水垢防治技术研究进展
冷热水系统中，换热器、输送管道、泵阀等设备的结垢现象十分普遍，水垢会缩短设备使用寿命、加快金属腐蚀，导致维护费用增加，对设备的安全运行构成威胁，由此产生的经济损失巨大，英、美两国每年因结垢导致的经济损失分别达15亿、500亿美元。因此解决系统的积垢问题具有重要意义。
水垢的形成
水垢是具有反常溶解度的难溶或微溶盐，易在器壁尤其是金属表面处析出沉积。其形成过程为：微细结晶在过饱和溶液中处于溶解-结晶的亚稳定状态，结晶在器壁聚集黏附并有序长大，结成水垢。水垢是否形成主要取决于盐类是否过饱和及其结晶的生长过程，与成垢离子、水质情况、器壁形态等密切相关。系统中的成垢离子越饱和、水的硬度越高，结垢倾向越严重;粗糙的金属表面和杂质对结晶过程也有催化作用，会促进水垢析出。
大部分水垢外观呈白色或灰白色，质硬且致密，以碳酸盐、硫酸盐、磷酸钙盐和硅酸盐的钙镁盐为主，其中最典型的是碳酸钙垢，此外工业锅炉中还可能产生铁垢和铜垢等。
水垢防治方法
防垢方法有化学法、物理法、生物法、化学/物理法，笔者主要对化学法及物理法进行介绍。
1化学方法
化学防治方法主要有石灰软化法、加碱沉淀法、碳化处理、加酸处理、离子交换软化法和投加阻垢剂法等，前4种方法比较传统，效果直接但耗费药剂量大，产生的废液需进行处理，应用成本较高，因此已逐渐淘汰。目前国内外较为先进的处理方法为离子交换软化法和投加阻垢剂法。
2物理方法
物理方法主要是利用电、磁、光、声等技术阻垢或除垢，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属材料换热面、膜法水处理、静电水处理、电子水处理、磁化处理和超声波处理等。其中物理清洗只能清除已生成的老垢，但其操作简单，适用于对控垢要求不高的场合;采用防腐阻垢涂料及非金属换热面可改变设备材料的表面性能，使成垢离子难以在接触设备上沉积，达到阻垢目的，但由于施工复杂，应用场合受到限制。目前采用的典型物理方法有膜分离法、磁化处理法、静电水处理法、电子水处理法、超声波水处理法等。
膜分离法：该方法以膜作为分离介质，通过膜两侧的推动力(压力差、浓度差、电位差等)使水与微粒分离。膜法水处理主要有纳滤和反渗透。反渗透法一般应用在锅炉上，对硬度离子的去除率达到90%以上。纳滤膜(孔径1.0~3.0 nm)可使水中大部分单价离子透过，而二价离子和高价离子如Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+等基本不透过，其硬度去除率能达到90%以上。
使用膜法除垢的最大问题之一是膜污染。在膜工作过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在膜面或膜孔内发生吸附、沉积，导致膜孔变小或堵塞，使膜产生透过流量和分离特性的不可逆变化，需进行重新清洗，处理成本增加。
磁化处理法：
磁化处理是利用磁场作用改变水质，影响成垢离子的溶解、结晶、聚合等过程，生成疏松的软垢，防止硬垢产生，并使已成硬垢的方解石转变成文石，随污排走。
磁化处理根据磁源位置的不同可分为内磁式和外磁式。其中外磁式在检修时不必停水及拆卸管道，也不易引起磁短路现象，具有更大的优越性。按磁场形成方式又可分为永磁式和电磁式。永磁式磁水器的优点是不耗电、结构简单、操作维护方便，国内外应用较广泛，但其磁场强度有赖于新型磁性材料和充磁技术的开发，且磁场强度一般不能调节，此外还存在随时间延长或水温提高而退磁的现象。电磁式磁水器耗电量大，但磁场强度容易调节，处理能力强、效率高，不受时间及温度的影响，稳定性好，适宜在对水质要求较高的场合中使用。
尽管磁化防垢技术已有很大进展，而且在工业、农业和生物医学领域中得到广泛应用，但水系统的复杂性及多变性使得深入研究磁化水处理比较困难，目前磁化控垢机理尚未形成统一定论。大多数研究都是从各自的实验结果出发，导致磁化阻垢除垢的应用设计缺乏有力依据，工作稳定性无法保证，影响其应用成功性。
静电水处理：静电水处理器由高压直流电源和水静电化装置组成。采用静电水处理时将水通过高压静电场(3 400~6 000 V)，可改变水的分子结构或电子结构，使成垢离子不在器壁聚集，达到阻垢、溶垢的目的。高压静电场可使水生物的细胞壁发生破裂，因此其还具有较强的抑菌灭藻功能。静电水处理存在一个作用时间，超过作用时间以后成垢离子仍会发生沉积，且需定期清理静电水处理器过滤系统的垢渣。
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