塑料制品厂家设备及模具冷却水的软化处理

2020-08-04邱建成何建领

塑料包装 2020年3期

邱建成何建领

（苏州同大机械有限公司）

前言

塑料制品厂家的设备和模具冷却水处理对吹塑设备运行的影响较大，如果冷却水的处理不当，将可能影响到设备与模具的冷却，从而影响到生产的正常进行，希望引起相关厂家的重视。塑料制品厂家广泛使用地表水，自来水或是深井水来做设备和模具的冷却水，相对来说，地表水的水质要软一些，水中含有的矿物质相对要少一些，采用这类水做设备和模具的冷却水所发生的问题相对要少一些。而一些塑料制品厂家使用地下水来做设备和模具的冷却水，由于地下水所含矿物质较多，如果不经过适当的处理，很容易在换热时产生水垢，随着水垢的不断沉积加厚，在模具与设备的一些冷却水道中逐步形成堵塞，影响冷却效率，可能给设备和模具的冷却带来较大的问题，甚至有可能造成设备和模具的损坏。因此，对冷却水进行相应的处理是保障设备和模具正常冷却和运行的重要条件之一。

1. 常用的水处理方法

目前常用的水的软化处理或除垢处理方法有等离子交换水处理方法、反渗透水处理方法、磁化水处理方法、离子棒水处理方法等。

1.1 离子交换水处理方法

离子交换水处理方法主要是依靠钠离子交换器中的交换树脂进行软化处理。单纯的软化处理只能除去水中的钙、镁离子，而无法去除重碳酸盐碱度，经过钠离子交换后，进水中的重碳酸盐全部转化为碳酸氢钠。如果原水碱度含量较大，软化水中就含有大量的碳酸氢钠，进入锅炉后碳酸氢钠产生化学反应，造成锅水中相对碱度增加。这种情况一方面影响锅炉的安全运行，引起锅水系统碱腐蚀，降低蒸汽质量，加大排污率；另一方面，蒸汽中二氧化碳含量增加，蒸汽冷凝后溶于凝结水中，使凝结水 PH值降低，造成凝结水系统的酸腐蚀。通常当原水中碱度大于2 mmol/L时，就必须进行软化与除碱联合水处理。

⑴ 钠离子软化——加酸系统。经过钠离子软化后，在出水中加入酸中和水中的碱度，一般使用硫酸。中和后的水进入除碳器中脱去生成的二氧化碳。此系统很简单，运行是只要控制加酸量，就可以保证出水不呈酸性，一般可控制软水残留硬度在0.5 mmol/L。

⑵ 强酸性氢—钠串联离子交换系统。把进水分为两个部分，一部分进入氢离子交换器，其出水直接与另一部分原水混合，经氢离子交换器后出水的酸度和原水中的碱度发生中和反应，然后进入除碳器除去中和反应生成的CO2，再经钠离子交换器去除未经氢离子交换器的另一部分原水的硬度，其出水即为脱碱的软化水。经过氢离子交换器后，出水中含有与进水中强酸性阴离子相当量的强酸酸度，因此出水呈酸性。

在氢—钠串联离子交换系统中，中和后的水一定要先通过除碳器再进入钠离子交换器，否则含大量碳酸的水通过钠离子交换器又会重新产生碱度。

串联系统的优点：系统最后出水不会出现酸性，这是因为氢离子交换软化水和一定比例的原水混合后，再经钠离子交换处理，可保证不出酸性水，运行容易控制，氢型离子交换树脂的交换能力可以得到充分利用，甚至可以运行到氢离子交换器出水硬度达到一定值或出现碱度，提高了氢离子交换器的处理能力。

串联系统的缺点：该系统相当于二级软化水处理，全部水都需经过钠离子交换器处理，故设备容量大，投资费用高；处理后出水硬度要高于并联系统。

⑶ 强酸性氢—钠并联离子交换系统。进水也是分成两个部分，一部分通过氢离子交换器，另一部分通过钠离子交换器，然后把两部分交换后的水混合，可以达到软化与除碱目的。

并联系统的优点：一般控制氢离子交换器运行到漏钠为失效，这样整个运行周期出水呈酸性，其酸度与进水中强酸性阴离子的总和等量。出水碱度低，使出水残留碱度降低至0.5 mmol/L左右，且可随进水水质变化而随时调整；相同处理水量所需的设备容量小，故设备费用低，投资少。

并联系统缺点：再生剂消耗量大，因为系统相当于一级软化处理；运行控制要求高，否则会出现酸性水，致使供水系统腐蚀，乃至用水设备腐蚀；氢离子交换器及再生设备均需采用耐酸材料衬里防止设备腐蚀。

⑷ 弱酸性氢—钠串联离子交换系统。氢型弱酸性阳离子交换树脂只能与水中的碳酸盐类进行交换反应，交换后不产生强酸

系统特点：氢型弱酸性阳离子交换树脂交换容量大，容易再生，较适用于碳酸盐硬度较高的原水处理；与强酸性氢—钠串联系统相比，不需要配水及混合水装置，故设备简单；氢型弱酸性阳离子交换树脂交换后出水不呈酸性水，故系统运行安全可靠。

系统缺点：氢型弱酸性阳离子交换树脂交个较贵，故初始投资较大；系统相当于二级软化水处理，相同处理水量需要设备容量大，故投资费用较高。

由于一些中空吹塑模具很多是铝合金制作，如果采用离子交换水处理方法来处理模具冷却水，则需要定期测试水的软化质量，特别是对冷却水中所含的钠离子要给以充分的重视。含有过多钠离子的冷却水对铝合金材料制成的模具会有较强的腐蚀作用，有可能较快地对铝合金模具的冷却水道产生腐蚀，进而使其使其应有的冷却功能。

这种情况已经在多家吹塑制品厂家出现过，并且导致铝合金吹塑模具提前损坏，值得引起吹塑制品厂家管理人员和技术人员的重视。

离子交换水处理设备外观图见图1。

图1 两种不同规格型号的离子交换水处理设备外观图

1.2 反渗透水处理方法

反渗透技术是当今最先进、最节能的有效分离技术之一，反渗透简称 RO，是用足够大的压力把溶液中的溶剂（通常指水）通过反渗透膜（半透膜）分离出来，因和自然渗透方向相反，故称反渗透。反渗透水处理工艺是利用反渗透膜选择性的透过溶剂（通常是水）而截留离子物质，以膜两侧静压差为动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。近年来，随着食品工业的发展，渗透膜技术在食品工业上得到了越来越广泛的应用。另外，在环境工程、气体分离、生物工程、医药提纯、市政给水、直饮水等民用方面得到了广泛的应用。

⑴ 反渗透水处理工艺的分离原理

反渗透是一种以压力为推动力的膜分离过程。反渗透过程是自然界的逆过程。在使用过程中为产生反渗透压，过程需用水泵将含盐水溶液、含污废水等施加压力，以克服自然渗透压，从而使水透过反渗透膜，而将水中溶解盐等杂质阻止在反渗透膜的另一侧。

反渗透水处理工艺是渗透作用的逆过程，实现反渗透有两个条件：一是外加压力必须大于溶液的渗透压；二是必须有一种高选择性、高透水性的半透膜。用于反渗透的半透膜表面微孔尺寸一般在 1 nm左右，能去除绝大部分离子、质量分数90%～95%的溶解固形物、95%以上的溶解有机物、生物和胶体以及80%～90%的硅酸。

⑵ 反渗透水处理工艺的工作原理

渗透现象在自然界比较常见的，比如将一根黄瓜放入盐水中，黄瓜就会因失水而变小。黄瓜中的水分子进入盐水溶液的过程就是渗透过程。如果用一个只有水分子才能透过的薄膜将一个水池隔断成两部分，在隔膜两边分别注入纯水和盐水到同一高度。过一段时间就可以发现纯水液面降低了，而盐水的液面升高了。我们把水分子透过这个隔膜迁移到盐水中的现象叫做渗透现象。盐水液面升高不是无止境的，到了一定高度就会达到一个平衡点。这时隔膜两端液面差所代表的压力被称为渗透压。渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。这就是反渗透水处理工艺的工作原理。

⑶ 反渗透现象和反渗透净水技术

在以上装置达到平衡后，如果在盐水端液面上施加一定压力，此时，水分子就会由盐水端向纯水端迁移。液体分子在压力作用下由稀溶液向浓溶液迁移的过程这一现象被称为反渗透现象。如果将盐水加入以上设施的一端，并在该端施加超过该盐水渗透压的压力，我们就可以在另一端得到纯水。

反渗透设施生产纯水的关键有两个，一是一个有选择性的膜，一般称之为半透膜，二是一定的压力。简单地说，反渗透半透膜上有众多的孔，这些孔的大小与水分子的大小相当，由于细菌、病毒、大部分有机污染物和水合离子均比水分子大得多，因此不能透过反渗透半透膜而与透过反渗透膜的水相分离。在水中众多种杂质中，溶解性盐类是最难清除的。因此，经常根据除盐率的高低来确定反渗透的净水效果；反渗透除盐率的高低主要决定于反渗透半透膜的选择性。目前，较高选择性的反渗透膜元件除盐率可以高达99.7%。

⑷ 反渗透水处理工艺在含油废水中的运用

含油废水是一种量大面广的工业废水，若直接排入水体，会在水体表层产生油膜阻碍氧气溶入水中，从而致使水中缺氧、生物死亡、发出恶臭，严重污染生态环境。一般，含油废水中的油分以浮上油、分散油、乳化油三种状态存在，其中前两种比较好处理，经机械分离、凝聚沉淀和活性炭吸附，油分可降低到几 mg/L以下，而乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物，油分以微米数量级大小的粒子存在，所以长期保持稳定，难以分离。

对含乳化油的废水应用反渗透水处理工艺，不需破坏乳化液进行浓缩分离，其浓缩液采用焚烧处理，渗透液可进行回用或排放处理。在实际应用过程中一般采用多种处理方法联合使用的方式，才能保证出水水质。

反渗透水处理设备外观图见图2。

图2 一种反渗透水处理设备外观图

1.3 磁化水处理方法

利用磁场处理水（简称“磁化水”），以达到防止水管道结垢，这一技术的应用，在我国已有二十多年的历史了。磁化水处理技术已经广泛应用于水处理系统，其在水处理装置抑垢中的功效却是显而易见的，而且近来磁化水技术还被应用到污水的工业处理中。

能制备磁化水的装置称为磁水器。按磁场形式的方式可将磁水器分为永磁式和电磁式两种，按磁场位置又可将磁水器分为内磁式和外磁式两种。永磁式和电磁式磁水器在间隙磁场强度相同的情况下效果相同，但各有特点。永磁式磁水器的最大优点是不需外接电源，同时结构简单，操作维护方便，但其磁场强度受到磁性材料和充磁技术的限制，且存在随时间的延长或水温的提高而退磁的现象。

电磁式磁水器的优点是磁场强度容易调节，而且可以达到很高的磁场强度，同时磁场强度不受时间和温度影响，稳定性好，但其需要外界提供激磁电源。与内磁式磁水器相比，外磁式磁水器可能具有更大的优越性，其主要优点是检修时不必停水及拆卸管道，也不易引起磁短路现象。

图3为,两种电磁式磁化水处理器的外形图。