邱建成 何建領(lǐng)

（蘇州同大機(jī)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(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)奶幚恚苋菀自趽Q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(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。

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(jìn)行軟化處理。單純的軟化處理只能除去水中的鈣、鎂離子，而無法去除重碳酸鹽堿度，經(jīng)過鈉離子交換后，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除碳器再進(jìn)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(diǎn)：系統(tǒng)最后出水不會出現(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(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(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)于一級軟化處理；運(yùn)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(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(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(yùn)行安全可靠。

系統(tǒng)缺點(diǎn)：氫型弱酸性陽離子交換樹脂交個(gè)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(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(qiáng)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(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(jìn)、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(dòng)力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而實(shí)現(xiàn)對液體混合物進(jìn)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(dòng)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(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(jìn)入鹽水溶液的過程就是滲透過程。如果用一個(gè)只有水分子才能透過的薄膜將一個(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止境的，到了一定高度就會達(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(gè)，一是一個(gè)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(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(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(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(dá)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(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)簡單，操作維護(hù)方便，但其磁場強(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)是磁場強(qiáng)度容易調(diào)節(jié)，而且可以達(dá)到很高的磁場強(qiáng)度，同時(shí)磁場強(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(jìn)行選用。從實(shí)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(gè)磁化水處理器，以達(dá)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(jìn)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(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，并且會增大水偶極子的偶極距，增強(qiáng)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(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)菌和藻類生存的生物場，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(biāo)準(zhǔn)，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(jì)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(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題。