一、水垢是怎樣形成的

一般來(lái)說(shuō)。含有鈣(Ca)、鎂(Mg)鹽類(lèi)等礦物質(zhì)的水叫做“硬水”。（水的硬度（也叫礦化度）是指溶解在水中的鈣鹽與鎂鹽含量的多少。含量多的硬度大，反之則小。1升水中含有10mmgCaO（或者相當(dāng)于10mmgCaO）稱(chēng)為1度。軟水就是硬度小于8的水）河水、湖水、井水和泉水都是硬水。自來(lái)水是河水、湖水或者井水經(jīng)過(guò)沉降，除去泥沙，消毒殺菌后得到的，也是硬水。剛下的雨雪，水里不含礦物質(zhì)，是“軟水”。水燒開(kāi)后，一部分水蒸發(fā)了，本來(lái)不好溶解的硫酸鈣(CaSO4，石膏就是含結(jié)晶水的硫酸鈣）沉淀下來(lái)。原來(lái)溶解的碳酸氫鈣(Ca(HCo3)2）和碳酸氫鎂（Mg(HCO3)2)，在沸騰的水里分解，放出二氧化碳(CO2)，變成難溶解的碳酸鈣(CaCO3)和氫氧化鎂（Mg(OH)2)也沉淀下來(lái)。這就是水垢的來(lái)歷。

水垢根據(jù)其形成原因和成形狀態(tài)的不同大致可分為硬垢和軟垢兩種。當(dāng)水中含有碳酸鹽膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等雜質(zhì)時(shí)，碳酸鹽類(lèi)似于水泥沙漿中的沙石，而膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等則相當(dāng)于水泥沙漿中的水泥，當(dāng)水中膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等粘性物質(zhì)和碳酸鹽共同作用，在高溫煮沸條件下則形成了和容器（或管道表面）粘附在一起的硬垢。而一旦膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等粘性物質(zhì)被去除（如通過(guò)超濾濾除）后，即使水中鈣、鎂離子和碳酸根離子濃度很高，也只生成潔白而松散的容易去除的碳酸鹽軟垢，而不會(huì)產(chǎn)生硬垢。

二、熱水工程為什么要進(jìn)行水處理

水垢與我們的生活形影不離。它的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不僅會(huì)影響熱交換率，消耗能源（一毫米厚的水垢能多消耗10％的能源），而且過(guò)多的水垢會(huì)堵塞水管，使水流變小，以致帶來(lái)安全隱患；水垢甚至?xí)：θ藗兊纳眢w健康。

熱水工程必須要進(jìn)行水處理，如同金屬設(shè)備行業(yè)進(jìn)行的防腐工程一樣。對(duì)熱水工程進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃幚?，可以使熱效率提?0%-40%左右；設(shè)備使用年限提高1-2倍；設(shè)備維修率下降20%-30%。

在西歐、北美，熱水工程水處理是一個(gè)必要的環(huán)節(jié)，無(wú)論是設(shè)計(jì)院，設(shè)備供應(yīng)商，用戶(hù)都對(duì)熱水工程水處理有足夠的重視，水處理設(shè)備投入比例占整個(gè)工程量的5%-8%左右，因此而節(jié)省的能源與不發(fā)達(dá)國(guó)家比有20%-30%；設(shè)備的使用費(fèi)用下降50%。水垢能耗眾所周知，以法國(guó)為例，每年成垢量超過(guò)7000噸，耗費(fèi)十幾億歐元，其耗能程度可想而知。

在中國(guó)，鍋爐設(shè)備每年都要有一次中修，兩年必須大修，在水源水質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備無(wú)法運(yùn)行，一年就要進(jìn)行大修；中國(guó)是一個(gè)地表水資源缺乏的國(guó)家，70%的地區(qū)以地下水為主，地下水中所含的礦物質(zhì)更豐富，品種更繁雜，熱水工程更需要認(rèn)真的進(jìn)行水處理，熱水工程離不開(kāi)水處理。在當(dāng)今世界提倡綠色能源、節(jié)能減排的潮流中，熱水工程水處理更能發(fā)揮不可或缺的作用。

三、水垢對(duì)太陽(yáng)能熱水器的危害

1、太陽(yáng)能真空管是太陽(yáng)能熱水器的集熱器，直接吸收太陽(yáng)光線，并利用熱水比重小，冷水比重大的原理，將真空管內(nèi)已被太陽(yáng)光加熱的水和水箱中的冷水進(jìn)行交換，加熱水箱中的水。

集熱效率是衡量太陽(yáng)能熱水器真空管性能的重要指標(biāo)之一，太陽(yáng)能熱水器的集熱效率體現(xiàn)在真空管技術(shù)上，主要由真空管的透光率、單向反射率以及真空隔熱率三個(gè)指標(biāo)決定。透光率決定了真空管的集熱效率，也就是說(shuō)：透光率越高，集熱效率越高。這個(gè)問(wèn)題我們從太陽(yáng)能集熱器能量平衡方程：Q=QI-QL和集熱器效率公式：η=Q∕A*G中可以看出：透光率越高、集熱器吸收的太陽(yáng)輻射能QI越高、集熱器吸收的有用能量Q越高、集熱器效率η越高；反之亦然。但透光率是在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的數(shù)據(jù)，而在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)連續(xù)用水半個(gè)月左右，真空管內(nèi)壁上即形成可見(jiàn)的水垢膜，這時(shí)透光率只能達(dá)到新真空管的85%左右，使用半年后，在真空管內(nèi)壁可形成1-2mm厚的垢殼，其透光率只有新真空管的50%以下，這時(shí)的集熱效率較之新真空管也下降到50%以下；

2、為回避水垢問(wèn)題以及因真空管破裂而漏水造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，有的高檔太陽(yáng)能熱水器以及大型聯(lián)排太陽(yáng)能工程、陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水器多采用太陽(yáng)能熱管，并認(rèn)為無(wú)需再進(jìn)行水處理，但熱管所產(chǎn)生的熱量多集中于紫銅探頭，因探頭溫度高、面積小，更容易在探頭上形成一個(gè)水垢包，因熱管的熱量經(jīng)過(guò)熱媒、熱傳感器多次交換，對(duì)水垢更敏感，水垢對(duì)熱交換的效率影響更大。

3、水垢的導(dǎo)熱系數(shù)極低,不到金屬的百分之一，它附著在太陽(yáng)能的集熱管內(nèi)壁導(dǎo)致吸熱管吸收的熱量不能及時(shí)傳遞給水，造成溫度過(guò)高，極易炸管，水壺?zé)┝司褪沁@個(gè)道理。同樣你的太陽(yáng)能水溫一年比一年低,最后造成集熱管報(bào)廢，細(xì)心的用戶(hù)會(huì)發(fā)現(xiàn)，家里的太陽(yáng)能水溫沒(méi)有去年的高，就是水垢結(jié)多了。水垢用傳統(tǒng)的方式清理很難，暖瓶里的水垢我們也清理過(guò)，是不是很硬，很難清理干凈。同樣真空管口徑細(xì)，更難清理徹底。

4、水垢腐蝕內(nèi)膽，造成漏水，破壞保溫效果，減少太陽(yáng)能熱水器的使用壽命。以前家里用白鐵制造的太陽(yáng)能用不了幾年就漏了，就是水垢腐蝕的原因?，F(xiàn)在的太陽(yáng)能熱水器水箱一般都是采用304不銹鋼制作。在生產(chǎn)焊接時(shí)，雖然有氬氣的保護(hù)，但受到高溫影響，使焊縫附近的金屬晶像發(fā)生改變，即由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。含有氯離子的水在不斷加熱過(guò)程中，加速了焊縫周邊金屬的銹蝕穿孔。

5、水垢影響水溫儀及電加熱系統(tǒng)的正常使用，導(dǎo)致設(shè)備損壞。

四、水垢對(duì)熱泵、空調(diào)機(jī)組的危害

1、板式換熱器的堵塞穿孔：

板式換熱器出于提高效率和降低成本，以及減少體積等因素考慮，一般水通道設(shè)計(jì)的比較窄，面積大，鋁板式鋼板的厚度在1mm以下。面積大，水垢的沉淀面積就大。當(dāng)水垢的富集厚度到1mm左右時(shí)，水的阻力會(huì)提高1-2倍，熱交換效率下降15%-20%左右，當(dāng)水垢的厚度達(dá)到2-3mm時(shí)，熱交換效率下降20%-30%左右，并引起水流不暢。板式熱交換器的銹蝕穿孔：因水源水PH值偏高或偏低，而導(dǎo)致水的腐蝕性增強(qiáng)，特別是當(dāng)溫度升高后加速熱交換器的腐蝕穿孔。

2、套管式熱交換器：

套管式熱交換器外管材料一般采用紫銅，厚度1mm以上，為增加熱交換效率，高檔的套管式熱交換器的外管表面做成凹凸?fàn)睿云诶錈崴谔坠鼙砻嫘纬蓽u流，但水垢一般首先在凹面富集，因此使用3-6月后也就無(wú)所謂渦流了。套管式熱交換器成本較板式高、體積也增大，但熱交換效率較低；因其外套管較厚，相較板式交換器不易銹蝕穿孔（在一些水源較差的地方仍時(shí)有發(fā)生）而被很多熱泵廠家采用；但因其熱交換效率低，必須提高其表面溫度，因此主機(jī)工作時(shí)需較大的壓縮比，和采用板式熱交換器比，同樣的制熱量其主機(jī)功率要大一些，再加上套管熱交換器體積大、成本高，因此不僅整機(jī)成本提高，能耗也增大；同時(shí)，它只是延緩了故障的發(fā)生時(shí)間，一般一至兩年后，同樣要采取除垢工作，否則仍會(huì)出現(xiàn)種種故障。

3、水垢對(duì)中央空調(diào)機(jī)組的危害：

1）、降低了換熱效果。多數(shù)換熱器都是用碳素鋼制成的，而碳素鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為46.4-52.2W/（m*k），而水垢的導(dǎo)熱系數(shù)為0.464-0.679W/（m*k），只有碳素鋼的1%左右，顯然水垢或其它沉積物的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬低得多。因此當(dāng)水垢或其它沉積物覆蓋在換熱器表面上時(shí)，就如同在換熱器表面裹上一層厚厚的棉衣，大大降低換熱器的換熱效率，如果想要維持其制熱或制冷，勢(shì)必增加能耗。

2）、使冷卻水的循環(huán)速度和流量減少。沉積物或微生物污垢覆蓋在換熱器及其管壁上，甚至堵塞管道，這樣使單位時(shí)間通過(guò)的循環(huán)水量減少了，循環(huán)速度減慢了，從而導(dǎo)致?lián)Q熱效果進(jìn)一步降低。

3）、加速腐蝕。沉積物和微生物的存在，促使了濃差腐蝕電池的形成及垢下腐蝕的產(chǎn)生，從而加速了金屬被腐蝕的速度。

4）、縮短了設(shè)備的使用壽命。一方面沉積物和微生物粘泥覆蓋在換熱器表面，阻止了設(shè)備的有效換熱，從而使換熱器表面的金屬長(zhǎng)期處于高溫?zé)嶝?fù)荷狀態(tài)，導(dǎo)致了金屬疲勞；另一方面，腐蝕的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器的管壁變薄，尤其是垢下腐蝕還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備穿孔泄漏，這些情況的發(fā)生，使得設(shè)備的使用壽命縮短。

5）、增加了運(yùn)行成本。為使設(shè)備保持足夠的換熱效率，必須采取增加水量，增大能源供給等措施，同時(shí)為維修、更換因腐蝕原因造成損害的設(shè)備，必然增加費(fèi)用，從而增大了設(shè)備的運(yùn)行成本。

6）、因真空管內(nèi)表面很光滑，垢殼在水流的沖擊下產(chǎn)生脫落，造成真空管內(nèi)水循環(huán)不暢乃至堵塞。

五、水垢對(duì)電熱水器的危害

可別小看了水垢，電熱水器行業(yè)把水垢叫做熱水器的天敵。水垢最直接的危害是耗電，一般50升的電熱水器兩個(gè)小時(shí)就能燒熱了，如果內(nèi)膽結(jié)了水垢，要花三四個(gè)小時(shí)。

水垢最嚴(yán)重的危害在于，容易導(dǎo)致電熱水器金屬發(fā)熱管氧化，它不僅降低加熱效率，還會(huì)損害內(nèi)膽的絕緣層，以致水被通電后，如果有人沐浴便可能導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。據(jù)了解，近年來(lái)，電熱水器漏電傷人事件的報(bào)告不斷傳出。杭州、北京、上海、天津、重慶、溫州、石家莊、濟(jì)南、青島等城市連續(xù)發(fā)生了熱水器漏電傷人事件。數(shù)據(jù)顯示，自1997年以來(lái)，中國(guó)年均熱水器傷人事故在1000起以上，引發(fā)的投訴逾6000件。而據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)約有80%的熱水器事故是因水垢引起的，因而有人比喻：“一臺(tái)結(jié)滿(mǎn)水垢的熱水器，就好比是一顆定時(shí)炸彈，懸在頭上隨時(shí)會(huì)爆炸！”

六、水垢對(duì)燃?xì)饧半娂礋崾綗崴鞯奈：?/span>

1、燃?xì)饧礋崾綗崴?

燃?xì)饧礋崾綗崴鞑捎脦С岬亩嗦纷香~毛絲管盤(pán)列，為提高水溫上升效率，紫銅管內(nèi)水通道狹窄，彎道多，如不采用給水處理工藝，在一些硬水區(qū)幾乎一年后必出故障，水垢不僅在狹窄的內(nèi)管富集降低熱效率，而且脫落的水垢會(huì)在彎道集中、堵塞水通道，造成燃?xì)饧礋崾綗崴髟诒狈绞袌?chǎng)的占有率，始終不高（北方多為硬水區(qū)）。

2、電即熱式熱水器：

如同即熱式燃?xì)鉄崴髯非蟪　⒊?，電即熱式熱水器的毛?xì)管更細(xì)，毛細(xì)管壁更薄，在北方使用有時(shí)不到三個(gè)月就發(fā)生堵塞甚至毛細(xì)管穿孔。

七、水垢對(duì)熱水輸送管路的危害

過(guò)去熱水管道多采用鍍鋅鋼管，鍍鋅鋼管初步銹蝕后水垢在疏松銹面上著床，碳酸鈣、碳酸鎂再與銹蝕層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在熱水的作用下加速銹蝕，一般一兩年后，管道通徑縮小30%以上。并伴有黃水（銹水）產(chǎn)生，直至5-8年左右管路無(wú)法使用；近年推廣PPR管，在PPR管路系統(tǒng)接頭以及轉(zhuǎn)彎等處，接頭與管道接縫處，水垢富集，使水系統(tǒng)水阻增大，原設(shè)計(jì)水力平衡被破壞，在供暖系統(tǒng)中造成供暖供冷不平衡現(xiàn)象。

八、水垢對(duì)鍋爐的危害

水壺里長(zhǎng)了水垢，不容易傳熱，浪費(fèi)燃料。這些對(duì)于一個(gè)家庭來(lái)說(shuō)，浪費(fèi)還不算嚴(yán)重。對(duì)于工廠來(lái)說(shuō)，問(wèn)題就大啦。工廠供暖供汽用的大鍋爐，有的每小時(shí)要送出好幾噸蒸汽，相當(dāng)于燒幾

噸水。據(jù)試驗(yàn)，一噸河水里大約有1．6公斤礦物質(zhì)；而一噸井水里的礦物質(zhì)高達(dá)30公斤左右。一天輸送幾十噸蒸汽，硬水在鍋爐內(nèi)壁沉積出的水垢數(shù)量，又該多么驚人！大鍋爐里結(jié)了水垢

，好比鍋爐壁的鋼板和水之間筑起一座隔熱的石墻。鍋爐鋼板挨不著水，爐膛的火一個(gè)勁地把鋼板燒得通紅。這時(shí)候，如果水垢出現(xiàn)裂縫，水立即滲漏到高溫的鋼板上，急劇蒸發(fā)，造成鍋爐

內(nèi)壓力猛增，就要發(fā)生爆炸。鍋爐爆炸的威力，不亞于一顆重磅炸彈！

水垢直接威脅鍋爐設(shè)備的安全和鍋爐的使用壽命

從表中可看出，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬的導(dǎo)熱系數(shù)小幾百倍。因此，即使在受熱面上形成不太厚的水垢，也會(huì)由于熱阻大，使其導(dǎo)熱效率降低，造成熱損失，浪費(fèi)燃料。實(shí)踐證明，鍋爐受熱面結(jié)有1毫米的水垢，能使煤的消耗增加1.5～２％左右。由于受熱面上結(jié)有水垢，會(huì)使金屬管壁局部過(guò)熱，當(dāng)壁溫超過(guò)其工作允許極限溫度時(shí)，會(huì)使管壁鼓包，嚴(yán)重的會(huì)引起鍋爐爆管事故，使人身安全受到威脅。

九、水垢對(duì)人體健康的危害

據(jù)化學(xué)分析，每一克水垢中就會(huì)含有鉛12毫克、砷21毫克、汞44毫克、鎘3.4毫克、鐵24毫克，其危害非常大，不但會(huì)引起人體重金屬含量超標(biāo)，還會(huì)引起膽結(jié)石病癥，甚至還會(huì)導(dǎo)致人體器官癌變以及中毒。

水的硬度，是指水中的鈣、鎂、鐵、鋁、錳的碳酸鹽、重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽及硝酸鹽等所有的鹽類(lèi)的含量，并常含有汞、鎘、砷、鉛等少量的有害元素。水的硬度單位通常是將水中的全部鹽類(lèi)換算為碳酸鈣來(lái)計(jì)量。當(dāng)水中的硬度以碳酸鈣計(jì)小于150毫克/升時(shí)，稱(chēng)為軟水；150—450毫克/升時(shí)，稱(chēng)為硬水；450—714毫克/升時(shí)為高硬水；大于714毫克/升時(shí)為特硬水。國(guó)家生活飲用水硬度的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為小于450毫克/升（以碳酸鈣計(jì)）。

高硬度的水質(zhì)嚴(yán)重地影響了工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活與健康。在工業(yè)上用高硬度的水漿洗和漂染紡織物易出現(xiàn)斑點(diǎn)、發(fā)花、色澤黯淡，潔白度下降，形成廢品和次品；用硬水釀酒易使果酒和啤酒出現(xiàn)渾濁與沉淀而報(bào)廢；硬水不能供做化學(xué)試驗(yàn)、造紙、制藥、電子、化工、食品飲料等工業(yè)用水，否則會(huì)產(chǎn)生廢品、出現(xiàn)嚴(yán)重事故的惡果。用硬水洗衣物易使紡織物纖維變硬發(fā)脆而損壞；用硬水洗澡、洗頭時(shí)有發(fā)澀發(fā)黏的感覺(jué)；用硬水燒豆與肉類(lèi)不易熟爛；用硬水燒開(kāi)水易使水壺結(jié)垢，浪費(fèi)燃料1/3以上。在人體健康上，飲用高硬水易使人患暫時(shí)性胃腸不適、腹脹、瀉肚、排氣多，甚至引起腎結(jié)石等疾病。不僅如此，水壺與暖水瓶使用一段時(shí)間后，其內(nèi)壁就會(huì)結(jié)滿(mǎn)一層白色的水堿，除大部分為碳酸鈣、碳酸鎂外、還含有多種有害的汞、鎘、鉛、砷等元素，如不經(jīng)常及時(shí)清除，反復(fù)用來(lái)燒水、裝水后，有害元素積累越來(lái)越多，并能再次溶于水中，當(dāng)人們飲用后就進(jìn)入人體，從而引起人體慢性中毒甚至可致癌和致畸，嚴(yán)重危害人體健康。

十、常見(jiàn)的熱水工程水處理的方法以及評(píng)價(jià)

1、離子交換法：采用特定的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來(lái)，由于鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。主要優(yōu)點(diǎn)是：效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟，可以將硬度降低至0。采用這種方式的軟化水設(shè)備一般也叫做“離子交換器”(由于采用的多為鈉離子交換樹(shù)脂，所以也多稱(chēng)為“鈉離子交換器”)。其缺點(diǎn)為：

（1）、會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的再生廢液，用于空氣源熱泵成本較高；

（2）、耗鹽量大，需經(jīng)常還原；

（3）、排出大量含鹽廢水易引起管道腐蝕，熱水使用存在安全隱患。

2、電磁法：采用在水中加上一定的電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)改變水分子的特性，從而改變碳酸鈣(碳酸鎂)沉積的速度及沉積時(shí)的物理特性來(lái)阻止水垢的形成。其特點(diǎn)是：設(shè)備投資小，安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低；但是效果不夠穩(wěn)定，沒(méi)有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)磁場(chǎng)后的水分子將在半個(gè)小時(shí)左右時(shí)間恢復(fù)通磁前的狀態(tài)，所以處理后對(duì)水的使用時(shí)間、距離都有一定局限。從方法上看只能應(yīng)用于對(duì)循環(huán)水的處理，對(duì)磁力大小有硬性指標(biāo)要求，磁場(chǎng)強(qiáng)度要在2000高斯以上，最主要的是現(xiàn)在磁化功能并沒(méi)有得到相關(guān)的認(rèn)證，對(duì)其可行性與實(shí)效性存在質(zhì)疑。

3、膜分離法：納濾膜(NF)及反滲透膜(RO)均可以攔截水中的鈣鎂離子，從而從根本上降低水的硬度。這種方法的特點(diǎn)是，效果明顯而穩(wěn)定，處理后的水適用范圍廣；但是對(duì)進(jìn)水壓力有較高要求，設(shè)備投資、運(yùn)行成本都較高。

4、加藥法：向水中加入專(zhuān)用的阻垢劑，可以使鈣鎂離子、碳酸根離子與藥劑的分子形成絡(luò)合物，增加其在高溫水中的溶解度，從而使水垢不能析出、沉積。目前工業(yè)上可以使用的阻垢劑很多，在水處理中常用的阻垢劑有復(fù)磷酸鹽、有機(jī)膦酸、膦羧酸、有機(jī)膦酸脂、聚羧酸等。這種方法的特點(diǎn)是：一次性投入較少，適應(yīng)性廣，阻垢、除垢能力強(qiáng)，尤其適合于儲(chǔ)水式加熱器，但因其需不斷的投入藥劑，從而系統(tǒng)較為復(fù)雜。