水垢防治技術(shù)研究進展

水垢防治技術(shù)研究進展

冷熱水系統(tǒng)中，換熱器、輸送管道、泵閥等設(shè)備的結(jié)垢現(xiàn)象十分普遍，水垢會縮短設(shè)備使用壽命、加快金屬腐蝕，導(dǎo)致維護費用增加，對設(shè)備的安全運行構(gòu)成威脅，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟損失巨大，英、美兩國每年因結(jié)垢導(dǎo)致的經(jīng)濟損失分別達15億、500億美元。因此解決系統(tǒng)的積垢問題具有重要意義。

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(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，其中最典型的是碳酸鈣垢，此外工業(yè)鍋爐中還可能產(chǎn)生鐵垢和銅垢等。

水垢防治方法

防垢方法有化學(xué)法、物理法、生物法、化學(xué)/物理法，筆者主要對化學(xué)法及物理法進行介紹。

1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4種方法比較傳統(tǒng)，效果直接但耗費藥劑量大，產(chǎn)生的廢液需進行處理，應(yīng)用成本較高，因此已逐漸淘汰。目前國內(nèi)外較為先進的處理方法為離子交換軟化法和投加阻垢劑法。

2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(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。

膜分離法：該方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。

使用膜法除垢的最大問題之一是膜污染。在膜工作過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(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，需進行重新清洗，處理成本增加。

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。按磁場形成方式又可分為永磁式和電磁式。永磁式磁水器的優(yōu)點是不耗電、結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便，國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛，但其磁場強度有賴于新型磁性材料和充磁技術(shù)的開發(fā)，且磁場強度一般不能調(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，但磁場強度容易調(diào)節(jié)，處理能力強、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，目前磁化控垢機理尚未形成統(tǒng)一定論。大多數(shù)研究都是從各自的實驗結(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。

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(jié)構(gòu)或電子結(jié)構(gòu)，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。

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