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电镀清洗水的电导法自动控制袁诗璞(成都市武侯区晋阳巷2号会所花园A3-02-202,四川成都,610045)1我国淡水的奇缺性
1.1地球上的水地球上的水总量很大,最初均为淡水但经约40亿年的水的三态循环,绝大部分呈海水形式存在的水溶解积蓄了大量的盐分生物在漫长的进化过程中,基因变异形成了适于各自生存繁衍所需的水环境海洋生物在淡水中无法生存,陆上生物又需淡水;例如在盐碱地上也种不出庄稼沧海桑田变化是自然规律,人力不可抗拒整个地球上现淡水资源的分布本很不均,单俄罗斯贝加尔湖淡水量即占世界淡水总量的五分之一,够全世界的人饮用50年;而原本应是海洋才可能形成石油的中东众多产油和天然气的国家及我国西北地区现今却是降水非常少的沙漠地区近年来更由于拉尼娜等现象,极端性天气将日益频发,地球陆上降水更分布不均,或洪涝成灾或持久干旱,森林火灾不断洪涝时,珍贵的淡水又汇流入海洋成为海水
1.2我国淡水资源的现状我国淡水资源有三个特征
1、人均淡水资源很少我国淡水总量本就不高,加之人口众多,人均淡水资源排名在世界各国中处于150名之后由于我国水环境污染越来越重,可供使用的淡水还在不断减少
2、分布极不均衡总的是北少南多,特别是西北甘肃地区,人畜饮水都难保,国家顾及民生,花了巨资千方百计加以保证为保京津等地用水,现正又投巨资实施南水北调工程
3、水资源利用率低尽管国家采用宣传教育、政策法规、经济手段等要求节水,但短时仍难奏效,浪费水的现象依然严重,节水与科学用水的水平仍很低,与人均水资源丰富得多的发达国家水的利用率差距还很大水利是农业的命脉,而“无农不稳、无粮则乱”毛泽东早年制定的农业“八字宪法”中,就将水排在第一位在那个大打人民战争和学雷锋时代,曾大搞过水利建设(如知名的红旗渠),但又搞围湖造田,减小了湖泊蓄水能力自改革实行土地分户承包后,人民战争已打不起来了,许多水利设施年久失修2010年全国大范围冬小麦苗大旱,靠喷灌、滴灌等也无水可用,再次敲响了我国(甚至牵连世界)粮食安全的警钟现只好由国家和各级地方政府出资重修、维护水利设施,特别是数万km到田间的最后一km小渠的维修,否则淡水流失更多节水要求会越来越高、越来越紧迫2电镀新鲜用水节约的重要性与困难性
2.1电镀节水重在节省新鲜用水电镀节水重在节约新鲜用水,原因是
1、水质要求电镀生产对水质要求很严,这应是常识某些镀前清洗与镀后清洗甚至要求用纯水,否则会向工艺液引入不允许带入的阴阳离子杂质(此工艺技术问题于此不能详述)工件清洗不良,又会造成工艺液的交叉污染,会引发许多电镀故障,加大杂质处理频次,而有些杂质至今还难有成熟技术去除,如光亮酸铜液中的Fe2+,等用新鲜水当然最好
2、废水直接回用的困难性我国电镀废水处理曾提出过许多方法,但因种种问题都遭淘汰,现多又回归到了化学法采用化学法时总要投药,即使处理后能达标排放的废水,因盐分增多,可直接回用的场合非常有限要求很低的镀前处理清洗、冲洗厕所、工厂内部短时绿化等(直接用于农田灌溉也不行;长期用于绿化浇水,会加速土壤的盐碱化)其回用率难达10%
3、废水深度处理的成本太高采用多级预处理后再用反渗透法作深度再处理,可将达标后的废水浓缩,获得脱盐率大于
99.5%的纯水供电镀清洗但全套系统投资惊人、日常运行费用、各种膜的短使用寿命(多数还得采用进口膜)造成的换膜费、炭滤去有机杂质活性炭的一次性使用,等等,获取一T纯水的成本实际不会少于30元反渗透只是一种高端浓缩分离技术,被浓缩后的废水及各级冲洗用水还得再用化学法处理达标后排放即使有钱单位能不惜成本地采用,其回收率也难达60%而节约新鲜用水,既可直接节水,又可减少废水处理量及深度再处理费用,道理十分简单
2.2现实节水的困难性清洗并不那么简单,而是一门学问颇深的技术发达国家的电镀工作者在20世纪
六、七十年代早就推导出了不同清洗方式下的多个清洗方程式从方程式可知,影响清洗效果及用水量的因素非常多我们早在1983年编写出版的《电镀三废处理》一书中,第二章就花很大篇幅专门介绍过清洗技术(该书早已绝版)可惜我国无论电镀工艺技术人员与设备设施设计制造人员都对这门技术了解太少,预先未予认真考虑,如今留下节水后患例如采用3级动态逆流漂洗是有效节水方法,但大生产应用很困难1)手工作业时因大大增加工人劳动强度而受到抵制2)自动线生产会大大拉长生产线、增大一次性投资、占地面积,降低生产效率因此,现多仍为单槽长流水清洗,生产线设计制造木已成舟,不可能推倒重来
2.3强制性的节水政策要求我国淡水资源很缺第一位要保老百姓饮用水,第二位要保农业及养殖业用水,第三位才是工业用水节水首先会卡工业用水由于海水具强腐蚀性及含有多种工业用水有害的杂质而不能用,只能用淡水电镀本为用水大户,又是不受环保欢迎的会产生三废的行业,政策性节约工业用水首当其冲宁波王宗雄告知本人,宁波市环保局已发红头文件,要求宁波地区按不同地域,在2009年新鲜用水总量基础上,再减少10~30%进一步了解,此要求是国家政策,非仅指宁波地区而不可更改(估计会象减少碳排放量那样,层层下达节水硬性指标)据笔者所知,绝大部分电镀厂点,过去为少缴排污费,填报给环保部门已备案在册的用水量,是大打了折扣的若强制性要求节水,势必会对连抽用的地下水也会装表计量两头都认真起来,日子就过得更惨了包括电镀工业园区在内的许多电镀企业老板,都为此焦头烂额,说只能三天打鱼两天晒网了但间隙生产又如何保证加工?如何养活员工(现本已招工难,养活留得住员工的开销越来越大)?本需加温或冷却工作的工艺液停产了,再加热或致冷既费时又多耗能面对用水严峻挑战,我刚写完一长文讨论节水减排的诸多问题,草稿直接寄《宁波电镀》,王宗雄又再度提起电导自动控水是一种科学用水方法,要我想点办法3电导控水技术
3.1原理简述电导自动控制清洗水供给量并非新技术,发达国家早有应用并介绍过我们在《电镀三废处理》中也已讲过电镀清洗的都是电解质溶液随着清洗的进行,设清洗水停止供给时,则清洗水的电导率随清洗相同产品的挂具数量呈线性增加只要测定并控制清洗水的电导率,当清洗水的电导率上升到预先设置的数额时,通过电磁阀接通供水,则清洗水的电导率下降通水入一定量后,清洗水电导率下降到一定值时,通过仪器控制,自动断开供水电磁阀,清洗水的电导率又随清洗进行而上升如此周而复始,则实现了清洗清洁用水的自动控制,变长流水为间隙供水
3.2国内电导控水应用现状由于认识上的欠缺,国内至今对发达国家在20世纪
六、七十年代已应用日广的电导控水技术甚至全然无知在上世纪九十年代,成都飞机公司曾为美国生产过麦道飞机的机头其表面处理要求全用美国提供的工艺与设备,要求很高例如测试过,铝件阳极化后无论怎样清洗都不行,还非得用纯水浸泡清洗后,盐雾试验才能达到美国军标要求因对清洗水的水质要求特别高,就强行配置了40余套电导测控水仪但听说使用一两年后也相继坏了原因可能是国内表面处理车间空气清洁程度远低于美国,电导控水仪密封耐蚀性不适于中国国情听说宁波地区有用电导控水的,托王宗雄打听了一下2011年4月13日,老王打听后发来传真1)余姚市某电镀公司一条塑料电镀生产线装有进口电导控水仪4套,该生产线16小时生产每天节约新鲜用水30T,节水效果明显2)此产品系深圳蒋宇侨老先生介绍蒋先生系笔者恩师,英语水平特别高,对国外电镀发展现状十分关注并毕身致力于缩小我国电镀,特别是电子电镀与发达国家的差距,是笔者十分敬佩的老专家蒋老能介绍电导自动控水,是具深谋远虑的3)产品由德国制造、英国人安装调试,4套共花费6万元左右显然,在国内推广洋货是困难的4)至今用了一年余,尚未出故障
3.3笔者早年工作自参加工作搞电镀起,就认识到电镀是耗水电大户,而我国水资源缺乏当年在国营企业任表面处理车间主任时,还仅要求抽用地下水装表计量,按抽每T水8分钱(也相当于现今1元多了)收取水资源费对电镀用水量并无限制,废水超标也只是罚点款罢了本人并无神机妙算之能,但还算先觉者,预料对电镀用水量及达标要求会越来越高,已很注重节水技术学习,知道电导自动控水是可行的科学用水方法凭对我国电镀国情的了解及具备一定电子电器知识,结合对多种电镀用测控仪(包括数显pH测控报警仪)及汽车小电器(如汽车电子节油器等)开发的经验,从1986年开始研制电镀清洗水的“电导自控器”对仪器本身调试中发现的诸多问题及用于生产实践检验后再发现的问题又作了反复改进,1988年申请获准实用新型国家专利有人曾联系过生产该产品,本人缺点很多,但从不整人害人,如实相告,此产品当时难以推广,生产制作难度很高、投资不小,对方终于放弃了1)名称只能用“电导控水器”而不能用“电导控水仪”一方面不必设电导数显(虽并不难),只消宽范围可调欲控电导率,依不同镀种清洗需求,预置到达到相应许可电导率即可a、可大大降低制作成本与售价,以适应国情b、任何电器产品多一个元器件就多一个故障发生机会,可靠性越低另一方面,叫“仪”,则计量检测部门就会找上门来,又要配标准检测设备,又要办理、年检计量合格证,制定企业标准(无国标产品)并作标准化审定、安全认证等,还未开张销售,先就开销
一、二十万,被“打掉在地再踏上一只脚”叫你永世不得翻身2)必须全密封以防腐任何电子器件,特别是功率器件,使用中都会发热而引发软硬故障,故机壳上都开有散热窗口,有的还得风冷或水冷作强制性冷却,故用于电镀车间强腐蚀性工作环境寿命很短、可靠性很低全密封又会出现技术问题测量电导时为防电极极化,隋性双电极上只能施加音频交流电压,而控制时又必须用直流电压比较,通过集成电路输出直流比较结果,信号放大功率后作输出控制从交流到直流必设整流试制时发现,虽用了集成电路作精密全波整流,但因整流管具
2.2mv/℃左右不同的温度系数,整流放大后温升直流飘移达150mv左右,控制失灵又只好设计加入机内自动温度补偿电路,给每台调试增大了困难其它问题还发现解决了不少3)专业用,销量少不象家用电器可进入亿万家庭,也不象温度、时间等测控可用于多个行业,本控制器多仅限于表面处理作业,用量很少但作产品又涉及冲压、注塑等模具投入,流动资金占用量大、模具等投入而加工量又少、折旧费高及制作单价高等问题,在许多人心目中,国货售价“理应”比洋货低许多,稍不留意即可能亏得血本无归该控水器针对当年手工作业、大供水量单槽长流水(现亦具多)开发,在国营工厂对多种清洗水实测,可节水50~80%(依镀种及供水量不同而有差异),才决定申报专利
3.4现打算我因眼底出血不治,视网膜大部坏死,视力模糊,早已看不清电器元器件安装与拆修,对形不成批量的电镀用电子器具开发生产也失去了信心,已对此“金盆洗手”,并将多年就近万元购买的各类电子电器书刊、手册等基本送给了本地现仍生产高频开关电源、交流稳压器等的电器厂老朋友厂长现节水要求甚高,宁波王宗雄又再提起电导控水要求,而研制这种产品,非兼具深入全面了解电镀大生产要求与熟悉电子电器知识的人又不可能制出适用产品如何办?看来出于社会责任心,还得重操旧业好在本人历来乐于无私助人,还有许多朋友本地一生产印刷板小厂,多年前对其生产孔化板的孔金属化电镀与设备制造帮过许多忙,现具印刷板、永不腐蚀的PVC面板等能一条龙加工,并早有一个元器件组装焊接调试车间(如对成都一年产值数亿元的彩虹集团从双面板制作至元器件组装全部完成,只是尚无财力购一套电脑程控贴片元件安装设备,否则更忙不过来)出于多年朋友关系,已同意对电导控水器完成主要工作,探头等我另找人制作我也承诺,所有投资及可能造成的亏损由我个人承担尚需要重新设计改进多处,如
1、方便宽范围的使用调整原设计有手用拨动开关的三档初调,但拨动开关设于机内不好操作,设于面板上又难密封防腐原细调设于面板上的多圈电位器用旋钮调整,但生产中总难免有“假老练”去乱动,造成失控国外早有数据报导,不同工艺清洗水电导率差异很大,控制可调范围要很宽、精度很高(此处省去)为此,对调整方法应从根本上重新设计
2、控制用电磁水阀问题原为省成本,采用全自动洗衣机用交流220V电磁水阀现网上查得其售价最高不到20元一支但控水与洗衣机工作状态不一样前者可能吸合工作时间长而后者很短这种水阀长期通电吸合,因线圈过热而极易烧掉还得优选工业电磁水阀
3、高可靠性问题中国国情要求高可靠性笔者对此已积累了较多经验举一例笔者开发的用具恒流输出特性的功率场效应管作控制的霍尔槽试验用0~5A、0~15V小电源,直流纹波系数小,可用于镀铬液及光亮酸铜液调整试验但功率场效应管却采用了400V15A进口品,功率余量很大,使用10余年未坏过一支对高频开关电源,现许多生产厂为降低成本,关键器件IGBT模块功率余量很小且高频特性不过关,带来问题一是损坏率很高,二是采用低的频率工作,高频变压器电感量大、直流滤波困难、节能效果下降本人认为是得不偿失的主要半导体类集成电器等,应选用可靠进口件电阻也应用金属膜电阻而不能用碳膜电阻,等等
4、输出功率控制已试验成功用进口器件对220伏交流电磁水阀作无触点控制彻底根除原用继电器控制的触点易烧坏的老大难问题,极大地提高了可靠性与使用寿命对电导控水器,凭本人对电镀国情的了解及多年从事过多种电子小产品开发经验教训,还有信心使产品使用可靠性不亚于进口产品因为我们与新加坡独资的进口带材连续镀生产线,维修配件均达进口水平,业务已至今作了8年多笔者1987年初所造一套电导控水器,在湿度很高的成都存放至今,2011年4月23日用来在自来水中加食用盐作试验,测控仍灵,且灵敏度还是很高
5、电源开关问题电源开关属易损件,故许多市售温度、时间测控器均未设电源开关,使用不方便多数交流开关密封防蚀性不好(钮子开关好些),不适于表面处理车间使用4月26日蒋宇侨先生又打电话来关心我身体状况,同时谈及,余姚某公司用的4套德国产品,采用了感应开关设计制作感应式(又称接近式)、触摸式、薄膜面板式、声控式、磁控式、光控式开关并不难,本人手头就有不少用集成电路或可控硅的多种现成电路可供参考但这类开关也存在共同缺点a、所用元器件增多、出故障机率加大,从而可靠性与寿命下降;b、机内要另设一套交流220伏转换为低压稳压输出的直流待机电源,接通总电源(或另设电池供电),则一直处于工作状态正如空调与彩电(先开总电源),遥控器才能开启主电源供电手机也一样,关机状态仍有部分电池工作于待机状态,否则无法开机;手机在待机状况下,还会每隔几秒将IMS卡贮存信息全部向外发送一次,以便机站确定用户位置;现代,手机在待机状态下,也可遭黑客入侵,并可窃听个人讲话隐私(否则只能取出电池)声控、光控不可用于此;磁控简单,但需用稀土永磁铁感应和触摸开关,是利用人体手指触摸面板上相应位置产生的微弱电容或感应电压起作用的一方面易于发生误动作,另一方面一些好奇的农民工可能当成玩具来用这玩意儿怪,怎么摸一下通电了,再摸一下又关电了笔者最后还是确定采用已试验成功的、置于机箱背部的小型钮子开关有几个优点a、不会产生误动作,开关状态明确;b、通过大功率电器控制实现机内较大交流供电,而开关本身只承受2mA、1V以下交流电压,不会出现打火现象;只要不是人为损坏,用10年也不会坏c、置于关的位置时,机内与电磁阀完全不耗电而自然关闭;d、PVC面板上无开关而美观;e、机内全为无触点控制,没有任何如继电器之类的易损触点控制蒋宇侨也认为电导自动控水节水明显、值得推广他打算写一篇文章作介绍在下相劝您老年事已高身体又欠安,多多保养,就不必再写文章了学生已替您老代劳先写了待所需关主件落实后,本人会再拼一下命,尽快设计、组织生产产品出来后,打算先发点给宁波市电镀协会,交节水要求很高地区的生产线试测节水效果产品会作到电镀厂的维修工也易自行安装,工艺人员自行调试(会附详细使用说明)预计还会出现的困难1)投入大而产量小,会亏本但已作好个人亏损十余万老本的心理准备笔者属低消费群体(无非送医院与药厂钱多一点)且命不长了,钱是生不带来死不带去的凭长年节俭习惯,十余万元还亏得起(现单为选择合适电镀用的电磁阀已白浪费了千余元)2)销售问题a、发票问题所找朋友小厂虽系一般纳税人,但开增值税票也有问题一是电子小产品进货单位也多,现国家对增值税发票开出数量限制很严,一般无数万元金额均不会开票若现金购入,则无进项抵扣开17%国税票,若无进项抵扣,加上各种地税、所得税,会达25%以上此事只有以后酌情处理b、运费问题快件很贵即使零担货运,原就规定不足5kg按5kg计费我原从黄山购买1kg植酸样品作试验,零担货运费60元,加上取货开车费用等,实际达70余元,比产品价还高一倍现油价持续上涨,物流费用会更高只能确认节水效果好,有赖发达地区电镀协会本着为会员单位办好事、实事宗旨,团购发货零星供货,需方自负运费对内地不寄希望,还远达不到节水要求众多黑户废水也直排,靠花钱买一把环保保护伞而苟且偷生,何谈节水技改?以成都市及四川省为例,由于地理劣势等原因,开放困难,电镀加工量很少,生产自动化程度非常低,至今未建成一个电镀工业园区许多地方还因电镀会产生污染,欲将电镀厂斩尽杀绝且除川西山区外并不缺水成都平原更受李冰父子都江堰治水工程恩泽,历来旱涝保收只是2010年底,我给成都市市长去了一封信,才引起对电镀行业发展的重视,委托市经信委督办市经信委派人来我家,反复征求意见后,才提出了成都市发展电镀产业的五点意见,其中包括在远离成都市区的蒲江县兴建一电镀工业园区我也请省政协委员依据我提供的资料,在2011年省政协会上作了一个在四川省兴建电镀工业园区的提案重庆市有汽车、摩托车支柱产业,电镀件多,且近年发展很快,已建成4个电镀园区但重庆市境内有嘉陵江和长江流过,并不缺水,短期内不会提出过高节水要求但节水是国家要求、发展要求对相对不太缺水、现电镀产业落后地区,强制性节水要求,只是迟早的事还是早作打算为好最后,我要于此特别感谢宁波市电镀协会及其老秘书长王宗雄老专家对我的长期关爱老王年长于在下,多年前切除了胆,现又患肝硬化症,日渐消瘦,仍甘居幕后,拼命工作我与他的人生价值观相同,虽见面很少,但已成多年好友老王为人虚心忠厚,业界许多电镀老专家都信服他,故信息特别灵,我也很尊重敬佩王兄,其许多优点值得我认真学习要不是老王提出并大力支持、改进、生产电导控水器,我还不会甘冒经济风险再去拼一次命我将尽力将高可靠性电导控水器、包括配套优选的电磁阀一套的售价控制在1000元以内,以适应当今中国国情4结语
1、我国淡水资源奇缺,节省电镀新鲜用水要求迫在眉睫
2、节水涉及许多难题对现多采用的单槽长流水清洗,采用电导自动测控供给清洗水,不失为一种科学的、有效的节水方法
3、笔者望能尽快生产制造出适于国情的高可靠性、低售价的电导自控器,弥补国内空白,求取社会效益(参考文献从略)。