图1.挂片上水垢分布和重量的变化

图2.协同处理水垢晶体结构和形貌的变化

图3.协同处理水垢分形维数和粒径的变化

图4.论文发表期刊、题目、作者等信息

循环冷却水在工业生产中扮演着重要角色，其用量占工业总用水量的七成以上。在长期使用过程中，由于循环水不断蒸发浓缩，成垢离子（如钙、镁等）会饱和析出并沉积在管道和换热器内壁，形成难溶性碳酸钙、氢氧化镁等硬垢，严重影响换热效率，甚至会造成管道堵塞和设备故障等严重问题。目前，主要通过化学类阻垢剂抑制结垢，但阻垢剂会提高循环冷却水浓排水的处理难度，增加处理成本，且其排放会带来环境风险，尤其含磷药剂将导致水体富营养化，破坏生态系统。

磁场阻垢作为一种绿色物理阻垢方法，相较于化学阻垢更符合低碳环保理念，近年逐渐引起广泛关注。其与阻垢剂协同作用可显著提高阻垢效果，同样阻垢效果下可减少阻垢剂用量，降低环境风险。不过，二者协同阻垢机理目前仍不够清晰，尤其对水垢分布的影响和作用机制尚无报道，从而限制协同阻垢技术的发展。

鉴于此，北京市科学技术研究院资源环境研究所水资源研发中心科研团队采用磁场和环保型阻垢剂聚天冬氨酸（PASP）协同处理循环冷却水，利用不锈钢挂片模拟实际工况下的结垢环境，通过分析挂片表面和水体中的水垢质量探索磁场和PASP协同处理对水垢分布的影响，并揭示其作用机制，为协同技术的发展提供理论支撑。

研究发现，协同处理有效抑制了成垢离子的析出，改变了水垢的晶体结构，显著降低了挂片上的水垢量。在PASP最佳浓度下，施加磁场后阻垢率提高了8.5%（图1），且在同样阻垢效果下，施加磁场可减少PASP用量10%以上。研究表明，协同作用机理主要包括三个方面：一是磁场和PASP的协同处理改变了水垢的成核过程，使循环冷却水中的成垢离子难以达到过饱和，从而降低了结晶的可能性；二是在结晶过程中，PASP将降低成垢离子的结合能，磁场则影响水垢枝晶的生长方向，二者协同作用使水垢发生晶格畸变，从而抑制硬垢的形成（图2）；三是协同处理增加了水垢的分形维数，减小了粒径，在水体中形成大量细小分散的垢体，易于随水体流动，难于在管道和换热器内壁上沉积（图3）。这一成果进一步完善了磁场和阻垢剂协同阻垢理论，有利于循环冷却水阻垢技术的发展，对于提高污水源、再生水源和地源热泵水体换热效率也具有重要的指导意义。

本工作以“Synergistic effects and mechanism of magnetic field and scale inhibitor on scale distribution”为题发表于Separation and Purification Technology期刊(JCR一区，影响因子8.2)，如图4所示。在站博士后赵鑫是本论文的第一作者，张忠国研究员和单悦副研究员为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金项目（U20A20154)和北京市博士后科研基金项目（05-2024Z-0004）资助。

(赵鑫 文/图)