綜合解讀水處理防垢技術

摘要:在冷熱水系統中，熱交換器、輸送管道、泵閥等設備結垢現象非常普遍，設備壽命縮短，金屬腐蝕加速，維護費用增加，給設備安全運行帶來巨大經濟損失。英國和美國每年結垢造成的經濟損失分別達到15億美元和500億美元。因此，解決這個問題具有重要意義。本文綜述了目前常用的防垢技術及其研究進展，指出了今后防垢技術的發展方向。

一是積垢的形成。

水垢是難溶性或微溶性鹽，具有異常的溶解性，容易沉積在器壁，尤其是金屬表面。其形成過程是:過飽和溶液中的微晶處于溶解-結晶的亞穩定狀態，結晶聚集在器壁中，粘附有序生長，結垢。過飽和鹽的生長和結晶是水垢形成的主要原因，它與水垢離子、水質狀況、器壁形態等有關。水垢中的水垢離子飽和度越大，水的硬度越高，水垢傾向越嚴重；金屬表面的粗糙度和雜質也會促進結晶，加速水垢的沉淀。

水垢多為白色或灰白色，質地堅硬，密度高，主要為碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鈣、硅酸鈣鎂鹽，其中典型的是碳酸鈣水垢，工業鍋爐可能有鐵水垢、銅水垢等。

第二，防垢方法。

防垢方法主要有兩種:防垢和除垢。前者可以抑制或消除水垢，后者可以清除系統中形成的水垢。

防垢方法包括化學、物理、生物、化學/物理。本文主要介紹化學和物理。

2.1化學方法。

化學防腐主要有石灰軟化、堿沉、碳化、酸化、離子交換軟化、阻垢劑投入等。前四種方法比較傳統，藥效直接，但用藥量大，需要處理產生的廢液，使用成本高，逐漸被淘汰。離子交換軟化和阻垢投入是國內外好的的處理方法。

2.1.1離子交換軟化方法

用鈉型陽離子交換樹脂軟化硬水，使Ca2+,Mg2+等物質在硬水中與Na+交換，并與樹脂結合：

在水溶液中，Ca2+、Mg2+能有效地去除垢離子，達到阻垢的目的。采用離子交換法可達到深度軟化水的效果，但設備在使用過程中需要重復再生。

2.1.2采用阻垢劑。

目前，水處理系統中使用的阻垢劑主要包括阻垢劑、阻垢分散劑等。阻垢劑主要是無機聚合磷和有機磷，循環水網多采用有機多元磷。阻垢劑主要是中低分子水溶性聚合物，主要包括均勻聚合物和共聚物。均勻聚合物包括聚丙烯酸、聚環氧琥珀酸、冬季聚氨酸和鈉鹽。共聚物種類繁多，主要有丙烯酸、馬來酸、磺酸和磷。

由于水處理劑多為磷系，富營養化問題突出，易引起赤潮公害。隨著環境保護意識的不斷提高，低磷無磷綠色阻垢劑已成為國內外水處理領域的研究熱點。綠色阻垢劑的開發研究始于20世紀90年代。目前已有研究表明，聚天冬氨酸和聚琥珀酸具有多種阻垢和緩蝕作用，可生物降解，應用前景廣闊。

2.2物理方法

物理方法主要是運用電、磁、光、聲等技術性阻垢或除垢，典型性的物理學控垢方式有物理學清理、選用防腐蝕阻垢建筑涂料及非金屬材質傳熱面、生物纖維面膜水處理、靜電水處理、電子器件水處理、磁化解決和超音波解決等。在其中物理學清理只有消除已轉化成的老垢，但其實際操作簡易，適用對控垢規定不太高的場所;選用防腐蝕阻垢建筑涂料及非金屬材料傳熱面可更改機器設備原材料的表層特性，使成垢正離子無法在觸碰機器設備上堆積，做到阻垢目地，但因為工程施工繁雜，運用場所受限制。現階段選用的典型性物理方法有膜分離技術法、磁化解決法、靜電水處理法、電子器件水處理法、超音波水處理法等。

2.2.1膜分離法

該方式以膜做為分離出來物質，根據膜兩邊的驅動力(壓差、濃度值差、電勢差等)使水與粒子分離出來。生物纖維面膜水處理關鍵有納濾膜和ro反滲透。反滲透法一般運用在加熱爐上，對強度正離子的污泥負荷做到90%之上。納濾膜(直徑1.0~3.0nm)可使水里絕大多數價格正離子通過，而二價正離子和高價位正離子如Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+等基本上不通過，其強度污泥負荷能做到90%之上。

應用生物纖維面膜除垢的較大難題之一是膜環境污染。在膜工作中全過程中，水里的粒子、膠體溶液粒子或物質的量濃度生物大分子在膜面或膜孔內產生吸咐、堆積，造成 膜孔縮小或阻塞，使膜造成通過總流量和分離出來特點的不可逆轉變，需開展再次清理，解決成本上升。

2.2.2磁化處理法

磁化解決是運用電磁場功效更改水體，危害成垢正離子的融解、結晶體、匯聚等全過程，轉化成松散的牙漬，避免硬垢造成，并使已是硬垢的白云石變化成小短文石，隨污排出去。

磁化解決依據磁源部位的不一樣可分成內磁式和外磁式。在其中外磁式在維修時無須斷水及拆裝管路，也不容易造成磁短路故障狀況，具備更高的優勢。按電磁場產生方法又可分成稀土永磁式和電感式。稀土永磁式磁濾水器的優勢不是耗電量、構造簡易、實際操作維護保養便捷、世界各國運用較普遍，但其磁化強度依賴于新式永磁材料和加磁技術性的開發設計，且磁化強度一般不可以調整，除此之外還存有隨時間增加或溫度提升 而去磁的狀況。電感式磁濾水器用電量大，但磁化強度非常容易調整，解決工作能力強，不會受到時間及溫度的危害，可靠性好，適合在對水體規定較高的場所中應用。

雖然磁化阻垢技術性現有非常大進度，并且在工業生產、農牧業和生物醫學工程行業中獲得廣泛運用，但水系統軟件的多元性及不穩定性促使深入分析磁化水處理較為艱難，現階段磁化控垢原理并未產生統一結論。大部分科學研究都是以分別的試驗結果考慮，造成 磁化阻垢除垢的運用設計方案欠缺強有力根據，工作中可靠性沒法確保，危害其運用取得成功性。

靜電水處理器由髙壓直流穩壓電源和水靜電化設備構成。選用靜電水處理時將水根據髙壓靜電場(3400~6000V)，可更改水的分子式或電子結構，使成垢正離子沒有器壁集聚，做到阻垢、溶垢的目地。髙壓靜電場可使水生動物的植物細胞產生裂開，因而其還具備極強的滅藻作用。靜電水處理存有一個功效時間，超出功效時間之后成垢正離子仍會產生堆積，且需按時清除靜電水處理器過濾裝置的垢渣。

2.2.4電子器件水處理

電子器件水處理與靜電水處理有很多相同點，其機器設備關鍵是電子器件水處理器。陽極氧化為不可溶金屬電極，一般為鈦裝飾電級，負極一般選用熱鍍鋅無縫管，開關電源為底壓直流電或具備某類特殊波型的底壓高頻脈沖電源。未處理水從CPU下邊進水管處進到，與金屬材料陽極氧化觸碰一段時間后，從上端排水口處排出。

2.2.3靜電水處理

在觸碰全過程中，底壓靜電場可使粒子的水合水平和集聚情況產生變化，更改水分的本身情況和締合水平，一方面提升了水的溶解性、降低污垢產生，另一方面推動已產生的污垢慢慢疏松、脫落，做到除垢的實際效果。徐浩等的科學研究表明，

2.2.4電子水處理

電子器件水處理的阻垢率>90%。也是有研究表明電子器件水處理還具備滅藻、緩蝕劑防腐蝕的作用。但電子器件水處理技術性科學研究起步較晚，技術性發展趨勢還心智不成熟，設備特性不穩定，電級需按時或經常性清除。

2.2.5超聲波水處理

超音波在物質中散播時，會使媒質中的粒子間產生相互影響;當超音波的機械動能震動使粒子瞬時速度做到值時，便會造成一系列物理學和有機化學效用(快速微渦效用、剪應力效用、超聲波凝聚力效用)，進而具有阻垢及除垢雙向功效。劉天慶等選用超聲波-活性氧技術性解決循環系統冷卻系統中的微生物垢，研究發現頻率為20kHz、震幅為20%的超音波可合理抑止微生物垢的產生，還可清除90%之上的已產生微生物垢。超音波阻垢除垢技術性做為一種環境保護、好的的水處理技術性已運用到電力企業、油氣田系統軟件中，但其理論基礎研究層面較為欠缺，特別是在中國科學研究得不足充足。

3 結語

現階段已發展趨勢的污垢預防方式各有千秋，在具體運用中常會需融合應用2種或2種之上的控垢方式。現階段運用較多的是化學類阻垢除垢方式，其實際操作簡易，除垢實際效果平穩，效率高，省時省力。之上是對常見的污垢預防技術性以及研究成果開展了具體描述，并強調了污垢預防技術性的發展前景，為事后科學研究給予的基礎理論參照。