摘　要：本文通过对水处理技a术及结垢与阻垢，金属腐蚀与缓蚀机理的介绍，阐明应重视水资源的保护，充分合理利用水资源，提高水质与水的利用率。

　　关键词：水处理技术　结垢　阻垢　金属腐蚀　缓蚀机理

　　一、水处理技术简述及处理意义

　　水是人类有限的宝贵资源，水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉，其作用之大不言而喻，在人类生存和发展过程中占据举足轻重的地位。随着国民经济的飞速发展，工业用水量日趋紧张，用水矛盾也日益突出。充分合理利用水资源，提高水质与水的利用率，已成为人们倍加关注的问题，国家十分重视水资源的保护和利用，在《国务院关于环境保护若干问题的决定》中规定全国所有工业污染源排放要达到国家或地方规定的标准，其中，在工业污染源中，废水占很大比例。

　　我国是一个缺水的国家，水资源总量为2.8万亿立方米，占世界第六位，但人均占有量仅为世界人均占有量的四分之一，列世界第八十八位。根据统计，我国年实际供水量5000亿立方米，工业用水占十分之一，其中冷却水用量最大，占工业用水的70～80%。目前我国大部分地区地下水超量开采，水质逐渐恶化，硬度、碱度越来越大，地下水位大面积、大幅度下降，而工业用水量日益增大，新工艺、新技术对水质的要求也越来越高。

　　循环冷却水在工业用水中所占70～80%的比例决定了其在工业生产中的重要性。循环冷却水是将经过换热设备的水通过冷却塔降温后循环利用，通常把浓缩倍数N作为循环水的一个重要指标，N值的大小决定水的重复利用率高低，冷却水经循环利用后，大大节约了用水量，但由于冷却水不断蒸发，水中盐类被浓缩，出现严重的腐蚀、结垢和菌藻滋生，导致系统管道堵塞、腐蚀穿孔，使设备换热效率大大降低，检修频繁且威胁生产正常运行，因此，必须在冷却水中加入阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂及配套的清洗剂、预膜剂、分散剂、消泡剂、絮凝剂等化学药剂进行处理。这种加入化学药剂来防止结垢、腐蚀、菌类滋生的一整套水处理技术称为水质稳定技术。它包括：预处理、清洗、预膜、水质稳定和杀菌等工序。利用水稳技术，不但可以使循环水系统正常运行，消除腐蚀、结垢、菌藻三大弊病，提高设备换热效率和延长设备使用寿命，而且可以通过提高循环水的浓缩倍数（可提高到3～5倍），节约补充水80%左右，同时可大大减少排污水量，社会效益和经济效益明显。

　　二、结垢与阻垢、金属腐蚀与缓蚀的机理

　　1.结垢与阻垢机理

　　我们知道，在原水中存在如下化学平衡：Ca（HCO3）2≒Ca2++2HCO3-≒CaCO3↓+CO2↑+H2O

　　Ca（HCO3）2的溶解度（263mg/L）比CaCO3大100多倍，随着原水进入循环系统，不断被加热，CO2不断逸出，使平衡向右进行，而CO2不断逸出还造成另一个结果：即PH值不断上升，此时就会影响到水中另一个平衡，即：Ca（HCO3）2≒Ca2++2HCO3-HCO3-≒H2++CO3-水中PH值越高越有利于平衡向右移动，即CO32-浓度增加了，使下面一个化学反应更为有利：Ca2++CO32-→CaCO3↓。在循环冷却水中，水被加热，温度升高，就有CO2分散逸出，水被蒸发而浓缩，由于温度升高，CaCO3溶解度下降，溶液中PH值升高，使CaCO3容易析出而沉淀，最后形成垢层。

　　根据近代结晶生长理论，一般常温下，如果水中仅有CaCO3，即使其浓度比饱和溶液高出150倍，CaCO3也并不析出，而在溶液中投入晶核，特别是Fe3+的存在，则CaCO3迅速沉淀析出，而在循环冷却水系统中，由于铁的腐蚀Fe3+是必然存在，因此原来可以不析出的CaCO33的过饱和溶液会很快在管壁析出成垢。在生产实践过程中，根据大量生产实践和资料提出一种假设，即CaCO3垢的形成是由于固体质点按一定方式碰撞的结果。CO2逸出，PH值上升，使CaCO3很快析出形成CaCO3的微小晶体，这种微小晶体在水溶液中由于热运动（布朗运动）不断相互碰撞和金属管壁也不断碰撞，提供了晶体生长的机会，使微小晶体不断生成大晶体。要形成CaCO3大晶体，必须构成它的小晶体以按严格确定的排列次序为特征发生碰撞才行，也就是说，要形成CaCO3垢层，CaCO3小晶体在水溶液中要按一种特有的次序集合或排列才能形成。

　　2.分散阻垢剂的阻垢机理

　　阻垢机理，是由于以下几种效应所致：

　　2.1络合增溶

　　由于有机磷分散阻垢剂酸盐与冷却水中的Ca2+、Mg2+离子能生成稳定的络合物，因而减低了水中的Ca2+、Mg2+离子浓度，由此在冷却水系统中沉淀析出CaCO3垢的可能性就减少了，这就是络合增溶。

　　2.2开尔文效应

　　前面叙述到CaCO3垢的形成，要形成大的CaCO3晶体，水溶液必须是CaCO3的过饱和溶液，同时小的CaCO3结晶必须按严格次序不断地碰撞。分散阻垢剂不仅能和水中的Ca2+、Mg2+离子形成稳定的络合物，同时还能和已形成的CaCO3晶体中的Ca2+、Mg2+离子形成稳定的络合物，包围CaCO3，使CaCO3小晶体难于按严格的排列次序进行碰撞，从而不生成CaCO3的大晶体，使CaCO3保持在微小晶体范围之内，由于微小晶体在水中的溶解性能较大，因而不易结垢，这种提高晶体颗粒的溶解性能的效应称为开尔文效应。

　　2.3晶格歪曲

　　分散阻垢剂对CaCO3垢层起抑制作用，主要是对CaCO3垢层晶格生长起着干扰作用，使CaCO3晶体结构发生很大畸变，并且CaCO3晶体不在继续按规律长大，或者说CaCO3晶格结构被歪曲了，从而产生了一些较大的非结晶的颗粒，这种非结晶的颗粒容易被水流冲刷分散而随水排出，因而在循环水系统中就不易结垢。

　　3.金属的腐蚀与缓蚀机理

　　3.1金属的腐蚀机理

　　材料和周围介质相作用，材料受到破坏或性能恶化的现象称为腐蚀。就水系统的腐蚀而言，主要是金属在水中的腐蚀，其主要类型是电化学腐蚀，对腐蚀影响最大的是溶解氧，通常称为溶解氧腐蚀。另一种最常见的引起腐蚀的物质是水中的溶解盐类，其中以氯化物为主。以碳钢材料为例介绍微电池腐蚀、电偶电池腐蚀和浓差电池腐蚀三类。

　　3.1.1微电池腐蚀

　　碳钢的主要成分是铁素体和渗碳体（Fe3C）。铁素体是一种立方晶格的纯铁，而渗碳体是一种铁碳化合物。碳钢浸入水中后，两者之间由于电极电位不同产生了电位差。铁素体的电极电位较负是阳极，渗碳体的电位较正是阴极，这一体系具备了电池的第一必要条件。其次，这一组分又是互相均匀地紧密地交叉排列在一起的电导体，因而构成了电联接，自由电子可以从阳极铁素体自由地流到渗透碳体上。第三，水是能导电的，水中的溶解氧能在渗碳体的表面吸收铁腐蚀时释放的电子，从而使腐蚀过程能够连续进行。其作用过程如下：

　　阳极（铁素体）反应：Fe→Fe2++2e

　　阴极（渗碳体）反应：O2++2H2O+4e→4OH-

　　Fe（OH）2→氧化Fe（OH）3→脱水Fe2O3·H2O

　　3.1.2电偶电池腐蚀

　　不同金属偶合，也会产生电位差，形成电偶电池腐蚀。以碳钢和不锈钢为例，碳钢为阳极，化学反应为：Fe→Fe2++2e，不锈钢表面，发生如下阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH- ,电池电偶腐蚀有如下规律：当不同金属合成组成电偶电池时，电位较负的金属将成为阳极，其腐蚀速度较丰偶合时为快；而电位较正的金属，成为阴极，将受到保护而降低腐蚀或停止腐蚀。