech Corp 等几家公司磁化水处理器的产品规格为例，通径从0.75英寸到72英寸，多达数十种规格，每分钟的处理量从几加仑到六万二千加仑，几乎覆盖了从个人日常生活的小量用水到城市工农业的大规模用水的磁化处理。
美国的这类产品可分两大类：一类是永磁芯体装在装置的过水管道内的内置式，内置式为多数公司产品的结构形式。另一类是将永磁体磁组，贴附着在通常输水管道外表面的外置式，管道的材质甚至可以是普通的钢铁，外置式的对混浊的水和含水物料有更强的适应能力，使用方便，但是要求永磁材料有超强的磁性。内置式及外置式按永磁体的形状和组合方式有多种，常见的结构及外形。
2 ) 使用方法
以内置式的磁化水处理器为例，在管道输水速度不低于磁化所额定要求的，一般只需要根据被处理水的流量和原来的水质状态，选用合适规格的产品串接在输水管道中，如在锅炉上使用时串接在炉体进水口前。如在生活上使用时可串接在出水口前，装置距用水点都不要过远。
在水的流速达不到额定要求或处理容器中静止的水时，可以用水泵加速水的流动或对水进行外循环处理。
对重要的用水处，或对水质要求很严格的地方，可以增加对被处理水的流量、流速，和被处理后水的磁化效果的随机测量，并用自动反馈的系统将其控制，使处理效果始终控制在所需的水平。

8.磁化水处理装置在国内应用的情况
上述美国新加坡一些公司的产品近年开始进入中国市场，在上海、山东等地设立销售点和产品的组装厂，上海大戏院、希尔顿饭店、部分进口或国产的自动锅炉、小鸭全自动洗衣机等都应用有美国的产品，进口产品在国内售价虽然看来很贵，但仍低于同等规格的离子交换类化学水处理设备。如全部利用国产材料和技术生产出与美国同等规格效力的产品，经试制成本仅为美国产品售价的八至十分之一左右。国产锅炉软水用的这类产品从1999年起开始出现在国家出版的机械产品目录上，同年新出版的锅炉手册，对磁化软水技术及产品己有了介绍。国产产品开始用于低压、生活供水供热类锅炉、生活和工业上供水供热管道的除垢防垢，产品的总体水平、应用面、尚处于初级阶段，国内为数不多的工业型的产品结构不够先进，有的处理效果不够理想。生活用的磁化饮用水类的产品名目繁多充斥市场，但是许多的这类产品很难说对水进行了有效的磁化，这种基本无效能的磁化水的产品，会影响人们对磁化水的科学认识，以及对其产品技术的深入系统的研究，会影响科学应用的步伐。

9. 应重视发展国产系列磁化水装置
1 ) 要加强对国外成熟的水的磁化装置的典型结构、磁化参数进行深入系统的研究和测定，要清楚和掌握好不同水质在电场中、磁场下的性能、水的流速、流量与磁化效果之间的定量关系，制定相应的产品技术标准。
2 ) 加强对相应的永磁材料的研制，需要永磁材料提供体积小、磁能积高、性能均衡稳定的优良磁场，目前美国绝大部分产品中使用的铝镍钴、钕铁硼类永磁材料国内均己能够大批生产和出口，少量直接用于钢铁输水管外的外置式超强的永磁材料，国内还有差距。
3 ) 参照国外成功应用的领域，要加快磁化水处理装置在工农业及人们生活的不同的领域的应用、针对不同的用途不同的水质积累数据完善产品，尽快形成适用于不同行业不同地区的国产产品系列
4 ) 要建立这类产品在应用领域的应用和检测标准，以在锅炉行业水的软化处理为例，由于水磁化后是否有效果，是不能用传统检测水质硬度的化学分析方法来检测，目前还没有制定和推行相应的物理检测标准，而察看应用后是否有防垢除垢效果需要一段时间，因此限制了这项技术在锅炉行业快速大面积的推广应用。应用于灌溉、饮用、生活等方面，要察看使用磁化水的效果需要更长的时间，加上目前市场上己有大量的低效和无效产品的干扰，影响了人们对这项应用技术的重视。

10.结论
水的磁化处理技术的原理经典，国际上早六十年代就开始在宇航、军事上应用，在近十几年应用己十分普遍，它一些独有的功效是其它化学和物理水处理方法所缺少的，真正是一种有效益、无害处、环保节能型的产品技术，在水处理以及其它更多的领域有广阔的实用价值。
要破除对水磁化现象认识上的神秘化，水的磁化技术可以不断的被人们认识掌握和完善，充分发挥它的功效，但同其它技术一样。磁化水也不可能无所不能“包治百病” 。
要避免实际应用中的简单化：应十分重视针对不同的水质不同的需求，对水进行不同程度磁化处理技术的开发和研究，既要重视大量可以直接应用的普通产品的研制，又要善于运用自动化的测控技术应用于磁化过程，开发可靠性更高、适应能力更强的高挡产品。
我国是缺水、能耗高的大国，能源紧张水质差的地区很多，近年我国永磁材料的研制和生产水平己达到一定的高度，一般工业较发达的地区都已具备制造高效能磁化水产品的条件，应该不失时机的组织、严格精细地设计制造各类磁化水的系列产品，发展水的磁化技术与现有的其它水处理技术相结合应用。当科学、正确地应用水的磁化技术，那时的经济效益社会效应是勿庸置疑