一、水垢是怎樣形成的

一般來說。含有鈣(Ca)、鎂(Mg)鹽類等礦物質的水叫做“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（或者相當于10mmgCaO）稱為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。自來水是河水、湖水或者井水經過沉降，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，是“軟水”。水燒開后，一部分水蒸發了，本來不好溶解的硫酸鈣(CaSO4，石膏就是含結晶水的硫酸鈣）沉淀下來。原來溶解的碳酸氫鈣(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。這就是水垢的來歷。

水垢根據其形成原因和成形狀態的不同大致可分為硬垢和軟垢兩種。當水中含有碳酸鹽膠體、細菌和有機物等雜質時，碳酸鹽類似于水泥沙漿中的沙石，而膠體、細菌和有機物等則相當于水泥沙漿中的水泥，當水中膠體、細菌和有機物等粘性物質和碳酸鹽共同作用，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、細菌和有機物等粘性物質被去除（如通過超濾濾除）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，而不會產生硬垢。

二、熱水工程為什么要進行水處理

水垢與我們的生活形影不離。它的化學性質十分穩定，不僅會影響熱交換率，消耗能源（一毫米厚的水垢能多消耗10％的能源），而且過多的水垢會堵塞水管，使水流變小，以致帶來安全隱患；水垢甚至會危害人們的身體健康。

熱水工程必須要進行水處理，如同金屬設備行業進行的防腐工程一樣。對熱水工程進行適當的水處理，可以使熱效率提高20%-40%左右；設備使用年限提高1-2倍；設備維修率下降20%-30%。在西歐、北美，熱水工程水處理是一個必要的環節，無論是設計院，設備供應商，用戶都對熱水工程水處理有足夠的重視，水處理設備投入比例占整個工程量的5%-8%左右，因此而節省的能源與不發達國家比有20%-30%；設備的使用費用下降50%。水垢能耗眾所周知，以法國為例，每年成垢量超過7000噸，耗費十幾億歐元，其耗能程度可想而知。

在中國，鍋爐設備每年都要有一次中修，兩年必須大修，在水源水質復雜的地區甚至會導致設備無法運行，一年就要進行大修；中國是一個地表水資源缺乏的國家，70%的地區以地下水為主，地下水中所含的礦物質更豐富，品種更繁雜，熱水工程更需要認真的進行水處理，熱水工程離不開水處理。在當今世界提倡綠色能源、節能減排的潮流中，熱水工程水處理更能發揮不可或缺的作用。

三、水垢對熱泵、空調機組的危害

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，一般水通道設計的比較窄，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。當水垢的富集厚度到1mm左右時，水的阻力會提高1-2倍，熱交換效率下降15%-20%左右，當水垢的厚度達到2-3mm時，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，而導致水的腐蝕性增強，特別是當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狀，以期冷熱水在套管表面形成渦流，但水垢一般首先在凹面富集，因此使用3-6月后也就無所謂渦流了。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有發生）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，因此主機工作時需較大的壓縮比，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，因此不僅整機成本提高，能耗也增大；同時，它只是延緩了故障的發生時間，一般一至兩年后，同樣要采取除垢工作，否則仍會出現種種故障。

3、水垢對中央空調機組的危害：

1）、降低了換熱效果。多數換熱器都是用碳素鋼制成的，而碳素鋼的導熱系數為46.4-52.2W/（m*k），而水垢的導熱系數為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熱系數比金屬低得多。因此當水垢或其它沉積物覆蓋在換熱器表面上時，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，勢必增加能耗。

2）、使冷卻水的循環速度和流量減少。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，這樣使單位時間通過的循環水量減少了，循環速度減慢了，從而導致換熱效果進一步降低。

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生，從而加速了金屬被腐蝕的速度。

4）、縮短了設備的使用壽命。一方面沉積物和微生物粘泥覆蓋在換熱器表面，阻止了設備的有效換熱，從而使換熱器表面的金屬長期處于高溫熱負荷狀態，導致了金屬疲勞；另一方面，腐蝕的發生會導致換熱器的管壁變薄，尤其是垢下腐蝕還會導致設備穿孔泄漏，這些情況的發生，使得設備的使用壽命縮短。

5）、增加了運行成本。為使設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，同時為維修、更換因腐蝕原因造成損害的設備，必然增加費用，從而增大了設備的運行成本。

四、水垢對電熱水器的危害

可別小看了水垢，電熱水器行業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升的電熱水器兩個小時就能燒熱了，如果內膽結了水垢，要花三四個小時。

水垢最嚴重的危害在于，容易導致電熱水器金屬發熱管氧化，它不僅降低加熱效率，還會損害內膽的絕緣層，以致水被通電后，如果有人沐浴便可能導致觸電事故發生。據了解，近年來，電熱水器漏電傷人事件的報告不斷傳出。杭州、北京、上海、天津、重慶、溫州、石家莊、濟南、青島等城市連續發生了熱水器漏電傷人件。數據顯示，自1997年以來，中國年均熱水器傷人事故在1000起以上，引發的投訴逾6000件。而據不完全統計，國內約有80%的熱水器事故是因水垢引起的，因而有人比喻：“一臺結滿水垢的熱水器，就好比是一顆定時炸彈，懸在頭上隨時會爆炸！”

五、水垢對燃氣及電即熱式熱水器的危害

1、燃氣即熱式熱水器

燃氣即熱式熱水器采用帶翅的多路紫銅毛絲管盤列，為提高水溫上升效率，紫銅管內水通道狹窄，彎道多，如不采用給水處理工藝，在一些硬水區幾乎一年后必出故障，水垢不僅在狹窄的內管富集降低熱效率，而且脫落的水垢會在彎道集中、堵塞水通道，造成燃氣即熱式熱水器在北方市場的占有率，始終不高（北方多為硬水區）。

2、電即熱式熱水器：

如同即熱式燃氣熱水器追求超小、超薄，電即熱式熱水器的毛細管更細，毛細管壁更薄，在北方使用有時不到三個月就發生堵塞甚至毛細管穿孔。

六、水垢對熱水輸送管路的危害

過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生化學反應，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）產生，直至5-8年左右管路無法使用；近年推廣PPR管，在PPR管路系統接頭以及轉彎等處，接頭與管道接縫處，水垢富集，使水系統水阻增大，原設計水力平衡被破壞，在供暖系統中造成供暖供冷不平衡現象。

七、水垢對鍋爐的危害

水壺里長了水垢，不容易傳熱，浪費燃料。這些對于一個家庭來說，浪費還不算嚴重。對于工廠來說，問題就大啦。工廠供暖供汽用的大鍋爐，有的每小時要送出好幾噸蒸汽，相當于燒干幾噸水。據試驗，一噸河水里大約有1．6公斤礦物質；而一噸井水里的礦物質高達30公斤左右。一天輸送幾十噸蒸汽，硬水在鍋爐內壁沉積出的水垢數量，又該多么驚人！大鍋爐里結了水垢，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，爐膛的火一個勁地把鋼板燒得通紅。這時候，如果水垢出現裂縫，水立即滲漏到高溫的鋼板上，急劇蒸發，造成鍋爐內壓力猛增，就要發生爆炸。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備的安全和鍋爐的使用壽命

從表中可看出，水垢的導熱系數比金屬的導熱系數小幾百倍。因此，即使在受熱面上形成不太厚的水垢，也會由于熱阻大，使其導熱效率降低，造成熱損失，浪費燃料。實踐證明，鍋爐受熱面結有1毫米的水垢，能使煤的消耗增加1.5～２％左右。由于受熱面上結有水垢，會使金屬管壁局部過熱，當壁溫超過其工作允許極限溫度時，會使管壁鼓包，嚴重的會引起鍋爐爆管事故，使人身安全受到威脅。

八、常見的熱水工程水處理的方法以及評價

1、離子交換法：采用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來，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。主要優點是：效果穩定準確，工藝成熟，可以將硬度降低至0。采用這種方式的軟化水設備一般也叫做“離子交換器”(由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為 “鈉離子交換器”)。其缺點為：

（1）、會產生過量的再生廢液，用于空氣源熱泵成本較高；

（2）、耗鹽量大，需經常還原；

（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或磁場來改變水分子的特性，從而改變碳酸鈣(碳酸鎂)沉積的速度及沉積時的物理特性來阻止水垢的形成。其特點是：設備投資小，安裝方便，運行費用低；但是效果不夠穩定，沒有統一的衡量標準，因為通過磁場后的水分子將在半個小時左右時間恢復通磁前的狀態，所以處理后對水的使用時間、距離都有一定局限。從方法上看只能應用于對循環水的處理，對磁力大小有硬性指標要求，磁場強度要在2000高斯以上，最主要的是現在磁化功能并沒有得到相關的認證，對其可行性與實效性存在質疑。

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。這種方法的特點是，效果明顯而穩定，處理后的水適用范圍廣；但是對進水壓力有較高要求，設備投資、運行成本都較高。

4、加藥法：向水中加入專用的阻垢劑，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。目前工業上可以使用的阻垢劑很多，在水處理中常用的阻垢劑有復磷酸鹽、有機膦酸、膦羧酸、有機膦酸脂、聚羧酸等。這種方法的特點是：一次性投入較少，適應性廣，阻垢、除垢能力強，尤其適合于儲水式加熱器，但因其需不斷的投入藥劑，從而系統較為復雜。