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水垢的構成
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。其構成進程為：微細結晶在過豐滿溶液中處于溶解-結晶的亞安穩狀況，結晶在器壁調集黏附并有序長大，結成水垢。水垢是否構成首要取決于鹽類是否過豐滿及其結晶的成長進程，與成垢離子、水質狀況、器壁形狀等密切相關。系統中的成垢離子越豐滿、水的硬度越高，結垢傾向越嚴峻;粗糙的金屬外表和雜質對結晶進程也有催化作用，會促進水垢分出。
大部分水垢外觀呈白色或灰白色，質硬且細密，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，此外工業鍋爐中還可能發生鐵垢和銅垢等。
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垢，后者是對系統中現已構成的垢進行鏟除。
防垢方法有化學法、物理法、生物法、化學/物理法，筆者首要對化學法及物理法進行介紹。
2.1化學方法
化學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，作用直接但耗費藥劑量大，發生的廢液需進行處理，運用本錢較高，因罷了逐漸挑選。現在國內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。
2.1.1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行處理，水中的Ca2+、Mg2+等與Na+發生交換，并與樹脂結合：

該方法可除去水中的Ca2+、Mg2+結垢離子，抵達阻垢目的。離子交換法可以起到深度軟化水的作用，可是設備在運用進程中需重復再生
2.1.2投加阻垢劑法
現在水處理系統中選用的阻垢劑首要為阻垢緩蝕劑和阻垢分散劑。阻垢緩蝕劑有無機聚合磷酸鹽、有機磷酸鹽，循環水系統多選用有機多元磷酸。阻垢分散劑首要是中、低分子質量的水溶性聚合物，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，存在富營養化問題，易發生“赤潮”公害。跟著環保認識的增強，一些低磷、無磷的綠色阻垢劑成為國內外水處理范疇的研討搶手。20世紀90年代初步即有綠色阻垢劑的開發研討，現在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功用，且具有可生物降解性，運用前景廣大。
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備材料的外表功用，使成垢離子難以在接觸設備上堆積，抵達阻垢目的，但由于施工凌亂，運用場合遭到束縛。現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，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。反滲透法一般運用在鍋爐上，對硬度離子的去除率抵達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90%以上。
運用膜法除垢的最大問題之一是膜污染。在膜作業進程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質大分子在膜面或膜孔內發生吸附、堆積，導致膜孔變小或堵塞，使膜發生透過流量和分別特性的不可逆改動，需進行重新清洗，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，影響成垢離子的溶解、結晶、聚合等進程，生成疏松的軟垢，防止硬垢發生，并使已成硬垢的方解石轉變成文石，隨污排走。
磁化處理依據磁源方位的不同可分為內磁式和外磁式。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象，具有更大的優越性。按磁場構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、結構簡略、操作維護便利，國內外運用較廣泛，但其磁場強度有賴于新式磁性材料和充磁技術的開發，且磁場強度一般不能調度，此外還存在隨時間延伸或水溫前進而退磁的現象。電磁式磁水器耗電量大，但磁場強度簡略調度，處理能力強、效率高，不受時間及溫度的影響，安穩性好，合適在對水質要求較高的場合中運用。
雖然磁化防垢技術已有很大展開，并且在工業、農業和生物醫學范疇中得到廣泛運用，但水系統的凌亂性及多變性使得深化研討磁化水處理比較困難，現在磁化控垢機理沒有構成共同定論。大多數研討都是從各自的實驗作用動身，導致磁化阻垢除垢的運用規劃短少有力依據，作業安穩性無法確保，影響其運用成功性。
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)，可改動水的分子結構或電子結構，使成垢離子不在器壁調集，抵達阻垢、溶垢的目的。高壓靜電場可使水生物的細胞壁發生決裂，因此其還具有較強的抑菌滅藻功用。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生堆積，且需守時收拾靜電水處理器過濾系統的垢渣。
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，其設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。在接觸進程中，低壓電場可使粒子的水合程度和調集狀況發生改動，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、減少水垢構成，另一方面促進已構成的水垢逐漸懈怠、掉落，抵達除垢的作用。徐浩等的研討顯現，電子水處理的阻垢率>90%。也有研討標明電子水處理還具有滅菌滅藻、緩蝕防腐的成效。但電子水處理技術研討起步晚，技術展開還不可老到，設備功用不安穩，電極需守時或不守時收拾。
2.2.5超聲波水處理
超聲波在介質中傳達時，會使媒質中的粒子間發生彼此作用;當超聲波的機械能振動使粒子加速度抵達必定值時，就會發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)，然后起到防垢及除垢兩層作用。劉天慶等選用超聲-臭氧技術處理循環冷卻水系統中的生物垢，研討發現頻率為20 kHz、振幅為20%的超聲波可有用克制生物垢的構成，還可移除90%以上的已構成生物垢。超聲波阻垢除垢技術作為一種環保、先進的水處理技術已運用到電力行業、油田系統中，但其理論研討方面比較單薄，特別國內研討得不可充分。
現在已展開的水垢防治方法各有所長，在實踐運用中常需結合運用2種或2種以上的控垢方法。現在運用較多的是化學類防垢除垢方法，其操作簡略，除垢作用安穩，效率高，但藥劑及人工費用較高，且當處理不當或藥劑運用不當時都會導致設備和管道腐蝕，此外化學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境構成威脅，其展開遭到必定束縛。因此進一步開發生物降解功用好、除垢效率高且經濟易行的新式阻垢劑，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，但處理強度較高的硬垢和腐蝕產品時作用一般不抱負。物理防垢方法的作用機理尚不清楚，作業安穩性也有待前進，但其對環境損害小，適于大規模推行運用，是水垢防治的一個重要研討方向，具有廣大的展開前景。