水系统的积垢及其物理控制技术_延卫

净水技术WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYVol.27,No.3,2008June25th,2008在工业及商用冷、热水系统中,换热器、输送管道以及泵阀等设备内结垢现象十分普遍和严重[1]。结垢会引起设备的局部腐蚀,减少其使用寿命;严重时还会堵塞管道,减少水的流通截面积,增大水流阻力,增加系统输送动力费用。对于换热设备而言,结垢会大幅增加换热器管壁的传热热阻,增大系统的运行成本。因此解决水系统中的水垢问题,对于安全生产、降低能耗和节约水资源有着十分重大的意义。1水垢的种类水垢主要是指溶解度较小或难溶的无机盐在水利用过程中沉积在管道或用水设备上形成的固体沉淀。工业锅炉上的水垢是工程概念,与沉积物等同。水垢按化学组成可分为钙盐、镁盐或碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐和氧化铁等。水垢的组成和结晶形状与水质条件、流动状态以及受热面温度等因素有关。目前已发现的能确定组成和晶形的水垢有50余种[2],不同种类水垢的成分和结构差别很大,水垢的种类及性质[3,4]如表1所示。2水垢形成机理一般认为水系统的结垢是水中过饱和的CaCO3、Mg(OH)2、CaSO4等盐类析出、沉淀所致[3,5]。这些物质在受热面上结垢时要经过一系列过程:形成过饱和溶液,微细的结晶在过饱和溶液中处于溶解-结晶平衡的亚稳定状态;结晶长大聚集而失去稳定,成垢物质在受热面上粘附并有序地使晶粒长大,结成水垢。水垢的形成与成垢离子、水质密切相关。水分子中的电子结构,即水分子中电子云的分布、形状和方向决定了水分子中电子位能大小,进而决定了水的电位大小。结垢是成垢离子沿固液界面的固体一侧发生的化学吸附与物理吸附作用的延伸,即无机盐或氧化物在固体表面结晶的过程。由于水系统管道和设备器壁电位的高低与正负,受器壁材料性质及所处环境的影响;而水的电位受器壁电位、水的pH值、水温和水中离子电荷量的影响。这两种电位就在固液界面间构成了一个被称为偶电层的电化学能场。它们的电位差越大,偶电层电位势差就越大,偶电层能场的能量也越大,而且总是在器壁一侧形成负极电位,当有矿物溶质离子吸附时就产生结垢。从结垢离子Ca2+和CO32-的电性符号上可以看出,它们都是具有电性引力的离子。而偶电层对正负离子都水系统的积垢及其物理控制技术延卫,徐浩,汤成莉(西安交通大学环境科学与工程系,陕西西安710049)摘要主要综述了水系统中水垢的种类、形成机理及其物理防治方法。详细阐述了静电、电子以及磁化等物理控垢法的工作原理及技术要点,并指出了其发展方向。关键词水垢形成机理物理防治方法中图分类号:TQ085文献标识码:A文章编号:1009-0177(2008)03-0009-05ScaleandItsPhysicalPreventioninWaterSystemsYANWei,XUHao,TANGCheng-li(Dept.ofEnvironmentalScience&Engineering,Xi'anJiaotongUniversity,Xi'an710049,China)AbstractThetype,formationmechanismandphysicalcontrolmethodsofscaleinwatersystemswassummarizedinthispaper.Theworkingprincipleandessentialtechnologyofelectrostaticfieldwatertreatment,electronicwatertreatmentandmagneticwatertreat-mentwereexpoundedindetails.Theirdevelopmenttrendencywerealsopresented.Keywordsscaleformationmechanismphysicalcontrolmethods[收稿日期]2007-12-19[基金项目]教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-07-0683)[作者简介]延卫(1971-),男,副教授,从事光催化、水处理、导电高分子等研究。电话:029-82664731;E-mail:yanwei@mail.xjtu.edu.cn。净水技术2008,27(3):9-13WaterPurificationTechnology9--DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2008.03.003Vol.27,No.3,2008垢类主要成份组成颜色特性导热系数/(W·m-1·K-1)鉴别方法碳酸盐水垢CaCO3+Mg(OH)2占50%以上方解石文石水镁石白色比较坚硬;常附着在水系统中温度较低部位0.58～6.96大部分可溶于5%的盐酸溶液中并产生大量气泡;850～900℃灼烧之后减量达四成硫酸盐水垢C