一、水垢是怎样形成的

一般来说。含有钙(Ca)、镁(Mg)盐类等矿物质的水叫做“硬水”。（水的硬度（也叫矿化度）是指溶解在水中的钙盐与镁盐含量的多少。含量多的硬度大，反之则小。1升水中含有10mmgCaO（或者相当于10mmgCaO）称为1度。软水就是硬度小于8的水）河水、湖水、井水和泉水都是硬水。自来水是河水、湖水或者井水经过沉降，除去泥沙，消毒杀菌后得到的，也是硬水。刚下的雨雪，水里不含矿物质，是“软水”。水烧开后，一部分水蒸发了，本来不好溶解的硫酸钙(CaSO4，石膏就是含结晶水的硫酸钙）沉淀下来。原来溶解的碳酸氢钙(Ca(HCo3)2）和碳酸氢镁（Mg(HCO3)2)，在沸腾的水里分解，放出二氧化碳(CO2)，变成难溶解的碳酸钙(CaCO3)和氢氧化镁（Mg(OH)2)也沉淀下来。这就是水垢的来历。

水垢根据其形成原因和成形状态的不同大致可分为硬垢和软垢两种。当水中含有碳酸盐胶体、细菌和有机物等杂质时，碳酸盐类似于水泥沙浆中的沙石，而胶体、细菌和有机物等则相当于水泥沙浆中的水泥，当水中胶体、细菌和有机物等粘性物质和碳酸盐共同作用，在高温煮沸条件下则形成了和容器（或管道表面）粘附在一起的硬垢。而一旦胶体、细菌和有机物等粘性物质被去除（如通过超滤滤除）后，即使水中钙、镁离子和碳酸根离子浓度很高，也只生成洁白而松散的容易去除的碳酸盐软垢，而不会产生硬垢。

二、热水工程为什么要进行水处理

水垢与我们的生活形影不离。它的化学性质十分稳定，不仅会影响热交换率，消耗能源（一毫米厚的水垢能多消耗10％的能源），而且过多的水垢会堵塞水管，使水流变小，以致带来安全隐患；水垢甚至会危害人们的身体健康。

热水工程必须要进行水处理，如同金属设备行业进行的防腐工程一样。对热水工程进行适当的水处理，可以使热效率提高20%-40%左右；设备使用年限提高1-2倍；设备维修率下降20%-30%。在西欧、北美，热水工程水处理是一个必要的环节，无论是设计院，设备供应商，用户都对热水工程水处理有足够的重视，水处理设备投入比例占整个工程量的5%-8%左右，因此而节省的能源与不发达国家比有20%-30%；设备的使用费用下降50%。水垢能耗众所周知，以法国为例，每年成垢量超过7000吨，耗费十几亿欧元，其耗能程度可想而知。

在中国，锅炉设备每年都要有一次中修，两年必须大修，在水源水质复杂的地区甚至会导致设备无法运行，一年就要进行大修；中国是一个地表水资源缺乏的国家，70%的地区以地下水为主，地下水中所含的矿物质更丰富，品种更繁杂，热水工程更需要认真的进行水处理，热水工程离不开水处理。在当今世界提倡绿色能源、节能减排的潮流中，热水工程水处理更能发挥不可或缺的作用。

三、水垢对热泵、空调机组的危害

1、板式换热器的堵塞穿孔：

板式换热器出于提高效率和降低成本，以及减少体积等因素考虑，一般水通道设计的比较窄，面积大，铝板式钢板的厚度在1mm以下。面积大，水垢的沉淀面积就大。当水垢的富集厚度到1mm左右时，水的阻力会提高1-2倍，热交换效率下降15%-20%左右，当水垢的厚度达到2-3mm时，热交换效率下降20%-30%左右，并引起水流不畅。板式热交换器的锈蚀穿孔：因水源水PH值偏高或偏低，而导致水的腐蚀性增强，特别是当温度升高后加速热交换器的腐蚀穿孔。

2、套管式热交换器：

套管式热交换器外管材料一般采用紫铜，厚度1mm以上，为增加热交换效率，高档的套管式热交换器的外管表面做成凹凸状，以期冷热水在套管表面形成涡流，但水垢一般首先在凹面富集，因此使用3-6月后也就无所谓涡流了。套管式热交换器成本较板式高、体积也增大，但热交换效率较低；因其外套管较厚，相较板式交换器不易锈蚀穿孔（在一些水源较差的地方仍时有发生）而被很多热泵厂家采用；但因其热交换效率低，必须提高其表面温度，因此主机工作时需较大的压缩比，和采用板式热交换器比，同样的制热量其主机功率要大一些，再加上套管热交换器体积大、成本高，因此不仅整机成本提高，能耗也增大；同时，它只是延缓了故障的发生时间，一般一至两年后，同样要采取除垢工作，否则仍会出现种种故障。

3、水垢对中央空调机组的危害：

1）、降低了换热效果。多数换热器都是用碳素钢制成的，而碳素钢的导热系数为46.4-52.2W/（m*k），而水垢的导热系数为0.464-0.679W /（m*k），只有碳素钢的1%左右，显然水垢或其它沉积物的导热系数比金属低得多。因此当水垢或其它沉积物覆盖在换热器表面上时，就如同在换热器表面裹上一层厚厚的棉衣，大大降低换热器的换热效率，如果想要维持其制热或制冷，势必增加能耗。

2）、使冷却水的循环速度和流量减少。沉积物或微生物污垢覆盖在换热器及其管壁上，甚至堵塞管道，这样使单位时间通过的循环水量减少了，循环速度减慢了，从而导致换热效果进一步降低。

3）、加速腐蚀。沉积物和微生物的存在，促使了浓差腐蚀电池的形成及垢下腐蚀的产生，从而加速了金属被腐蚀的速度。

4）、缩短了设备的使用寿命。一方面沉积物和微生物粘泥覆盖在换热器表面，阻止了设备的有效换热，从而使换热器表面的金属长期处于高温热负荷状态，导致了金属疲劳；另一方面，腐蚀的发生会导致换热器的管壁变薄，尤其是垢下腐蚀还会导致设备穿孔泄漏，这些情况的发生，使得设备的使用寿命缩短。

5）、增加了运行成本。为使设备保持足够的换热效率，必须采取增加水量，增大能源供给等措施，同时为维修、更换因腐蚀原因造成损害的设备，必然增加费用，从而增大了设备的运行成本。

四、水垢对电热水器的危害

可别小看了水垢，电热水器行业把水垢叫做热水器的天敌。水垢最直接的危害是耗电，一般50升的电热水器两个小时就能烧热了，如果内胆结了水垢，要花三四个小时。

水垢最严重的危害在于，容易导致电热水器金属发热管氧化，它不仅降低加热效率，还会损害内胆的绝缘层，以致水被通电后，如果有人沐浴便可能导致触电事故发生。据了解，近年来，电热水器漏电伤人事件的报告不断传出。杭州、北京、上海、天津、重庆、温州、石家庄、济南、青岛等城市连续发生了热水器漏电伤人件。数据显示，自1997年以来，中国年均热水器伤人事故在1000起以上，引发的投诉逾6000件。而据不完全统计，国内约有80%的热水器事故是因水垢引起的，因而有人比喻：“一台结满水垢的热水器，就好比是一颗定时炸弹，悬在头上随时会爆炸！”

五、水垢对燃气及电即热式热水器的危害

1、燃气即热式热水器

燃气即热式热水器采用带翅的多路紫铜毛丝管盘列，为提高水温上升效率，紫铜管内水通道狭窄，弯道多，如不采用给水处理工艺，在一些硬水区几乎一年后必出故障，水垢不仅在狭窄的内管富集降低热效率，而且脱落的水垢会在弯道集中、堵塞水通道，造成燃气即热式热水器在北方市场的占有率，始终不高（北方多为硬水区）。

2、电即热式热水器：

如同即热式燃气热水器追求超小、超薄，电即热式热水器的毛细管更细，毛细管壁更薄，在北方使用有时不到三个月就发生堵塞甚至毛细管穿孔。

六、水垢对热水输送管路的危害

过去热水管道多采用镀锌钢管，镀锌钢管初步锈蚀后水垢在疏松锈面上着床，碳酸钙、碳酸镁再与锈蚀层产生化学反应，在热水的作用下加速锈蚀，一般一两年后，管道通径缩小30%以上。并伴有黄水（锈水）产生，直至5-8年左右管路无法使用；近年推广PPR管，在PPR管路系统接头以及转弯等处，接头与管道接缝处，水垢富集，使水系统水阻增大，原设计水力平衡被破坏，在供暖系统中造成供暖供冷不平衡现象。

七、水垢对锅炉的危害

水壶里长了水垢，不容易传热，浪费燃料。这些对于一个家庭来说，浪费还不算严重。对于工厂来说，问题就大啦。工厂供暖供汽用的大锅炉，有的每小时要送出好几吨蒸汽，相当于烧干几吨水。据试验，一吨河水里大约有1．6公斤矿物质；而一吨井水里的矿物质高达30公斤左右。一天输送几十吨蒸汽，硬水在锅炉内壁沉积出的水垢数量，又该多么惊人！大锅炉里结了水垢，好比锅炉壁的钢板和水之间筑起一座隔热的石墙。锅炉钢板挨不着水，炉膛的火一个劲地把钢板烧得通红。这时候，如果水垢出现裂缝，水立即渗漏到高温的钢板上，急剧蒸发，造成锅炉内压力猛增，就要发生爆炸。锅炉爆炸的威力，不亚于一颗重磅炸弹！

水垢直接威胁锅炉设备的安全和锅炉的使用寿命

从表中可看出，水垢的导热系数比金属的导热系数小几百倍。因此，即使在受热面上形成不太厚的水垢，也会由于热阻大，使其导热效率降低，造成热损失，浪费燃料。实践证明，锅炉受热面结有1毫米的水垢，能使煤的消耗增加1.5～２％左右。由于受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过其工作允许极限温度时，会使管壁鼓包，严重的会引起锅炉爆管事故，使人身安全受到威胁。

八、常见的热水工程水处理的方法以及评价

1、离子交换法：采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟，可以将硬度降低至0。采用这种方式的软化水设备一般也叫做“离子交换器”(由于采用的多为钠离子交换树脂，所以也多称为 “钠离子交换器”)。其缺点为：

（1）、会产生过量的再生废液，用于空气源热泵成本较高；

（2）、耗盐量大，需经常还原；

（3）、排出大量含盐废水易引起管道腐蚀，热水使用存在安全隐患。

2、电磁法：采用在水中加上一定的电场或磁场来改变水分子的特性，从而改变碳酸钙(碳酸镁)沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止水垢的形成。其特点是：设备投资小，安装方便，运行费用低；但是效果不够稳定，没有统一的衡量标准，因为通过磁场后的水分子将在半个小时左右时间恢复通磁前的状态，所以处理后对水的使用时间、距离都有一定局限。从方法上看只能应用于对循环水的处理，对磁力大小有硬性指标要求，磁场强度要在2000高斯以上，最主要的是现在磁化功能并没有得到相关的认证，对其可行性与实效性存在质疑。

3、膜分离法：纳滤膜(NF)及反渗透膜(RO)均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。这种方法的特点是，效果明显而稳定，处理后的水适用范围广；但是对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。

4、加药法：向水中加入专用的阻垢剂，可以使钙镁离子、碳酸根离子与药剂的分子形成络合物，增加其在高温水中的溶解度，从而使水垢不能析出、沉积。目前工业上可以使用的阻垢剂很多，在水处理中常用的阻垢剂有复磷酸盐、有机膦酸、膦羧酸、有机膦酸脂、聚羧酸等。这种方法的特点是：一次性投入较少，适应性广，阻垢、除垢能力强，尤其适合于储水式加热器，但因其需不断的投入药剂，从而系统较为复杂。