文| 林乐耘 刘宝林 丁威 赵月红 时玉萍
   
        当前，热水器已成为现代家庭拥有或者打算购置的生活必需品。但热水器使用半年后，其内加热管上、管道内、水龙头内都会积聚水垢。加热管结垢，造成的后果是使热效率降低，最高可降低百分之三十以上。由此造成的浪费能源，增加费用，是肯定的。而使用时的表现是：加热慢， 水温忽高忽低。管道或喷头小孔结垢堵塞， 也会影响热水器的使用：或使水流变得细小，或者会出现水路堵塞，不出水。在多数喷孔堵塞、剩下的几个孔出水的情况下， 水流打到身上也令人十分不适。这种情况， 不仅影响正常使用，还会损坏热水器，甚至导致事故发生。国家权威部门强调：热水器使用一段时间，必须清洗除垢，以保安全。但热水器的清洗十分麻烦，费时费力费钱，其中管道的清洗，具有更大的难度。因此，阻垢器和阻垢剂的使用，有着十分显著的效益：节约能源和方便使用。

 

        在以阻垢为手段，达到保护设备、节能降耗目的的方法中，使用多聚磷酸盐（磷 酸盐玻璃）缓释材料是行之有效的。多聚磷酸盐（制成玻璃球，称为硅磷晶） 在水中缓慢溶解释放，结果使水中含有1 - 3 m g / L 的多聚磷酸盐含量， 就能取得良好的阻垢效果。该方法价格低廉、使用方便，具有较大的推广价值。

   
       多聚磷酸盐具有防腐及除垢性能
 

       多聚磷酸盐具有防腐及除垢性能多聚磷酸盐的阻垢性能：在水中以磷氧分子（-Ｏ-Ｐ-Ｏ-Ｐ-Ｏ-）的形式存在。它与水中的钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）络合，阻止碳酸盐水垢或镁的氢氧化物垢形成；如前所述，1-3mg/L 多聚磷酸盐的浓度，已经可以使阻垢的效果达到90% 以上，当浓度达到 4 － 5mg/L 时， 吸附在积垢上的多聚磷酸盐分子，逐渐与积垢上的钙（Ca2+）、镁（Mg2+）离子作用形成可溶性络合物，使坚硬的积垢变得松软，再经水流的自然湍流作用，已经生成和附在容器内壁上的垢也可被冲洗下来， 分散到水中，起到溶解水垢的作用。
 

加热棒在电热水器中使用一个月后，在不同水质条件下其结垢情况的对比
图a使用的是过滤水；图b使用的是自来水
 

        多聚磷酸盐的防腐性能： 可沉积在水管和容器的内表面， 使其在金属表面形成一层极薄而致密的磷酸钙铁盐[ C a F e2 P O4 ]2膜层，成为腐蚀抑制层，从而阻止了膜下的铁与水中溶解氧的接触反应和结垢晶核的附着，也就起到了防腐蚀和阻止结垢的双重作用。
 

　　
艾欧史密斯（中国）热水器有限公司设计的净水阻垢器十分美观实用
 

        多聚磷酸盐制备：使用五氧化二磷与碱金属、碱土金属混合，经高温烧结而成。可制成透明的晶体球，故称为磷酸盐玻璃球。通过对碱金属与碱土金属添加比例的调整，可使得磷酸盐玻璃球在水中的缓释速度得到相应的改变。碱金属含量越多，玻璃球的缓释速度越快。这方面的研究工作， 已经由武汉大学和浙江大学培养出的多个博士研究生所开展，并发表了大量论文。

 

    存在问题

        应用实践表明，磷酸盐玻璃球在作为阻垢剂单独使用时，存在一个致命弱点： 在静止的水中磷酸盐玻璃球自溶解严重。因为它在水中的溶解度很低，当自溶解超过一定浓度时，盛装它的容器内便出现大量沉淀，这时的沉淀是玻璃球自身水解的产物，成为磷酸盐水垢。

 

        该材料在这种状态下，无端大量消耗， 造成浪费，同时使水变得混浊，不可使用。这是该材料在家用热水器阻垢应用的主要瓶颈。以下将介绍，通过将这种聚磷酸盐玻璃球与其他氧化物陶瓷配套使用的方法， 可以较好地抑制该材料在静水中发生白色沉淀，也就是水解的问题。
 

　　净水阻垢器在家用热水器上的安装图
 

    配套使用陶瓷滤料的作用和装置

       将一种特制陶瓷滤料与磷酸盐玻璃球按不同比例复配装在小罐里，接在热水器的进水口处。经过小罐处理的水中含有的阻垢成分是多聚磷酸盐。

 

        陶瓷滤料是经过高温敏化处理的材料， 是另一类专利产品，其特点是遇水释放活性氧。活性氧的释放可以通过化学发光的检验得到证实。由于活性氧具有极强的氧化能力（羟基自由基类活性氧的氧化电位为2.8V，而高锰酸钾氧化剂的氧化电位只有1.67V），能使磷酸盐玻璃球在静止水中发生钝化，以至溶解速度明显减慢。但这种氧化能力，对于在流动水中磷酸盐玻璃球的溶解影响较小，不妨碍阻垢效果。

 

        陶瓷滤料释放的活性氧，自身具有杀菌灭藻、降低水中化学耗氧量（COD）指标的功能，对于通过水罐的水在其他方面的污染，如微量有机物污染，重金属污染， 氯污染等，也能有效抑制，因此对热水器洗浴用水具有显著的净化作用。

 

        小分子团簇水：可以经过权威单位检验这样的过滤水，比如通过核磁共振方法检验，以核磁共振峰的半高宽作为检测指标，判断过滤水的分子团簇大小。试验可以证明，作为小分子团簇的弱碱性水，水的活性增强，溶解力、洗涤力、渗透力均增强，更容易被人体细胞所接受。加上阻垢的效果，水的硬度下降，用这种处理后的水洗澡，人体感觉十分舒服。
 

　　
阻垢装置示意图：主结构为不同滤料的配伍，以及聚磷酸盐玻璃球上下的水层
 

    使用寿命

        通过失重法和分光光度法，可以测出磷酸盐玻璃球的消耗，也可以知道水中含有多少聚磷酸盐，从而测出本装置使用的原料消耗。也可测出配套滤料使用时是否消耗及其重量。使用这些数据，可以预测一定量原料的使用寿命（包括静态水中的溶解消耗和动态水中实际使用的总量）。结果表明，使用这种配套使用氧化物陶瓷滤料的方法，每年消耗玻璃球只有50-80 克。装有 240 克磷酸盐玻璃球，根据家庭用水量，保证阻垢效果的寿命可达 3-5 年。而单独使用硅磷晶玻璃球，不管投放多少， 基本上都在半年内消耗掉，因此使用寿命只有半年。配套的陶瓷滤料基本没有消耗。
 

    进一步的改进

        因水中存在各种杂质，我们国家各地水质相差较大，玻璃球的水解问题，在实际应用中面临更多的难题。这样也就造成了上述装置的应用在全国各地效果即阻垢率很不一致的新问题。北京华德迈拓科技开发有限公司，与艾欧史密斯（中国）热水器有限公司合作，基本解决了这一难题。并将有产品推向市场。

 

    有关毒性问题

         一定会有读者关心过滤水的毒性问题。首先要说明的是，经过阻垢器处理的水，是用于洗浴的，无须经过生活饮用水的各项卫生指标检验。其次，对市政自来水进行过滤处理，过滤水是可以通过生活饮用水卫生标准检验（国家标准GB5749- 2006）的各项检验，并获得国家卫生部门涉水批件的。硅磷晶的使用，已经由国家卫生部和相关生产厂家聘请权威专家做了一年的试验研究，证明，使用其过滤的水， 即使饮用，也对人体无害；而因其使用的量是微乎其微的，因此也并不会因其作为营养化物质而构成对环境的污染。