CN114929631A - 改变极性液体的性质的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于处理极性液体的系统，包括用于提供交变电流的信号发生器以及与信号发生器电耦合的转换器。所述转换器包括螺线管线圈和位于所述线圈的端部并横向于所述线圈的两个铁磁性端部件。在操作时，所述转换器至少部分地浸没于极性液体中并且在用电流激励时向液体中提供磁场，该磁场可以改变液体的性质，例如界面传质速率。该系统可以用于许多不同的工业应用。

Description

改变极性液体的性质的方法和系统

技术领域

本申请涉及用于向极性液体(例如水)提供交变磁场的系统和方法，更具体地，所述方法和系统用于改变液体的性质。

背景技术

已经在各种应用中将磁场施加至极性液体以改变液体的性质。极性液体是含有极性分子的液体。为了使分子具有极性，它必须具有自身内的偶极矩。电偶极矩是由共价键中的原子之间的不相等的电负性引起的。水分子本身是极性的。本文使用的术语极性液体是指至少部分为极性的液体，例如极性液体和非极性液体(例如水和油)的混合物。

具有大梯度的静态场已经用于分离流体内的颗粒。磁场已经用于减少管道内的水垢，并且电磁信号已经用于工业中的许多应用。例如，以Moore等人的名义的美国专利申请20140374236描述了一种液体处理装置，其包括：两个天线；用于容纳包含溶剂和溶质的液体的外壳；发电机，其可操作地连接到两个天线，以在每个天线中产生振荡电压，其中每个电压彼此异相，以建立振荡电场；以及位于外壳中的液体，在存在磁场的情况下，所述液体受到电场作用，以改变溶质的化学和/或物理性质，而液体不接触两个天线。该装置本质上是与信号发生器耦合的缠绕在含有流体的管道周围的导线。Moore等人提出可以将磁场线圈缠绕在非铁质材料或铁质材料周围，该材料的位置靠近含有液体的外壳，但不与液体接触。但是，诸如Moore等人和其它现有技术的参考文献所公开的依附于含有极性液体的管道的装置所提供的输出有限，并且不能用于处理诸如河流和工业池塘等开放水体。

相对于开放水域，以Chew等人的名义的美国专利申请第20180216246号教导了将线圈浸入金属结构附近的海水中，以便在海水中产生离子流，从而防止腐蚀电流留在金属表面。在金属目标附近实践该方法具有成本效益。Morse等人在美国专利第5,606,723号中也采用了在液体中起作用的电场。他们教导了位于气密性壳体中的线圈，在线圈的端部附接有电压探针盘，以将电场传递到溶液中。但是，就此而言，处理大型开放水体或任何其他极性液体依然是未解决的问题，并且依然需要开发新的转换器装置及其使用方法。

发明内容

根据本申请的一方面，提供了一种系统，所述系统用于向极性液体提供交变磁场，以改变极性液体的性质或改变极性液体中的生物材料的生物响应。该系统包括第一至少部分浸入式(ALPIM)装置，该装置包括：用于产生第一交变电流的第一信号发生器和用于浸没于极性液体中的第一转换器。第一转换器包括：导电螺线管线圈，用于与第一信号发生器电耦合，以提供响应第一交变电流的交变磁场，导电螺线管线圈由多个各自具有内部的环形成，环的内部形成线圈的内部，其中当第一转换器浸没于极性液体中时，基本上阻止极性液体渗入导电螺线管线圈的内部；以及两个铁磁性端部件，线圈的每个端部设置一个铁磁性端部件，铁磁性端部件横向于线圈，并与线圈电隔离，当系统浸没于极性液体中并且进行操作时，所述两个铁磁性端部件用于对磁场的在线圈外部并穿透液体的部分进行整形。基本上阻止极性液体渗入导电螺线管线圈的内部，在某种意义上是说，导电螺线管线圈的内部的至少65％不允许极性液体进入，优选地导电螺线管线圈的内部的80％不允许极性液体进入，更优选地导电螺线管线圈的内部的100％不允许极性液体进入。

根据另一方面，提供了一种系统，该系统包括第一至少部分浸入式(ALPIM)装置和第二至少部分浸入式装置，每一个ALPIM装置包括用于产生交变电流的信号发生器和包括导电螺线管线圈的转换器。该系统还包括用于控制第一ALPIM装置和第二ALPIM装置的控制中心。每个转换器可以包括两个端部件，每个线圈的端部设置一个端部件，端部件横向于线圈设置。

附图说明

通过如附图中所示的实施例的以下描述，本申请的前述和其他目的、特征和优势将变得清楚，附图中各个视图都有的参考标记指代相同的部分。附图并不一定按比例绘制，而是将重点放在举例说明本申请的原理上：

图1是现有技术的转换器的横截面视图。

图2是本申请的转换器的横截面视图。

图3是本申请的转换器的横截面视图，示出了当转换器通电时的线圈外部的磁通量线。

图4是本申请的转换器的横截面视图。

图5是本申请的用于用磁场处理极性液体的系统的示意图。

图6是本申请的多转换器系统的示意图。

图7是本申请的转换器的三个实施例的示意图。

图8是本申请的方法的流程图。

具体实施方式

我们已经发现，通过用低于1安培(优选地，几百微安或更低)的非常小的交变电流来激励由多个导线环形成的电绝缘的导电线圈，并且将激励的线圈放置在极性液体(例如水)中，可以产生从线圈引发并穿过绝缘部的交变磁场，所述交变磁场将通过改变极性液体的性质(例如气体交换速率或其他性质)的方式来影响暴露于磁场的极性液体，并且受影响的液体进而通过传染(contagion)效应或多米诺效应对距离很远(至少数十米)的极性液体产生作用，从而改变与引发磁场的线圈如此远距离的极性液体的一种或多种性质，所述线圈在下文中被称为转换器。调整气体传输速率或其他性质的益处有很多，并且可以应用于许多工业应用。有利地，环或线圈转换器对极性液体的电导率不敏感，因此对液体的pH值不敏感，从而，无论处理容器附近的电导率或电气接地环境如何，都允许将该转换器用于许多不同的液体中。

已经有人尝试提供将电流或电场发射到水中的浸没装置。但是，我们认为电流或电场的存在可能会产生不利影响。由于存在杂质和掺混物，电场会产生可能对人和其他生物有害或至少不愉快以及可能使得靠近装置的结构腐蚀并形成矿物质的电流。本文公开的方法使用磁场来影响液体。如果被浸没的装置在水中引发电流，则水中的电流会产生二次磁场，该二次磁场不同于由装置内的电流产生的磁场。我们的目标是使用没有电场的磁场。我们的线圈转换器可能产生的任何电场都是不想要的并且小于1V/m或显著更低且可以忽略不计。磁场可以通过转换器内的线圈来产生，同时在理想情况下转换器产生的电场为零。

我们已经发现，仅使用交变磁场并通过对磁场进行整形来增强所述磁场的作用，我们就能够以极低功率的信号产生低强度的交变磁场并在40米或更远的距离处改变极性液体的性质。我们认为，当将用具有合适的频率和幅值的合适电信号适当地激励的转换器放置在极性液体中时，从线圈引发得到的交变磁场会影响紧靠线圈的液体，从而改变线圈附近的液体的性质。令人惊讶的是，这种作用通常只要几分钟就可以通过液体扩大。应当注意场传播的速度(即在特定介质中的光速)与改变液体的作用的速度(其明显小于光速)之间的差异。可以将所发现的这种作用视作液体分子中的多米诺效应：由转换器产生的磁场会影响转换器附近的液体中的分子和/或分子间键。我们已经发现，当我们使用具有合适的频率和幅值的信号时，受影响的液体部分会在离转换器一定的距离处影响另一部分的分子，依此类推。术语“多米诺效应”是指链接的一系列事件，而事件不一定像多米诺骨牌的情况那样是机械的。该效应可以被称为链反应或传染效应。

本申请提供了具有成本效益的转换器，其具有相对小的尺寸。该转换器能够改变在一定距离处的极性液体的性质，并且可以使用多个转换器来处理大型开放水体。转换器还提供了对极性液体内的生物材料的生物响应的改变。

本文公开的转换器以非常低的功率操作并具有远达效应。举例来说，这样的转换器可以日积月累地改变离放置转换器的地方很远距离处的水的传质速率。令人惊讶的一种情况是，小于1毫瓦的信号能够产生在距离开放水域的处理点150m处可测量到的效果。

此外，可以将相对较小的线圈转换器浸入水体中，并且可以容易地将该转换器定位或从一个位置移动到另一位置。已经对包括信号发生器和浸没式转换器的浮动设备进行过测试，并得到了成功的结果。

图1示出了由缠绕在直支撑体12b上的螺线管(柱形)线圈所提供的磁场。靠近螺线管的磁场线34基本上彼此平行并且具有相同的极性。(在一具体时刻)基本上单向的磁场的这部分35可以提供累积效应，该累积效应使浸没有线圈的位置周围的极性液体的特定性质发生改变。优选的是，线圈是螺线管线圈，由于螺线管的细长柱形形状提供了围绕螺线管的磁场，磁场几乎平行于螺线管的纵轴并且与线圈很接近。由于磁通量的会聚线的极性彼此相反，螺线管的端部可能具有有害作用，因此希望减小或能够排除该作用。期望的是扩大线圈周围的其中磁力线接近于彼此平行的空间，以使更多的液体可以经受磁场的累积效应。在一个实施例中，这是通过使用很长的螺线管线圈来完成的。在优选的实施例中，借助于位于线圈的端部并横向于线圈的铁磁性端部件来对磁场进行整形。参考图3，铁磁性端部件重塑了线圈外部的磁场，从而扩大了环35(图1)，环35中的磁通量线基本彼此平行。

另外，支撑体12b内的磁场线具有不同的极性。因此，如果液体能够进入线圈的内部，则累积效应将被消除。因此，期望的是防止液体被磁场的相反方向所影响。这可以通过阻止液体进入线圈的内部来实现，例如将铁磁芯或任何种类的支撑体或填充物放置在线圈的内部来实现，或者通过将线圈放置在阻止液体进入线圈的内部区域或极性区域的容器内来实现；但是磁场必须能够通过该容器。铁磁芯具有增加磁通量密度以及阻止流体进入线圈内部的作用。任何放置在线圈内部的非铁磁体优选地延伸超过线圈的端部，以便在磁极处阻止液体进入相反极性最集中之处。

已经进行了以下实验，其中设计了转换器，用于在每个具体时刻增强磁场的单向部分的作用，同时阻止磁场的具有相反极性的另一部分穿透液体。磁场的单向部分35应当理解为包含由线圈产生的磁场的一部分的空间体积，其中，该体积内的磁场线在某一具体时刻基本上彼此平行，而在另一时刻可以具有相反的方向。

图2示出了示例性实施例。转换器10具有缠绕在芯12a周围的电绝缘的导线的螺线管线圈11。在此处和附图中的其他地方，带有十字的圆圈表示电流流入附图平面的线圈的环的横截面，而双圆圈表示电流流出附图平面的线圈的环的横截面。导线的绝缘部允许磁场穿过。线圈的两个端部与信号发生器(未示出)的两个端子电耦合，使得交变电流可以从信号发生器流过线圈11并流回信号发生器。在操作中，将2.5kHz正弦波形式的交变电流提供给线圈11。交变电流的幅值的均方根(rms)为133微安。众所周知的是，从线圈11引发并在线圈11之外产生磁场。转换器10具有由铁磁性材料(例如软钢或不锈钢)制成的芯12a。平面状端部件14和16与芯构成整体，所述平面状端部件14和16也由软钢或不锈钢或其他合金制成，且相对磁导率为100至5000，甚至可能更高。芯12a的高度为h＝3.5cm，并且端部件的直径(最大尺寸)为W＝5cm。

图3示出了通量32的磁力线，由于芯的细长且基本上直的形状并且由于垂直于芯延伸的端部件14和16的场整形效应，所述通量32的磁力线是基本上平行的。不受约束地，芯12b没有极性端部件，通量34的磁力线不平行，如图1所示。为了获得对放置有转换器的液体的更强的作用，优选具有基本上平行的通量线。转换器10的芯12a的磁极上的端盖14和16(图2和图3)压缩了通量32的磁力线，使得线圈11和芯12a之外的通量线几乎平行。

现在转到图4，显示的转换器10具有高度h和半径R1。半径R2定义了从金属芯12a的中心到具有N匝的线圈11的外部的半径。举例来说，线圈的高度为L＝3cm，h＝3.5cm，R1＝2.5cm，R2＝0.8cm，N＝44匝的绝缘的22号单股导线。芯由软钢制成。

已经用所述转换器进行了实验，以便观察将水暴露于如本文所述的磁场对跨气泡的空气-水界面的传质速率的影响。已经发现几个频率和电流的搭配提供了比其他搭配更好的结果，特别是在至少10米的距离处实现极性液体的性质的显著改变：0.100mA的电流下2500Hz，0.099mA的电流下2700Hz，和0.140mA的电流下4000Hz。寻找优选参数是基于有关该技术如何工作的理论假设，并且包括在测量效果的同时调整参数。可以通过实验发现更多这样的参数。期望的是，对于分别偏离了特别优选的参数±10Hz和±15μA的频率和电流的情况，可以实现有利的效果，尽管可能会略微降低。相同的参数可以有利地与其他转换器一起使用。应当理解，磁场的参数和所需要的电信号可以取决于液体而变化，例如取决于水中污染物的含量和性质。容器或水体的几何形状也可以影响实现所期望的效果所需要的参数。

对于图2至图4中所示的实施例，我们已经证明了，阻止磁场在线圈11内部的部分与流体、磁场的其他部分、线圈11外部的部分接触，能够显著且有效地改变浸没有线圈的液体的性质。因此，阻断内部磁场或阻止液体进入线圈内部的磁场都会允许线圈11外部的磁场显著地改变液体的性质。所提出的转换器的设计确保了这些不同区域中的磁场不会同时通过极性液体，否则它们将对彼此产生不利影响，从而不会使极性液体的性质产生所需的改变。优选地，完全或基本上阻止图2的线圈内部的磁场通过液体传播，在次优选的实施例中，阻止线圈11内部的磁场的至少75％穿透极性液体。相对于线圈外部的磁场的部分，从线圈引发的线圈外部(即排除线圈本身及其内部占用的空间)的磁场的至少10％，优选50％，更优选75％穿透液体是有利的。我们已经发现，进入线圈的内部的水具有不利影响，并且完全阻断线圈的内部内的磁场对水的影响为我们提供了优异且令人惊讶的结果。我们认为，线圈的开口(内部)应该被阻断至少65％，更好80％，理想下100％。

图2至图4示出了实施例，其中如果向转换器提供电流为约133微安的约2.5kHz的交变信号，则可以改变极性液体的诸如界面传质速率的性质或其他性质。当然，所述实施例不限于该频率或电流，其仅仅是提供令人惊讶的有利结果的示例性值。我们认为，100Hz至20kHz之间的频率会产生极性液体的性质变化，其中优选的频率区间为1kHz至5kHz之间。

前述的转换器可以用于用磁场改变极性液体的性质的系统。参考图5，该系统包括：信号发生器910，其用于产生交变电信号；以及至少一个转换器920，其具有导电线圈930，该导电线圈930具有绝缘部，该绝缘部使线圈的环彼此电绝缘，然而允许磁场通过。没有电流从装置传送到极性流体。

线圈930与信号发生器910耦合，使得发生器910可以向线圈930提供交变电流，从而提供围绕线圈930的磁场。

优选地，线圈930是螺线管线圈，即柱体，在某种意义上，它具有直中心轴线，并且垂直于该轴线的所有横截面具有相同形状，然而不是必须是圆形。举例来说，芯12a(图3)可以是具有正方形横截面的钢条。缠绕在这样的芯周围的导线形成柱体，其中横截面类似于带有圆角的正方形。柱体的高度可以在3cm至50cm的范围内，虽然在其他应用中也可以使用长于10米的线圈。

线圈由多个导电金属(例如铜导线)的环形成，并且是电隔离的，例如被护套覆盖。导线被成形为线圈，可以缠绕在直支撑体周围，从而形成多个环。环的数量可以在20到2000的范围内，在某些应用中可以超过5000。每个环都具有内部，并且环得内部的堆叠形成线圈930的内部960，其中可以设置支撑体或芯。

当转换器被浸入液体中时，使线圈内部960免受液体的影响，从而基本上阻止磁场在线圈930内部的部分穿透液体。线圈930的内部960可以用如本文其他地方讨论的某些材料填充，或者可以被密封。尽管图5将线圈930显示为具有单层导线，然而线圈930可以由一层、两层或更多层导线形成，其中下一层环绕前一层。图2示出了参考图5描述的转换器的实施例，其中线圈11具有两层导线。

转换器920具有两个端部件940和950，用于对磁场在线圈930外部的部分进行整形，从而使该部分穿透液体。端部件940和950横向(优选垂直)于线圈930地设置在线圈930的端部，使得端部件之间的磁场力线基本上平行于线圈930的中心轴线。端部件940和950是与线圈电隔离的。端部件940和950中的每一个由相对磁导率是在处理的极性液体的相对磁导率的至少100倍的一种或多种导磁材料制成，优选由相对磁导率为100至5000并可能更高的铁磁性材料(例如软钢或不锈钢或其他合金)制成。端部件可以用合适的材料涂覆以防止腐蚀。端部件940和950可以是平面状的并且垂直于线圈。它们可以是圆形的并且以线圈为中心。端部件的直径(最大测量值)优选为线圈高度的至少一半，线圈高度可以为3cm≤L≤50cm。

线圈930的内部960可以用任何材料填充或被密封，以确保基本上阻止液体进入线圈的内部，并且因此液体不受磁场在线圈的内部中的部分的影响。理想情况下，阻止100％的液体进入线圈的内部。次优选地阻止80％，更次优选地阻止65％。换句话说，优选地，线圈的整个内部都不能由极性液体进入，并且次优选地，线圈内部的至少80％不能由极性液体进入。理想情况下，线圈的内部被完全阻挡，以便防止极性液体进入线圈内部。在一个实施例中，线圈的内部960用一种或多种非铁磁性材料填充，非铁磁性材料是相对磁导率小于或等于1H/m的材料。芯可以用合适的材料涂覆以防止在液体中被腐蚀。

在一个实施例中，线圈930的内部960是密封的，例如通过将线圈放置在允许磁场穿过其中的容器内来密封，使得当将转换器920至少部分地浸入液体中时，该液体不能够进入内部960。端部件940和950可以在容器外，使得液体可以受磁场在端部件之间的部分的影响。在一个实施例中，线圈内部仅被部分密封，而开口不与液体接触，例如将转换器920设置在液体的表面。

在一个实施例中，线圈的内部用空气或另一种气体或气体混合物填充，可以在液体的表面处支撑装置。在另一个实施例中，线圈的内部为真空并被适当地密封。

在一个实施例中，线圈930的内部960可以包含直芯，该直芯由适合于端部件940和950的材料形成，所述材料优选是铁磁性材料，以增加由线圈产生的磁通量密度。端部件940和950可以与芯电耦合，或如图2所示与芯成一体，图2中转换器10是转换器920的实施例。但是，端部件940和950不是必须与芯接触，尽管它们应当被设置在线圈的端部，紧靠线圈的端部并且优选地与芯接触。在一个实施例，芯和端部件是与液体电隔离的。

在图7所示的实施例中，端部件14'和16'的表面14a和16a可以被称为内表面，在某种意义上，每个内表面面向另一端部件。内表面14a和16a是倾斜的或弯曲的，使得它们在线圈处彼此较远并且在远离线圈处彼此较近。这样布置的目的是对磁场在线圈外部的部分进行整形，以便扩大线圈11周围的空间部分35(图1)，空间部分35中的磁场线34基本上彼此平行。

在一个实施例中，螺线管线圈被密封在不透水容器340(图7A)内，该容器沿着线圈紧贴并显著地延伸超过线圈的端部至少线圈高度的1％或5％，优选至少线圈高度的10％，更优选至少线圈高度的20％，以便阻止液体进入线圈的内部和磁场的极性部分。在又一个实施例中，出于相同的目的，线圈具有非磁芯350，该非磁芯350显著地延伸超过线圈的端部至少线圈高度的1％或5％，优选至少线圈高度的10％，更优选至少线圈高度的20％。当然，转换器可以仅部分地浸入极性液体中。后两个实施例可以包括如本申请中所描述的端部件。

信号发生器910(图5)可以被配置用于提供具有预定幅值和频率的周期性电流。电流优选小于3安培，更优选小于500mA，更优选小于50mA。可以使用反馈环基于测量的参数来控制电信号，所述测量的参数可以是但不限于气体交换速率、表面张力、粘度、凝固点温度或蒸气分压的值。信号发生器910可以能够提供多个预定频率或预定范围的频率，并且该系统可以利用从多个频率中确定为最佳的频率。能够测量诸如气体交换率、表面张力、粘度、凝固点温度或蒸气分压的值等参数的测量仪器可以与反馈电路连接，所述反馈电路可以用于调节提供给转换器的信号的频率和幅值，以优化或增强需要改变极性液体性质的过程。

特别地，信号发生器910可以被配置以在以下模式中的至少一种下工作，通过实验已发现这些模式可以提供有利结果：0.100mA的电流下2500Hz，0.099mA的电流下2700Hz，和0.140mA的电流下4000Hz。可以预期，对于分别偏离了具体的最佳参数+/-10Hz和+/-15uA的频率和电流的情况，几乎可以实现有利的效果，虽然该效果可能被降低到峰值效率的约63％。

转换器920和信号发生器910可以是ALPIM装置970的一部分，ALPIM装置970用于被至少部分地浸入工业池塘、河流、海洋等中。优选地，信号发生器和转换器被分别地容纳并且通过一对电线或同轴电缆连接。在一个实施例中，线圈被至少部分地浸入液体中，而信号发生器没有被浸入-它可以驻留在线圈所依附的筏子(raft)上。在另一个实施例中，信号发生器被至少部分地浸入液体中。然后，装置920的内部提供电隔离空间，该空间中容纳操作该装置所需要的电子设备。在一个实施例中，ALPIM装置包括浮动机构，例如泡沫漂浮压载物。在一个实施例中，通过将空气或泡沫留存在其中持有电子设备的密封容器中来提供漂浮。泡沫有助于避免空气的昼夜膨胀和收缩以及随之而来的电子设备壳体内的水分凝结。可以使用穿过泡沫的金属带来允许电子设备电路产生的热量的传递。ALPIM装置970可以具有用于与控制中心或其他转换器和/或GPS接收器进行无线通信的天线。本领域技术人员将理解，如果不同实施例的特征不是互斥的，则可以将它们组合。

在操作中，可以使用一个或多个转换器来向极性液体提供磁场，以改变极性液体的性质。参考图8，该方法包括以下步骤：(A)将第一转换器至少部分地设置在极性液体内，其中所述转换器包括第一导电螺线管线圈，第一导电螺线管线圈由多个各自具有内部的环形成，多个环的内部形成线圈的内部，其中线圈的内部被填充、被密封或在液体外具有开口，以便阻止来自线圈外部的极性液体渗入线圈的内部，以及(B)向线圈施加第一交变电流，以产生围绕线圈的第一磁场，该磁场具有在线圈内部的部分和在线圈外部的部分，该外部部分穿透极性液体。第一交变电流具有的第一频率和第一幅值使得第一磁场的外部部分作用于极性液体，从而使离第一转换器至少5米的距离处，优选地离第一转换器至少10米的距离处的极性液体的性质发生改变，更优选地，该距离为至少40米，甚至更优选地，该距离为至少150米。我们认为，由磁场产生的效应是如上文讨论的多米诺效应。优选地，转换器不产生大于1V/m的在转换器外的电场。即便是可能由线圈产生的非常小的电场也是不想要的。图8示出了该方法的流程图，其中方法步骤810和820可以以任何顺序进行，包括同时执行。

极性液体的性质是极性液体的固有性质，例如粘度、表面张力、极性液体的气相的平衡分压、特定气体的最大溶解气体饱和浓度、汽化热、凝固点或沸点。对于诸如通过液体表面处的界面膜的气体交换速率和液体中的气泡的气体交换速率等性质，已经证明了该方法的优势。发明人认为，可以如本文所述地使用磁场来控制极性液体的其他性质。液体的特定性质的改变值取决于该性质本身和所涉及的物理机制。特别地，在离转换器5米的距离处，极性液体的气体交换速率的变化为至少5％，极性液体的表面张力的变化为至少1％，极性液体的粘度的变化为至少0.5％，极性液体的凝固点温度的变化为至少0.1℃，或极性液体的蒸气分压的变化为至少1％。

所需的使得改变可检测到的时间取决于与转换器的距离。在我们的实验中，在10米处，界面传质速率的改变在2分钟后是显著的，在6分钟后是明确无误的，并且在96小时后继续增加。在150米处，在24小时内也测量到了这种影响。通常，在10分钟内在5米的距离处的极性液体的性质会发生改变。

交变电流可以具有正弦波形、梯形波形、三角形波形等。转换器中使用的电流的频率和幅值取决于具体的液体，并且可能取决于需要改变的性质。我们的实验显示，某些频率产生的改变大于和/或快于其他频率。本文提供了已研究的参数。当这样的参数未知时，系统可以被配置以通过一系列频率进行扫描，具体频率保持预定的时间间隔，同时监测液体的性质。通常，用于激励转换器的电流的频率大于100Hz且小于5000Hz，幅值的均方根小于3安培，优选地小于500mA，更优选地小于50mA。

应当理解，当线圈的内部是空的但是对液体来说不能进入(例如密封的)时，本文公开的方法可通过简单地使用具有多个匝而没有芯12a的线圈来实施。在另一个实施例中，提供了导磁芯。可替代地，芯可以是塑料线轴，所述塑料线轴例如用于形成多匝导线从而得到线圈。线轴可以是不会对转换器的性能产生不利影响的另一种材料，或者可以没有线轴或芯的存在，并且可以通过其他手段阻止液体进入线圈的内部。

图2至图4示出了转换器，如果向转换器提供交变信号，例如电流为约133微安的约2.5kHz的交变信号，则可以通过该转换器改变极性液体的诸如界面传质速率的性质或其他性质。当然，该方法不限于该频率或电流，其仅仅是提供了令人惊讶的有利结果的示例性实施例。我们认为，100Hz至20kHz之间的频率会产生极性液体的性质变化，其中优选的频率区间为1kHz至5kHz之间。

参考图6，可以在多转换器系统200中使用前述转换器。该系统包括至少两个转换器210和230以及控制中心250。每个转换器包括用于在被提供交变电流时产生磁场的线圈。优选地，转换器为柱形线圈，并且包括如上所述的端部件。但是，可以在控制中心250的控制下使用其他转换器。优选地，每个转换器与自己的信号发生器电连接。如图6所示，第一信号发生器220提供交变电流给第一转换器210，并且第二信号发生器240提供交变电流给第二转换器230。在另一实施例中，一个信号发生器向两个或更多个转换器提供电流。

回到图6，可以将转换器放置在容器或开放水体或污泥等260中。举例来说，可以将ALPIM装置201和202彼此以一定的距离D(20cm≤D≤300m)放置为至少部分地浸入工业池塘、河流、湖泊或海洋，所述浸入式装置201和202中的每一个含有转换器以及优选地信号发生器。控制中心250可以位于岸上或其他地方，并通过任何通信协议(优选无线地)与装置201和202通信。在一个实施例中，可以在没有控制器的情况下部署多个转换器。

我们已经发现，通过将两个转换器(例如两个线圈转换器)放置在极性液体或水体内，取决于如何操作两个转换器，可以获得不同的效果。这提供了方便的方式，以该方式可以控制所需的极性液体的性质，例如极性液体的粘度、表面张力、气相的平衡分压、最大溶解气体饱和浓度、汽化热、凝固点或沸点。

两个或更多个转换器可以一起使用并受同一控制中心的控制，其中转换器中电流的频率相同并且第一和第二交变电流同相，从而具有零度相位关系(zero degree phaserelationship)以增大极性液体的变化。我们已经发现，通过使用被提供有相同频率的交变信号且其中信号同相的两个转换器10，界面传质速率增加得比单个转换器所提供的更多。举例来说，当引入具有相同频率且同相的第二转换器时，由单个转换器所提供的界面传质速率的16％的增加进一步增加到20％；转换器应以合适的距离隔开，以使所需要的效果最大化。例如，多个转换器可以沿着水体(例如通道)隔开，以便改变所放置的转换器围绕的通道区域中的水的冻结温度。调整提供给两个转换器的两个信号之间的相位使得两个信号异相，即，通过使量变化而使相位偏移或偏斜，会减弱所需要的效果。性质改变减少到接近零或约为零，在这种情况下，转换器几乎没有或没有效果。尽管如此，由于使相位偏斜会减弱所需要的效果，因此通过以小偏移量(逐渐地)调整相位的方式进行调节是可以实现控制所需要的效果的方式。例如，通过用具有同相信号的两个转换器实现的界面传质速率的20％增加可以通过相应地使相位偏斜而减少到例如10％。在一个实施例中，该系统包括两个或更多个转换器，并且包括用于使向第一转换器提供的电流频率与向第二转换器提供的电流频率之间的差值逐渐变化的机构，以控制由转换器的磁场在极性液体中产生的效果。相变机构可以在电路和/或软件中实现，并且可以设置在控制中心中。

此外，两个或更多个转换器可以一起使用并受同一控制中心的控制，其中转换器中电流的频率彼此不同，以与由一个转换器单独引起的改变相反地改变极性液体的性质。相反的改变被理解为相对于当液体还没有被磁场处理时的性质基线是相反的。基线是打开转换器并以任何方式影响液体之前的液体的自然状态。举例来说，一个转换器可以使衡量液体性质的特定参数增加到表征未处理的液体的基线以上，而两个具有偏移频率的转换器将使同一参数降低到基线以下。

我们已经发现，两个转换器之间甚至为1Hz的频率差都会改变对极性液体的效果，从而将界面传质速率降低到未处理的极性液体的界面传质速率以下，而不是提高界面传质速率。界面传质速率是可以被改变的许多性质之一。在频率偏移为5Hz时发现了相同的效果。如果我们使相位逐渐偏移，则效果会一直慢慢地减弱到零。这很重要，因为它可以允许我们控制效果的强度。

有利地，本文公开的系统可以放置在容纳该系统的任何液体内。它可以根据需要按比例放大或缩小尺寸。不同的工业应用可以决定放置我们的装置的不同深度。在大多数开放水体中，修复工作是由水体表面上的氧气转移驱使的。优选实施例是将一个或多个转换器用浮动装置放置在水面附近，以适应水位的波动。相反，需要放置在具有水流的管道或管路之外的现有技术系统，要求管道能够允许磁场穿透并流过而不显著影响磁场。此外，这样的系统不能容易地从一个位置移动到另一位置。一旦固定于管道，该系统通常就保留在原位。

本文中用于分离乳液中的极性液体和非极性液体的方法可以包括：将乳液引入混合腔室中，并使第一转换器和第二转换器与极性/非极性乳液接触；将具有选定幅值和频率的选定信号施加到第一转换器，并且将至少与第一转换器的信号差1Hz的选定信号施加到第二转换器，使得转换器提供两个频率略有偏离的信号和磁场给乳液，以产生水表面张力的改变。在温和的混合条件下，所得的相应较高的油/水界面张力将有利于在极性液体和非极性液体中碰撞的非极性液滴的聚结。温和的混合条件可以由配备有机械缓冲器的容器中的机械混合器产生或者由配备有混合阀的管道段产生，以产生5-50的腔室/管道雷诺数。期望的是，根据极性液体中非极性液体的浓度的倒数产生10-30的腔室/管道雷诺数。对于极性液体中非极性液体的浓度较低的情况，应当将腔室雷诺数调整为较高。对于极性液体中非极性液体的浓度较高的情况，应当将腔室雷诺数调整为较低。同一组原则将适用于非极性液体中的极性液体。优选地，在混合腔室中的停留时间为1-30分钟。将停留时间定义为有效腔室体积除以乳液流动速率。以上描述是可用于实现本文给定的特定混合条件的许多机械布置中的两种。离开混合腔室的混合的乳液进入用于极性/非极性乳液的常规工业分离器以进行下一阶段的处理，以实现作为目标的极性液体和非极性液体的加速分离。

在操作中，转换器可以至少部分地浸没在用于制造产品或用于洗涤产品的极性液体中。施加交变电流可以减少产品的干燥时间。在另一个实施例中，极性液体是乳液，并且施加交变电流有助于分离至少一部分乳液。

前文所述的转换器或具有不同的操作模式且间隔开的多个这样的转换器可以用于改变水体中的水的条件，通过在存在低强度磁场的情况下增加溶解氧的含量和增加氧化还原电势(ORP)，以有利于需氧细菌和所添加的硅藻的生长(是减少残留氨浓度和抑制蓝细菌生长等的手段)，来改变水体中的水条件。

由水的富营养化导致的停滞水中的蓝细菌过剩是世界性的问题，尤其是因为蓝细菌的植物性分泌物可能具有毒性。

目前，湖泊和水坝的停滞水中的蓝细菌是借助于使用浮动结构的生物机械设备来处置的，该生物机械设备是基于对水中的磷和氮进行生物还原的原理通过栽培特殊的水生植物而建立的。这些装置的缺点是效率低，需要照顾植物生长以及由于植物的生长期而受到限制。

因此，本申请提供了一种可行的具有成本效益的系统和方法，该系统和方法用于从具有残留氨和蓝细菌(通常被称为蓝绿藻)的大型水体中显著减少残留氨和蓝细菌的存在。已经发现，用硅藻播种水体减少了蓝绿藻水华或赤潮藻水华的存在。然而，已经发现单独的这种处理不总是足够可靠和有效。

提供了根据本申请的方法以用于减少残留氨和/或蓝绿藻的存在，该方法包括：用硅藻种群播种水体；如果水体的化学组成允许，则添加少量的硝酸盐和微量营养素；以及通过将转换器浸没水中并在水体内提供磁场来改变水体的面貌，使得在与没有提供磁场的情况相比存在高ORP和更多溶解氧的情况下，水中的硅藻和硝化细菌被“激活”。

本文公开的方法的令人惊讶的出乎意料的方面是，非常低强度的交变电信号会影响水的溶解氧含量、ORP(氧化还原电势)和其他理化性质，并因此影响距离信号源至少5米，更优选地，至少50米处的硅藻和硝化细菌的生长。我们认为，该效果是前文描述的多米诺现象的作用，通过该作用，受到磁场作用的水分子的某些性质发生了改变，从而影响了附近的其他分子，并在相当长的距离内反复发生。

硅藻是具有二氧化硅细胞壁的单细胞藻类。硅藻可以在其生长过程中吸收氨和硝酸盐。与不具有内膜的蓝细菌不同，硝酸盐可以穿过硅藻的细胞膜迁移并在硅藻内被还原为氨，然后转化为用于硅藻生长及其通过细胞分裂进行的繁殖的氨基酸。另一方面，水中存在铵离子对于蓝细菌的孢子和异形胞的萌发是必需的。蓝绿藻和硅藻对水中氨的竞争也可能受到水中氮磷(N:P)比的影响。

已发表的研究显示，硅藻、蓝细菌(蓝绿藻)和叶绿素(绿藻)对氨和硝酸盐的摄取具有竞争性。当生物需氧量(BOD)超过5ppm时，硅藻具有高的硝酸盐摄取速率，所述硅藻尤其是由梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、肘状针杆藻(Synedra ulna)和各种种类的菱形藻属(Nitzschia)的组合组成的物种。

在由转换器产生的高溶解氧和ORP(+50至+350mV)环境下，大多数铵离子被水体中存在的需氧硝化细菌氧化为硝酸盐。但是，当有机污泥大量存在时，它争夺水中的溶解氧，正如在夜间反复发生的溶解氧在水体中下降至接近零所证明的那样。直到污泥诱发的对溶解氧的竞争性需求开始下降之前，水体中存在铵离子可能将持续存在。因此，蓝绿藻也将继续存在，直到水中有足够的溶解氧和/或硅藻，以消除水中任何显著存在的氨和/或磷酸盐。单独用硅藻播种水体将不会有效地始终抑制蓝绿藻的生长。

但是，用硅藻播种水体并通过将转换器浸没水体内而使水体受到磁场作用可以日积月累地减少该水体中蓝绿藻的量。

为了影响要处理的水体，磁场必须能够在某一时刻穿透要处理的水，从该时刻开始，多米诺效应在水体中传播并超出了紧邻将磁场引入水中的转换器的范围。这可以通过产生基于信号发生器所产生的信号的电流来实现。使用具有预定频率和幅值的正弦波来产生需要的信号，以向效应器或转换器提供需要的电流，该电流导致磁场的产生，该磁场从转换器引发，围绕着转换器，并位于转换器之外。提供转换器并将转换器浸没在有待被影响的液体中具有许多优势。例如，通过直接引入至有待被处理的液体样本中，由交变信号激励的适当尺寸的这种类型的转换器可以用于改变湖泊、池塘、污水浅水湖(lagoon)、蓄水池、雨水池塘和类似水体、容器或管道中的水的性质。此外，这种类型的转换器以毫瓦范围内的非常低的功率操作并具有远达效应。我们已经发现，适当尺寸的根据本申请的转换器能够日积月累地影响距离放置转换器的地方数十米处的水中的溶解氧的量。通过我们使用的转换器，一种令人惊讶的情况是，在约2.5kHz的频率下，约133微安的信号能够产生在距离开放水域的处理点超过40米处可测量到的效果。

本文公开的方法可以包括：利用所描述的转换器使在大型水体内播种的硅藻暴露于低功率交变磁信号。取决于水体中的残留氨浓度和蓝绿藻存在的程度，水体中的有效活硅藻浓度应当在每毫升(ml)100-10,000个中间计数(medial count)的范围内。出于成本效益考虑，优选的活硅藻浓度应为每毫升1,000-5,000个中间计数。对于需要大量和加速处理的水体，将活硅藻的浓度提高到每毫升10,000个中间计数以上可能是更优选的。高溶解氧和硅藻存在的增多将促进鱼种群的生长。硅藻的生长和鱼对其的消耗将恢复水体的平衡生态。活硅藻与硝酸盐和/或微量营养素的可以来自商业供应商，例如Lake Savers(http://lake-savers.com/our-solution/repair/)、Nualgi Ponds(https://nualgiponds.com/)等。

可以通过在播种之前先向水井提供低功率信号，并且在进行播种后的一段时间内继续提供信号来对水体进行预处理。

可替代地，如果水体中没有鱼并且溶解氧浓度低于每升3毫克(3mg/l)，则优选先用如上所述的低功率信号激励的转换器来处理水体，直到溶解氧的含量保持在高于3mg/l，然后再引入添加的活硅藻。通过继续施加低功率信号，优选的溶解氧含量应当保持在高于5mg/l，ORP应当保持在高于+150mV。播种活硅藻后，并且当活硅藻的浓度为每毫升至少1,000个中间计数，优选为每毫升5,000个中间计数或更高时，可以将当地的鱼引入水体以保持生态平衡。

在另一个实施例中，水体中的溶解氧可以为5mg/l。具有低功率信号的转换器仍应当在将活硅藻播种到水体之前或之后不久部署，以维持ORP始终高于+150mV并“激活”活硅藻和硝化细菌。

在持续输入营养素的废水浅水湖中，可以继续使用具有低功率信号的转换器，以维持高于3mg/l的高溶解氧含量，高于+150mV的ORP，以及高于每毫升1,000个中间计数的活硅藻浓度。

如果在处理过程中，活硅藻的浓度即将降至每毫升1,000个中间计数以下，则可以另外一次地将活硅藻播种到水体中，以始终保持水中活硅藻的浓度为每毫升2,000至5,000个中间计数，直至已经达到为目标的残留氨浓度和所需要的蓝绿藻控制为止。

在另一个实施例中，如果目标水体的活硅藻浓度高于每毫升5,000个中间计数，则单独施加低功率信号而无需进一步播种活硅藻就可能足以实现为目标的残留氨浓度和蓝绿藻控制。

如果目标水体被固态冰层覆盖，则可以部署低功率信号并随之部署水下空气扩散器，以提供充足的氧气源，以将水中的溶解氧含量和相关的ORP提高到优选的高于5mg/l的溶解氧含量和高于+150mV的ORP。

根据本申请，通过在水体中利用交变磁信号产生遍布大水面的高溶解氧和ORP，并结合以同时播种硅藻和添加少量的硝酸盐和微量营养素(如果需要)以促进硅藻的生长并抑制蓝绿藻的孢子萌发，可以维持健康的水生环境。同时健康的当地鱼种群将有助于维持水体理想的生态平衡。

总之，我们已经发现，通过提供一个或多个适当设计的转换器，无论水的电导率如何，我们都能够影响到在距离放置效应器并使效应器浸没在大型水体中的地方至少150米处的水的理化性质。此外，这可以使用非常低的功率信号来完成，该功率信号可以从太阳能电池板和随附的用于能量存储的电池提供。我们认为，这样做并结合以用硅藻播种水体以及(如果需要)少量的硝酸盐、微量营养素和该地区的当地鱼种群，可以具有深远的影响，并可以显著减少存在于湖泊、池塘、溪流或浅水湖中的残留氨和蓝细菌的存在。

在一个实施例中，使用前文所述的转换器和信号发生器来分离乳液中的不同成分，其中一种成分是极性液体。水包油是本申请所涉及的许多乳液之一。但是，通常本申请涉及形成乳液的极性液体和非极性液体的分离。

从水包油乳液中去除油是油田和炼油厂的重要工序。当与诸如化学脱乳化作用、重力或离心沉降、pH调节、过滤、热处理、膜分离等方法比较时，使用电场的方法已被认为是具有吸引力的，因为它们在许多除水应用中具有增加吞吐量、节省空间和降低操作成本的潜力。1911年首次证明了使用电场从原油的水油混合物中分离水的方法，并且一个多世纪以来进行了许多研究来优化工序并扩展最初的想法。使用磁场将油与水分离是已知的，据此将具有磁性的颗粒物质添加到乳液中并与油结合，然后使用磁体将其连同油一起从水中拖出。尽管这些电/磁想法中的一些可能有些益处，但是其中只有极少数被证明对商业化是具有成本效益的。在分离乳液成分的领域中存在显著的改进空间。

在一个实施例中，以约1米的距离隔开的两个转换器被固定在混合腔室内壁，与混合腔室的入口相对，位于混合腔室的底部或距混合腔室的底部约10厘米处。

在一个实施例中，具有一致的频率、相位、幅值的一个或多个转换器可以固定于常规分离器腔室(例如溶解式或分散式空气浮选单元)中，固定在分离器腔室入口附近的内壁上，以允许磁场改变理化性质，例如降低极性液体的粘度以实现聚结的非极性液滴的更高的沉降/上升速度，从而实现加速分离。

在溶解式空气浮选单元的情况下，分离特别缓慢，这是因为非常细小的气泡会从溶液中析出并附着在非极性液体颗粒上，而非极性液体颗粒往往上升得非常缓慢。本文公开的影响液体性质的磁场可以提供更多的浮力和使非极性颗粒更快上升。

本文公开的方法还可以降低极性液体的粘度。这种较低的粘度将使分散式空气浮选单元中的聚结的非极性液体颗粒和/或气泡更快地穿过极性液体上升并加速分离。

在该实施例中，该方法将增加溶解式空气浮选单元和分散式空气浮选单元的处理能力。

在另一个实施例中，放置在API油/水分离器的入口附近的管道弯头内的转换器将对流过该转换器的乳液施加特定的磁场。当乳液缓慢流过API油/水分离器内的板时，处理效果可以在极性液体中扩散并持续。经磁场处理的极性液体的较低的粘度可以促使非极性液滴更快速地朝API油/水分离器中的板迁移，从而导致更快速的分离和更高的分离器处理能力。

在该方法的另一个实施例中，在将乳脂肪原料乳(其是乳脂肪的水性乳液)中分离的过程中，放置在离心机入口附近的管道弯头内的转换器可以对流过该转换器的原料乳施加特定的磁场。当乳汁在离心机内部受到离心力作用时，处理效果可以在极性液体中扩散并持续。经磁场处理的极性液体的较低的粘度可以促使非极性液滴(乳脂)更快速地朝离心机中心迁移，从而导致更快速的分离和更高的分离器处理能力。可替代地，该方法可以允许较低的离心机转速，从而在从原料乳中分离乳脂时产生较低的投资成本和操作成本。

为了影响要处理的乳液，磁场应当能够在某一时刻穿透要处理的极性液体，从该时刻开始，受磁性影响的极性分子的效应通过极性液体进行迁移而超出了紧邻将磁场引入乳液中的转换器的范围。因此，通过这种多米诺效应，诸如表面张力等性质的变化会到达很远的距离。受影响的水分子影响附近的其他水分子，并且这种影响令人惊讶地继续向外延伸一定的距离。这可以通过产生基于信号发生器所产生的信号的电流来实现。使用具有预定频率和幅值的正弦波来产生需要的信号，以提供向转换器提供需要的电流，该电流导致了磁场的产生，该磁场从转换器引发、围绕着转换器并位于转换器之外。提供转换器并将转换器浸没在有待被影响的液体中具有许多优势。在较小的围挡容器中处理乳液是可实行的。

本申请的另一个实施例涉及使用前文描述的转换器来减少工业过程中的干燥时间。

长网造纸机(Fourdrinier paper machine)的生产能力受湿端(Wet End)的排水速率、湿压段(Wet Press Section)中水从纸页向毡流动的速率以及干燥段(DryingSection)中水的汽化速率的限制。经磁场处理的水的改变的特征允许水从纸浆中的快得多的排放，在重力作用下所述纸浆从流浆箱(Headbox)穿过流片(Slice)以0.1％-0.4％或约0.1％-0.4％固形物的稠度进料到造纸机的成型段(Forming Section)的快速移动(200-2,500m/分钟)的金属丝网上。当纸页离开成型段并进入湿压段时，纸页稠度将为约25％固形物，而纸页将以约40-55％固形物的稠度从所述湿压段中离开。纸页将以约2-12％的含湿量离开随后的干燥段。纸页中的经磁场处理的水的较高的平衡分压和略低的汽化热可以允许更快的干燥速率和更低的能耗。

在一个实施例中，将前文描述的具有一致的频率、相位和幅值的一个或多个转换器放置在白水槽(White Water wire pit)中的壁上并且放置在通向风扇泵的抽吸口的出口附近，所述风扇泵使白水循环回到造纸机的成型段。将一个或多个具有一致的频率、相位和幅值的转换器放置在白水池(Whitewater Chest)和流浆箱各自的出口附近，以将特定磁场最大程度地暴露于在成型段循环的白水和纸浆。优选的是，使所有转换器同步以产生以相同频率、相位和幅值交变的电信号。优选的是，在该过程中，不同转换器组的各自的频率、相位和幅值基本上是一致。轻微的不一致可能会减少所计划的处理对过程的影响。

通过操作优化，可以增加或减少转换器的数量以实现最理想的成本效益。

在另一个实施例中，可以将转换器在成型段中穿过管道弯头而放置，作为对转换器在罐中放置的替代方案或补充方案。在一个实施例中，如果将多于一个转换器放置在罐内，则将这些转换器设置在罐的相对的壁或角上。

取决于造纸机的具体配置，通过在成型段中对白水进行磁场处理以及在随后的处理段中对纸页进行磁场处理，生产能力预计增加约5-30％。

不同干燥操作的流动速率跨越了从高端造纸到低端制药的广泛范围。液相可以包括但不限于水、醇类和许多不同的极性溶剂和非极性溶剂。最终产品可以包括纸页、纸板，纸浆、塑料、汽车涂料等，无定形颗粒或粉末；谷物、玉米、切丁蔬菜；条状物(string)，例如面条；等等。所有这些都需要在制造过程中进行干燥。

此外，根据本文公开的方法，可以放置频率、相位、幅值和分隔距离进行组合的多个转换器，以便在不添加化学物质的情况下实现极性液体的性质的改变。

极性液体可以形成河流、湖泊、池塘、浅水湖或其他水域。将交变电流施加到转换器可能会导致极性液体中溶解氧或其他溶解气体增加。可以在激励转换器之前或同时将硅藻添加到极性液体中，以便日积月累地减少极性液体中的蓝细菌、水华、氨、磷酸盐或总氮。

由转换器处理的极性液体可以用于水产养殖，特别是用于使水生动物(例如鱼或虾)生长。任选地，可以将硅藻、氧气和/或空气添加到极性液体中。我们认为本文公开的方法在鱼和/或虾养殖中是有益的。通常，虾养殖是在大型池塘中进行的，并且一段时间后，由于鱼/虾的排泄物沉降在这些池塘的底部，经常需要对这些池塘进行疏浚。

本申请的一方面涉及鱼和虾的养殖。就地消化鱼的排泄物的生化过程与人类污水的生化过程没有什么不同。然而，鱼的排泄物常常以鱼饲料中的成分为特征。鱼饲料中的任何不希望的污染物(例如重金属、无机化学物质)将出现在鱼的排泄物中。获得与鱼饲料和鱼的排泄物中的包括重金属、氯化物和硫酸盐在内的无机化学物质有关的信息，以确保排泄物的就地消化过程不会成为在鱼塘的水中积累无机化学物质尤其是重金属的途径，会是有用的。

关于鱼将以鱼的排泄物为食的说法在科学上是令人怀疑的，尤其是当可获得鱼饲料丸粒时。该观察结果可能是与鱼试图寻找埋藏在积累的鱼排泄物中的鱼饲料丸粒有所混淆。因此，如果很大一部分鱼饲料(尤其是丸粒形式的鱼饲料)被埋藏在增厚的鱼排泄物覆盖层下，则鱼的生长会受到抑制。

如果允许由不断排出的鱼排泄物中积累氨，则较高浓度的氨会降低鱼种群的健康可恢复性(health resilience)。使用我们的具有适当频率和幅值的信号的转换器可以有助于增加水中的溶解氧(DO)，所述溶解氧不仅用于鱼或虾，还用于会消化鱼或虾的排泄物的需氧细菌。升高的氧化还原电势(ORP)和需氧硝化细菌的生长将驱使水中从氨变成硝酸盐的化学平衡，硝酸盐将促进浮游植物和浮游动物的生长，而浮游植物和浮游动物都是鱼种群的理想食物。鱼饲料与鱼生长重量的比值的下降可能是在鱼塘中部署转换器的额外的益处。鱼塘中最有效的水不是高澄清度的水。充斥着浮游植物和浮游动物的淡褐色或淡绿色的水对鱼和虾的生长更为健康和有益。

我们认为，在存在我们的被激励的转换器的情况下，鱼将生长得更快。然而，可以定期地监测水中的pH值和无机化学物质的浓度，以避免源于鱼饲料的溶解的固体(例如硫酸盐和氯化物)的浓度增加。在存在被激励的转换器的情况下，如果在就地消化鱼的排泄物的过程中观察到水中的“总溶解固体”持续增加，则需要制定将一小部分水定期放出并用新鲜无菌水替代的计划，以维持鱼种群的健康生长环境。放出的水的量将由水中化学物质的积累速率来决定。优选地，补充的水将使用紫外线或过氧化氢来灭菌。应避免将氯化化学物质用于水的消毒，以最大程度地减少水中的氯化有机物的引入。

作为定期排出池塘水的替代方案，尤其是如果持续存在重金属污染问题时，则可以沿着鱼塘的岸线种植选定的水生植物，以通过水生植物的吸收和生长来去除重金属和积累的无机化学物质。这些水生“森林”将为某些鱼类提供产卵的场所。

如果所饲养的鱼类需要持续供应活饲料鱼，则应严格监控供应链的质量，以避免无意间从受污染的饲料鱼群中引入疾病和化学物质。

使用我们的转换器的益处是多方面的。水的氧化作用的增加归因于穿过空气水屏障的气体传质速率，这有助于鱼/虾的生长，并且这些鱼/虾池塘的排水和清洁的需求也更少。

在一个实施例中，ALPIM装置被用于处理污水的水体，其中极性液体具有添加的硅藻。处理的结果可以包括不希望有的病原体的减少、需氧微生物种群的增加、悬浮固体和污泥的消解、厌氧微生物以及伴随的恶臭被取代等。水体可以是湖泊、河流、工业浅水湖或海洋。可以在激励转换器之前或同时将氧气或空气添加到极性液体中。以气泡的形式或通过对极性液体的机械搅拌来提供氧气或空气。作为添加氧气或空气的替代方案或补充方案，可以将硅藻添加到极性液体中。我们的处理提高了水吸收气泡中的气体的能力。我们的方法可以包括使用本文所述的转换器和起泡器或曝气机来提高氧气吸收。而且，通过用转换器处理水，可以更容易地将从底部自然冒出的气体吸收到水中。

在一个实施例中，ALPIM装置用于在滴灌、脱盐或水产养殖之前对极性液体进行预处理。可以通过本文公开的方法来辅助滴灌，并且所述滴灌包括通过借助于各种机制对水进行预处理来消除堵塞；以及沉降碎片、消解碎片、使生物物质(湿堆肥)熟化，使得它们不会在滴灌系统中增多。另外，可以通过对水进行需氧处理来消除病原体，并且可以通过改变液体中的营养素并使所述营养素更容易获得来提高液体的农事价值。

由优选的频率和幅值的交变电流激励的前文描述的转换器可以改变水体的性质，使得处理后的水具有商业优势，其成本和能源则只是用于清洁或过滤同一水体的大多数其他系统的一部分。在我们的系统中，并非简单地过滤水本身，从而去除其中不需要的物质。相反，我们转换器在操作时可以将有害细菌和有害藻类转化为“液体肥料”，从而在水中留下微量营养素。处理完水体后，可以将其泵送或可以使其通过歧管/管路流到灌溉系统，最重要的是滴灌系统。这可以通过用我们的设备借助于各种机制对水进行预处理来减少或消除堵塞，并允许沉降碎片、消解碎片、使生物物质(湿堆肥)熟化，从而使得重颗粒堆肥物质不会流入滴灌系统中。由于使用我们的转换器可能会产生需氧增强，因此通过所进行的需氧处理来抑制病原体。

通过使用我们的转换器，较高的气体交换速率将确保水中的高含量的溶解氧(DO)。高DO将抑制病原体的生长，所述病原体中的大多数是水中的厌氧菌，例如大肠杆菌、沙门氏菌等。我们认为，由本文公开的方法提供的交变磁场具有减少磷酸盐的浓度、农用肥料的流失、悬浮固体、兼性细菌、大肠菌群、藻类、浮游动物、害虫、水蚤(Daphnia)或蚊虫幼虫的效果。

高DO和高氧化还原电势(ORP)将促使溶液中包括铁和磷酸盐在内的金属的螯合，并使它们对灌溉管中的水中的细菌、浮游植物和浮游动物的生长来说更不易获得。我们认为，较低的水表面张力(如果受影响)将使颗粒(无论是否有生命)难以附着到灌溉管的内表面，并且较低的水粘度(如果产生)将加快蓄水器中的大量水中的悬浮颗粒(无论是否有生命)的沉降，从而导致通过灌溉管分配的水中的悬浮固体的浓度较低。通过灌溉管分配的水中的DO较高，将有助于使土壤中的微生物群落变活跃。这些条件将刺激土壤中的有机物的硝化过程和湿堆肥化。植物根系将更健康地生长。

在允许水流过滴灌系统之前使用我们的转换器对水进行预处理的另一个优势是不仅减少或避免了滴灌器的堵塞，而且还实现了另一个优势，即通过在湖泊、浅水湖或密闭容器的底部收获沉降的丰富堆肥，可以获得经处理的液体肥料。

换句话说，滴灌系统、脱盐系统或水产养殖系统可以使用通过以下方法预处理的极性液体。将包括导电螺线管线圈的转换器至少部分地设置在极性液体内，其中线圈由多个各自具有内部的环形成，多个环的内部形成线圈的内部，并且其中基本上阻止极性液体穿透线圈的内部。将交变电流施加到线圈，以便产生围绕线圈的交变磁场，其中交变磁场的一部分穿透极性液体，并且交变电流具有的频率和幅值使得交变磁场作用于极性液体，该作用使离转换器至少5米的距离处的极性液体的性质发生改变。该性质可以是气体交换速率、表面张力、粘度、凝固点或蒸气分压。然后提供经处理的液体，或允许经处理的液体经管道或管路流入滴灌系统、脱盐系统或水产养殖系统。可以对形成河流、海洋、湖泊、池塘或工业浅水湖的一部分的液体进行预处理。该液体可以是水或污水等。

有利地，本文公开的方法可以在开放水体、或污水、或其它液体，包括湖泊、浅水湖、河流、通道、池塘和海洋中实施。工业应用包括塔(column)、罐、工业池塘和管线。

Claims (25)

1.一种系统，用于向极性液体提供交变磁场，以改变所述极性液体的性质或改变来自所述极性液体中的生物材料的生物响应，所述系统包括第一至少部分浸入式装置，所述第一至少部分浸入式装置包括：

第一信号发生器，其用于产生第一交变电流；以及

第一转换器，其用于浸入所述极性液体中，所述第一转换器包括：

导电螺线管线圈，其用于与所述第一信号发生器耦合，以提供响应所述第一交变电流的交变磁场，所述导电螺线管线圈由多个各自具有内部的环形成，所述环的内部形成所述导电螺线管线圈的内部，其中当所述第一转换器浸入所述极性液体中时，所述导电螺线管线圈的内部的至少65％不允许所述极性液体进入，以及

两个铁磁性端部件，所述导电螺线管线圈的每个端部设置一个所述铁磁性端部件，所述铁磁性端部件横向于所述导电螺线管线圈设置，并与所述导电螺线管线圈电隔离，两个所述铁磁性端部件用于当所述系统浸入所述极性液体中并进行操作时对所述交变磁场的位于所述导电螺线管线圈外部并且穿透所述极性液体的部分进行整形。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括铁磁芯，所述铁磁芯位于所述导电螺线管线圈的内部，并与所述导电螺线管线圈电隔离。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个铁磁性端部件与所述铁磁芯磁耦合或与所述铁磁芯成一体。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述两个铁磁性端部件中的每一个的直径为所述导电螺线管线圈的高度的至少一半。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述两个铁磁性端部件是平面状的并且垂直于所述导电螺线管线圈。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述两个铁磁性端部件是以所述导电螺线管线圈为中心的圆形部件。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述导电螺线管线圈的横截面为圆形。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导电螺线管线圈的内部用非磁性材料填充或处于真空。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一转换器包括非铁磁芯，所述非铁磁芯设置在所述导电螺线管线圈的内部，并且延伸超出所述导电螺线管线圈的端部至少所述导电螺线管线圈的高度的10％。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括包围所述导电螺线管线圈的密封容器，其中所述容器允许所述交变磁场穿过。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述容器延伸超出所述导电螺线管线圈的端部至少所述导电螺线管线圈的高度的10％，以防止所述交变磁场的位于所述导电螺线管线圈的端部的部分穿透所述极性液体。

12.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一信号发生器被配置以使得所述第一交变电流是具有第一幅值和第一频率的周期性电流。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一频率为5kHz或更小。

14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述第一转换器浸入所述极性液体中时，所述导电螺线管线圈的内部的至少80％不允许所述极性液体进入。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，当所述第一转换器浸入所述极性液体中时，所述导电螺线管线圈的内部不允许所述极性液体进入。

16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一信号发生器被配置以使得所述第一交变电流的所述第一幅值的均方根小于3安培。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述第一信号发生器被配置以使得所述第一交变电流的所述第一幅值的均方根小于500微安。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述第一交变电流的所述第一幅值的均方根小于50微安。

19.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一信号发生器被配置以使得所述第一交变电流的所述第一幅值的均方根为100±15微安并且所述第一交变电流的所述第一频率为2500±10Hz，或所述第一交变电流的所述第一幅值的均方根为99±15微安并且所述第一交变电流的所述第一频率为2700±10Hz，或所述第一交变电流的所述第一幅值的均方根为140±15微安并且所述第一交变电流的所述第一频率为4000±10Hz。

20.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，设置有反馈环，所述反馈环用于根据测量的参数控制所述第一交变电流。

21.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一信号发生器被配置以提供多个电信号，所述多个电信号具有预定的多个频率，并且所述系统使用来自所述多个频率中的频率。

22.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一至少部分浸入式装置包括浮动机构，所述浮动机构用于在将所述第一转换器浸入所述极性液体中时将所述第一转换器相对于所述极性液体的表面保持在预定的液位。

23.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一至少部分浸入式装置包括用于无线通信的天线。

24.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统包括第二至少部分浸入式装置，所述第二至少部分浸入式装置包括用于浸入所述极性液体中的第二转换器和用于与所述第二转换器耦合的第二信号发生器，在操作时，由所述第二信号发生器向所述第二转换器提供具有第二频率的第二交变电流。

25.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述第一信号发生器和所述第二信号发生器被配置以使得所述第一交变电流和所述第二交变电流的相位偏移，以控制所述极性液体的性质的改变或控制来自所述极性液体中的所述生物材料的所述生物响应。

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