turbo boost发音:洗衣房设备 之水对洗涤质量的影响篇

2009年6月25日   上海川岛艾美机械设备有限公司
水洗的主要介质就是水。洗涤设备的预洗、主洗、漂白、过水、过酸等过程中都离不开水，洗涤剂也是溶于水中而成为洗涤液，从而对织物与污垢发生润湿、膨胀、溶解、乳化、分散等作用，可见水对洗涤效果的重要作用。下面我们主要讲讲水在工业洗衣机洗涤布草过程中产生的影响与作用。
一、生活用水
水的化学式是H20，纯水是无色无味的透明液体。水的自然性质中值得注意的是水具有很强的极性，其溶解和分散物质的能力很强。我们日常用的水中都含有一定量无机盐类，它们在水中以离子状态存在，常见的无机盐离子有:
阳离子                   阴离子
钙(Ca2+)                 碳酸氢根(HCO3-)
镁(Mg2+)                 硫酸根(SO42-)
钠(Na+)                  氯离子(Cl-)
铁(Fe2+，Fe3+)           硅酸根(SiO32-)
锰(Mn2+)                 氟离子(F-)
钾(K+)                   硝酸根离子(NO3-)
铜(Cu2+)                 硫离子(S2- )
此外，还常含有一些呈胶体状态的有机物质如腐殖质类，这些物质肉眼是很难看见的。
由于水中含有各种有机物质和无机物质，它们当中有些物质对人体有害，故国家规定了饮用水的水质标准。www.chuandao.com。
表5-1   生活饮用水水质标准
序号
项目
限值
序号
项目
限值
感官性状和一般化学指标
毒理学指标
1
色
色度不超过15度，并不呈现异色。
16
氟化物
1.0 mg/L
2
浑浊度
不超过3度，特殊情况下不超过5度。
17
氧化物
0.05 mg/L
3
臭和味
不得有异味
18
砷
0.05 mg/L
4
肉眼可见物
不得含有
19
硒
0.01 mg/L
5
pH值
6.5-8.5
20
汞
0.001 mg/L
6
总硬度
（以CaCO2计）
450mg/L
21
镉
0.01 mg/L
7
铁
0.3 mg/L
22
铬（六价）
0.05 mg/L
8
锰
0.1 mg/L
23
铅
0.05 mg/L
9
铜
1.0 mg/L
24
银
0.05 mg/L
10
锌
1.0 mg/L
25
硝酸盐（以氮计）
20 mg/L
11
挥发酚类
0.002 mg/L
细菌学指标
12
阴离子合成洗涤剂
0.3 mg/L
26
细菌总数
100个/mL
13
硫酸盐
250 mg/L
27
总大肠菌群
3个/L
14
氯化物
250 mg/L
28
游离余氯
在与水接触30min后应不低于0.3 mg/L
15
溶解性总固体
1000 mg/L
生活饮用水也就是城市自来水厂向居民供应的水，也是我们大部分城市洗衣厂使用的水。上述饮用水水质标准，对洗衣业来说，最关心的是水洗时水中能引起织物泛灰、泛黄、发暗的一些物质的含量，如钙、镁、铁、铜、锰等在水中的含量。水中铁含量高易使织物呈浅褐色，高含量的铜-锰会使织物呈浅黄色。水中钙、镁离子会沉淀在织物上，使织物泛灰发暗，手感不柔软、粗糙。因此，作为洗涤用水，必要时要进行专门处理，如设置软水装置，或用化学螯合剂来螯合那些对洗涤有害的成分，以减轻它们的不利影响。
二、洗涤用水
各洗衣厂使用的水源非常广泛，以下简述几种主要的水源。
1、城市自来水
城市自来水的来源很广，有来自江河湖泊、水库的地面水，也有来自地下的泉水、井水。
自来水厂根据水源条件不同，经过澄清、沉淀、过滤、消毒等工艺处理，达到生活饮用水质标准后，才送往居民使用。大中城市中的宾馆饭店洗衣部的洗涤用水，多数是来自城市的自来水。
从表5-1可以看出，自来水中的总硬度指标以CaCO3计为不得超过450mg/L，铁不得超过lmg/L。这种水质短期使用，对白色织物不会引起不良效果。长期使用，织物在反复的洗涤过程中，会因为水中的钙、镁离子，在主洗加温条件下，由可溶于水的碳酸氢钙(CaHCO3)和碳酸氢镁(MgHCO3)转变成不溶于水的碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)，而沉积在织物上，其反应为下:
加热
CaHCO3
CaCO3↓
+ H2O
+ CO2↑
(5-1)
溶于水中
沉淀物
气体
加热
MgHCO3
MgCO3↓
+ H2O
+ CO2↑
(5-2)
溶于水中
沉淀物
气体
同样以溶解状态存在的亚铁离子(Fe2+)，在碱性氧化(主洗条件见《川岛洗衣厂技术手册》www.chuandao.com水洗一章)条件下，也会以带褐红色的铁化合物沉积在织物上:
加热、氧化
加热
Fe2+
Fe(OH)3
Fe2O3↓
(5-3)
溶解状态
沉淀物
褐色沉淀物
以溶解状态存在的铜离子(Cu2+)，与碱反应会生成浅蓝色的氢氧化铜沉淀:
Cu2+  +  2OH-  =  Cu(OH)2↓                     （5-4）
浅蓝色
当对织物反复洗涤时，上述沉淀物如沉积在织物纤维中，会使白色织物泛灰变暗，彩色织物色彩不鲜艳。
2、洗衣厂自备井水
有的宾馆离城市较远，无论生活用水或洗涤用水，都取自自备的深井水，将地下水通过泵泵人水塔，再由管道流入洗衣部和居民用户。地下水中的二氧化碳能与岩石中的碳酸盐反应生成可溶性的碳酸氢盐，使水硬度大大提高:
CaCO3  +  CO2  +  H2O  →  CaHCO3                (5-5)
存在于岩石中   地下水中   介质        可溶于水
MgCO3  +  CO2  +  H20  →  MgHCO3                (5-6)
存在于岩石中   地下水中   介质        可溶于水
其他杂质也有类似反应发生，这里不一一赘述，可见用自备井水作洗涤用水，由于硬度高，更容易引起织物泛灰粗糙。
3、江河湖泊水
随着旅游业的发展，不仅城市建设有高档星级宾馆，在重要河流，如长江、珠江也有类似星级宾馆的星级游艇，这些游艇上的某些织物如台布、毛巾、床单等，除部分在指定的陆地洗衣厂洗涤外，游艇上也自备有洗衣部。这类洗衣部的用水就直接取自江河中。另外还有一些宾馆饭店本身就建设在江河边，其洗衣部的用水也直接取自江河水。正常情况下，江河水中都会有微细的黏土颗粒和胶态有机物质，故游艇洗衣部和靠近江河的宾馆洗衣部虽然也设有水处理装置，但对这些既微细又悬浮的物质，处理装置往往满足不了洗涤时大量用水的要求，尤其是洪水季节，江河水中含有大量的泥砂、黏土，使原有的水处理设备，从质量和数量上都难以满足洗涤用水的要求，使得被洗涤织物遭受二次污染。有的游艇洗衣部出现白色织物洗成黄色的现象。
综合上述，来自城市的自来水、企业自备的井水以及江河水，这些水都会对织物洗涤的最终效果产生不利影响。有的情况下严重些，有的情况下要经过一段周期才明显表现出来。为了达到较满意的洗涤效果，对洗涤用水需进行预处理。
三、水质及测定
1、总盐分
溶于水中的无机盐成分的浓度，称为水的总盐分，以mg/L表示。总盐包括水中钙、镁、钠、钾、铜、锰、铁等阳离子，与氯根、硝酸根、硫酸根等阴离子组成可溶于水的化合物。当织物水洗并烘干后，这些盐类并不随水蒸发，而是留在织物上。故水的总盐分也会对洗涤织物产生一些影响。因为在织物烘干的温度下，水中呈溶解状态的钙、镁的碳酸氢盐，会按式5-1、式5-2的反应，也会出现沉淀物在织物上的沉积。
总盐分中铁、铜、锰的化合物，也有许多是带颜色的化合物，如硫酸亚铁为天蓝色，硫酸铁为褐色，三氯化铁是黑棕色，硫酸铜呈蓝色，硝酸铜是深蓝色，氯化铜是绿色，硫酸锰和氯化锰是浅玫瑰红色，硝酸锰是浅红色。它们都易溶于水，在织物洗涤时会被溶解，不会发生沉积。但如果这类带色化合物含量高时，也会影响织物的白度。故总盐分太高的水，对织物洗涤也会产生一定的影响。
2、水硬度
水硬度分为暂时硬度和永久硬度。
水中与碳酸盐和碳酸氢盐结合的钙镁离子，当水煮沸时，会生成碳酸钙、碳酸镁的白色沉淀物(反应式5-l，式5-2)，这部分钙镁离子浓度称为水的暂时硬度。
水中与氯化物、硝酸盐结合的钙、镁离子，当水煮沸时，不会生成沉淀，这部分钙镁离子浓度，称为水的永久硬度。
暂时硬度与永久硬度之和，称为水的总硬度。我们通常测定的是水中钙、镁离子总浓度，故测定结果是水的总硬度。在我国，水硬度通常用每升(或公斤)水中碳酸钙毫克数来表示，即mgCaCO3/L(以前的表示法为mg/LCaCO3)。碳酸镁及其他杂质都折算成碳酸钙来表示。www.chuandao.com。
3、洗涤对水质的要求
从织物洗涤的角度考虑，水的硬度越小越有利于洗涤。但对洗涤用水的水质并无统一标准。根据人们洗涤织物的经验，希望的洗涤水水质如下:
pH值     6.5～7
硬度     < 25mg/L，但硬度小于100mg/L时，不需要采取软化措施。
铁含量   < 0.1mg/L，高于0.2mg/L时，易引起织物泛黄
锰含量   < 0.05mg/L
4、水质测定
(1)软水与硬水的简单鉴别
利用肥皂在硬水中与钙、镁等离子生成难溶性钙、镁皂的方法，可以简单鉴别硬水和软水。方法是:先用软水（烧开的水就是软水）配制透明的肥皂溶液。测定时将水样倒入试管或锥形瓶，滴入几滴配好的肥皂液，边滴加边摇匀。如果肥皂溶液不出现混浊，静止5分钟后，生成的泡沫也不完全消失，则可初步判断水样为软水，否则就是硬水。
本方法只是一个粗略的鉴别，精确的方法应采用总硬度的测定方法。
(2)pH值测定
水和洗涤过程中洗涤液的pH值，通常用于判断水和洗涤过程中的酸碱度，故一般用最简便的pH试纸法测定即可。目前市售的pH试纸，广泛试纸的范围为pH1～14，精密一些的试纸有:
pH1.4～3.0；pH3.8～5.4；pH2.7～4.7；pH6.9～8.4；pH5.4～7.0；pH6.9～8.4；pH12～14等， 均可使用。
比较精确的测定，可用玻璃电极法，见国标GB6920-86水质pH值的测定——玻璃电极法。
(3)总硬度
测定水的总硬度即测定水中钙和镁的总量，用EDTA法。见GB7477-87钙和镁总量的测定——EDTA法。
水硬度较简便快速的方法，是用水硬度试纸比色法。
根据EDTA法原理制成的水硬度快速分析盒，使用也很方便。
水硬度试纸和水硬度快速测定盒市场均有出售。
(4)水中铁、铜、锰离子测定
水中铁、锰含量的测定用原子吸收法(GB11911-89)，可见《川岛洗衣厂技术手册》www.chuandao.com相关章节。
水中铜含量用分光光度法测定。
(5)水的总盐量
水中含盐量按HJ/T51—1999含盐量的测定，见《川岛洗衣厂技术手册》www.chuandao.com附录四。
四、洗涤水对洗涤的影响
1、水量对洗涤剂和污垢的影响
水的量决定着洗涤剂的浓度，用水量少，洗涤液的浓度就高，去污效率也越高，在高于表面活性剂的临界胶束浓度后，去污力趋于平稳，浓度增加去污力略有增加。但对油污的去除，非离子表面活性剂在临界胶束浓度之上，由于增溶作用，去污力还会继续增大。因此，在水洗主洗时，都采用低水位，以提高洗涤液的浓度。
洗涤用水量不仅决定了洗涤液的浓度，也决定着被洗下后的污垢的浓度。水量越小，污垢的浓度越大，污垢浓度增大，在洗涤液中的悬浮能力降低，再沉积趋势变大。即使洗涤液有足够的悬浮、分散能力，在过水过程中，由于分散能力的骤然降低，也可能导致严重的再沉积。因此，洗涤用水时，还应考虑重污织物的再沉积问题。
2、水中杂质对洗涤的影响
对水中的杂质离子，首先要提到的显然是水中的钙镁等硬离子。它们常常严重影响洗涤剂的去污效率。具体来说，钙、镁离子的负作用有如下几点。
(1)与脂肪酸盐(肥皂)、烷基苯磺酸钠等阴离子表面活性剂形成难溶性盐(也称钙皂、镁皂)。这不仅浪费了表面活性剂，还降低表面活性剂的使用效率。例如，在100mg/kg硬度水中，使用0.2%棕榈酸钠溶液(肥皂液)，将有1/4的肥皂变成难溶性皂。同时，这些钙、镁皂也易沉积在织物和洗衣机上，降低去污力的同时，还造成了沉积。
(2)钙、镁离子容易与洗涤剂中的硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐形成不溶性盐。这类不溶性盐，特别是磷酸盐不容易为三聚磷酸钠和抗再沉积剂分散，而易于沉积。
(3)钙离子(二价正电荷)可以在污垢(一价负电荷)和织物(一价负电荷)之间架桥，通过形成桥键促进污垢与织物的结合。
(4)钙、镁离子是多价阳离子，吸附在织物、污垢上，中和了它们表面的负电荷，减弱了织物与污垢的静电排斥作用，从而不利于去污和抗再沉积。
从式5-1、式5-2可知，钙、镁难溶物和不溶性盐会在织物上沉积，使白色织物发灰，白度和手感变差，对有色织物，则色泽变暗，失去鲜艳感，手感变得粗糙。而且，泛灰后的织物，由于与沉积物结合力较强，很难复新。沉淀物在洗衣机上结垢，会损害电热线圈及其他零件，从而影响洗衣机的热效率和机械效率。
水中存在的微量金属离子可能有很多种，但对洗涤影响最大的是铁。在加热及洗涤液碱性条件下，铁离子会形成铁锈，并沉积在织物上。铁锈颜色较深(褐红色或棕色)，即使少量沉积在织物上，也会使织物变黄、发灰甚至发黑。铁影响洗涤的另一个因素，是它对漂白剂氯漂(如次氯酸钠)及氧漂(如过氧化氢)的分解具有催化作用，在漂白过程中，铁离子的存在，加速了氧化剂的无效分解，如铁离子分布不均，导致在织物上的局部剧烈反应，则会使织物破损。一些饭店洗废的床单、毛巾上有针眼、破洞，一个很重要的原因就是氧化剂过度反应所致。
洗涤水还有一个不太引人注意的杂质，那就是氯。大多数城市自来水都采用氯进行漂白、消毒。有时氯的加量过大，则水有明显的刺鼻氯味。长期使用含有效氯的自来水洗涤织物，也可导致织物发灰、发黄，并对织物有损伤，对纤维织物，还将导致吸湿性下降，柔软性变差。
五、洗涤水的软化
洗涤水的水质对于洗涤质量和洗涤成本有重要的影响。对不好的水质，必须在水进入洗涤设备前或洗涤过程中加以处理，以控制水的硬度，保证高质量的洗涤效果，洗衣业软化水的途径有沉淀法、螯合法和离子交换法。
1、沉淀法
沉淀法是在硬水中加入纯碱、硅酸钠、磷酸三钠等碱性无机盐，经化学反应使溶解性很小的钙、镁盐沉淀，从而达到降低水硬度的目的。具体的反应如下:
Ca2+ + Na2CO3  → CaCO3 ↓ + 2Na+             （5-7）
Mg2+ + Na2CO3  → MgCO3 ↓ + 2Na+             （5-8）
3Ca2+ + Na3PO4 → Ca3（PO4）2 ↓ + 6Na+           （5-9）
3Mg2+ + Na3PO4 → Mg3 （PO4）2 ↓ + 6Na+      （5-10）
沉淀法是最简单的软水方法，成本低，为很多洗衣企业和洗涤剂生产厂家所采用。不少低廉的无磷洗衣粉，就采用纯碱与硅酸钠的复配来软化水。但这种软化水最大的缺点是生成的沉淀如果不能完全除去或良好分散在水中，就会沉积在织物上，而导致织物的发灰、手感粗糙。因此，这种软水方法对织物洗涤来说，并不十分理想。
2、螯合法(络合法)
螯合法是在洗涤水中加入螯合剂，通过螯合作用螯合水中Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子，生成的螯合物溶于水，并且性能稳定，从而使水软化，并可防止在加温和碱性条件下这些离子发生沉淀。
O
O
O
3-
‖
‖
‖
O
—
P
—
O
—
P
—
O
—
P
—
O
3Na+
︱
︱
︱
O
O
O
Ca
图5-1  STPP钙的络合物图
最常用的是三聚磷酸钠和其他的聚磷酸盐如六偏磷酸钠、焦磷酸钾。这些聚磷酸盐成本低、螯合能力高，是洗衣粉中最重要的助剂。三聚磷酸钠与钙离子形成的螯合物结构如图5-1所示。
由于无磷趋势的发展，洗衣业中也开始使用其他无磷螯合剂，常用的有柠檬酸钠、氮川三乙酸钠(NTA)、乙二胺四乙酸钠(EDTA)、聚丙烯酸钠、马来酸和丙烯酸共聚物等。这些螯合剂的使用成本都较聚磷酸盐高。
螯合法不是预先处理洗涤水，而是在洗涤时加入螯合剂。螯合剂加入量，视水量、水硬度和螯合剂的螯合量而定。
螯合法无需专门的设备，也没有维修等问题，操作也很方便，但每次洗涤都加入螯合剂，使洗涤费用增加。
3、离子交换法软化水
离子交换法软化水，是利用阳离子交换树脂吸附水中钙、镁、锰、铁等阳离子，既可软化水，又可除去一些对洗涤不利的杂质。
阳离子交换树脂常用钠型，简写为R—Na，当水流过树脂层时，水中钙、镁、铁、锰等阳离子被吸附在树脂上，树脂上的钠离子(Na+)被置换下来，直到流出水中钙、镁等超过允许值时，表示树脂交换能力已消失，这时可用食盐溶液流过树脂层，将钙、镁等阳离子从树脂上淋洗下来。恢复树脂为钠型，这后一操作叫再生。
离子交换软化水法，操作方便，使用寿命长，一次性投资稍稍大点，但维修费用低。所以也是现在被大多数洗衣厂广泛使用的原因。
我国地域广大，各地水质差别很大，南方长江流域、珠江流域的水硬度较低，北方水硬度较高，地下水源的水硬度较高。因此，洗衣厂应对洗涤水水质加以分析，水的硬度高，最好采取软化水措施。依上所述，用简便的离子交换装置来软化水。控制洗涤水的硬度，可以防止在主洗时，在加温碱性条件下钙镁沉淀，引起织物泛灰，又可阻止钙镁等与洗涤剂中活性成分生成不溶性皂，而发挥不了洗涤剂的渗透、乳化、分散作用、影响洗涤质量。
随着无磷洗涤剂的发展，洗涤剂中大量应用了4A沸石和层状硅酸钠，这些无磷助剂的软水原理也是通过离子交换将水中的硬离子吸附在固体助剂中。由于固体助剂的分散作用较好，使用它们不容易在织物上沉积，保证了软化水和洗涤效果。
这里顺便指出，洗涤时微量铁积集在织物上，会使洗涤织物泛黄发暗。当用离子交换法软化水时，水中的铁离子也会反应或类似反应而被树脂吸附，使水中的铁也被除掉。经软化处理过的水，从离子交换装置输送到工业洗衣机的管道，通常采用镀锌管，易溶解在水中的氧能破坏镀锌层，进行氧化溶解铁，使水中带有铁锈，影响洗涤织物白度。有的洗衣厂，在洗涤前经常先放水，等含铁锈的浅黄色水转变为无色时，才正式开动洗涤设备进行洗涤，这样每天都会浪费水。因此，洗涤设备的洗涤进水管道最好使用不锈钢管或塑料管。本文转载自:上海川岛艾美机械设备有限公司出版的《川岛洗衣厂技术手册》www.chuandao.com。如果大家有什么疑问，可致电：021-39821769。