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太原海德能水處理為您介紹一項水處理專業(yè)知識——防垢技術(shù)。
在冷、熱水系統(tǒng)中，換交熱器、輸送管道、泵閥等設(shè)備的結(jié)垢現(xiàn)象十分普遍，而水垢會縮短設(shè)備使用壽命、加快金屬腐蝕，導(dǎo)致維護(hù)費(fèi)用增加，對設(shè)備的運(yùn)行構(gòu)成威脅，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，解決系統(tǒng)的積垢問題具有重要意義。
本文對常用的水垢防治技術(shù)及研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并指出了水垢防治技術(shù)的發(fā)展方向，為后續(xù)研究提供了一定的理論參考。
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(xì)結(jié)晶在過飽和溶液中處于溶解-結(jié)晶的亞穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)晶在器壁聚集黏附并有序長大，結(jié)成水垢。水垢是否形成主要取決于鹽類是否過飽和及其結(jié)晶的生長過程，與成垢離子、水質(zhì)情況、器壁形態(tài)等密切相關(guān)。系統(tǒng)中的成垢離子越飽和、水的硬度越高，結(jié)垢傾向越嚴(yán)重;粗糙的金屬表面和雜質(zhì)對結(jié)晶過程也有催化作用，會促進(jìn)水垢析出。
大部分水垢外觀呈白色或灰白色，質(zhì)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(chǎn)生鐵垢和銅垢等。
水垢的防治方法有阻垢和除垢兩種。前者是控制或消除結(jié)垢，后者是對系統(tǒng)中已經(jīng)形成的垢進(jìn)行清除。
防垢方法有化學(xué)法、物理法、生物法、化學(xué)/物理法，本文主要對化學(xué)法及物理法進(jìn)行介紹。
化 學(xué) 方 法
化學(xué)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，前四種方法比較傳統(tǒng)，效果直接但耗費(fèi)藥劑量大，產(chǎn)生的廢液需進(jìn)行處理，應(yīng)用成本較高，因此已逐漸淘汰。目前國內(nèi)外較為先進(jìn)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(jìn)行處理，水中的Ca2+、Mg2+等與Na+發(fā)生交換，并與樹脂結(jié)合，該方法可除去水中的Ca2+、Mg2+結(jié)垢離子，達(dá)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(shè)備在使用過程中需重復(fù)再生。
太原海德能水處理設(shè)備-15T雙閥雙罐
太原海德能水處理設(shè)備 （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(jī)聚合磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽，循環(huán)水系統(tǒng)多采用有機(jī)多元磷酸。阻垢分散劑主要是中、低分子質(zhì)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。
由于水處理藥劑多為磷系，存在富營養(yǎng)化問題，易產(chǎn)生“赤潮”公害。隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)，一些低磷、無磷的綠色阻垢劑成為國內(nèi)外水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。20世紀(jì)90年代開始即有綠色阻垢劑的開發(fā)研究，目前已有報道指出聚天冬氨酸及聚琥珀氨酸等具有多元阻垢及緩蝕性能，且具有可生物降解性，應(yīng)用前景廣闊。
物 理 方 法
物理方法主要是利用電、磁、光、聲等技術(shù)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污垢，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(shè)備材料的表面性能，使成垢離子難以在接觸設(shè)備上沉積，達(dá)到阻垢目的，但由于施工復(fù)雜，應(yīng)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
膜分離法以膜作為分離介質(zhì)，通過膜兩側(cè)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(yīng)用在鍋爐上，對硬度離子的去除率達(dá)到百分之九十以上。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(dá)到百分之九十以上。
太原海德能水處理設(shè)備有限公司
使用膜法除垢的大問題是膜污染。
在膜工作過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子在膜面或膜孔內(nèi)發(fā)生吸附、沉積，導(dǎo)致膜孔變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量和分離特性的不可逆變化，需進(jìn)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(zhì)，影響成垢離子的溶解、結(jié)晶、聚合等過程，生成疏松的軟垢，防止硬垢產(chǎn)生，并使已成硬垢的方解石轉(zhuǎn)變成文石，隨污排走。
磁化處理根據(jù)磁源位置的不同可分為內(nèi)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，具有更大的優(yōu)越性；
磁化處理按磁場形成方式可分為永磁式和電磁式。永磁式磁水器的優(yōu)點(diǎn)是不耗電、結(jié)構(gòu)簡單、操作維護(hù)方便，國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛，但其磁場強(qiáng)度有賴于新型磁性材料和充磁技術(shù)的開發(fā)，且磁場強(qiáng)度一般不能調(diào)節(jié)，此外還存在隨時間延長或水溫提高而退磁的現(xiàn)象。電磁式磁水器耗電量大，但磁場強(qiáng)度容易調(diào)節(jié)，處理能力強(qiáng)、效率高，不受時間及溫度的影響，穩(wěn)定性好，適宜在對水質(zhì)要求較高的場合中使用。
盡管磁化防垢技術(shù)已有很大進(jìn)展，而且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，但水系統(tǒng)的復(fù)雜性及多變性使得深入研究磁化水處理比較困難，目前磁化控垢機(jī)理尚未形成統(tǒng)一定論。大多數(shù)研究都是從各自的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，導(dǎo)致磁化阻垢除垢的應(yīng)用設(shè)計缺乏有力依據(jù)，工作穩(wěn)定性無法保證，影響其應(yīng)用成功性。
（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(3400~6000 V)，可改變水的分子結(jié)構(gòu)或電子結(jié)構(gòu)，使成垢離子不在器壁聚集，達(dá)到阻垢、溶垢的目的。高壓靜電場可使水生物的細(xì)胞壁發(fā)生破裂，因此其還具有較強(qiáng)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(diǎn)，其設(shè)備核心是電子水處理器。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(jìn)水口處進(jìn)入，與金屬接觸一段時間后，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(jìn)已形成的水垢逐漸松散、剝落，達(dá)到除垢的效果。徐浩等的研究顯示，電子水處理的阻垢率>百分之九十。也有研究表明電子水處理還具有殺菌滅藻、緩蝕防腐的功效。但電子水處理技術(shù)研究起步晚，技術(shù)發(fā)展還不夠成熟，裝置性能不穩(wěn)定，需定期或不定期清理。
（5）超聲波水處理
超聲波在介質(zhì)中傳播，會使媒質(zhì)中的粒子間發(fā)生相互作用。當(dāng)超聲波的機(jī)械能振動使粒子加速度達(dá)到一定值時，就會產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)效應(yīng)(高速微渦效應(yīng)、剪切應(yīng)力效應(yīng)、超聲凝聚效應(yīng))，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(shù)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、振幅為百分之二十的超聲波可有效控制生物垢的形成，還可移除百分之九十以上的已形成生物垢。超聲波阻垢除垢技術(shù)作為一種環(huán)保、先進(jìn)的水處理技術(shù)已應(yīng)用到電力行業(yè)、油田系統(tǒng)中，但其理論研究方面比較薄弱，尤其國內(nèi)研究不夠充分。
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