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冷、熱水系統(tǒng)中，換熱器、輸送管道、泵閥等設備的結垢現(xiàn)象十分普遍，水垢會縮短設備使用壽命、加快金屬腐蝕，導致維護費用增加，對設備的安全運行構成威脅，由此產生的經濟損失巨大。因此解決系統(tǒng)的積垢問題具有重要意義。
一、水垢的形成
水垢是具有反常溶解度的難溶或微溶鹽，易在器壁尤其是金屬表面處析出沉積。其形成過程為：微細結晶在過飽和溶液中處于溶解-結晶的亞穩(wěn)定狀態(tài)，結晶在器壁聚集黏附并有序長大，結成水垢。水垢是否形成主要取決于鹽類是否過飽和及其結晶的生長過程，與成垢離子、水質情況、器壁形態(tài)等密切相關。系統(tǒng)中的成垢離子越飽和、水的硬度越高，結垢傾向越嚴重;粗糙的金屬表面和雜質對結晶過程也有催化作用，會促進水垢析出。
大部分水垢外觀呈白色或灰白色，質硬且致密，以碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鈣鹽和硅酸鹽的鈣鎂鹽為主，其中典型的是碳酸鈣垢，此外工業(yè)鍋爐中還可能產生鐵垢和銅垢等。
二、水垢防治辦法
水垢的防治方法有阻垢和除垢2種，前者是抑制或消除結垢，后者是對系統(tǒng)中已經形成的垢進行清除。
防垢方法有化學法、物理法、生物法、化學/物理法，主要對化學法及物理法進行介紹。
1、化學方法
化學防治方法主要有石灰軟化法、加堿沉淀法、碳化處理、加酸處理、離子交換軟化法和投加阻垢劑法等，前4種方法比較傳統(tǒng)，效果直接但耗費藥劑量大，產生的廢液需進行處理，應用成本較高，因此已逐漸淘汰。目前國內外較為*的處理方法為離子交換軟化法和投加阻垢劑法。
(1)離子交換軟化法
離子交換軟化法采用鈉型陽離子交換樹脂對硬水進行處理，水中的Ca2+、Mg2+等與Na+發(fā)生交換，并與樹脂結合，該方法可除去水中的Ca2+、Mg2+結垢離子，達到阻垢目的。離子交換法可以起到深度軟化水的效果，但是設備在使用過程中需重復再生。
(2)投加阻垢劑法
目前水處理系統(tǒng)中采用的阻垢劑主要為阻垢緩蝕劑和阻垢分散劑。阻垢緩蝕劑有無機聚合磷酸鹽、有機磷酸鹽，循環(huán)水系統(tǒng)多采用有機多元磷酸。阻垢分散劑主要是中、低分子質量的水溶性聚合物，包括均聚物和共聚物2大類，均聚物有聚丙烯酸、聚環(huán)氧琥珀酸、聚天冬氨酸及其鈉鹽等;共聚物的品種較多，以丙烯酸系和馬來酸系的二元或三元共聚物為主，還有磺酸類共聚物和含磷共聚物等。
2、物理方法
物理方法主要是利用電、磁、光、聲等技術阻垢或除垢，典型的物理控垢方法有物理清洗、采用防腐阻垢涂料及非金屬材料換熱面、膜法水處理、靜電水處理、電子水處理、磁化處理和超聲波處理等。其中物理清洗只能清除已生成的老垢，但其操作簡單，適用于對控垢要求不高的場合;采用防腐阻垢涂料及非金屬換熱面可改變設備材料的表面性能，使成垢離子難以在接觸設備上沉積，達到阻垢目的，但由于施工復雜，應用場合受到限制。目前采用的典型物理方法有膜分離法、磁化處理法、靜電水處理法、電子水處理法、超聲波水處理法等。
(1)膜分離法
該方法以膜作為分離介質，通過膜兩側的推動力(壓力差、濃度差、電位差等)使水與微粒分離。膜法水處理主要有納濾和反滲透。反滲透法一般應用在鍋爐上，對硬度離子的去除率達到90%以上。納濾膜(孔徑1.0~3.0 nm)可使水中大部分單價離子透過，而二價離子和高價離子如Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+等基本不透過，其硬度去除率能達到90%以上。
使用膜法除垢的主要問題之一是膜污染。在膜工作過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質大分子在膜面或膜孔內發(fā)生吸附、沉積，導致膜孔變小或堵塞，使膜產生透過流量和分離特性的不可逆變化，需進行重新清洗，處理成本增加。
(2)磁化處理法
磁化處理是利用磁場作用改變水質，影響成垢離子的溶解、結晶、聚合等過程，生成疏松的軟垢，防止硬垢產生，并使已成硬垢的方解石轉變成文石，隨污排走。
磁化處理根據磁源位置的不同可分為內磁式和外磁式。其中外磁式在檢修時不必停水及拆卸管道，也不易引起磁短路現(xiàn)象，具有更大的*性。按磁場形成方式又可分為永磁式和電磁式。
(3)靜電水處理
靜電水處理器由高壓直流電源和水靜電化裝置組成。采用靜電水處理時將水通過高壓靜電場(3 400~6 000 V)，可改變水的分子結構或電子結構，使成垢離子不在器壁聚集，達到阻垢、溶垢的目的。高壓靜電場可使水生物的細胞壁發(fā)生破裂，因此其還具有較強的抑菌滅藻功能。靜電水處理存在一個作用時間，超過作用時間以后成垢離子仍會發(fā)生沉積，且需定期清理靜電水處理器過濾系統(tǒng)的垢渣。
(4)電子水處理
電子水處理與靜電水處理有很多共同點，其設備核心是電子水處理器。陽極為不溶性金屬電極，一般為鈦修飾電極，陰極一般采用鍍鋅無縫鋼管，電源為低壓直流或具有某種特定波形的低壓脈沖電源。待處理水從處理器下部進水口處進入，與金屬陽極接觸一段時間后，從上部出水口處流出。在接觸過程中，低壓電場可使粒子的水合程度和聚集狀況發(fā)生變化，改變水分子的自身狀態(tài)和締合程度，一方面增加了水的溶解能力、減少水垢形成，另一方面促進已形成的水垢逐漸松散、剝落，達到除垢的效果。
(5)超聲波水處理
超聲波在介質中傳播時，會使媒質中的粒子間發(fā)生相互作用；當超聲波的機械能振動使粒子加速度達到固定值時，就會產生一系列物理和化學效應(高速微渦效應、剪切應力效應、超聲凝聚效應)，從而起到防垢及除垢雙重作用。劉天慶等采用超聲-臭氧技術處理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的生物垢，研究發(fā)現(xiàn)頻率為20 kHz、振幅為20%的超聲波可有效抑制生物垢的形成，還可移除90%以上的已形成生物垢。
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