综合解读水处理防垢技术

摘要:在冷热水系统中，热交换器、输送管道、泵阀等设备结垢现象非常普遍，设备寿命缩短，金属腐蚀加速，维护费用增加，给设备安全运行带来巨大经济损失。英国和美国每年结垢造成的经济损失分别达到15亿美元和500亿美元。因此，解决这个问题具有重要意义。本文综述了目前常用的防垢技术及其研究进展，指出了今后防垢技术的发展方向。

一是积垢的形成。

水垢是难溶性或微溶性盐，具有异常的溶解性，容易沉积在器壁，尤其是金属表面。其形成过程是:过饱和溶液中的微晶处于溶解-结晶的亚稳定状态，结晶聚集在器壁中，粘附有序生长，结垢。过饱和盐的生长和结晶是水垢形成的主要原因，它与水垢离子、水质状况、器壁形态等有关。水垢中的水垢离子饱和度越大，水的硬度越高，水垢倾向越严重；金属表面的粗糙度和杂质也会促进结晶，加速水垢的沉淀。

水垢多为白色或灰白色，质地坚硬，密度高，主要为碳酸盐、硫酸盐、磷酸钙、硅酸钙镁盐，其中典型的是碳酸钙水垢，工业锅炉可能有铁水垢、铜水垢等。

第二，防垢方法。

防垢方法主要有两种:防垢和除垢。前者可以抑制或消除水垢，后者可以清除系统中形成的水垢。

防垢方法包括化学、物理、生物、化学/物理。本文主要介绍化学和物理。

2.1化学方法。

化学防腐主要有石灰软化、碱沉、碳化、酸化、离子交换软化、阻垢剂投入等。前四种方法比较传统，药效直接，但用药量大，需要处理产生的废液，使用成本高，逐渐被淘汰。离子交换软化和阻垢投入是国内外好的的处理方法。

2.1.1离子交换软化方法

用钠型阳离子交换树脂软化硬水，使Ca2+,Mg2+等物质在硬水中与Na+交换，并与树脂结合：

在水溶液中，Ca2+、Mg2+能有效地去除垢离子，达到阻垢的目的。采用离子交换法可达到深度软化水的效果，但设备在使用过程中需要重复再生。

2.1.2采用阻垢剂。

目前，水处理系统中使用的阻垢剂主要包括阻垢剂、阻垢分散剂等。阻垢剂主要是无机聚合磷和有机磷，循环水网多采用有机多元磷。阻垢剂主要是中低分子水溶性聚合物，主要包括均匀聚合物和共聚物。均匀聚合物包括聚丙烯酸、聚环氧琥珀酸、冬季聚氨酸和钠盐。共聚物种类繁多，主要有丙烯酸、马来酸、磺酸和磷。

由于水处理剂多为磷系，富营养化问题突出，易引起赤潮公害。随着环境保护意识的不断提高，低磷无磷绿色阻垢剂已成为国内外水处理领域的研究热点。绿色阻垢剂的开发研究始于20世纪90年代。目前已有研究表明，聚天冬氨酸和聚琥珀酸具有多种阻垢和缓蚀作用，可生物降解，应用前景广阔。

2.2物理方法

物理方法主要是运用电、磁、光、声等技术性阻垢或除垢，典型性的物理学控垢方式有物理学清理、选用防腐蚀阻垢建筑涂料及非金属材质传热面、生物纤维面膜水处理、静电水处理、电子器件水处理、磁化解决和超音波解决等。在其中物理学清理只有消除已转化成的老垢，但其实际操作简易，适用对控垢规定不太高的场所;选用防腐蚀阻垢建筑涂料及非金属材料传热面可更改机器设备原材料的表层特性，使成垢正离子无法在触碰机器设备上堆积，做到阻垢目地，但因为工程施工繁杂，运用场所受限制。现阶段选用的典型性物理方法有膜分离技术法、磁化解决法、静电水处理法、电子器件水处理法、超音波水处理法等。

2.2.1膜分离法

该方式以膜做为分离出来物质，根据膜两边的驱动力(压差、浓度值差、电势差等)使水与粒子分离出来。生物纤维面膜水处理关键有纳滤膜和ro反渗透。反渗透法一般运用在加热炉上，对强度正离子的污泥负荷做到90%之上。纳滤膜(直径1.0~3.0nm)可使水里绝大多数价格正离子通过，而二价正离子和高价位正离子如Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+等基本上不通过，其强度污泥负荷能做到90%之上。

应用生物纤维面膜除垢的较大难题之一是膜环境污染。在膜工作中全过程中，水里的粒子、胶体溶液粒子或物质的量浓度生物大分子在膜面或膜孔内产生吸咐、堆积，造成 膜孔缩小或阻塞，使膜造成通过总流量和分离出来特点的不可逆转变，需开展再次清理，解决成本上升。

2.2.2磁化处理法

磁化解决是运用电磁场功效更改水体，危害成垢正离子的融解、结晶体、汇聚等全过程，转化成松散的牙渍，避免硬垢造成，并使已是硬垢的白云石变化成小短文石，随污排出去。

磁化解决依据磁源部位的不一样可分成内磁式和外磁式。在其中外磁式在维修时无须断水及拆装管路，也不容易造成磁短路故障状况，具备更高的优势。按电磁场产生方法又可分成稀土永磁式和电感式。稀土永磁式磁滤水器的优势不是耗电量、构造简易、实际操作维护保养便捷、世界各国运用较普遍，但其磁化强度依赖于新式永磁材料和加磁技术性的开发设计，且磁化强度一般不可以调整，除此之外还存有随時间增加或温度提升 而去磁的状况。电感式磁滤水器用电量大，但磁化强度非常容易调整，解决工作能力强，不会受到時间及溫度的危害，可靠性好，适合在对水体规定较高的场所中应用。

虽然磁化阻垢技术性现有非常大进度，并且在工业生产、农牧业和生物医学工程行业中获得广泛运用，但水系统软件的多元性及不稳定性促使深入分析磁化水处理较为艰难，现阶段磁化控垢原理并未产生统一结论。大部分科学研究都是以分别的试验結果考虑，造成 磁化阻垢除垢的运用设计方案欠缺强有力根据，工作中可靠性没法确保，危害其运用取得成功性。

静电水处理器由髙压直流稳压电源和水静电化设备构成。选用静电水处理时将水根据髙压静电场(3400~6000V)，可更改水的分子式或电子结构，使成垢正离子没有器壁集聚，做到阻垢、溶垢的目地。髙压静电场可使水生动物的植物细胞产生裂开，因而其还具备极强的灭藻作用。静电水处理存有一个功效時间，超出功效時间之后成垢正离子仍会产生堆积，且需按时清除静电水处理器过滤装置的垢渣。

2.2.4电子器件水处理

电子器件水处理与静电水处理有很多相同点，其机器设备关键是电子器件水处理器。阳极氧化为不可溶金属电极，一般为钛装饰电级，负极一般选用热镀锌无缝管，开关电源为底压直流电或具备某类特殊波型的底压高频脉冲电源。未处理水从CPU下边进水管处进到，与金属材料阳极氧化触碰一段时间后，从上端排水口处排出。

2.2.3静电水处理

在触碰全过程中，底压静电场可使粒子的水合水平和集聚情况产生变化，更改水分的本身情况和缔合水平，一方面提升了水的溶解性、降低污垢产生，另一方面推动已产生的污垢慢慢疏松、脱落，做到除垢的实际效果。徐浩等的科学研究表明，

2.2.4电子水处理

电子器件水处理的阻垢率>90%。也是有研究表明电子器件水处理还具备灭藻、缓蚀剂防腐蚀的作用。但电子器件水处理技术性科学研究起步较晚，技术性发展趋势还心智不成熟，设备特性不稳定，电级需按时或经常性清除。

2.2.5超声波水处理

超音波在物质中散播时，会使媒质中的粒子间产生相互影响;当超音波的机械动能震动使粒子瞬时速度做到值时，便会造成一系列物理学和有机化学效用(快速微涡效用、剪应力效用、超声波凝聚力效用)，进而具有阻垢及除垢双向功效。刘天庆等选用超声波-活性氧技术性解决循环系统冷却系统中的微生物垢，研究发现頻率为20kHz、震幅为20%的超音波可合理抑止微生物垢的产生，还可清除90%之上的已产生微生物垢。超音波阻垢除垢技术性做为一种环境保护、好的的水处理技术性已运用到电力企业、油气田系统软件中，但其理论基础研究层面较为欠缺，特别是在中国科学研究得不足充足。

3 结语

现阶段已发展趋势的污垢预防方式各有千秋，在具体运用中常会需融合应用2种或2种之上的控垢方式。现阶段运用较多的是化学类阻垢除垢方式，其实际操作简易，除垢实际效果平稳，效率高，省时省力。之上是对常见的污垢预防技术性以及研究成果开展了具体描述，并强调了污垢预防技术性的发展前景，为事后科学研究给予的基础理论参照。