太陽能熱水器水垢的解決辦法

　　太陽能熱水器尤其是夏天溫度較高，經(jīng)常結(jié)垢，致使真空管炸管、內(nèi)膽腐蝕、管路堵塞等故障。在太陽能熱水器行業(yè)中，有不少廠家已經(jīng)意識(shí)到了水垢對熱水器產(chǎn)品性能的影響，水處理行業(yè)內(nèi)的公司也正逐漸開發(fā)在太陽能熱水器中應(yīng)用的阻垢產(chǎn)品，太陽能熱水器行業(yè)市場上的各種阻垢、防垢的產(chǎn)品與方法比比皆是，貶褒不一，市場比較混亂。筆者結(jié)合市場總結(jié)了以下幾種方法供大家參考。

　　1.控制溫度。

　　經(jīng)過分析水垢形成的條件及機(jī)理，可知把太陽能熱水器的水溫控制在結(jié)垢溫度以下，就能避免水垢的形成，一般而言真空管型太陽能熱水器的溫度容易到達(dá)結(jié)垢溫度，如果在集熱管的前面加上遮陽的裝置，在溫度超過結(jié)垢溫度以后，遮陽系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，把集熱面遮擋住，能夠阻止水垢的生成，也能防止熱水器過熱。平板型熱水器由于在高溫時(shí)容易達(dá)到集熱與散熱的平衡，結(jié)垢的情況就明顯好于真空管型熱水器。雙循環(huán)型與強(qiáng)制循環(huán)型太陽能熱水器（集熱器管里不接觸水）就可以通過控制水箱溫度在70度以上時(shí)，強(qiáng)制循環(huán)泵停止工作，使熱量不再進(jìn)入水箱，使水箱溫度不再升高，從而較好的防止水垢的生成。

　　2.離子交換法。

　　軟水機(jī)是家用水處理行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的一種水處理方式，它的工作原理就是陽離子與水中的鈣鎂離子交換，除去水中的鈣鎂離子。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”)。離子交換樹脂是軟水機(jī)的核心部件，它是一種聚合物，帶有相應(yīng)的功能基團(tuán)。一般情況下，常規(guī)的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。當(dāng)水中的鈣鎂離子含量高時(shí)，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團(tuán)與鈣鎂離子結(jié)合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，水的硬度下降。硬水就變?yōu)檐浰?，這是軟化水設(shè)備的工作原理。當(dāng)樹脂上的大量功能基團(tuán)與鈣鎂離子結(jié)合后，樹脂的軟化能力下降，可以用氯化鈉溶液流過樹脂，此時(shí)溶液中的鈉離子含量高，功能基團(tuán)會(huì)釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結(jié)合，這樣樹脂就恢復(fù)了交換能力，這個(gè)過程叫作“再生”。

　　由于實(shí)際工作的需要，軟化水設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)工作流程主要包括：工作(有時(shí)叫做產(chǎn)水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個(gè)過程。不同軟化水設(shè)備的所有工序非常接近，只是由于實(shí)際工藝的不同或控制的需要，可能會(huì)有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎(chǔ)的軟化水設(shè)備都是在這五個(gè)流程的基礎(chǔ)上發(fā)展來的(其中，全自動(dòng)軟化水設(shè)備會(huì)增加鹽水重注過程)。

　　這種方法主要優(yōu)點(diǎn)是：效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟，可以將硬度降低至0。其缺點(diǎn)是：工作過程會(huì)產(chǎn)生過量的再生廢液；耗鹽量大，需經(jīng)常加鹽還原；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；設(shè)備放置在室內(nèi)占有空間大；相對于太陽能來說價(jià)格偏高。

　　3.電磁法。

　　采用在水中加上一定的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(shí)的物理特性來阻止水垢形成的方法叫做電磁法。電磁法阻垢主要有兩種外加磁場的方式：永磁型和電磁型兩種結(jié)構(gòu)方案。永磁型防垢器外形呈管狀，內(nèi)部是釹鐵硼高磁性材料，外部是碳鋼屏蔽體，水從釹鐵硼與外殼的夾層流過即被磁化處理，水分子鍵同時(shí)發(fā)生角度和長度的變形，氫鍵角從105度減小到103度左右，使水的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即原水分子大締合鏈狀大分子的氫鍵斷裂成單個(gè)水分子，水中單個(gè)水分子急劇增加，水中溶解鹽的正負(fù)離子就迅速被大量單個(gè)水分子包圍，運(yùn)動(dòng)速度降低，有效碰撞次數(shù)減少，靜電引力下降、從而使水中的鈣、鎂離子無法與碳酸根結(jié)合成碳酸鈣和碳酸鎂，從而達(dá)到除垢、防垢、阻垢的效果。同時(shí)由于水體吸收大量被激勵(lì)的電子，使水的偶極矩增強(qiáng)，與鹽的正負(fù)離子的親和能力增強(qiáng)，從而使管壁上原有的水垢逐漸松軟以至脫落，大締合水分子成單個(gè)水分子后，極微小的水分子可以滲透、疏松、溶解垢體，也能達(dá)到除垢的效果。

　　電磁型防垢器有管道式防垢器和纏繞式防垢器兩種型式，管道式防垢器安裝時(shí)，管道從管道式防垢器上的孔徑穿過；纏繞式防垢器安裝時(shí)，把設(shè)備上的電源線按照一定的方向纏繞在給水管道上，在通電時(shí)兩種型式的防垢器線圈都會(huì)在給水管道上產(chǎn)生磁場，水流過電磁場切割磁力線，水被磁化，它的磁性來源于通電的線圈，防垢原理與使用條件同永磁性防垢器。

　　此種防垢器的特點(diǎn)是：設(shè)備投資小，安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低；但是效果不夠穩(wěn)定，沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橥ㄟ^磁場后的水分子將在24小時(shí)左右時(shí)間恢復(fù)到通磁前的狀態(tài)，所以處理后對水的使用時(shí)間、距離都有一定局限。從原理上看只能應(yīng)用在循環(huán)水或即熱式太陽能熱水器的防垢處理，針對儲(chǔ)水式的太陽能熱水器，此種防垢方式還值得探討。電磁法防垢對磁力大小有硬性指標(biāo)要求，磁場強(qiáng)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(rèn)證，對其可行性與實(shí)效性存在質(zhì)疑。

　　4.加藥劑法。

　　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(fù)磷酸鹽、有機(jī)膦酸、膦羧酸、有機(jī)膦酸脂、聚羧酸等。目前在生活用水行業(yè)通用的阻垢劑是硅磷晶，它是一種緩慢溶解的球狀化學(xué)藥劑，主要是由多種磷酸鹽、硅酸鹽經(jīng)特殊加工工藝制成。自來水從進(jìn)口進(jìn)入阻垢器，水從裝有硅磷晶的藥罐里流過，硅磷晶就溶解在水里進(jìn)入太陽能熱水器，消耗量是1～3ppm即１噸(1百萬克)水中溶解硅磷晶量1～3克，適應(yīng)水的鈣硬度范圍在30～400ppm之間，這對于我國絕大部分地區(qū)都是適用的。硅磷晶技術(shù)使用方便，無動(dòng)力消耗，不增加用水系統(tǒng)的阻力，平時(shí)無需專人維護(hù)，這種方法的特點(diǎn)是：一次性投入較少，適應(yīng)性廣，阻垢、除垢能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，尤其適合于儲(chǔ)水式加熱器，只需要根據(jù)系統(tǒng)的用水量大小，按時(shí)添加硅磷晶。

　　5.光催化氧化法。

　　光催化氧化反應(yīng)是目前研究較多的一項(xiàng)高級(jí)氧化技術(shù)。所謂光催化反應(yīng)，就是在光作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，然后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。他屬于光化學(xué)反應(yīng)降解污染物，有催化劑參與的光化學(xué)氧化過程，在當(dāng)前的水處理行業(yè)應(yīng)用方式主要是利用光催化片做為氧化劑，將無機(jī)的光敏半導(dǎo)體材料TiＯ2燒固在陶瓷表面，形成牢固的二氧化鈦膜面層即光催化片，同時(shí)結(jié)合一定量的紫外線光線輻照，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子等與電子——空穴作用，產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的自由基，再通過與污染物之間的羥基加和、取代、電子轉(zhuǎn)移等方式將污染物降解為無毒物質(zhì)，無二次污染。最終將水中污染物礦化為無害的二氧化碳和水，也將水中的成垢離子HCO3-、CO32-轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。即使在微光的作用下也能起強(qiáng)烈的光催化作用，具有防污、防臭、抗菌（殺菌）、除（阻）垢的效果，水質(zhì)經(jīng)過凈化后水PH值呈弱堿性、小分子團(tuán)，改善了水質(zhì)。

　　此種水處理方式在瓶裝飲用水行業(yè)已開始使用，在太陽能熱水器里的使用還在研究階段。在太陽能中利用方案一：太陽能的水箱至少要做成透光的水箱，或者做成一小部分透光，只要水箱里的水能有光線輻射進(jìn)去就可以，在水箱里面放置光催化片，光催化片的面積需要與水箱容積相匹配，一般300升水需要配置0.6～1平米。方案二：在太陽能的進(jìn)水管道前增加一個(gè)透光或半透光的水箱，里面放置光催化片，即前置水箱，前置水箱可放置在室外或室內(nèi)，水在前置水箱里就被處理，進(jìn)入太陽能水箱后就不會(huì)結(jié)垢。一般光催化片對水的處理時(shí)間需要3～4小時(shí)，處理過的水能夠長時(shí)間不結(jié)垢。此種阻垢方法的應(yīng)用技術(shù)可行，不過推廣的瓶頸主要在加工工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，即如何把光催化片放置在水箱里，如何把光線引進(jìn)水箱。

　　由于太陽能熱水器市場并不十分成熟，產(chǎn)品良莠不齊，沒有強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)限制，于是許多小廠家做市場宣傳時(shí)，為了突出自己的產(chǎn)品，出現(xiàn)了很多虛夸太陽能熱水器功能的賣點(diǎn)。例如有些太陽能熱水器廠家，在太陽能熱水器水箱里面加上一根鎂棒，就講述鎂棒能阻垢、除垢，使熱水器永不生垢，是足夠型熱水器，并以阻垢為他們熱水器的賣點(diǎn)，本人實(shí)在是不敢恭維，我也咨詢過不少鎂棒防腐方面的專業(yè)人士，鎂棒在水中消耗掉變成鎂離子，使水的PH值略有增加，更容易生成水垢，怎么能除垢呢？在市場上還有一些廠家用前置的凈水器來除垢，據(jù)了解凈水器一般是起過濾雜質(zhì)作用的，里面有過濾網(wǎng)與活性炭濾芯，通過凈水器的水能夠過濾雜質(zhì)，但是不能過濾鈣鎂離子，仍然不能起到防垢除垢的目的。

　　在太陽能熱水器日益普及的今天，太陽能領(lǐng)域里正由許多技術(shù)人才在研究高溫結(jié)垢的課題，也有許多的與太陽能相關(guān)聯(lián)企業(yè)在為太陽能行業(yè)做著積極的貢獻(xiàn)，相信太陽能熱水器結(jié)垢的問題在將來會(huì)得到完美的解決。  （責(zé)編 白洋）