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(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(jīng)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(zhì)，是“軟水”。水燒開后，一部分水蒸發(fā)了，本來不好溶解的硫酸鈣(CaSO4，石膏就是含結(jié)晶水的硫酸鈣）沉淀下來。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(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。當水中含有碳酸鹽膠體、細菌和有機物等雜質(zhì)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(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、細菌和有機物等粘性物質(zhì)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(chǎn)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(zhì)十分穩(wěn)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(shè)備行業(yè)進行的防腐工程一樣。對熱水工程進行適當?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必要的環(huán)節(jié)，無論是設(shè)計院，設(shè)備供應(yīng)商，用戶都對熱水工程水處理有足夠的重視，水處理設(shè)備投入比例占整個工程量的5%-8%左右，因此而節(jié)省的能源與不發(fā)達國家比有20%-30%；設(shè)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(shè)備每年都要有一次中修，兩年必須大修，在水源水質(zhì)復雜的地區(qū)甚至會導致設(shè)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(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(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、水垢對太陽能熱水器的危害
1、太陽能真空管是太陽能熱水器的集熱器，直接吸收太陽光線，并利用熱水比重小，冷水比重大的原理，將真空管內(nèi)已被太陽光加熱的水和水箱中的冷水進行交換，加熱水箱中的水。
集熱效率是衡量太陽能熱水器真空管性能的重要指標之一，太陽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指標決定。透光率決定了真空管的集熱效率，也就是說：透光率越高，集熱效率越高。這個問題我們從太陽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。但透光率是在實驗室中測得的數(shù)據(jù)，而在實際應(yīng)用中當連續(xù)用水半個月左右，真空管內(nèi)壁上即形成可見的水垢膜，這時透光率只能達到新真空管的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、為回避水垢問題以及因真空管破裂而漏水造成整個系統(tǒng)的癱瘓，有的高檔太陽能熱水器以及大型聯(lián)排太陽能工程、陽臺壁掛太陽能熱水器多采用太陽能熱管，并認為無需再進行水處理，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水垢包，因熱管的熱量經(jīng)過熱媒、熱傳感器多次交換，對水垢更敏感，水垢對熱交換的效率影響更大。
3、水垢的導熱系數(shù)極低,不到金屬的百分之一，它附著在太陽能的集熱管內(nèi)壁導致吸熱管吸收的熱量不能及時傳遞給水，造成溫度過高，極易炸管，水壺燒漏了就是這個道理。同樣你的太陽能水溫一年比一年低,最后造成集熱管報廢，細心的用戶會發(fā)現(xiàn)，家里的太陽能水溫沒有去年的高，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，是不是很硬，很難清理干凈。同樣真空管口徑細，更難清理徹底。
4、水垢腐蝕內(nèi)膽，造成漏水，破壞保溫效果，減少太陽能熱水器的使用壽命。以前家里用白鐵制造的太陽能用不了幾年就漏了，就是水垢腐蝕的原因?，F(xiàn)在的太陽能熱水器水箱一般都是采用304不銹鋼制作。更多資訊請搜索微信公眾號：李曉鋒，在生產(chǎn)焊接時，雖然有氬氣的保護，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，導致設(shè)備損壞。
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。
四、水垢對熱泵、空調(diào)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(shè)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(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(fā)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(xiàn)種種故障。
3、水垢對中央空調(diào)機組的危害：
1）、降低了換熱效果。多數(shù)換熱器都是用碳素鋼制成的，而碳素鋼的導熱系數(shù)為46.4-52.2W/（m*k），而水垢的導熱系數(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熱系數(shù)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(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，這樣使單位時間通過的循環(huán)水量減少了，循環(huán)速度減慢了，從而導致?lián)Q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(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期處于高溫熱負荷狀態(tài)，導致了金屬疲勞；另一方面，腐蝕的發(fā)生會導致?lián)Q熱器的管壁變薄，尤其是垢下腐蝕還會導致設(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，同時為維修、更換因腐蝕原因造成損害的設(shè)備，必然增加費用，從而增大了設(shè)備的運行成本。
五、水垢對電熱水器的危害
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升的電熱水器兩個小時就能燒熱了，如果內(nèi)膽結(jié)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(fā)熱管氧化，它不僅降低加熱效率，還會損害內(nèi)膽的絕緣層，以致水被通電后，如果有人沐浴便可能導致觸電事故發(fā)生。據(jù)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(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，中國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，國內(nèi)約有80%的熱水器事故是因水垢引起的，因而有人比喻：“一臺結(jié)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！”
六、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(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(qū)）。
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(fā)生堵塞甚至毛細管穿孔。
七、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(chǎn)生化學反應(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(jù)試驗，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，爐膛的火一個勁地把鋼板燒得通紅。這時候，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，水垢的導熱系數(shù)比金屬的導熱系數(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(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。
九、水垢對人體健康的危害
據(jù)化學分析，每一克水垢中就會含有鉛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，不但會引起人體重金屬含量超標，還會引起膽結(jié)石病癥，甚至還會導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換算為碳酸鈣來計量。更多資訊請搜索關(guān)注微信公眾號：李曉鋒，當水中的硬度以碳酸鈣計小于150毫克/升時，稱為軟水；150—450毫克/升時，稱為硬水；450—714毫克/升時為高硬水；大于714毫克/升時為特硬水。國家生活飲用水硬度的衛(wèi)生標準為小于450毫克/升（以碳酸鈣計）。
高硬度的水質(zhì)嚴重地影響了工業(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、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)渾濁與沉淀而報廢；硬水不能供做化學試驗、造紙、制藥、電子、化工、食品飲料等工業(yè)用水，否則會產(chǎn)生廢品、出現(xiàn)嚴重事故的惡果；更多資訊請搜索微信公眾號：李曉鋒。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、洗頭時有發(fā)澀發(fā)黏的感覺；用硬水燒豆與肉類不易熟爛；用硬水燒開水易使水壺結(jié)垢，浪費燃料1/3以上。在人體健康上，飲用高硬水易使人患暫時性胃腸不適、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間后，其內(nèi)壁就會結(jié)滿一層白色的水堿，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)常及時清除，反復用來燒水、裝水后，有害元素積累越來越多，并能再次溶于水中，當人們飲用后就進入人體，從而引起人體慢性中毒甚至可致癌和致畸，嚴重危害人體健康。
十、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(yōu)點是：效果穩(wěn)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(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脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”)。其缺點為：
（1）、會產(chǎn)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(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(shè)備投資小，安裝方便，運行費用低；但是效果不夠穩(wěn)定，沒有統(tǒng)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(tài)，所以處理后對水的使用時間、距離都有一定局限。更多資訊請搜索微信公眾號：李曉鋒，從方法上看只能應(yīng)用于對循環(huán)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(xiàn)在磁化功能并沒有得到相關(guān)的認證，對其可行性與實效性存在質(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。這種方法的特點是，效果明顯而穩(wěn)定，處理后的水適用范圍廣；但是對進水壓力有較高要求，設(shè)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(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(yīng)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(tǒng)較為復雜。
5、高頻電子除垢儀除垢
這種方法在安裝時需要切割管道，且電極容易粘附水中的懸浮物造成系統(tǒng)失靈。安裝煩鎖，工程量大?，F(xiàn)在出現(xiàn)新一種防垢產(chǎn)品量子環(huán)，用其產(chǎn)生的頻率和水中礦物質(zhì)離子的固有頻率產(chǎn)生共振而使其提前析出，這種產(chǎn)品的除垢防垢效果不錯，但使用特種材料及生產(chǎn)技術(shù)，費用相當高，一般用戶難接受。
6、永磁設(shè)備除垢
外觀是一個一個圓環(huán)型的永久磁鐵，然后套在直管道上，利用穿管路的磁場處理經(jīng)過管道的水。多用于管道較大的場所，由于其磁場頻率和強度固定，所以它適用的水質(zhì)范圍是比較窄，在某些特定水質(zhì)條件下表現(xiàn)的比較好，但再換一種水質(zhì)后或許就沒有了效果。
7、電子感應(yīng)水處理器
原理是通過主機在水中產(chǎn)生一個頻率強度都按一定規(guī)律變化的感應(yīng)電磁場。該電磁場使水中的成垢離子結(jié)合成大量的文石晶核，當水中礦物質(zhì)含量超過水的飽和溶解度時，成垢離子就會析出并優(yōu)先生長在這些晶核上形成文石晶體，取代了方解石晶體的析出，而文石晶體呈松軟絮狀，很容易被水沖走。此方法安裝簡單，無須切割打孔，無須更換電極和保養(yǎng)，耗電量極小，是比較完美的解決方案。但推廣上由于廠商意見不一，導致應(yīng)用受限。
8、酸洗法：
可用鹽酸、磷酸、鉻酸及氫氟酸，但不能用硫酸。因為硫酸與水接觸時，在水垢表面生成硫酸鈣硬膜，使膜下的水垢不易接觸到酸液。磷酸和鉻酸雖然比鹽酸有效，但由于價格太貴，所以一般都用鹽酸。鹽酸只能清洗碳酸鹽水垢，酸洗時生成的氯化鎂和氯化鈣溶解度很大，容易除去，并伴有二氧化碳產(chǎn)生，有攪拌鹽酸液的作用。對于純硅酸鹽水垢，可使用氫氟酸清洗。硫酸鹽和硅酸鹽為主的混合水垢，也可使用鹽酸清洗。酸洗的作用在于用酸溶液溶解水垢與金屬壁間的氧化鐵層，使酸接觸到金屬，從而產(chǎn)生氫氣泡使水垢脫落。它與鹽酸鹽垢的鹽酸清洗道理不同。酸洗前，必須首先根據(jù)結(jié)垢程度，精確的計算出鹽酸用量。由于空氣能熱水器的結(jié)垢速度是非常快的，所以每隔2-3個月甚至1個月就需酸洗一次。由于供水對象的特殊性，所以，在酸洗時也不能中斷供水，不像鍋爐熱水那樣進行低濃度不間斷的酸洗。如此頻繁的酸洗，用戶是接受不了的。所以，這種方法可行性也不高。
9、堿洗法：
主要是清除硫酸鹽和硅酸鹽水垢，還可以清除硫酸鹽和硅酸鹽的混合水垢。不能清除碳酸鹽水垢。用堿洗法不是使水垢溶解除去，而是使水垢軟化，再用機械的方法清除。所用的藥劑有碳酸鈉和氫氧化鈉兩種。
化學方法操作起來復雜，成本高、難度大。一般應(yīng)用于鍋爐等設(shè)備的除垢，而不太適應(yīng)太陽能熱水器。另外，物理方法有以下幾種方法，供大家參考:
1.機械法：用水沖洗或刷子清除。如果水垢很堅硬，可用電力或水力帶動的洗管器來清洗。此法在水垢形成初期比較適用。
2.電子法：利用電訊號改變水分子結(jié)構(gòu)使水加速釋放出礦物質(zhì)并讓礦物質(zhì)緊密結(jié)合在一起，結(jié)合的礦物質(zhì)隨水流動而帶走，可以預(yù)防水垢的產(chǎn)生。
3.其他方法：如使用鎂棒、添加礦物質(zhì)、磁化等等，這些方法都能有效預(yù)防水垢的產(chǎn)生。
