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) 公司基于分子振動理論所開發(fā)的新型水處理裝置。所有的物質(zhì)由分子構成，而分子由原子組成，原子的永恒運動就構成了分子振動，即所謂的分子基礎振動( 布朗運動) ，不同的物質(zhì)有其獨特的固有振動頻率。用激光技術把物質(zhì)的固有振動頻率記錄在水處理器上，這些振動類似于物質(zhì)的分子基礎自然振動和生物信號，把這種固有的振動頻率稱為振動能。把水處理器上儲存的振動能釋放于流體中，流體中的物質(zhì)接受到外來干擾振動波或相同頻率振動波，則產(chǎn)生干擾和共振。
1． 1 振動能的儲存和釋放
高純度硅鋁合金是儲存振動能的理想材料，采用特殊技術將不同物質(zhì)的固有頻率記錄到此材料上，可以長期保存，且可以同時記錄多種物質(zhì)的固有頻率。當水等流體從管內(nèi)流過時，其能量會傳輸至外面的環(huán)上，環(huán)將其記錄的能量信號反饋至流體中，流體就成為振動波的載體，其中的物質(zhì)接受到外來的干擾振動波或同頻率振動波，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幅度加大，當超過庫侖力的束縛時，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動，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)的設備( 通常指金屬設備)腐蝕原因是多方面的，包括化學腐蝕或電化學腐蝕，腐蝕方式有均勻腐蝕、點蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、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)運行的老系統(tǒng)，設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能可使這些金屬氧化物定向轉化為更高價態(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，其反應原理如下。
一般腐蝕反應如下，并且腐蝕會連續(xù)進行：Fe + 2OH － →Fe( OH) 2 + 2e －
在振動能的作用下，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，金屬表面形成堅硬的黑色釉質(zhì)層，起到保護作用，類似于金屬防腐工藝中的烤藍方法。
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的振動能和基礎自然振動能，受此影響，一方面細菌的生物膜遭到破壞而致死，另一方面生物的營養(yǎng)源在振動能的作用下產(chǎn)生了變異，斷絕了生物的營養(yǎng)源。同時，在振動能的作用下，細菌殘骸被解體，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)的應用
2． 1 安裝
量子水處理器被制作成 2 個半圓環(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，如果有必要加強水處理效果，也可以在回水管道上再安裝 1 個環(huán)。水處理環(huán)根據(jù)循環(huán)水的溫度、介質(zhì)的特點分為 A，B，C 等不同型號，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，要考慮選擇專用量子水處理器。
安裝時，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，因為黑色材料對環(huán)上記錄的波有較強的吸收作用。2 個半圓環(huán)之間用 2 根螺栓連接，要求 2 個半圓環(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)或強磁場存在，因為輻射或強磁會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 運行效果評價方法
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)的運行效果進行評價。評價循環(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
因鍋爐沖灰水或強結垢水的水質(zhì)差，如果不對循環(huán)水進行處理，使用一段時間后，管道內(nèi)的垢層( 或灰垢混合物) 會使管徑越來越小，甚至堵塞管道，導致水流量下降，最終影響設備的冷卻、洗滌效果。安裝量子水處理器后，管道內(nèi)原有的垢層會逐漸溶解，新的垢層不會產(chǎn)生，3 個月或更長一段時間之后檢查管道，會發(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
對于結垢較嚴重的換熱器，可能使用幾個月或幾個星期就必須停車清洗。安裝量子水處理器后，不僅換熱器進、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、出口水溫并繪制成圖表，在生產(chǎn)負荷穩(wěn)定的前提下，如果水溫波動不大，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情況較好的地方，過 1 個月或更長時間取出掛片，記錄掛片腐蝕試驗時間 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。年腐蝕率按下式計算：
式中: ρ———金屬的密度;
S———掛片的表面積;
n———掛片腐蝕試驗時間。
為了保證掛片監(jiān)測數(shù)據(jù)準確，掛片腐蝕試驗時間盡量控制在 3 個月左右，且掛片在水流中要避免與設備、水池壁、管壁等發(fā)生碰磨，也不能掛于水不流動處。
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、電導率、濁度、酸堿度等指標進行監(jiān)測。安裝量子水處理器后或停加化學藥劑后，以上指標要繼續(xù)監(jiān)測。
安裝量子水處理器后的最初一段時間內(nèi)，循環(huán)水的濁度、鈣離子、鐵離子會出現(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)運行一段時間后，以上各種指標趨于穩(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 應用實例
( 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)壁結垢嚴重，換熱效率下降。當冷卻水達不到降溫要求時，雖臨時采取外加消防水噴淋降溫措施，也只能使換熱器的生產(chǎn)能力達到80% ，一般情況下運行 56 d 左右就需停車進行化學清洗。
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) 甘肅金昌化學工業(yè)集團有限公司為了節(jié)水減排，鍋爐沖灰循環(huán)水系統(tǒng)的補水采用軟水站生產(chǎn)的濃鹽水，所以沖灰循環(huán)水中鈣離子質(zhì)量濃度高達 2 900 mg /L，循環(huán)水水管結垢堵塞非常嚴重。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。運行半年后打開泵進、出口水管檢查，結果循環(huán)水發(fā)現(xiàn)水管內(nèi)壁光滑、無結垢。在合成氨循環(huán)水系統(tǒng)中，脫碳貧液冷卻器、合成循環(huán)氣冷排等設備由于被冷卻介質(zhì)溫度高，循環(huán)水一側結垢嚴重，特別是夏季，必須進行人工清洗。2010 年 11 月安裝了量子水處理器，運行3個月后打開以上換熱器，換熱器內(nèi)壁無水垢，換熱器溫度指標趨于正常。安裝量子水處理器后，對造氣、壓縮機、合成3 套循環(huán)水系統(tǒng)進行掛片試驗，結果腐蝕率達到或優(yōu)于使用藥劑時的指標。
4 效益對比
原采用化學水處理劑處理循環(huán)水，僅合成氨系統(tǒng)每年需要的緩蝕阻垢劑費用達 35 萬元，還必須有專人負責每天添加藥劑。而安裝量子水處理器后，一次性費用在 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，化學水處理藥劑多為含磷化工原料，磷進入土壤后，會引起水土富營養(yǎng)化，造成長期的環(huán)境污染，同時化學藥劑的生產(chǎn)還要消耗大量的能源。采用量子水處理器后，以上問題不復存在。
5 結語
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)冷卻水結垢、腐蝕及菌藻危害等問題，同樣也能解決高溫水的結垢與腐蝕問題，這是化學藥劑難以兼?zhèn)涞摹Ｊ褂昧孔铀幚砥鳠o須任何能源，管理方便，徹底消除了化學藥劑對環(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的技術應用之一，目前除德國等個別實驗室掌握該項技術外，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。希望我國技術人員加強這方面的技術攻關工作，使該技術盡快實現(xiàn)國產(chǎn)化。
