綜合解讀水處理防垢技術(shù)

摘要:在冷熱水系統(tǒng)中，熱交換器、輸送管道、泵閥等設(shè)備結(jié)垢現(xiàn)象非常普遍，設(shè)備壽命縮短，金屬腐蝕加速，維護(hù)費(fèi)用增加，給設(shè)備安全運(yùn)行帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。英國(guó)和美國(guó)每年結(jié)垢造成的經(jīng)濟(jì)損失分別達(dá)到15億美元和500億美元。因此，解決這個(gè)問(wèn)題具有重要意義。本文綜述了目前常用的防垢技術(shù)及其研究進(jìn)展，指出了今后防垢技術(shù)的發(fā)展方向。

一是積垢的形成。

水垢是難溶性或微溶性鹽，具有異常的溶解性，容易沉積在器壁，尤其是金屬表面。其形成過(guò)程是:過(guò)飽和溶液中的微晶處于溶解-結(jié)晶的亞穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)晶聚集在器壁中，粘附有序生長(zhǎng)，結(jié)垢。過(guò)飽和鹽的生長(zhǎng)和結(jié)晶是水垢形成的主要原因，它與水垢離子、水質(zhì)狀況、器壁形態(tài)等有關(guān)。水垢中的水垢離子飽和度越大，水的硬度越高，水垢傾向越嚴(yán)重；金屬表面的粗糙度和雜質(zhì)也會(huì)促進(jìn)結(jié)晶，加速水垢的沉淀。

水垢多為白色或灰白色，質(zhì)地堅(jiān)硬，密度高，主要為碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鈣、硅酸鈣鎂鹽，其中典型的是碳酸鈣水垢，工業(yè)鍋爐可能有鐵水垢、銅水垢等。

第二，防垢方法。

防垢方法主要有兩種:防垢和除垢。前者可以抑制或消除水垢，后者可以清除系統(tǒng)中形成的水垢。

防垢方法包括化學(xué)、物理、生物、化學(xué)/物理。本文主要介紹化學(xué)和物理。

2.1化學(xué)方法。

化學(xué)防腐主要有石灰軟化、堿沉、碳化、酸化、離子交換軟化、阻垢劑投入等。前四種方法比較傳統(tǒng)，藥效直接，但用藥量大，需要處理產(chǎn)生的廢液，使用成本高，逐漸被淘汰。離子交換軟化和阻垢投入是國(guó)內(nèi)外好的的處理方法。

2.1.1離子交換軟化方法

用鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂軟化硬水，使Ca2+,Mg2+等物質(zhì)在硬水中與Na+交換，并與樹(shù)脂結(jié)合：

在水溶液中，Ca2+、Mg2+能有效地去除垢離子，達(dá)到阻垢的目的。采用離子交換法可達(dá)到深度軟化水的效果，但設(shè)備在使用過(guò)程中需要重復(fù)再生。

2.1.2采用阻垢劑。

目前，水處理系統(tǒng)中使用的阻垢劑主要包括阻垢劑、阻垢分散劑等。阻垢劑主要是無(wú)機(jī)聚合磷和有機(jī)磷，循環(huán)水網(wǎng)多采用有機(jī)多元磷。阻垢劑主要是中低分子水溶性聚合物，主要包括均勻聚合物和共聚物。均勻聚合物包括聚丙烯酸、聚環(huán)氧琥珀酸、冬季聚氨酸和鈉鹽。共聚物種類繁多，主要有丙烯酸、馬來(lái)酸、磺酸和磷。

由于水處理劑多為磷系，富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題突出，易引起赤潮公害。隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，低磷無(wú)磷綠色阻垢劑已成為國(guó)內(nèi)外水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。綠色阻垢劑的開(kāi)發(fā)研究始于20世紀(jì)90年代。目前已有研究表明，聚天冬氨酸和聚琥珀酸具有多種阻垢和緩蝕作用，可生物降解，應(yīng)用前景廣闊。

2.2物理方法

物理方法主要是運(yùn)用電、磁、光、聲等技術(shù)性阻垢或除垢，典型性的物理學(xué)控垢方式有物理學(xué)清理、選用防腐蝕阻垢建筑涂料及非金屬材質(zhì)傳熱面、生物纖維面膜水處理、靜電水處理、電子器件水處理、磁化解決和超音波解決等。在其中物理學(xué)清理只有消除已轉(zhuǎn)化成的老垢，但其實(shí)際操作簡(jiǎn)易，適用對(duì)控垢規(guī)定不太高的場(chǎng)所;選用防腐蝕阻垢建筑涂料及非金屬材料傳熱面可更改機(jī)器設(shè)備原材料的表層特性，使成垢正離子無(wú)法在觸碰機(jī)器設(shè)備上堆積，做到阻垢目地，但因?yàn)楣こ淌┕し彪s，運(yùn)用場(chǎng)所受限制。現(xiàn)階段選用的典型性物理方法有膜分離技術(shù)法、磁化解決法、靜電水處理法、電子器件水處理法、超音波水處理法等。

2.2.1膜分離法

該方式以膜做為分離出來(lái)物質(zhì)，根據(jù)膜兩邊的驅(qū)動(dòng)力(壓差、濃度值差、電勢(shì)差等)使水與粒子分離出來(lái)。生物纖維面膜水處理關(guān)鍵有納濾膜和ro反滲透。反滲透法一般運(yùn)用在加熱爐上，對(duì)強(qiáng)度正離子的污泥負(fù)荷做到90%之上。納濾膜(直徑1.0~3.0nm)可使水里絕大多數(shù)價(jià)格正離子通過(guò)，而二價(jià)正離子和高價(jià)位正離子如Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+等基本上不通過(guò)，其強(qiáng)度污泥負(fù)荷能做到90%之上。

應(yīng)用生物纖維面膜除垢的較大難題之一是膜環(huán)境污染。在膜工作中全過(guò)程中，水里的粒子、膠體溶液粒子或物質(zhì)的量濃度生物大分子在膜面或膜孔內(nèi)產(chǎn)生吸咐、堆積，造成 膜孔縮小或阻塞，使膜造成通過(guò)總流量和分離出來(lái)特點(diǎn)的不可逆轉(zhuǎn)變，需開(kāi)展再次清理，解決成本上升。

2.2.2磁化處理法

磁化解決是運(yùn)用電磁場(chǎng)功效更改水體，危害成垢正離子的融解、結(jié)晶體、匯聚等全過(guò)程，轉(zhuǎn)化成松散的牙漬，避免硬垢造成，并使已是硬垢的白云石變化成小短文石，隨污排出去。

磁化解決依據(jù)磁源部位的不一樣可分成內(nèi)磁式和外磁式。在其中外磁式在維修時(shí)無(wú)須斷水及拆裝管路，也不容易造成磁短路故障狀況，具備更高的優(yōu)勢(shì)。按電磁場(chǎng)產(chǎn)生方法又可分成稀土永磁式和電感式。稀土永磁式磁濾水器的優(yōu)勢(shì)不是耗電量、構(gòu)造簡(jiǎn)易、實(shí)際操作維護(hù)保養(yǎng)便捷、世界各國(guó)運(yùn)用較普遍，但其磁化強(qiáng)度依賴于新式永磁材料和加磁技術(shù)性的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，且磁化強(qiáng)度一般不可以調(diào)整，除此之外還存有隨時(shí)間增加或溫度提升 而去磁的狀況。電感式磁濾水器用電量大，但磁化強(qiáng)度非常容易調(diào)整，解決工作能力強(qiáng)，不會(huì)受到時(shí)間及溫度的危害，可靠性好，適合在對(duì)水體規(guī)定較高的場(chǎng)所中應(yīng)用。

雖然磁化阻垢技術(shù)性現(xiàn)有非常大進(jìn)度，并且在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)牧業(yè)和生物醫(yī)學(xué)工程行業(yè)中獲得廣泛運(yùn)用，但水系統(tǒng)軟件的多元性及不穩(wěn)定性促使深入分析磁化水處理較為艱難，現(xiàn)階段磁化控垢原理并未產(chǎn)生統(tǒng)一結(jié)論。大部分科學(xué)研究都是以分別的試驗(yàn)結(jié)果考慮，造成 磁化阻垢除垢的運(yùn)用設(shè)計(jì)方案欠缺強(qiáng)有力根據(jù)，工作中可靠性沒(méi)法確保，危害其運(yùn)用取得成功性。

靜電水處理器由髙壓直流穩(wěn)壓電源和水靜電化設(shè)備構(gòu)成。選用靜電水處理時(shí)將水根據(jù)髙壓靜電場(chǎng)(3400~6000V)，可更改水的分子式或電子結(jié)構(gòu)，使成垢正離子沒(méi)有器壁集聚，做到阻垢、溶垢的目地。髙壓靜電場(chǎng)可使水生動(dòng)物的植物細(xì)胞產(chǎn)生裂開(kāi)，因而其還具備極強(qiáng)的滅藻作用。靜電水處理存有一個(gè)功效時(shí)間，超出功效時(shí)間之后成垢正離子仍會(huì)產(chǎn)生堆積，且需按時(shí)清除靜電水處理器過(guò)濾裝置的垢渣。

2.2.4電子器件水處理

電子器件水處理與靜電水處理有很多相同點(diǎn)，其機(jī)器設(shè)備關(guān)鍵是電子器件水處理器。陽(yáng)極氧化為不可溶金屬電極，一般為鈦裝飾電級(jí)，負(fù)極一般選用熱鍍鋅無(wú)縫管，開(kāi)關(guān)電源為底壓直流電或具備某類特殊波型的底壓高頻脈沖電源。未處理水從CPU下邊進(jìn)水管處進(jìn)到，與金屬材料陽(yáng)極氧化觸碰一段時(shí)間后，從上端排水口處排出。

2.2.3靜電水處理

在觸碰全過(guò)程中，底壓靜電場(chǎng)可使粒子的水合水平和集聚情況產(chǎn)生變化，更改水分的本身情況和締合水平，一方面提升了水的溶解性、降低污垢產(chǎn)生，另一方面推動(dòng)已產(chǎn)生的污垢慢慢疏松、脫落，做到除垢的實(shí)際效果。徐浩等的科學(xué)研究表明，

2.2.4電子水處理

電子器件水處理的阻垢率>90%。也是有研究表明電子器件水處理還具備滅藻、緩蝕劑防腐蝕的作用。但電子器件水處理技術(shù)性科學(xué)研究起步較晚，技術(shù)性發(fā)展趨勢(shì)還心智不成熟，設(shè)備特性不穩(wěn)定，電級(jí)需按時(shí)或經(jīng)常性清除。

2.2.5超聲波水處理

超音波在物質(zhì)中散播時(shí)，會(huì)使媒質(zhì)中的粒子間產(chǎn)生相互影響;當(dāng)超音波的機(jī)械動(dòng)能震動(dòng)使粒子瞬時(shí)速度做到值時(shí)，便會(huì)造成一系列物理學(xué)和有機(jī)化學(xué)效用(快速微渦效用、剪應(yīng)力效用、超聲波凝聚力效用)，進(jìn)而具有阻垢及除垢雙向功效。劉天慶等選用超聲波-活性氧技術(shù)性解決循環(huán)系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)中的微生物垢，研究發(fā)現(xiàn)頻率為20kHz、震幅為20%的超音波可合理抑止微生物垢的產(chǎn)生，還可清除90%之上的已產(chǎn)生微生物垢。超音波阻垢除垢技術(shù)性做為一種環(huán)境保護(hù)、好的的水處理技術(shù)性已運(yùn)用到電力企業(yè)、油氣田系統(tǒng)軟件中，但其理論基礎(chǔ)研究層面較為欠缺，特別是在中國(guó)科學(xué)研究得不足充足。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段已發(fā)展趨勢(shì)的污垢預(yù)防方式各有千秋，在具體運(yùn)用中常會(huì)需融合應(yīng)用2種或2種之上的控垢方式。現(xiàn)階段運(yùn)用較多的是化學(xué)類阻垢除垢方式，其實(shí)際操作簡(jiǎn)易，除垢實(shí)際效果平穩(wěn)，效率高，省時(shí)省力。之上是對(duì)常見(jiàn)的污垢預(yù)防技術(shù)性以及研究成果開(kāi)展了具體描述，并強(qiáng)調(diào)了污垢預(yù)防技術(shù)性的發(fā)展前景，為事后科學(xué)研究給予的基礎(chǔ)理論參照。