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水垢的構(gòu)成
水垢是具有失常溶解度的難溶或微溶鹽，易在器壁特別是金屬外表處分出堆積。其構(gòu)成進(jìn)程為：微細(xì)結(jié)晶在過豐滿溶液中處于溶解-結(jié)晶的亞安穩(wěn)狀況，結(jié)晶在器壁調(diào)集黏附并有序長大，結(jié)成水垢。水垢是否構(gòu)成首要取決于鹽類是否過豐滿及其結(jié)晶的成長進(jìn)程，與成垢離子、水質(zhì)狀況、器壁形狀等密切相關(guān)。系統(tǒng)中的成垢離子越豐滿、水的硬度越高，結(jié)垢傾向越嚴(yán)峻;粗糙的金屬外表和雜質(zhì)對結(jié)晶進(jìn)程也有催化作用，會促進(jìn)水垢分出。
大部分水垢外觀呈白色或灰白色，質(zhì)硬且細(xì)密，以碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鈣鹽和硅酸鹽的鈣鎂鹽為主，其間最典型的是碳酸鈣垢，此外工業(yè)鍋爐中還可能發(fā)生鐵垢和銅垢等。
水垢防治方法
水垢的防治方法有阻垢和除垢2種，前者是克制或消除結(jié)垢，后者是對系統(tǒng)中現(xiàn)已構(gòu)成的垢進(jìn)行鏟除。
防垢方法有化學(xué)法、物理法、生物法、化學(xué)/物理法，筆者首要對化學(xué)法及物理法進(jìn)行介紹。
2.1化學(xué)方法
化學(xué)防治方法首要有石灰軟化法、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)，作用直接但耗費(fèi)藥劑量大，發(fā)生的廢液需進(jìn)行處理，運(yùn)用本錢較高，因罷了逐漸挑選?，F(xiàn)在國內(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。
2.1.1離子交換軟化法
離子交換軟化法選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，抵達(dá)阻垢目的。離子交換法可以起到深度軟化水的作用，可是設(shè)備在運(yùn)用進(jìn)程中需重復(fù)再生
2.1.2投加阻垢劑法
現(xiàn)在水處理系統(tǒng)中選用的阻垢劑首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)多選用有機(jī)多元磷酸。阻垢分散劑首要是中、低分子質(zhì)量的水溶性聚合物，包含均聚物和共聚物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，易發(fā)生“赤潮”公害。跟著環(huán)保認(rèn)識的增強(qiáng)，一些低磷、無磷的綠色阻垢劑成為國內(nèi)外水處理范疇的研討搶手。20世紀(jì)90年代初步即有綠色阻垢劑的開發(fā)研討，現(xiàn)在已有報(bào)道指出聚天冬氨酸及聚琥珀氨酸等具有多元阻垢及緩蝕功用，且具有可生物降解性，運(yùn)用前景廣大。
2.2物理方法
物理方法首要是使用電、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、選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。其間物理清洗只能鏟除已生成的老垢，但其操作簡略，適用于對控垢要求不高的場合;選用防腐阻垢涂料及非金屬換熱面可改動設(shè)備材料的外表功用，使成垢離子難以在接觸設(shè)備上堆積，抵達(dá)阻垢目的，但由于施工凌亂，運(yùn)用場合遭到束縛。現(xiàn)在選用的典型物理方法有膜分別法、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。
2.2.1膜分別法
該方法以膜作為分別介質(zhì)，通過膜兩邊的推動力(壓力差、濃度差、電位差等)使水與微粒分別。膜法水處理首要有納濾和反滲透。反滲透法一般運(yùn)用在鍋爐上，對硬度離子的去除率抵達(dá)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+等底子不透過，其硬度去除率能抵達(dá)90%以上。
運(yùn)用膜法除垢的最大問題之一是膜污染。在膜作業(yè)進(jìn)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、堆積，導(dǎo)致膜孔變小或堵塞，使膜發(fā)生透過流量和分別特性的不可逆改動，需進(jìn)行重新清洗，處理本錢增加。
2.2.2磁化處理法
磁化處理是使用磁場作用改動水質(zhì)，影響成垢離子的溶解、結(jié)晶、聚合等進(jìn)程，生成疏松的軟垢，防止硬垢發(fā)生，并使已成硬垢的方解石轉(zhuǎn)變成文石，隨污排走。
磁化處理依據(jù)磁源方位的不同可分為內(nèi)磁式和外磁式。其間外磁式在檢修時不必停水及拆開管道，也不易引起磁短路現(xiàn)象，具有更大的優(yōu)越性。按磁場構(gòu)成方法又可分為永磁式和電磁式。永磁式磁水器的利益是不耗電、結(jié)構(gòu)簡略、操作維護(hù)便利，國內(nèi)外運(yùn)用較廣泛，但其磁場強(qiáng)度有賴于新式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)度，此外還存在隨時間延伸或水溫前進(jìn)而退磁的現(xiàn)象。電磁式磁水器耗電量大，但磁場強(qiáng)度簡略調(diào)度，處理能力強(qiáng)、效率高，不受時間及溫度的影響，安穩(wěn)性好，合適在對水質(zhì)要求較高的場合中運(yùn)用。
雖然磁化防垢技術(shù)已有很大展開，并且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)范疇中得到廣泛運(yùn)用，但水系統(tǒng)的凌亂性及多變性使得深化研討磁化水處理比較困難，現(xiàn)在磁化控垢機(jī)理沒有構(gòu)成共同定論。大多數(shù)研討都是從各自的實(shí)驗(yàn)作用動身，導(dǎo)致磁化阻垢除垢的運(yùn)用規(guī)劃短少有力依據(jù)，作業(yè)安穩(wěn)性無法確保，影響其運(yùn)用成功性。
2.2.3靜電水處理
靜電水處理器由高壓直流電源和水靜電化設(shè)備組成。選用靜電水處理時將水通過高壓靜電場(3 400~6 000 V)，可改動水的分子結(jié)構(gòu)或電子結(jié)構(gòu)，使成垢離子不在器壁調(diào)集，抵達(dá)阻垢、溶垢的目的。高壓靜電場可使水生物的細(xì)胞壁發(fā)生決裂，因此其還具有較強(qiáng)的抑菌滅藻功用。靜電水處理存在一個作用時間，超越作用時間往后成垢離子仍會發(fā)生堆積，且需守時收拾靜電水處理器過濾系統(tǒng)的垢渣。
2.2.4電子水處理
電子水處理與靜電水處理有許多共同點(diǎn)，其設(shè)備中心是電子水處理器。陽極為不溶性金屬電極，一般為鈦修飾電極，陰極一般選用鍍鋅無縫鋼管，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，與金屬陽極接觸一段時間后，從上部出水口處流出。在接觸進(jìn)程中，低壓電場可使粒子的水合程度和調(diào)集狀況發(fā)生改動，改動水分子的自身狀況和締合程度，一方面增加了水的溶解能力、減少水垢構(gòu)成，另一方面促進(jìn)已構(gòu)成的水垢逐漸懈怠、掉落，抵達(dá)除垢的作用。徐浩等的研討顯現(xiàn)，電子水處理的阻垢率>90%。也有研討標(biāo)明電子水處理還具有滅菌滅藻、緩蝕防腐的成效。但電子水處理技術(shù)研討起步晚，技術(shù)展開還不可老到，設(shè)備功用不安穩(wěn)，電極需守時或不守時收拾。
2.2.5超聲波水處理
超聲波在介質(zhì)中傳達(dá)時，會使媒質(zhì)中的粒子間發(fā)生彼此作用;當(dāng)超聲波的機(jī)械能振動使粒子加速度抵達(dá)必定值時，就會發(fā)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))，然后起到防垢及除垢兩層作用。劉天慶等選用超聲-臭氧技術(shù)處理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的生物垢，研討發(fā)現(xiàn)頻率為20 kHz、振幅為20%的超聲波可有用克制生物垢的構(gòu)成，還可移除90%以上的已構(gòu)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)已運(yùn)用到電力行業(yè)、油田系統(tǒng)中，但其理論研討方面比較單薄，特別國內(nèi)研討得不可充分。
現(xiàn)在已展開的水垢防治方法各有所長，在實(shí)踐運(yùn)用中常需結(jié)合運(yùn)用2種或2種以上的控垢方法?，F(xiàn)在運(yùn)用較多的是化學(xué)類防垢除垢方法，其操作簡略，除垢作用安穩(wěn)，效率高，但藥劑及人工費(fèi)用較高，且當(dāng)處理不當(dāng)或藥劑運(yùn)用不當(dāng)時都會導(dǎo)致設(shè)備和管道腐蝕，此外化學(xué)除垢藥劑對操作人員的健康也有必定損害，除垢處理后的廢液易對環(huán)境構(gòu)成威脅，其展開遭到必定束縛。因此進(jìn)一步開發(fā)生物降解功用好、除垢效率高且經(jīng)濟(jì)易行的新式阻垢劑，將是往后水垢防治的重要研討方向之一。
物理防垢方法自動化程度高且操作簡略，在阻垢、滅菌和除藻等方面有必定作用，但處理強(qiáng)度較高的硬垢和腐蝕產(chǎn)品時作用一般不抱負(fù)。物理防垢方法的作用機(jī)理尚不清楚，作業(yè)安穩(wěn)性也有待前進(jìn)，但其對環(huán)境損害小，適于大規(guī)模推行運(yùn)用，是水垢防治的一個重要研討方向，具有廣大的展開前景。