1 量子水處理器的工作原理
量子水處理器是德國特拉多姆( Tetradom) 公司基于分子振動(dòng)理論所開發(fā)的新型水處理裝置。所有的物質(zhì)由分子構(gòu)成，而分子由原子組成，原子的永恒運(yùn)動(dòng)就構(gòu)成了分子振動(dòng)，即所謂的分子基礎(chǔ)振動(dòng)( 布朗運(yùn)動(dòng)) ，不同的物質(zhì)有其獨(dú)特的固有振動(dòng)頻率。用激光技術(shù)把物質(zhì)的固有振動(dòng)頻率記錄在水處理器上，這些振動(dòng)類似于物質(zhì)的分子基礎(chǔ)自然振動(dòng)和生物信號(hào)，把這種固有的振動(dòng)頻率稱為振動(dòng)能。把水處理器上儲(chǔ)存的振動(dòng)能釋放于流體中，流體中的物質(zhì)接受到外來干擾振動(dòng)波或相同頻率振動(dòng)波，則產(chǎn)生干擾和共振。
1． 1 振動(dòng)能的儲(chǔ)存和釋放
高純度硅鋁合金是儲(chǔ)存振動(dòng)能的理想材料，采用特殊技術(shù)將不同物質(zhì)的固有頻率記錄到此材料上，可以長期保存，且可以同時(shí)記錄多種物質(zhì)的固有頻率。當(dāng)水等流體從管內(nèi)流過時(shí)，其能量會(huì)傳輸至外面的環(huán)上，環(huán)將其記錄的能量信號(hào)反饋至流體中，流體就成為振動(dòng)波的載體，其中的物質(zhì)接受到外來的干擾振動(dòng)波或同頻率振動(dòng)波，產(chǎn)生了干擾或共振。
1． 2 阻垢原理
以最常見的碳酸鈣水垢為例，量子水處理器向水中釋放的波，其中有的波能夠使碳酸鈣晶體產(chǎn)生共振，使晶體中部分鈣離子和碳酸根離子振動(dòng)幅度加大，當(dāng)超過庫侖力的束縛時(shí)，便脫離晶體。從宏觀上看，盡管碳酸鈣這種物質(zhì)依然存在，但是不可能形成大塊的穩(wěn)定晶體，而只能形成微小的碳酸鈣顆粒并隨著流體運(yùn)動(dòng)，在流速慢的區(qū)域自然沉降后即可除去。
對于不同的水垢物質(zhì)，可以在環(huán)上記錄下該物質(zhì)的固有頻率，如硫酸鈣、磷酸鈣等物質(zhì)的固有頻率。
1． 3 緩蝕原理
造成循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)備( 通常指金屬設(shè)備)腐蝕原因是多方面的，包括化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，腐蝕方式有均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、微生物腐蝕、泡蝕、磨蝕等，所以完全消除腐蝕因素是很困難的。
無論是新系統(tǒng)還是已經(jīng)運(yùn)行的老系統(tǒng)，設(shè)備和管道表面均有一層金屬氧化物，量子水處理器所釋放的振動(dòng)能可使這些金屬氧化物定向轉(zhuǎn)化為更高價(jià)態(tài)的金屬氧化物膜，金屬氧化物膜緊密地附著于金屬表面，隔絕了各種腐蝕因子的侵襲，其反應(yīng)原理如下。
一般腐蝕反應(yīng)如下，并且腐蝕會(huì)連續(xù)進(jìn)行：Fe + 2OH － →Fe( OH) 2 + 2e －
在振動(dòng)能的作用下，通過共振作用激活了金屬表面的鐵原子和水中的氧原子，使鐵與氧定向結(jié)合，生成致密的氧化物膜 Fe3O4 :Fe( OH) 2 + O2 + 2H2O→Fe( OH) 3→Fe3O4從外觀上看，金屬表面形成堅(jiān)硬的黑色釉質(zhì)層，起到保護(hù)作用，類似于金屬防腐工藝中的烤藍(lán)方法。
1． 4 殺菌滅藻
由于量子水處理器裝置連續(xù)地向水中釋放類似生物信號(hào)的振動(dòng)能和基礎(chǔ)自然振動(dòng)能，受此影響，一方面細(xì)菌的生物膜遭到破壞而致死，另一方面生物的營養(yǎng)源在振動(dòng)能的作用下產(chǎn)生了變異，斷絕了生物的營養(yǎng)源。同時(shí)，在振動(dòng)能的作用下，細(xì)菌殘骸被解體，生物黏泥失去了黏性而分散于水中。
2 量子水處理器在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用
2． 1 安裝
量子水處理器被制作成 2 個(gè)半圓環(huán)，可以方便地安裝在循環(huán)水管道上。安裝位置以選擇在冷水泵出口為佳，如果有必要加強(qiáng)水處理效果，也可以在回水管道上再安裝 1 個(gè)環(huán)。水處理環(huán)根據(jù)循環(huán)水的溫度、介質(zhì)的特點(diǎn)分為 A，B，C 等不同型號(hào)，如果循環(huán)水溫度較高( 80 ℃以上) 或循環(huán)水中某些離子濃度特別高時(shí)，要考慮選擇專用量子水處理器。
安裝時(shí)，要求環(huán)與管壁的間隙降至最小。為了保證環(huán)與管壁之間安裝穩(wěn)固，間隙之間可以添加一些填充物，如膠皮等，但要求填充物的顏色為紅色，而不能用黑色，因?yàn)楹谏牧蠈Νh(huán)上記錄的波有較強(qiáng)的吸收作用。2 個(gè)半圓環(huán)之間用 2 根螺栓連接，要求 2 個(gè)半圓環(huán)的間隙 ＜ 2 mm。量子水處理器安裝的位置要確保周邊無輻射物質(zhì)或強(qiáng)磁場存在，因?yàn)檩椛浠驈?qiáng)磁會(huì)使量子水處理器上記錄的波衰減。在正常環(huán)境中使用，量子水處理器上記錄的波可保留 30 年。
2． 2 運(yùn)行效果評價(jià)方法
由于量子水處理器上所記錄波的能量級太低，用一般的方法不能測定，所以只能將其安裝到循環(huán)水系統(tǒng)后，再對循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)循環(huán)水效果的方法很多，針對不同的循環(huán)水質(zhì)和生產(chǎn)過程的不同工藝要求，評價(jià)方法也有所不同。
2． 2． 1 使用前、后管內(nèi)垢層厚度對比
因鍋爐沖灰水或強(qiáng)結(jié)垢水的水質(zhì)差，如果不對循環(huán)水進(jìn)行處理，使用一段時(shí)間后，管道內(nèi)的垢層( 或灰垢混合物) 會(huì)使管徑越來越小，甚至堵塞管道，導(dǎo)致水流量下降，最終影響設(shè)備的冷卻、洗滌效果。安裝量子水處理器后，管道內(nèi)原有的垢層會(huì)逐漸溶解，新的垢層不會(huì)產(chǎn)生，3 個(gè)月或更長一段時(shí)間之后檢查管道，會(huì)發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部垢層消失，管壁變得光滑。
2． 2． 2 監(jiān)測換熱器溫度
對于結(jié)垢較嚴(yán)重的換熱器，可能使用幾個(gè)月或幾個(gè)星期就必須停車清洗。安裝量子水處理器后，不僅換熱器進(jìn)、出口水溫變化不大，停車清洗的情況將不再發(fā)生。每天記錄換熱器進(jìn)、出口水溫并繪制成圖表，在生產(chǎn)負(fù)荷穩(wěn)定的前提下，如果水溫波動(dòng)不大，說明處理效果良好。
2． 2． 3 掛片監(jiān)控腐蝕率
選擇與系統(tǒng)材質(zhì)相同的掛片，清洗、干燥后稱重得其質(zhì)量 M0 ; 將掛片放置在水流動(dòng)情況較好的地方，過 1 個(gè)月或更長時(shí)間取出掛片，記錄掛片腐蝕試驗(yàn)時(shí)間 n，烘干后稱重得質(zhì)量 M1 ; 再經(jīng)酸洗、堿洗、水沖洗、酒精清洗，烘干后稱重得質(zhì)量 M2。年腐蝕率按下式計(jì)算：
式中: ρ———金屬的密度;
S———掛片的表面積;
n———掛片腐蝕試驗(yàn)時(shí)間。
為了保證掛片監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，掛片腐蝕試驗(yàn)時(shí)間盡量控制在 3 個(gè)月左右，且掛片在水流中要避免與設(shè)備、水池壁、管壁等發(fā)生碰磨，也不能掛于水不流動(dòng)處。
2． 2． 4 循環(huán)水離子濃度監(jiān)測
在藥劑水處理系統(tǒng)中，要經(jīng)常對循環(huán)水的鈣離子、氯離子、鐵離子、電導(dǎo)率、濁度、酸堿度等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。安裝量子水處理器后或停加化學(xué)藥劑后，以上指標(biāo)要繼續(xù)監(jiān)測。
安裝量子水處理器后的最初一段時(shí)間內(nèi)，循環(huán)水的濁度、鈣離子、鐵離子會(huì)出現(xiàn)異常升高的現(xiàn)象，這正是量子水處理器發(fā)揮作用的依據(jù)，說明管道上原有的垢層已經(jīng)溶解至循環(huán)水中。繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，以上各種指標(biāo)趨于穩(wěn)定。將循環(huán)水濃縮倍數(shù)提高至 5． 0 以上，阻垢、緩蝕效果依然很好，節(jié)水效果明顯。
3 應(yīng)用實(shí)例
( 1) 甘肅白銀某化工公司有 1 套高溫冷卻裝置，因生產(chǎn)工藝的需要，換熱器的冷卻水溫維持在98 ℃運(yùn)行，流速控制在 0． 2 m /s 左右。由于水溫高，冷卻水管內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，換熱效率下降。當(dāng)冷卻水達(dá)不到降溫要求時(shí)，雖臨時(shí)采取外加消防水噴淋降溫措施，也只能使換熱器的生產(chǎn)能力達(dá)到80% ，一般情況下運(yùn)行 56 d 左右就需停車進(jìn)行化學(xué)清洗。
2006 年 6 月選用德國特拉多姆公司生產(chǎn)的Wellan2000( C 型) 量子水處理器后，高溫冷卻裝置的運(yùn)行狀況得到了明顯改善，不再需要外加噴淋措施，產(chǎn)能由原 80% 提高至 120% 。檢修時(shí)打開換熱器觀察，不僅沒有新垢附著，而且原來的老垢基本脫落，內(nèi)壁表面光亮。
( 2) 甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司為了節(jié)水減排，鍋爐沖灰循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水采用軟水站生產(chǎn)的濃鹽水，所以沖灰循環(huán)水中鈣離子質(zhì)量濃度高達(dá) 2 900 mg /L，循環(huán)水水管結(jié)垢堵塞非常嚴(yán)重。2010 年 7 月安裝量子水處理器后，循環(huán)水水管堵塞的情況有了很大的改善。運(yùn)行半年后打開泵進(jìn)、出口水管檢查，結(jié)果循環(huán)水發(fā)現(xiàn)水管內(nèi)壁光滑、無結(jié)垢。在合成氨循環(huán)水系統(tǒng)中，脫碳貧液冷卻器、合成循環(huán)氣冷排等設(shè)備由于被冷卻介質(zhì)溫度高，循環(huán)水一側(cè)結(jié)垢嚴(yán)重，特別是夏季，必須進(jìn)行人工清洗。2010 年 11 月安裝了量子水處理器，運(yùn)行3個(gè)月后打開以上換熱器，換熱器內(nèi)壁無水垢，換熱器溫度指標(biāo)趨于正常。安裝量子水處理器后，對造氣、壓縮機(jī)、合成3 套循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行掛片試驗(yàn)，結(jié)果腐蝕率達(dá)到或優(yōu)于使用藥劑時(shí)的指標(biāo)。
4 效益對比
原采用化學(xué)水處理劑處理循環(huán)水，僅合成氨系統(tǒng)每年需要的緩蝕阻垢劑費(fèi)用達(dá) 35 萬元，還必須有專人負(fù)責(zé)每天添加藥劑。而安裝量子水處理器后，一次性費(fèi)用在 120 萬元左右，無需專人管理，3 年就可收回投資。
更值得注意的是，化學(xué)水處理藥劑多為含磷化工原料，磷進(jìn)入土壤后，會(huì)引起水土富營養(yǎng)化，造成長期的環(huán)境污染，同時(shí)化學(xué)藥劑的生產(chǎn)還要消耗大量的能源。采用量子水處理器后，以上問題不復(fù)存在。
5 結(jié)語
由德國特拉多姆公司生產(chǎn)的量子水處理器比較容易解決常見的循環(huán)冷卻水結(jié)垢、腐蝕及菌藻危害等問題，同樣也能解決高溫水的結(jié)垢與腐蝕問題，這是化學(xué)藥劑難以兼?zhèn)涞?。使用量子水處理器無須任何能源，管理方便，徹底消除了化學(xué)藥劑對環(huán)境的二次污染。由于量子水處理器對水中溶解鹽類的容忍度高，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)可提高至 5． 0 ～ 10． 0，節(jié)水效果顯著。
量子水處理器是量子力學(xué)的技術(shù)應(yīng)用之一，目前除德國等個(gè)別實(shí)驗(yàn)室掌握該項(xiàng)技術(shù)外，包括中國在內(nèi)的大多數(shù)國家還不能生產(chǎn)該類產(chǎn)品。希望我國技術(shù)人員加強(qiáng)這方面的技術(shù)攻關(guān)工作，使該技術(shù)盡快實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
