一、閾值效應（Threshold Inhibition）

• 原理：阻垢劑在極低濃度（通常為幾 mg/L）下即可顯著抑制成垢離子的結晶過程。

• 作用：即使水中 Ca2?、CO?2? 等離子濃度已超過其溶度積（即過飽和狀態），阻垢劑仍能阻止晶體成核或生長，使體系保持“亞穩態"而不析出沉淀。

二、晶格畸變（Crystal Distortion）

• 原理：阻垢劑分子吸附在正在生長的晶體活性位點上，干擾晶格的規則排列。

• 結果：

• 晶體結構發生扭曲、變形；

• 形成疏松、非粘附性的軟垢（如球霰石而非方解石型 CaCO?）；

• 軟垢易被水流沖走，不易附著在管壁或換熱面上。

? 例如：聚丙烯酸（PAA）可使 CaCO? 晶體由致密的方解石轉變為易分散的文石或球霰石。

三、分散作用（Dispersion / Colloid Stabilization）

• 原理：阻垢劑（尤其帶負電的聚合物）通過靜電排斥和空間位阻效應，使已形成的微小顆粒穩定懸浮于水中，防止其聚集沉降。

• 關鍵功能基團：羧基（–COO?）、磺酸基（–SO??）、膦酸基（–PO?H?）等。

• 效果：即使有少量晶核生成，也能被“膠體化"并隨水流排出系統。

四、螯合/絡合作用（Chelation / Sequestration）

• 原理：部分阻垢劑（如有機膦酸、EDTA、檸檬酸）能與 Ca2?、Mg2?、Fe3? 等金屬離子形成可溶性絡合物。

• 作用：

• 降低游離成垢離子濃度；

• 延緩沉淀反應動力學。

• 局限：此作用通常需較高劑量，在高硬度水中效率有限，多作為輔助機制。

?? 注意：現代高效阻垢劑主要依賴閾值效應+晶格畸變+分散，而非單純螯合（因成本高且環保性差）。

五、靜電排斥與界面吸附

• 阻垢劑分子優先吸附在金屬或已有垢層表面，形成帶負電的保護膜；

• 由于同性電荷排斥，后續成垢離子難以靠近表面沉積，從而抑制異相成核（heterogeneous nucleation）。

常見阻垢劑類型及其作用特點

應用場景示例

• 反滲透（RO）系統：防止 CaCO?、CaSO?、BaSO? 在膜表面結垢；

• 工業循環冷卻水：抑制換熱器、管道內 Ca?(PO?)?、CaCO? 沉積；

• 鍋爐水處理：避免硅酸鹽、磷酸鹽垢影響傳熱效率；

• 油田回注水：防止地層中 BaSO?、SrSO? 沉淀堵塞孔隙。

總結