塑料制品廠家設(shè)備及模具冷卻水的軟化處理

邱建成 何建領(lǐng)

（蘇州同大機械有限公司）

前 言

塑料制品廠家的設(shè)備和模具冷卻水處理對吹塑設(shè)備運行的影響較大，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)的正常進行，希望引起相關(guān)廠家的重視。塑料制品廠家廣泛使用地表水，自來水或是深井水來做設(shè)備和模具的冷卻水，相對來說，地表水的水質(zhì)要軟一些，水中含有的礦物質(zhì)相對要少一些，采用這類水做設(shè)備和模具的冷卻水所發(fā)生的問題相對要少一些。而一些塑料制品廠家使用地下水來做設(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)過適當(dāng)?shù)奶幚?，很容易在換熱時產(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較大的問題，甚至有可能造成設(shè)備和模具的損壞。因此，對冷卻水進行相應(yīng)的處理是保障設(shè)備和模具正常冷卻和運行的重要條件之一。

1. 常用的水處理方法

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。

1.1 離子交換水處理方法

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脂進行軟化處理。單純的軟化處理只能除去水中的鈣、鎂離子，而無法去除重碳酸鹽堿度，經(jīng)過鈉離子交換后，進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，進入鍋爐后碳酸氫鈉產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成鍋水中相對堿度增加。這種情況一方面影響鍋爐的安全運行，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，就必須進行軟化與除堿聯(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。中和后的水進入除碳器中脫去生成的二氧化碳。此系統(tǒng)很簡單，運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 強酸性氫—鈉串聯(lián)離子交換系統(tǒng)。把進水分為兩個部分，一部分進入氫離子交換器，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)過氫離子交換器后，出水中含有與進水中強酸性陰離子相當(dāng)量的強酸酸度，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除碳器再進入鈉離子交換器，否則含大量碳酸的水通過鈉離子交換器又會重新產(chǎn)生堿度。

串聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點：系統(tǒng)最后出水不會出現(xiàn)酸性，這是因為氫離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，運行容易控制，氫型離子交換樹脂的交換能力可以得到充分利用，甚至可以運行到氫離子交換器出水硬度達到一定值或出現(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：該系統(tǒng)相當(dāng)于二級軟化水處理，全部水都需經(jīng)過鈉離子交換器處理，故設(shè)備容量大，投資費用高；處理后出水硬度要高于并聯(lián)系統(tǒng)。

⑶ 強酸性氫—鈉并聯(lián)離子交換系統(tǒng)。進水也是分成兩個部分，一部分通過氫離子交換器，另一部分通過鈉離子交換器，然后把兩部分交換后的水混合，可以達到軟化與除堿目的。

并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點：一般控制氫離子交換器運行到漏鈉為失效，這樣整個運行周期出水呈酸性，其酸度與進水中強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，且可隨進水水質(zhì)變化而隨時調(diào)整；相同處理水量所需的設(shè)備容量小，故設(shè)備費用低，投資少。

并聯(lián)系統(tǒng)缺點：再生劑消耗量大，因為系統(tǒng)相當(dāng)于一級軟化處理；運行控制要求高，否則會出現(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)。氫型弱酸性陽離子交換樹脂只能與水中的碳酸鹽類進行交換反應(yīng)，交換后不產(chǎn)生強酸

系統(tǒng)特點：氫型弱酸性陽離子交換樹脂交換容量大，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)備簡單；氫型弱酸性陽離子交換樹脂交換后出水不呈酸性水，故系統(tǒng)運行安全可靠。

系統(tǒng)缺點：氫型弱酸性陽離子交換樹脂交個較貴，故初始投資較大；系統(tǒng)相當(dāng)于二級軟化水處理，相同處理水量需要設(shè)備容量大，故投資費用較高。

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處理模具冷卻水，則需要定期測試水的軟化質(zhì)量，特別是對冷卻水中所含的鈉離子要給以充分的重視。含有過多鈉離子的冷卻水對鋁合金材料制成的模具會有較強的腐蝕作用，有可能較快地對鋁合金模具的冷卻水道產(chǎn)生腐蝕，進而使其使其應(yīng)有的冷卻功能。

這種情況已經(jīng)在多家吹塑制品廠家出現(xiàn)過，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)備外觀圖見圖1。

圖1 兩種不同規(guī)格型號的離子交換水處理設(shè)備外觀圖

1.2 反滲透水處理方法

反滲透技術(shù)是當(dāng)今最先進、最節(jié)能的有效分離技術(shù)之一，反滲透簡稱 RO，是用足夠大的壓力把溶液中的溶劑（通常指水）通過反滲透膜（半透膜）分離出來，因和自然滲透方向相反，故稱反滲透。反滲透水處理工藝是利用反滲透膜選擇性的透過溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)，以膜兩側(cè)靜壓差為動力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而實現(xiàn)對液體混合物進行分離的膜過程。近年來，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力的膜分離過程。反滲透過程是自然界的逆過程。在使用過程中為產(chǎn)生反滲透壓，過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程，實現(xiàn)反滲透有兩個條件：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)量分數(shù)90%～95%的溶解固形物、95%以上的溶解有機物、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的，比如將一根黃瓜放入鹽水中，黃瓜就會因失水而變小。黃瓜中的水分子進入鹽水溶液的過程就是滲透過程。如果用一個只有水分子才能透過的薄膜將一個水池隔斷成兩部分，在隔膜兩邊分別注入純水和鹽水到同一高度。過一段時間就可以發(fā)現(xiàn)純水液面降低了，而鹽水的液面升高了。我們把水分子透過這個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止境的，到了一定高度就會達到一個平衡點。這時隔膜兩端液面差所代表的壓力被稱為滲透壓。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)

在以上裝置達到平衡后，如果在鹽水端液面上施加一定壓力，此時，水分子就會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程這一現(xiàn)象被稱為反滲透現(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，一是一個有選擇性的膜，一般稱之為半透膜，二是一定的壓力。簡單地說，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)，由于細菌、病毒、大部分有機污染物和水合離子均比水分子大得多，因此不能透過反滲透半透膜而與透過反滲透膜的水相分離。在水中眾多種雜質(zhì)中，溶解性鹽類是最難清除的。因此，經(jīng)常根據(jù)除鹽率的高低來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99.7%。

⑷ 反滲透水處理工藝在含油廢水中的運用

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物，油分以微米數(shù)量級大小的粒子存在，所以長期保持穩(wěn)定，難以分離。

對含乳化油的廢水應(yīng)用反滲透水處理工藝，不需破壞乳化液進行濃縮分離，其濃縮液采用焚燒處理，滲透液可進行回用或排放處理。在實際應(yīng)用過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)備外觀圖見圖2。

圖2 一種反滲透水處理設(shè)備外觀圖

1.3 磁化水處理方法

利用磁場處理水（簡稱“磁化水”），以達到防止水管道結(jié)垢，這一技術(shù)的應(yīng)用，在我國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的，而且近來磁化水技術(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為磁水器。按磁場形式的方式可將磁水器分為永磁式和電磁式兩種，按磁場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強度相同的情況下效果相同，但各有特點。永磁式磁水器的最大優(yōu)點是不需外接電源，同時結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便，但其磁場強度受到磁性材料和充磁技術(shù)的限制，且存在隨時間的延長或水溫的提高而退磁的現(xiàn)象。

電磁式磁水器的優(yōu)點是磁場強度容易調(diào)節(jié)，而且可以達到很高的磁場強度，同時磁場強度不受時間和溫度影響，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)點是檢修時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，中空吹塑制品廠家也可以根據(jù)自己企業(yè)的需求來進行選用。從實際使用的效果來看一般宜選用磁化水處理器廠家產(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更好一些。如果冷卻水的管道較長，可以在管道的不同位置設(shè)置多個磁化水處理器，以達到更好的除垢效果。

1.4 離子棒水處理方法

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、先進的水處理設(shè)備。在國內(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、寧海石化、漣源鋼鐵廠等上千家企業(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≥DC7500V高壓靜電電場的直接作用，改變水分子的電子結(jié)構(gòu)，水偶極子將水中陰、陽離子包圍，并按正負順序呈鏈狀整齊排列，使之不能自由運動，水中所含陽離子不致趨向器壁，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，并且會增大水偶極子的偶極距，增強其與鹽類離子的水合能力，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胞的離子通道，改變細菌和藻類生存的生物場，影響細菌生理代謝，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，不會產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，排放出來的水對人類賴以生存的環(huán)境不產(chǎn)生影響，符合國際環(huán)境法規(guī)有關(guān)標準，是一種環(huán)保產(chǎn)品，值得推廣使用。

2. 水處理方法的選用

對于塑料制品生產(chǎn)廠家來說，具體采用哪種水處理方法來處理設(shè)備和模具的冷卻水，需要根據(jù)吹塑制品工廠所在地水質(zhì)的具體情況，以及工廠的經(jīng)濟情況來選用。從近二十年來許多塑料制品工廠具體使用的情況來看，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，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題。