電鍍清洗用水采用電導(dǎo)自控的必要、原理與困難

袁詩璞

（成都市武侯區(qū)晉陽巷2號會所花園A3–02–202，四川 成都 610045）

【電鍍設(shè)備】

電鍍清洗用水采用電導(dǎo)自控的必要、原理與困難

袁詩璞

（成都市武侯區(qū)晉陽巷2號會所花園A3–02–202，四川 成都 610045）

簡述我國淡水資源的現(xiàn)狀和分配使用，指出了電鍍行業(yè)節(jié)水的緊迫性和現(xiàn)實困難。介紹了電導(dǎo)自動控水的原理及其在國內(nèi)的應(yīng)用情況。在以前專利產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行重新設(shè)計和改進，以期制造出可靠性高、售價低的電導(dǎo)自動控水器，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

電鍍；清洗；電導(dǎo)控制；節(jié)水；原理

Author’s address: A3–02–202 Huisuo Residential Garden, No.2 Jinyang Street, Wuhou District, Chengdu 610045, China

1 我國的淡水資源

1. 1 地球上的水及生物所需的水環(huán)境

地球上的水本不少，海洋面積遠大于陸地面積。地球上剛形成的水本為淡水，但經(jīng)約40億年的三態(tài)循環(huán)，海水中溶解積蓄了很多鹽分。

生物經(jīng)漫長的進化，其基因變異、遺傳，形成了各自適應(yīng)不同水環(huán)境的能力與局限性：海洋生物只適于在海水中生存；陸上生物則只適于淡水環(huán)境。

陸地上的淡水分布極不均衡。俄羅斯貝加爾湖的淡水量就占全世界淡水湖總量的1/5，而中東地區(qū)及我國西北盛產(chǎn)石油與天然氣的地區(qū)因降水量太少而成為了沙漠。

洪澇災(zāi)害使寶貴的淡水流入海洋，成為海水。海水所含鹽分及其腐蝕性，迫使人類工業(yè)用水只能用淡水。2011年3月11日，日本強地震及引發(fā)的海嘯造成福島核電站爆炸，核污染殃及全球。事后證明，用海水對核反應(yīng)池及乏燃料池降溫反而造成了更大危害。

1. 2 我國淡水資源的現(xiàn)狀

1. 2. 1 人均淡水資源很少

我國淡水資源本身并不豐富，加之人口眾多，人均占有量排名在世界各國150名之后。

1. 2. 2 分布極不均衡

總體上說是北少南多。西北地區(qū)更少，甘肅連人畜飲用水也不夠。為此，政府投入了不少資金與人力，修水窖、找水，并打深井取水，讓老百姓能喝上“甜水”。為保京津唐等北方缺水地區(qū)用水，國家正斥巨資實施南水北調(diào)工程。長江三峽工程雖然在蓄水通航、調(diào)節(jié)下游水量、防洪澇以及發(fā)電等方面已突顯成效，但僅限于長江流域，解決不了全國大面積的淡水問題。

1. 2. 3 水資源利用率低

多種原因造成的水環(huán)境污染及缺水降低了環(huán)境自凈能力，我國可供利用的干凈淡水非常少。盡管國家采用了政策法規(guī)、宣傳教育、經(jīng)濟杠桿等多方面措施來節(jié)水，但由于國民總體素質(zhì)不高、節(jié)水科技與設(shè)施落后等原因，我國淡水資源的利用效率遠落后于人均淡水資源高得多的發(fā)達國家和地區(qū)。

1. 3 我國淡水資源的分配使用

1. 3. 1 首保人的生活用水

人是第一位重要的，因而首先應(yīng)保證人的生活用水。

1. 3. 2 次保農(nóng)業(yè)用水

農(nóng)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，而水是農(nóng)業(yè)的命脈。農(nóng)業(yè)用水包括糧食、蔬菜灌溉用水，淡水養(yǎng)殖用水，牲畜與家禽飼養(yǎng)用水等方面。世界糧食危機日益突出。我國農(nóng)業(yè)用水原本緊張，若遇類似于2010年全國大范圍小麥冬旱，縱有科學(xué)的噴灌、滴灌節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，也無水可用。

1. 3. 3 減少工業(yè)用水

我國工業(yè)發(fā)展很快，其用水量增加也快，肯定會不斷地以政策形式強制要求節(jié)水。作為用水大戶的表面處理行業(yè)更不例外，甚至因產(chǎn)生污染而首當(dāng)其沖。電鍍產(chǎn)業(yè)很發(fā)達的沿海地區(qū)會首先“挨刀”。而四川省除川西高原外并不太缺水，電鍍加工量也很少，至今尚未建成一個電鍍工業(yè)園區(qū)。重慶市汽摩產(chǎn)品等電鍍量大，電鍍產(chǎn)業(yè)比成都市乃至整個四川省都要發(fā)達，已建成4個電鍍工業(yè)園區(qū)。但重慶市境內(nèi)有嘉陵江與長江流過，也不缺水。對于電鍍產(chǎn)業(yè)不發(fā)達因而電鍍總用水量不大，以及水資源相對豐富的地區(qū)，遲早也會強制節(jié)水。

2 電鍍節(jié)水的緊迫性與現(xiàn)實困難性

2. 1 發(fā)達地區(qū)新的電鍍節(jié)水政策要求

筆者從寧波電鍍協(xié)會老秘書長王宗雄處得知：寧波市環(huán)保局已發(fā)出紅頭文件，要求寧波電鍍企業(yè)對新鮮用水總量，依不同地區(qū)在2009年用水總量基數(shù)上再下降10% ～ 30%。據(jù)了解，不單是寧波地區(qū)，其他發(fā)達地區(qū)也相應(yīng)提出了類似要求。

減少電鍍新鮮用水量，不僅節(jié)約水費開支，而且可以減少廢水處理量及處理成本。況且，現(xiàn)在無論是否愿意，都要節(jié)水。即使企業(yè)花得起錢，要想繼續(xù)搞電鍍，不節(jié)水也不行！然而，電鍍節(jié)水談何容易？

2. 2 現(xiàn)實生產(chǎn)中節(jié)水的困難性

2. 2. 1 提高廢水回用率的困難性

眾所周知，電鍍清洗水對水質(zhì)的要求很高，某些場合還要用純水。即使經(jīng)化學(xué)法處理后能達標(biāo)排放的廢水，可直接回用的場合也很少，一般用作要求很低的鍍前處理清洗、沖洗廁所、工廠綠化澆水(其實這些水中過多的鹽分也會造成土壤鹽堿化)，其直接回用率難以達到10%。

化學(xué)法處理后的廢水經(jīng)多級預(yù)處理后再采用反滲透濃縮脫鹽等處理，其水質(zhì)接近于純水，可回用于多種工序。但因種種原因，其回用率最高也只有 60%，經(jīng)濃縮后的水還要用化學(xué)法再處理后達標(biāo)排放。單系統(tǒng)反滲透制得回用水的實際成本不會低于30元/t。

2. 2. 2 節(jié)省新鮮用水的困難性

清洗是一門技術(shù)，涉及許多技術(shù)問題。國外電鍍工作者早在上世紀(jì) 60年代就推導(dǎo)出了多個不同清洗方式下的清洗方程式，影響清洗水用量及清洗效果的因素很多。噴淋或噴霧清洗雖好，但在大生產(chǎn)中應(yīng)用受限太大。單槽清洗不僅耗水，而且效果差，加空氣攪拌才好些。多級靜態(tài)逆流漂洗最節(jié)水，但首級濃清洗水必須能全部反摻入鍍液(加蒸發(fā)濃縮則能耗大，且適用工藝有限)，而雜質(zhì)會返回鍍液。實踐表明，三級動態(tài)逆流漂洗具有很明顯的節(jié)水效果。但逆流漂洗在手工作業(yè)時會大大增加工人的勞動強度，往往受工人的抵制而形同虛設(shè)，在自動化生產(chǎn)中又會增大投入、拉長生產(chǎn)線，同樣降低生產(chǎn)效率。在現(xiàn)今場租很高的電鍍工業(yè)園區(qū)內(nèi)，增加占地面積也是一筆不小的開支。由于了解清洗這門深奧技術(shù)的人并不多，加之工業(yè)化實施的困難性，生產(chǎn)線上絕大多數(shù)仍采用單槽長流水清洗。生產(chǎn)線一經(jīng)定型，則木已成舟，不可能推倒重來。

有的廠只好對單槽清洗采用降低水壓、控制供水量來減少用水，但這樣做也有問題：受工件形狀及裝掛方式等影響，要么因為清洗不良而造成工藝液交叉污染，頻繁引發(fā)質(zhì)量事故，要么在易于清洗時造成浪費水?，F(xiàn)為了達到節(jié)水10% ～ 30%的要求，有些廠只能干兩天停一天。如此一來，如何保證用戶生產(chǎn)周期與加工量要求？在找工困難的情況下，如何養(yǎng)活和留住要求收入日高的員工？加熱或冷卻工藝液時又會增大多少能耗？據(jù)筆者所知，以前不少電鍍廠點為了少繳排污費，上報給環(huán)保部門的已備案在冊的用水量僅為實際用量的幾分之一。既然要限制新鮮用水，勢必也會要求對抽取地下水裝表計量。若真如此，這條自己套上脖子的絞索就很難解開了。因此，應(yīng)在現(xiàn)定清洗方法上尋求更科學(xué)的節(jié)水方法，而電導(dǎo)自動控水不失為一種好方法。

3 電導(dǎo)自動控水

3. 1 電導(dǎo)控水的原理

電導(dǎo)自動控制清洗水并不是新技術(shù)，國外發(fā)達國家在上世紀(jì)六七十年代已開始推廣應(yīng)用。筆者在1983年出版的《電鍍?nèi)龔U處理》的第2章“清洗技術(shù)”中早已作過介紹。

電鍍清洗水均為電解質(zhì)溶液。當(dāng)對清洗槽停止供水時，清洗水的電導(dǎo)率隨清洗掛具數(shù)(清洗相同工件及掛具上工件數(shù)相同)的增加而幾乎呈線性增加。表1為國外早年報道的清洗水電導(dǎo)率數(shù)值。此數(shù)據(jù)僅供參考，不能作為控水依據(jù)。原因是工藝配方不同(特別是導(dǎo)電鹽實際含量不同)，清洗水的電導(dǎo)率就不同，甚至清洗水溫也有影響。從表1可看出：清洗水中工藝液的含量越低，電導(dǎo)率越低；工藝液不同，相同濃度下的電導(dǎo)率差異很大。這樣一來，控制儀器就要求具有很寬范圍的可調(diào)控性。

表1 清洗水的電導(dǎo)率變化Table 1 Variation of conductivity of rinsing water

采用可調(diào)電導(dǎo)控水器，當(dāng)清洗水臟到不允許的程度時，使串接于供水支管內(nèi)本處于關(guān)閉狀的電磁水閥開通而自動供水，清洗水電導(dǎo)率隨之下降；當(dāng)電導(dǎo)率下降到一定數(shù)值時，自動關(guān)閉電磁閥，停止供水；隨著清洗的進行，清洗水的電導(dǎo)率又上升，達到一定值時，電磁閥又自動開通供水。如此周而復(fù)始，則實現(xiàn)了清洗的間歇式供水，既避免了長流水現(xiàn)象，又保證了清洗效果。

3. 2 國內(nèi)電導(dǎo)控水的現(xiàn)狀

因?qū)﹄妼?dǎo)自動控水認知太少，至今國內(nèi)電導(dǎo)控水應(yīng)用極少。

成都飛機公司在上世紀(jì) 90年代中期為美國生產(chǎn)麥道飛機機頭，表面處理要求全用美國工藝與設(shè)備。因?qū)η逑匆蠛芨撸逝渲昧?0余套美國產(chǎn)清洗水電導(dǎo)自動測控儀，但使用一兩年后相繼壞完了。分析原因是美國表面處理車間內(nèi)空氣很清潔、腐蝕性小，而儀器本身密封等防蝕措施不足，不適應(yīng)中國國情。

筆者于今年4月份了解到，余姚某電鍍公司的一條塑料電鍍?nèi)詣由a(chǎn)線上，一年多前安裝了4套進口電導(dǎo)控水儀，每天生產(chǎn)16 h，日節(jié)省新鮮用水30 t，效果明顯。經(jīng)十分了解發(fā)達國家電鍍新工藝、新技術(shù)的蔣宇僑老先生介紹，該控水儀是德國產(chǎn)品，由英國人安裝調(diào)試，4套控水儀共花費人民幣6萬元左右。

顯然，雖節(jié)水效果好，但如此大的投入，即使在有錢的發(fā)達地區(qū)，要在眾多生產(chǎn)線上推廣應(yīng)用，也是不現(xiàn)實的。

3. 3 筆者早年的工作

1986年，筆者在國營708廠任表面處理車間主任期間，開始針對大水量單槽清洗研制電導(dǎo)自動控水器。經(jīng)過反復(fù)摸索，解決了一些難題。

(1) 名稱問題。不必設(shè)數(shù)顯電導(dǎo)測定與顯示（并不難。因早已開發(fā)出既可用于廢水也可用于鍍液的數(shù)顯pH值自動測控報警儀、便攜式液晶數(shù)顯電流密度測定儀等）。因為只要依不同工藝、不同清洗要求，預(yù)先設(shè)置到剛能滿足清洗要求即可，況且沒有符合各種清洗要求規(guī)定的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)可依，各廠的實際差別懸殊(除非購電導(dǎo)儀自行測定)。再者，任何電子電器產(chǎn)品，每多一個元器件就多一個故障發(fā)生機會，不但成本增加，而且長期使用的可靠性下降，故不設(shè)數(shù)顯更好。另外，若稱為“電導(dǎo)控水儀”，則會造成很多麻煩，如計量檢測部門會要求申辦并年檢計量合格許可證，制定并審定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(某些企業(yè)對儀表也有此要求)等。若生產(chǎn)，還未賣出就先花去一二十萬元。因此，

宜叫“電導(dǎo)自動控水器”。

(2) 一般電器產(chǎn)品因內(nèi)部元器件發(fā)熱(特別是帶功率性元器件)，機殼上均開散熱窗口。但在強腐蝕、高濕度環(huán)境下使用時，要求產(chǎn)品幾乎全密封，以提高可靠性。測電導(dǎo)率時，探頭隋性電極上必須施加音頻交流電，以防電極極化。而用集成電路又需對直流預(yù)置信號與測定放大后的信號比較后再作功率輸出放大。從交流到直流必須整流。整流二極管具有約2.2 mV/°C的負溫度系數(shù)，即使采用了集成電路作精密全波整流放大，試制時發(fā)現(xiàn)由于密封后機內(nèi)升溫，造成放大信號有達150 mV的溫度飄移，使控制失靈。后來在機內(nèi)設(shè)計了自動溫度補償可調(diào)電路，使溫升到60 °C時飄移少于10 mV，達到較精準(zhǔn)測控的要求，但這又給單機逐一調(diào)試增加了難度。

在708廠的大生產(chǎn)中，按大流量單槽清洗方式對多種清洗水進行試驗，節(jié)水達50% ～ 80%。其中低鉻鍍鉻清洗水的顏色加深快，但電導(dǎo)率變化小，控制尤其困難，故節(jié)水效果較差。幾經(jīng)改進后于1988年獲準(zhǔn)國家實用新型專利。曾有人想生產(chǎn)銷售，但被筆者勸止了。原因有三：

一、無法批量生產(chǎn)。該產(chǎn)品只供電鍍專用，不像家用電器那樣可進入千家萬戶，也不像溫度、時間、pH等測定裝置那樣可用于多種行業(yè)。況且當(dāng)年并無強制性節(jié)水的要求，而國內(nèi)了解電導(dǎo)控水的人寥寥無幾。雖然發(fā)達國家早已推廣應(yīng)用，但在國內(nèi)應(yīng)用為時尚早。

二、試驗用兩臺都是手工制作的(至今筆者還保留了一套)，但工業(yè)化生產(chǎn)要投資開沖壓與注塑模具，產(chǎn)量小，折舊費與加工費高，而且要講求外觀與通用性，采購渠道眾多，流動資金占用量大，很可能會虧本。

三、技術(shù)難度大、可靠性要求高，但售價又不能太高。在很多人看來，國內(nèi)產(chǎn)品即使達到甚至高于洋貨水平，售價也“理應(yīng)”比洋貨低許多。

現(xiàn)今采用電導(dǎo)自動控水的困難在于：(1)對此認知的人太少；(2)洋貨太貴，又無國產(chǎn)貨供應(yīng)；(3)并非所有廠點的節(jié)水要求都很迫切，若銷量太少，投入又大，則無人愿意或敢于生產(chǎn)。

3. 4 筆者目前的工作

王宗雄是比筆者年長的電鍍老專家，對發(fā)達地區(qū)迫在眉睫的電鍍節(jié)水要求十分著急，希望筆者能改進并組織生產(chǎn)電導(dǎo)自動控水器。于是，筆者重操舊業(yè)，找回原研制產(chǎn)品的原始工作記錄，并且聯(lián)系了現(xiàn)仍生產(chǎn)印制板、永不腐蝕PVC面板并從事電子元器件安裝調(diào)試的老朋友，他同意完成大部分工作，余下探頭等組裝則另請人完成。若造成虧損，由筆者一人承擔(dān)。

現(xiàn)需對原專利產(chǎn)品重新設(shè)計，作大的改進。

(1) 徹底去掉原用易腐蝕的撥動三檔開關(guān)作為粗調(diào)的測控值預(yù)置，改用以小改刀才能調(diào)的多圈電位器作預(yù)置調(diào)整。原面板上的旋鈕式細調(diào)易被亂動而導(dǎo)致測控失靈。

(2) 試驗了多種交、直流電磁水閥，但均問題多多。后優(yōu)選了某國產(chǎn)220 V工業(yè)電磁閥，已成功采用進口器件對其實現(xiàn)無觸點控制，徹底摒棄了繼電器，從而解決了因觸點易壞而導(dǎo)致可靠性差、使用壽命短的老大難問題。國產(chǎn)電磁閥質(zhì)量不斷提高，售價僅為進口貨1/5左右，而且更換方便。

(3) 改進使得一般電鍍廠維修工與工藝人員也可以自行安裝調(diào)整，將來會附詳細安裝使用說明書。

(4) 憑筆者多年來開發(fā)電鍍專用電子小產(chǎn)品與汽車電子產(chǎn)品(如汽車電子節(jié)油器等)的經(jīng)驗，產(chǎn)品的可靠性與壽命絕不亞于洋貨，如對帶功率性器件留了數(shù)倍電壓與電流功率余量，主要電子元器件選用高可靠性進口原裝品，電阻也用金屬膜的而不用碳膜的。雖然成本高，但力求將包括配套電磁水閥在內(nèi)的總售價控制在每套1 000元以內(nèi)。筆者不敢擔(dān)保該產(chǎn)品能使用5年、10年無故障，因為任何電器產(chǎn)品出問題都有三大原因：人為使用錯誤，偶然的外部原因(如供電電壓突然異常升高)，使用中零件自然老化失效。

(5) 電源開關(guān)問題。電源開關(guān)屬易損件，故許多市售溫度、時間測控器均未設(shè)電源開關(guān)，使用不方便。交流開關(guān)大多密封防蝕性不好(鈕子開關(guān)稍好)，不適于表面處理車間使用。前述余姚某公司用的4套德國產(chǎn)品采用了感應(yīng)開關(guān)。設(shè)計制作感應(yīng)式(又稱接近式)、觸摸式、薄膜面板式、聲控式、磁控式、光控式開關(guān)并不難，筆者手頭上有不少用集成電路或可控硅的現(xiàn)成電路可供參考。但這類開關(guān)也存在共同缺點：一、所用元器件多，出故障的機率大，故可靠性與壽命下降；二、機內(nèi)要另設(shè)一套220 V交流轉(zhuǎn)換為低壓穩(wěn)壓輸出的直流待機電源，接通總電源或另設(shè)電池供電，則一直處于工作狀態(tài)。聲控、光控不可用于此；磁控雖簡單，但需用稀土永磁鐵；感應(yīng)和觸摸開關(guān)是利用人體手指觸摸面板上相應(yīng)位置產(chǎn)生的微弱電容或感應(yīng)電壓而起作用的，易發(fā)生誤動作。最后確定采用置于機箱背部的小型鈕子開關(guān)，這樣有幾個優(yōu)點：一、不會產(chǎn)生誤動作，開關(guān)狀態(tài)明確；二、通過大功率電器控制實現(xiàn)機內(nèi)較大交流供電，而開關(guān)本身只承受2 mA、1 V以下交流電壓，不會出現(xiàn)打火現(xiàn)象，只要不是人為損壞，至少可用10年；三、置于關(guān)的位置時，機內(nèi)與電磁閥完全不耗電而自然關(guān)閉；四、PVC面板上無開關(guān)，美觀；五、機內(nèi)全為無觸點控制，沒有任何如繼電器之類的易損觸點控制。

4 結(jié)語

電鍍節(jié)水迫在眉睫，而現(xiàn)實節(jié)約新鮮用水又困難重重。電導(dǎo)控水技術(shù)的節(jié)水效果明顯。進口產(chǎn)品太貴，而目前尚無國產(chǎn)品供應(yīng)。筆者正動手對早年專利電導(dǎo)控水器進行改進，以便適合我國電鍍行業(yè)現(xiàn)狀，力求以售價僅為進口貨1/10不到的低價供應(yīng)不亞于其可靠性與壽命的產(chǎn)品，盡快在國內(nèi)電鍍發(fā)達地區(qū)首先推廣，求取社會效益。

Necessity, principle and difficulty of automatic conductivity control of water rinsing in electroplating production //

YUAN Shi-pu

The current status, distribution and usage of freshwater in China were described. The urgency and present difficulties of water saving in electroplating industry were pointed out. The principle of automatic conductivity water control and its application in China were introduced. An automatic conductivity water controller with high reliability and low price is under manufacturing and expected to be industrialized based on the redesigning and improvement of the author’s patented product.

electroplating; rinsing; conductivity control; water saving; principle

TQ153

A

1004 – 227X (2011) 06 – 0042 – 04

2011–05–04

袁詩璞（1944–），男，四川成都人，本科學(xué)歷，高級工程師，成都表面處理研究會秘書長，成都表面工程行業(yè)協(xié)會學(xué)術(shù)專業(yè)委員會主任。長期從事電鍍技術(shù)工作，有豐富的實踐經(jīng)驗。

作者聯(lián)系方式：(Tel) 028–87423973。

[ 編輯：溫靖邦 ]