ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА КРИСТАЛЛЫ СОЛЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Самая крупная река по Костанайской области является – Тобол. Среднемесячные данные по определению жесткости и содержанию кальция, магния в воде за 2019 год указаны в таблице 1, согласно данным филиала РГП на ПХВ «Казгидромет» РК по Костанайской области [1, с. 284].

Таблица 1.

Помесячное содержание солей жесткости в реке Тобол за 2019 год

По нормам Санпин жесткость воды не должна превышать 10-12 мг-экв/л. Норма кальция – 40–120 мг/дм³; магния – 10–50 мг/дм³.

По представленным данным можно заметить, что среднегодовой показатель общей жесткости превышает допустимые значения. Среднегодовое значение кальция приближено к норме, однако наблюдаются скачки превышения, значение магния в два раза больше нормы.

Жесткая вода оказывает неблагоприятное воздействие на различные сферы жизни человека. Помимо отрицательного влияния жесткой воды на здоровье человека, использование жесткой воды в бытовой технике и производстве наносит убытки различного масштаба. Поэтому изучение способов уменьшения жесткости воды остается актуальным и требует дальнейшего исследования современных и результативных методов её устранения. Этого невозможно достичь, если мы не будем знать качественное и количественное изменение осадков солей жесткости при различных физических воздействиях.

Одним из общеизвестных и используемых методов для уменьшения жесткости является это магнитная обработка воды. Главным требованием при применении магнитной обработки является протекание воды через магнитные поля [2, с. 16].

Известно, что результаты магнитной обработки воды не нашли теоретического объяснения и сами результаты нестабильны и требуют дальнейшего изучения. Поэтому, для понимания процесса, необходимо исследовать воздействие магнитного поля на кристаллы солей жесткости.

Эксперимент был построен следующим образом:

Образец воды объемом 0,5 литра подвергался воздействию градиентного магнитного поля трех кольцевых магнитов индукцией 0,1 Тесла при прохождении через это поле воды со скоростями 0,2 м/с, 0,5 м/с и 0,7 м/с. Образец сразу же помещался в химический стакан, на дно которого было уложено предметное стекло. Затем вода нагревалась до кипения и охлаждалась естественным образом. После достижения комнатной температуры вода через сифон сливалась с очень маленькой скоростью, такой, чтобы движущийся поток не смог сдвинуть кристаллы солей жесткости, опустившихся на дно и оказавшихся на предметном стекле. Затем стакан вместе с предметным стеклом помещался в сушильный шкаф, где полностью удалялась влага. Сухое предметное стекло осторожно извлекалось из стакана и помещалось на предметное стекло микроскопа «Сarl Zeiss Jena». Осадок исследовался при увеличении 100 раз. В результате микроскопического анализа оценивалась плотность осаждения кристаллов в видимом поле микроскопа, агрегатированность кристаллов, производилась сравнительная оценка размеров и габитус кристаллов, а так же качественно оценивалась степень адгезии кристаллов к предметному стеклу.

В качестве предмета исследования была выбрана водопроводная вода из села Заречный, Костанайского района, Костанайской области. Дело в том, что водозабор этого села осуществляется полностью из подземных источников в отличие от водозабора г. Костаная, который осуществляет водозабор из реки Тобол и подземных источников (70% на 30%). Поэтому флуктуации солевого состава, наблюдаемые в реке, не должны были оказать никакого воздействия.

На рисунке 1 показана микрофотография контрольного образца солей жесткости из воды, не подвергавшейся магнитному воздействию.

Рисунок 1. Микрофотография образца осадка солей жесткости, не подвергавшегося магнитному воздействию

Видно, что соли жесткости представлены в основном кристаллами двух типов, которые образуют сросшиеся друг с другом друзы достаточно большой прочности. В дальнейшем такие группы кристаллов способствуют осаждению на них новых кристаллов, образуя плотную накипь. Следует отметить, что эти кристаллики, а особенно сростки их, достаточно прочно прикреплялись к предметному стеклу, что качественно оценивалось по возможности удаления осадка ватным тампоном.

Рисунок 2. Микрофотография образца солей жесткости, полученной при скорости U=0,2 м/с

В результате воздействия магнитного поля на воду, протекающую со скоростью 0,2 м/с, уменьшилось количество агрегатированных кристаллов. Число кристаллов уменьшилось, а адгезионная способность осталась той же. Возможно, это связано с меньшей скоростью протекания, так как магнитное поле на неподвижную воду действует гораздо слабее [2, с. 16].

Рисунок 3. Микрофотография образца солей жесткости, полученной при скорости U=0,5 м/с

С увеличением скорости протекания воды через магнитное поле до 0,5м/с (рис.3) количество кристаллов уменьшилось, но они стали более крупными, а количество сросшихся стало совсем незначительным. Адгезионная способность кристаллов уменьшилась, поскольку для очистки стекла было достаточно провести по нему не более 3-4 раз.

Рисунок 4. Микрофотография образца солей жесткости, полученной при скорости U=0,7 м/с

Увеличение скорости протекания воды до 0,7 м/с привело к тому, что кристаллы солей жесткости стали еще боле крупными, общее количество их уменьшилось, а агрегатированность кристаллов исчезла вообще. Практически все кристаллы имеют одинаковую форму, незначительно отличающуюся друг от друга. Адгезионная способность тоже уменьшилась – стекло легко очищалось за пару проходов тампона.

Таким образом, становится понятным, как происходит изменение качества накипи при обработке воды в магнитном поле. Образующиеся кристаллы накипи увеличиваются в размерах, а адгезионная способность уменьшается. Образовавшиеся кристаллы уносятся с водой в виде шлама и образуют в кухонной посуде легко удаляемый осадок.

Список литературы:

1. Состояние окружающей среды РК департамента экологического мониторинга: информационный бюллетень, 2019. – 376 с.
2. Классен В.И. Вода и магнит: учеб. пособие: Изд-во Наука, 1973. - 112с.