水垢的构成
水垢是具有失常溶解度的难溶或微溶盐，易在器壁特别是金属外表处分出堆积。其构成进程为：微细结晶在过丰满溶液中处于溶解-结晶的亚安稳状况，结晶在器壁调集黏附并有序长大，结成水垢。水垢是否构成首要取决于盐类是否过丰满及其结晶的成长进程，与成垢离子、水质状况、器壁形状等密切相关。系统中的成垢离子越丰满、水的硬度越高，结垢倾向越严峻;粗糙的金属外表和杂质对结晶进程也有催化作用，会促进水垢分出。
大部分水垢外观呈白色或灰白色，质硬且细密，以碳酸盐、硫酸盐、磷酸钙盐和硅酸盐的钙镁盐为主，其间最典型的是碳酸钙垢，此外工业锅炉中还可能发生铁垢和铜垢等。
水垢防治方法
水垢的防治方法有阻垢和除垢2种，前者是克制或消除结垢，后者是对系统中现已构成的垢进行铲除。
防垢方法有化学法、物理法、生物法、化学/物理法，笔者首要对化学法及物理法进行介绍。
2.1化学方法
化学防治方法首要有石灰软化法、加碱沉淀法、碳化处理、加酸处理、离子交换软化法和投加阻垢剂法等，前4种方法比较传统，作用直接但耗费药剂量大，发生的废液需进行处理，运用本钱较高，因罢了逐渐挑选。现在国内外较为先进的处理方法为离子交换软化法和投加阻垢剂法。
2.1.1离子交换软化法
离子交换软化法选用钠型阳离子交换树脂对硬水进行处理，水中的Ca2+、Mg2+等与Na+发生交换，并与树脂结合：

该方法可除去水中的Ca2+、Mg2+结垢离子，抵达阻垢目的。离子交换法可以起到深度软化水的作用，可是设备在运用进程中需重复再生
2.1.2投加阻垢剂法
现在水处理系统中选用的阻垢剂首要为阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂。阻垢缓蚀剂有无机聚合磷酸盐、有机磷酸盐，循环水系统多选用有机多元磷酸。阻垢分散剂首要是中、低分子质量的水溶性聚合物，包含均聚物和共聚物2大类，均聚物有聚丙烯酸、聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸及其钠盐等;共聚物的品种较多，以丙烯酸系和马来酸系的二元或三元共聚物为主，还有磺酸类共聚物和含磷共聚物等。
由于水处理药剂多为磷系，存在富营养化问题，易发生“赤潮”公害。跟着环保认识的增强，一些低磷、无磷的绿色阻垢剂成为国内外水处理范畴的研讨抢手。20世纪90年代初步即有绿色阻垢剂的开发研讨，现在已有报道指出聚天冬氨酸及聚琥珀氨酸等具有多元阻垢及缓蚀功用，且具有可生物降解性，运用前景广大。
2.2物理方法
物理方法首要是使用电、磁、光、声等技术阻垢或除垢，典型的物理控垢方法有物理清洗、选用防腐阻垢涂料及非金属材料换热面、膜法水处理、静电水处理、电子水处理、磁化处理和超声波处理等。其间物理清洗只能铲除已生成的老垢，但其操作简略，适用于对控垢要求不高的场合;选用防腐阻垢涂料及非金属换热面可改动设备材料的外表功用，使成垢离子难以在接触设备上堆积，抵达阻垢目的，但由于施工凌乱，运用场合遭到束缚。现在选用的典型物理方法有膜分别法、磁化处理法、静电水处理法、电子水处理法、超声波水处理法等。
2.2.1膜分别法
该方法以膜作为分别介质，通过膜两边的推动力(压力差、浓度差、电位差等)使水与微粒分别。膜法水处理首要有纳滤和反渗透。反渗透法一般运用在锅炉上，对硬度离子的去除率抵达90%以上。纳滤膜(孔径1.0~3.0 nm)可使水中大部分单价离子透过，而二价离子和高价离子如Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+等底子不透过，其硬度去除率能抵达90%以上。
运用膜法除垢的最大问题之一是膜污染。在膜作业进程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在膜面或膜孔内发生吸附、堆积，导致膜孔变小或堵塞，使膜发生透过流量和分别特性的不可逆改动，需进行重新清洗，处理本钱增加。
2.2.2磁化处理法
磁化处理是使用磁场作用改动水质，影响成垢离子的溶解、结晶、聚合等进程，生成疏松的软垢，防止硬垢发生，并使已成硬垢的方解石转变成文石，随污排走。
磁化处理依据磁源方位的不同可分为内磁式和外磁式。其间外磁式在检修时不必停水及拆开管道，也不易引起磁短路现象，具有更大的优越性。按磁场构成方法又可分为永磁式和电磁式。永磁式磁水器的利益是不耗电、结构简略、操作维护便利，国内外运用较广泛，但其磁场强度有赖于新式磁性材料和充磁技术的开发，且磁场强度一般不能调度，此外还存在随时间延伸或水温前进而退磁的现象。电磁式磁水器耗电量大，但磁场强度简略调度，处理能力强、效率高，不受时间及温度的影响，安稳性好，合适在对水质要求较高的场合中运用。
虽然磁化防垢技术已有很大展开，并且在工业、农业和生物医学范畴中得到广泛运用，但水系统的凌乱性及多变性使得深化研讨磁化水处理比较困难，现在磁化控垢机理没有构成共同定论。大多数研讨都是从各自的实验作用动身，导致磁化阻垢除垢的运用规划短少有力依据，作业安稳性无法确保，影响其运用成功性。
2.2.3静电水处理
静电水处理器由高压直流电源和水静电化设备组成。选用静电水处理时将水通过高压静电场(3 400~6 000 V)，可改动水的分子结构或电子结构，使成垢离子不在器壁调集，抵达阻垢、溶垢的目的。高压静电场可使水生物的细胞壁发生决裂，因此其还具有较强的抑菌灭藻功用。静电水处理存在一个作用时间，超越作用时间往后成垢离子仍会发生堆积，且需守时收拾静电水处理器过滤系统的垢渣。
2.2.4电子水处理
电子水处理与静电水处理有许多共同点，其设备中心是电子水处理器。阳极为不溶性金属电极，一般为钛修饰电极，阴极一般选用镀锌无缝钢管，电源为低压直流或具有某种特定波形的低压脉冲电源。待处理水从处理器下部进水口处进入，与金属阳极接触一段时间后，从上部出水口处流出。在接触进程中，低压电场可使粒子的水合程度和调集状况发生改动，改动水分子的自身状况和缔合程度，一方面增加了水的溶解能力、减少水垢构成，另一方面促进已构成的水垢逐渐懈怠、掉落，抵达除垢的作用。徐浩等的研讨显现，电子水处理的阻垢率>90%。也有研讨标明电子水处理还具有灭菌灭藻、缓蚀防腐的成效。但电子水处理技术研讨起步晚，技术展开还不可老到，设备功用不安稳，电极需守时或不守时收拾。
2.2.5超声波水处理
超声波在介质中传达时，会使媒质中的粒子间发生彼此作用;当超声波的机械能振动使粒子加速度抵达必定值时，就会发生一系列物理和化学效应(高速微涡效应、剪切应力效应、超声凝聚效应)，然后起到防垢及除垢两层作用。刘天庆等选用超声-臭氧技术处理循环冷却水系统中的生物垢，研讨发现频率为20 kHz、振幅为20%的超声波可有用克制生物垢的构成，还可移除90%以上的已构成生物垢。超声波阻垢除垢技术作为一种环保、先进的水处理技术已运用到电力行业、油田系统中，但其理论研讨方面比较单薄，特别国内研讨得不可充分。
现在已展开的水垢防治方法各有所长，在实践运用中常需结合运用2种或2种以上的控垢方法。现在运用较多的是化学类防垢除垢方法，其操作简略，除垢作用安稳，效率高，但药剂及人工费用较高，且当处理不当或药剂运用不当时都会导致设备和管道腐蚀，此外化学除垢药剂对操作人员的健康也有必定损害，除垢处理后的废液易对环境构成威胁，其展开遭到必定束缚。因此进一步开发生物降解功用好、除垢效率高且经济易行的新式阻垢剂，将是往后水垢防治的重要研讨方向之一。
物理防垢方法自动化程度高且操作简略，在阻垢、灭菌和除藻等方面有必定作用，但处理强度较高的硬垢和腐蚀产品时作用一般不抱负。物理防垢方法的作用机理尚不清楚，作业安稳性也有待前进，但其对环境损害小，适于大规模推行运用，是水垢防治的一个重要研讨方向，具有广大的展开前景。