王克和

(大連市表面工程協(xié)會,遼寧大連 116013)

電鍍加工量與產生的廢水量及廢渣量之關系

王克和

(大連市表面工程協(xié)會,遼寧大連 116013)

電鍍加工量和電鍍過程中產生的廢水量及廢渣量有著直接關系,但是由于電鍍加工件千差萬別,電鍍工藝及污水處理方法各不相同,要能準確地得出它們之間的定量關系是非常困難的。提出一些計算思路和方法以及實際驗證結果。

電鍍加工量;廢水量;廢渣量

引 言

以電鍍加工量推算電鍍過程中產生的廢水量及廢渣量,對于電鍍污染物控制與治理十分有利。但是由于電鍍加工件大小、形狀千差萬別;電鍍工藝、流程、零件清洗方法、污水處理方法、添加藥品、污泥脫水方法各不相同,所以準確地得出它們之間的定量關系是非常困難的。在現(xiàn)有的文獻中很少有關于這方面的報導。為了進一步做好電鍍污水和廢渣管理工作,促進企業(yè)走清潔生產之路,本文以多年來積累的實踐經(jīng)驗和國家標準等文獻資料為依據(jù),對電鍍加工量與產生的廢水量、廢渣量之間的關系進行初步的探討。

1 電鍍加工量

電鍍廠、點對電鍍(含其他表面處理)的加工量一般以電鍍面積或鍍件質量為單位進行計算。面積單位用dm2或m2,質量單位用kg或噸t。

電鍍面積就是計費面積、工作量統(tǒng)計面積,也可稱為電鍍操作時計算電流的面積。不等于電鍍件的實際表面積。由于電鍍件形狀及大小不同,一般只能在電鍍件的外表面、端面和一部分內表面鍍上鍍層。所以電鍍面積實際上就是電鍍件的外表面積乘以一個大于1的系數(shù),按統(tǒng)計規(guī)律取1.5。

對于大批量的、比較大的結構件計算面積不方便,而且大的電鍍件容易求得質量和面積的關系,所以對這類電鍍件都是以質量來計費。如大連市大量的托盤、周轉箱等中等尺寸鍍鋅電鍍件的質量與面積的關系設為2 dm2/kg。

對于小的電鍍件,質量與面積的關系比較復雜。一般來說,同等質量的電鍍件,厚度越薄,對應的面積越大。

2 電鍍溶液帶出量

2.1 計算方法

電鍍溶液帶出量與溶液的性質(如溶液的黏度)、生產方式(自動線與手動線)、電鍍件在電鍍槽上停留時間、掛具設計的合理性及電鍍件的形狀等因素有關。電鍍件的形狀千差萬別,帶出的電鍍溶液量也不同。平板狀電鍍件帶出溶液相對最少;帶內腔的、尤其是帶盲孔內腔的電鍍件帶出溶液最多。

電鍍溶液帶出量有三種計算方法:一是按電鍍清潔生產工藝[1]的資源指標和污染物產生指標(定量指標)的等級評分標準計算;二是按《清潔生產標準電鍍行業(yè)》(HJ/T314-2006)[2]表1中的數(shù)據(jù)計算;三是按大連市電鍍行業(yè)2006年20家清潔生產審核中物料平衡中的實測數(shù)據(jù)計算。(這里的鍍液帶出量是電鍍件直接從鍍槽中帶出的量)。

按照這三種不同方法計算出的電鍍溶液帶出量差距較大,數(shù)據(jù)分散。因此以國家環(huán)境保護總局頒布的《清潔生產標準電鍍行業(yè)》(HJ/T314-2006)表1中數(shù)據(jù)為準進行計算比較合適。

2.2 電鍍溶液帶出量計算

2.2.1 指標要求

《清潔生產標準電鍍行業(yè)》(HJ/T314-2006)給出了電鍍行業(yè)生產過程清潔生產水平的三級技術指標:一級指標代表國際清潔生產先進水平;二級指標代表國內清潔生產先進水平;三級指標代表國內清潔生產基本水平。在該指標要求中,分別對電鍍工藝選擇合理性、電鍍設備(整流電源、風機、加熱設施等)節(jié)能要求及節(jié)水裝置、清洗方式、掛具與極杠、設備泄漏防范措施、生產作業(yè)地面及污水系統(tǒng)防腐防滲措施及鍍層金屬原料綜合利用率等方面進行了嚴格的規(guī)定。例如:在電鍍工藝選擇合理性方面,一級及二級指標為:結合產品質量要求,采用了清潔生產工藝。而三級指標為:淘汰了高污染工藝。而對于清洗方式一級、二級及三級的指標要求均為:根據(jù)工藝選擇淋洗、噴洗、多級逆流漂洗及回收或槽邊處理的方式及無單槽清洗等方式。

按二級指標最大值計算電鍍溶液帶出量,見表1。

按照《清潔生產標準電鍍行業(yè)》(HJ/T314-2006),1m2鍍層新鮮水用量為0.3 t。

2.2.2 鍍液帶出量計算

按照表1中的指標,如果污水不處理,全部達標,則總排水量為:

計算結果見表2。

表1 各鍍種鍍液帶出量指標

2.2.3 說 明

1)電鍍廠、點排的污水不是含單一污染物的污水,而是綜合污水,所以計算排水量時應以生產量最大的鍍種、排水量最大的工序為準計算。如某廠有大量鍍鋅、少量鍍鉻和鍍鎳生產線,就應以鍍鋅生產量為依據(jù),鍍鉻和鍍鎳生產量不用計算。

2)計算鍍鋅排水量時要考慮,鍍鋅生產過程中有鍍鋅和鈍化工序,兩者的1m2鍍層排水量:鍍鋅是0.16 t、鈍化是0.26 t,那么就取鍍鋅鈍化的0.26 t來計算。

3)以上數(shù)據(jù)是按二級指標,即國內清潔生產先進水平計算的,如果沒達到該水平,數(shù)據(jù)還要變大。

4)從表2中可以看出鍍鋅和鈍化工藝C值小于D,按國標規(guī)定的用水量,污水不用處理就能達標排放;而其它工藝C值大于D,則A-E=F,F是要處理的帶出溶液的量,也是計算產生廢渣的依據(jù)。

3 按鍍液帶出量計算泥渣生成量

3.1 指標要求

根據(jù)表2中各鍍種鍍液帶出量和排水含鍍液量計算結果,可以求得需處理的鍍液量,繼而求得泥渣生成量。各鍍種需處理的鍍液量列于表3。

表2 各鍍種排水量與排水中污染物量

表3 各鍍種需處理的鍍液量

3.2 單位電鍍面積廢渣和廢水生成量

由于含銅廢渣是以氫氧化銅形式存在,將表3中1.8 g/m2銅換算為氫氧化銅為2.76 g/m2。因此,每1m2鍍銅件會產生2.76g無水氫氧化銅廢渣和0.3t達標含銅廢水。

含鎳廢渣是以氫氧化鎳形式存在,將表3中0.33g換算為氫氧化鎳為0.52g。因此,每1m2鍍鎳件會產生0.52g無水氫氧化鎳廢渣和0.27 t達標含鎳廢水。

含鉻廢渣是以氫氧化鉻形式存在,將表3中3.78g鉻換算為氫氧化鉻為7.49 g。因此,每1m2鍍鉻件會產生7.49g無水氫氧化鉻廢渣和0.24 t達標含鉻廢水。

需要說明的是,處理含Cr(Ⅵ)的電鍍廢水,首先要加還原劑將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)。如果以亞硫酸氫鈉為還原劑,雖然其投料量很大,是Cr(Ⅵ)的4倍,但其反應產物溶于水,不增加廢渣量。如果以鐵粉或用電解(鐵板)法還原Cr(Ⅵ),廢渣量就要增加氫氧化鐵的質量。另外調高pH時,使用氫氧化鈉,廢渣量不增加,如果使用石灰石則廢渣質量增加。因此,廢渣質量需考慮還原劑和pH調節(jié)劑的影響。

4 按金屬利用率計算泥渣生成量

4.1 指標要求

在電鍍工藝中,金屬的資源利用率即為形成金屬鍍層的部分,其余部分視為含金屬的廢渣。根據(jù)該原理,以《清潔生產標準電鍍行業(yè)》(HJ/T314-2006)表1中資源利用率數(shù)據(jù)為基礎按二級指標計算泥渣生成量,資源利用率(η)數(shù)據(jù)見表4。

表4 資源利用率指標要求

因此,可以用以下公式計算泥渣生成量。

式中:m1——金屬鍍層質量,g;

m——金屬總質量,g;

m2——金屬泥渣質量,g;

V——金屬鍍層體積,cm3;

A——金屬鍍層面積,m2;

δ——金屬鍍層厚度,μm;

ρ——金屬的質量密度,g/cm3;

η——金屬資源利用率。

4.2 單位電鍍面積廢渣和廢水生成量

由式3和表4數(shù)據(jù)計算可知,每1m2鍍鋅件產生14.34g含鋅廢渣,由于含鋅廢渣是以氫氧化鋅形式存在,換算為氫氧化鋅為21.8g。因此,每1m2鍍鋅件會產生21.8g無水氫氧化鋅廢渣。

應當說明的是,該結果是在含鋅廢水得到完全處理時的結果。實際上排水中一定含有鋅離子,因此,實際廢渣量小于計算的結果。由表2可知,每1m2鍍鋅件會產生并排放0.3 t含鋅和Cr(Ⅵ)的廢水,其中鋅0.6g,換算成氫氧化鋅為0.9g。因此,每1m2鍍鋅件會產生20.9g無水氫氧化鋅廢渣和0.3 t達標的含鋅和Cr(Ⅵ)廢水。

每1m2鍍銅件產生22.35g含銅廢渣。由于含銅廢渣是以氫氧化銅形式存在,換算氫氧化銅為33.58g。因此,每1m2鍍銅件會產生33.58g無水氫氧化銅廢渣和0.3 t達標的含銅廢水。

每1m2鍍鎳件產生3.87g含鎳廢渣。由于含鎳廢渣是以氫氧化鎳形式存在,換算氫氧化鎳為5.69g。因此,每1m2鍍鎳件會產生5.69g無水氫氧化鎳廢渣和0.27 t達標的含鎳廢水。

每1m2鍍鉻件產生11.3g含鉻廢渣。由于含鉻廢渣是以氫氧化鉻形式存在,換算為氫氧化鉻為22.15g。因此,每1m2鍍鉻件會產生22.15g無水氫氧化鉻廢渣和0.24 t達標的含鉻廢水。仍需考慮還原劑和pH調節(jié)劑對廢渣生成量的影響。

5 討 論

表5給出了各鍍種鍍液帶出量、排水量和廢渣生成量。

表5 各鍍種鍍液帶出量、排水量和廢渣生成量

需要說明的是,表9列出的廢渣量是干渣的量,實際廢渣中含水是非常多的。大部分企業(yè)經(jīng)壓濾機壓出的濾餅含水率介于70%～90%之間,一般設廢渣含水率為80%。

由表5可以看出,根據(jù)鍍液帶出量和金屬利用率計算的廢渣生成量差別很大。通過企業(yè)實際運行數(shù)據(jù)驗證,以金屬利用率計算的結果更貼近實際。因此,根據(jù)金屬利用率計算的含水率為80%的廢渣生成量結果見表6。

6 企業(yè)運行數(shù)據(jù)驗證

1)某外資企業(yè),根據(jù)以上計算方法計算的理論排水量、排渣量與實際量對比見表7、表8。

實際總排水量比理論計算值偏大,這可能是由于企業(yè)在清洗工序中存在差異所致;排渣量理論值與實際值在一個數(shù)量級上,實際值比理論值大,造成這種情形的原因可能有兩個:一是實際污泥含水率高;一是污水處理過程中加鐵鹽過多。

2)某內資企業(yè),根據(jù)以上計算方法計算的理論排水量、排渣量與實際量對比見表9。

表6 根據(jù)金屬利用率計算的廢渣生成量

表7 某外資企業(yè)排水量對比數(shù)據(jù)

表8 某外資企業(yè)排渣量對比數(shù)據(jù)

表9 某內資企業(yè)排水量與排渣量對比數(shù)據(jù)

該企業(yè)有一定管理水平,產品進廠大都用計算機PROE軟件畫圖,自動計算面積,所以生產量的數(shù)值是比較準確的;該企業(yè)污水處理設施先進,管理到位,處理效果較好,成本較低。由表9可以看出,排水量理論值和實際值是同一數(shù)量級,污水量偏大65%,可能與企業(yè)精心做好污水處理工作有關;而污泥量僅偏大14%,說明計算方法和實際比較貼近。如果設法加強污泥干燥工作,污泥量還能減少。

因為本課題涉及可變因素很多,操作起來將涉及很強的政策性,由于作者水平有限,本文只是拋磚引玉,提出了一些解答問題的思路。希望同行批評、指正。

[1] GB 21900-2008,電鍍污染物排放標準[S].

[2] HJ/T314-2006,清潔生產標準電鍍行業(yè)[S].

Relationship between Amount of ResultantWasteWater andWaste Sludge and Processi ng Amount i n Electroplati ng Process

WANG Ke-he

X781.1

:B

1001-3849(2010)06-0040-05

2009-09-22

:2010-02-25

王克和(1942-),男,天津人,大連市表面工程協(xié)會副秘書長,高級工程師.