邱建成 何建領(lǐng)
(蘇州同大機(jī)械有限公司)
塑料制品廠(chǎng)家的設(shè)備和模具冷卻水處理對(duì)吹塑設(shè)備運(yùn)行的影響較大,如果冷卻水的處理不當(dāng),將可能影響到設(shè)備與模具的冷卻,從而影響到生產(chǎn)的正常進(jìn)行,希望引起相關(guān)廠(chǎng)家的重視。塑料制品廠(chǎng)家廣泛使用地表水,自來(lái)水或是深井水來(lái)做設(shè)備和模具的冷卻水,相對(duì)來(lái)說(shuō),地表水的水質(zhì)要軟一些,水中含有的礦物質(zhì)相對(duì)要少一些,采用這類(lèi)水做設(shè)備和模具的冷卻水所發(fā)生的問(wèn)題相對(duì)要少一些。而一些塑料制品廠(chǎng)家使用地下水來(lái)做設(shè)備和模具的冷卻水,由于地下水所含礦物質(zhì)較多,如果不經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?,很容易在換熱時(shí)產(chǎn)生水垢,隨著水垢的不斷沉積加厚,在模具與設(shè)備的一些冷卻水道中逐步形成堵塞,影響冷卻效率,可能給設(shè)備和模具的冷卻帶來(lái)較大的問(wèn)題,甚至有可能造成設(shè)備和模具的損壞。因此,對(duì)冷卻水進(jìn)行相應(yīng)的處理是保障設(shè)備和模具正常冷卻和運(yùn)行的重要條件之一。
目前常用的水的軟化處理或除垢處理方法有等離子交換水處理方法、反滲透水處理方法、磁化水處理方法、離子棒水處理方法等。
離子交換水處理方法主要是依靠鈉離子交換器中的交換樹(shù)脂進(jìn)行軟化處理。單純的軟化處理只能除去水中的鈣、鎂離子,而無(wú)法去除重碳酸鹽堿度,經(jīng)過(guò)鈉離子交換后,進(jìn)水中的重碳酸鹽全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉。如果原水堿度含量較大,軟化水中就含有大量的碳酸氫鈉,進(jìn)入鍋爐后碳酸氫鈉產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),造成鍋水中相對(duì)堿度增加。這種情況一方面影響鍋爐的安全運(yùn)行,引起鍋水系統(tǒng)堿腐蝕,降低蒸汽質(zhì)量,加大排污率;另一方面,蒸汽中二氧化碳含量增加,蒸汽冷凝后溶于凝結(jié)水中,使凝結(jié)水 PH值降低,造成凝結(jié)水系統(tǒng)的酸腐蝕。通常當(dāng)原水中堿度大于2 mmol/L時(shí),就必須進(jìn)行軟化與除堿聯(lián)合水處理。
⑴ 鈉離子軟化——加酸系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)鈉離子軟化后,在出水中加入酸中和水中的堿度,一般使用硫酸。中和后的水進(jìn)入除碳器中脫去生成的二氧化碳。此系統(tǒng)很簡(jiǎn)單,運(yùn)行是只要控制加酸量,就可以保證出水不呈酸性,一般可控制軟水殘留硬度在0.5 mmol/L。
⑵ 強(qiáng)酸性氫—鈉串聯(lián)離子交換系統(tǒng)。把進(jìn)水分為兩個(gè)部分,一部分進(jìn)入氫離子交換器,其出水直接與另一部分原水混合,經(jīng)氫離子交換器后出水的酸度和原水中的堿度發(fā)生中和反應(yīng),然后進(jìn)入除碳器除去中和反應(yīng)生成的CO2,再經(jīng)鈉離子交換器去除未經(jīng)氫離子交換器的另一部分原水的硬度,其出水即為脫堿的軟化水。經(jīng)過(guò)氫離子交換器后,出水中含有與進(jìn)水中強(qiáng)酸性陰離子相當(dāng)量的強(qiáng)酸酸度,因此出水呈酸性。
在氫—鈉串聯(lián)離子交換系統(tǒng)中,中和后的水一定要先通過(guò)除碳器再進(jìn)入鈉離子交換器,否則含大量碳酸的水通過(guò)鈉離子交換器又會(huì)重新產(chǎn)生堿度。
串聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)最后出水不會(huì)出現(xiàn)酸性,這是因?yàn)闅潆x子交換軟化水和一定比例的原水混合后,再經(jīng)鈉離子交換處理,可保證不出酸性水,運(yùn)行容易控制,氫型離子交換樹(shù)脂的交換能力可以得到充分利用,甚至可以運(yùn)行到氫離子交換器出水硬度達(dá)到一定值或出現(xiàn)堿度,提高了氫離子交換器的處理能力。
串聯(lián)系統(tǒng)的缺點(diǎn):該系統(tǒng)相當(dāng)于二級(jí)軟化水處理,全部水都需經(jīng)過(guò)鈉離子交換器處理,故設(shè)備容量大,投資費(fèi)用高;處理后出水硬度要高于并聯(lián)系統(tǒng)。
⑶ 強(qiáng)酸性氫—鈉并聯(lián)離子交換系統(tǒng)。進(jìn)水也是分成兩個(gè)部分,一部分通過(guò)氫離子交換器,另一部分通過(guò)鈉離子交換器,然后把兩部分交換后的水混合,可以達(dá)到軟化與除堿目的。
并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):一般控制氫離子交換器運(yùn)行到漏鈉為失效,這樣整個(gè)運(yùn)行周期出水呈酸性,其酸度與進(jìn)水中強(qiáng)酸性陰離子的總和等量。出水堿度低,使出水殘留堿度降低至0.5 mmol/L左右,且可隨進(jìn)水水質(zhì)變化而隨時(shí)調(diào)整;相同處理水量所需的設(shè)備容量小,故設(shè)備費(fèi)用低,投資少。
并聯(lián)系統(tǒng)缺點(diǎn):再生劑消耗量大,因?yàn)橄到y(tǒng)相當(dāng)于一級(jí)軟化處理;運(yùn)行控制要求高,否則會(huì)出現(xiàn)酸性水,致使供水系統(tǒng)腐蝕,乃至用水設(shè)備腐蝕;氫離子交換器及再生設(shè)備均需采用耐酸材料襯里防止設(shè)備腐蝕。
⑷ 弱酸性氫—鈉串聯(lián)離子交換系統(tǒng)。氫型弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂只能與水中的碳酸鹽類(lèi)進(jìn)行交換反應(yīng),交換后不產(chǎn)生強(qiáng)酸
系統(tǒng)特點(diǎn):氫型弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換容量大,容易再生,較適用于碳酸鹽硬度較高的原水處理;與強(qiáng)酸性氫—鈉串聯(lián)系統(tǒng)相比,不需要配水及混合水裝置,故設(shè)備簡(jiǎn)單;氫型弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換后出水不呈酸性水,故系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。
系統(tǒng)缺點(diǎn):氫型弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交個(gè)較貴,故初始投資較大;系統(tǒng)相當(dāng)于二級(jí)軟化水處理,相同處理水量需要設(shè)備容量大,故投資費(fèi)用較高。
由于一些中空吹塑模具很多是鋁合金制作,如果采用離子交換水處理方法來(lái)處理模具冷卻水,則需要定期測(cè)試水的軟化質(zhì)量,特別是對(duì)冷卻水中所含的鈉離子要給以充分的重視。含有過(guò)多鈉離子的冷卻水對(duì)鋁合金材料制成的模具會(huì)有較強(qiáng)的腐蝕作用,有可能較快地對(duì)鋁合金模具的冷卻水道產(chǎn)生腐蝕,進(jìn)而使其使其應(yīng)有的冷卻功能。
這種情況已經(jīng)在多家吹塑制品廠(chǎng)家出現(xiàn)過(guò),并且導(dǎo)致鋁合金吹塑模具提前損壞,值得引起吹塑制品廠(chǎng)家管理人員和技術(shù)人員的重視。
離子交換水處理設(shè)備外觀圖見(jiàn)圖1。
圖1 兩種不同規(guī)格型號(hào)的離子交換水處理設(shè)備外觀圖
反滲透技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)、最節(jié)能的有效分離技術(shù)之一,反滲透簡(jiǎn)稱(chēng) RO,是用足夠大的壓力把溶液中的溶劑(通常指水)通過(guò)反滲透膜(半透膜)分離出來(lái),因和自然滲透方向相反,故稱(chēng)反滲透。反滲透水處理工藝是利用反滲透膜選擇性的透過(guò)溶劑(通常是水)而截留離子物質(zhì),以膜兩側(cè)靜壓差為動(dòng)力,克服溶劑的滲透壓,使溶劑通過(guò)反滲透膜而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物進(jìn)行分離的膜過(guò)程。近年來(lái),隨著食品工業(yè)的發(fā)展,滲透膜技術(shù)在食品工業(yè)上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。另外,在環(huán)境工程、氣體分離、生物工程、醫(yī)藥提純、市政給水、直飲水等民用方面得到了廣泛的應(yīng)用。
⑴ 反滲透水處理工藝的分離原理
反滲透是一種以壓力為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程。反滲透過(guò)程是自然界的逆過(guò)程。在使用過(guò)程中為產(chǎn)生反滲透壓,過(guò)程需用水泵將含鹽水溶液、含污廢水等施加壓力,以克服自然滲透壓,從而使水透過(guò)反滲透膜,而將水中溶解鹽等雜質(zhì)阻止在反滲透膜的另一側(cè)。
反滲透水處理工藝是滲透作用的逆過(guò)程,實(shí)現(xiàn)反滲透有兩個(gè)條件:一是外加壓力必須大于溶液的滲透壓;二是必須有一種高選擇性、高透水性的半透膜。用于反滲透的半透膜表面微孔尺寸一般在 1 nm左右,能去除絕大部分離子、質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%~95%的溶解固形物、95%以上的溶解有機(jī)物、生物和膠體以及80%~90%的硅酸。
⑵ 反滲透水處理工藝的工作原理
滲透現(xiàn)象在自然界比較常見(jiàn)的,比如將一根黃瓜放入鹽水中,黃瓜就會(huì)因失水而變小。黃瓜中的水分子進(jìn)入鹽水溶液的過(guò)程就是滲透過(guò)程。如果用一個(gè)只有水分子才能透過(guò)的薄膜將一個(gè)水池隔斷成兩部分,在隔膜兩邊分別注入純水和鹽水到同一高度。過(guò)一段時(shí)間就可以發(fā)現(xiàn)純水液面降低了,而鹽水的液面升高了。我們把水分子透過(guò)這個(gè)隔膜遷移到鹽水中的現(xiàn)象叫做滲透現(xiàn)象。鹽水液面升高不是無(wú)止境的,到了一定高度就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)。這時(shí)隔膜兩端液面差所代表的壓力被稱(chēng)為滲透壓。滲透壓的大小與鹽水的濃度直接相關(guān)。這就是反滲透水處理工藝的工作原理。
⑶ 反滲透現(xiàn)象和反滲透凈水技術(shù)
在以上裝置達(dá)到平衡后,如果在鹽水端液面上施加一定壓力,此時(shí),水分子就會(huì)由鹽水端向純水端遷移。液體分子在壓力作用下由稀溶液向濃溶液遷移的過(guò)程這一現(xiàn)象被稱(chēng)為反滲透現(xiàn)象。如果將鹽水加入以上設(shè)施的一端,并在該端施加超過(guò)該鹽水滲透壓的壓力,我們就可以在另一端得到純水。
反滲透設(shè)施生產(chǎn)純水的關(guān)鍵有兩個(gè),一是一個(gè)有選擇性的膜,一般稱(chēng)之為半透膜,二是一定的壓力。簡(jiǎn)單地說(shuō),反滲透半透膜上有眾多的孔,這些孔的大小與水分子的大小相當(dāng),由于細(xì)菌、病毒、大部分有機(jī)污染物和水合離子均比水分子大得多,因此不能透過(guò)反滲透半透膜而與透過(guò)反滲透膜的水相分離。在水中眾多種雜質(zhì)中,溶解性鹽類(lèi)是最難清除的。因此,經(jīng)常根據(jù)除鹽率的高低來(lái)確定反滲透的凈水效果;反滲透除鹽率的高低主要決定于反滲透半透膜的選擇性。目前,較高選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達(dá)99.7%。
⑷ 反滲透水處理工藝在含油廢水中的運(yùn)用
含油廢水是一種量大面廣的工業(yè)廢水,若直接排入水體,會(huì)在水體表層產(chǎn)生油膜阻礙氧氣溶入水中,從而致使水中缺氧、生物死亡、發(fā)出惡臭,嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。一般,含油廢水中的油分以浮上油、分散油、乳化油三種狀態(tài)存在,其中前兩種比較好處理,經(jīng)機(jī)械分離、凝聚沉淀和活性炭吸附,油分可降低到幾 mg/L以下,而乳化油含有表面活性劑和起同樣作用的有機(jī)物,油分以微米數(shù)量級(jí)大小的粒子存在,所以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定,難以分離。
對(duì)含乳化油的廢水應(yīng)用反滲透水處理工藝,不需破壞乳化液進(jìn)行濃縮分離,其濃縮液采用焚燒處理,滲透液可進(jìn)行回用或排放處理。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中一般采用多種處理方法聯(lián)合使用的方式,才能保證出水水質(zhì)。
反滲透水處理設(shè)備外觀圖見(jiàn)圖2。
圖2 一種反滲透水處理設(shè)備外觀圖
利用磁場(chǎng)處理水(簡(jiǎn)稱(chēng)“磁化水”),以達(dá)到防止水管道結(jié)垢,這一技術(shù)的應(yīng)用,在我國(guó)已有二十多年的歷史了。磁化水處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理系統(tǒng),其在水處理裝置抑垢中的功效卻是顯而易見(jiàn)的,而且近來(lái)磁化水技術(shù)還被應(yīng)用到污水的工業(yè)處理中。
能制備磁化水的裝置稱(chēng)為磁水器。按磁場(chǎng)形式的方式可將磁水器分為永磁式和電磁式兩種,按磁場(chǎng)位置又可將磁水器分為內(nèi)磁式和外磁式兩種。永磁式和電磁式磁水器在間隙磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的情況下效果相同,但各有特點(diǎn)。永磁式磁水器的最大優(yōu)點(diǎn)是不需外接電源,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作維護(hù)方便,但其磁場(chǎng)強(qiáng)度受到磁性材料和充磁技術(shù)的限制,且存在隨時(shí)間的延長(zhǎng)或水溫的提高而退磁的現(xiàn)象。
電磁式磁水器的優(yōu)點(diǎn)是磁場(chǎng)強(qiáng)度容易調(diào)節(jié),而且可以達(dá)到很高的磁場(chǎng)強(qiáng)度,同時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度不受時(shí)間和溫度影響,穩(wěn)定性好,但其需要外界提供激磁電源。與內(nèi)磁式磁水器相比,外磁式磁水器可能具有更大的優(yōu)越性,其主要優(yōu)點(diǎn)是檢修時(shí)不必停水及拆卸管道,也不易引起磁短路現(xiàn)象。
圖3為,兩種電磁式磁化水處理器的外形圖。
圖3 兩種電磁式磁化水處理器的外形圖
國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)生產(chǎn)磁化水處理器,中空吹塑制品廠(chǎng)家也可以根據(jù)自己企業(yè)的需求來(lái)進(jìn)行選用。從實(shí)際使用的效果來(lái)看一般宜選用磁化水處理器廠(chǎng)家產(chǎn)品資料介紹的 2~3倍容量以上的產(chǎn)品,這樣,冷卻水的除垢效果會(huì)更好一些。如果冷卻水的管道較長(zhǎng),可以在管道的不同位置設(shè)置多個(gè)磁化水處理器,以達(dá)到更好的除垢效果。
⑴ 離子棒水處理器概述
離子棒水處理器是水處理領(lǐng)域中的一種新興、先進(jìn)的水處理設(shè)備。在國(guó)內(nèi)的許多著名企業(yè)在使用:如寶山鋼鐵公司、上海石化、天源化工廠(chǎng)、寧海石化、漣源鋼鐵廠(chǎng)等上千家企業(yè)的工業(yè)的循環(huán)水、中央空調(diào)均使用了離子棒水處理器,取代了化學(xué)處理,取得很好的效果,被廣泛喻為水處理史上一次革命。
圖4所示為兩種離子棒水處理器的外形圖。
圖4 兩種離子棒水處理器的外形圖
⑵ 離子棒水處理器工作原理
① 防垢:離子棒水處理器通過(guò)≥DC7500V高壓靜電電場(chǎng)的直接作用,改變水分子的電子結(jié)構(gòu),水偶極子將水中陰、陽(yáng)離子包圍,并按正負(fù)順序呈鏈狀整齊排列,使之不能自由運(yùn)動(dòng),水中所含陽(yáng)離子不致趨向器壁,阻止鈣、鎂離子在器壁上形成水垢,從而達(dá)到防垢的目的。
② 除垢:由于靜電的作用,在結(jié)垢系統(tǒng)中能破壞垢分子間的電子結(jié)合力,改變晶體結(jié)構(gòu),促使硬垢疏松,并且會(huì)增大水偶極子的偶極距,增強(qiáng)其與鹽類(lèi)離子的水合能力,從而提高水垢的溶解速率,使已經(jīng)產(chǎn)生的水垢能逐漸剝蝕、脫落,從而達(dá)到除垢的目的。
③ 除銹:銹垢是水垢的一種,除垢則能除銹。④ 殺菌滅藻:離子棒水處理器產(chǎn)生一定量的活性氧如O2-、OH、H2O2,這些活性氧能破壞生物細(xì)胞的離子通道,改變細(xì)菌和藻類(lèi)生存的生物場(chǎng),影響細(xì)菌生理代謝,從而起到殺菌滅藻作用。
離子棒水處理器是物理作用,在水中不發(fā)生化學(xué)作用,不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì),排放出來(lái)的水對(duì)人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境不產(chǎn)生影響,符合國(guó)際環(huán)境法規(guī)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),是一種環(huán)保產(chǎn)品,值得推廣使用。
對(duì)于塑料制品生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō),具體采用哪種水處理方法來(lái)處理設(shè)備和模具的冷卻水,需要根據(jù)吹塑制品工廠(chǎng)所在地水質(zhì)的具體情況,以及工廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)情況來(lái)選用。從近二十年來(lái)許多塑料制品工廠(chǎng)具體使用的情況來(lái)看,通常情況下選用磁化水處理器或離子棒水處理器既方便經(jīng)濟(jì),即可較好地解決塑料制品設(shè)備和模具冷卻水的水垢處理問(wèn)題。