电镀加工量与产生的废水量及废渣量之关系

王克和

(大连市表面工程协会,辽宁大连 116013)

电镀加工量与产生的废水量及废渣量之关系

王克和

(大连市表面工程协会,辽宁大连 116013)

电镀加工量和电镀过程中产生的废水量及废渣量有着直接关系,但是由于电镀加工件千差万别,电镀工艺及污水处理方法各不相同,要能准确地得出它们之间的定量关系是非常困难的。提出一些计算思路和方法以及实际验证结果。

电镀加工量;废水量;废渣量

引 言

以电镀加工量推算电镀过程中产生的废水量及废渣量,对于电镀污染物控制与治理十分有利。但是由于电镀加工件大小、形状千差万别;电镀工艺、流程、零件清洗方法、污水处理方法、添加药品、污泥脱水方法各不相同,所以准确地得出它们之间的定量关系是非常困难的。在现有的文献中很少有关于这方面的报导。为了进一步做好电镀污水和废渣管理工作,促进企业走清洁生产之路,本文以多年来积累的实践经验和国家标准等文献资料为依据,对电镀加工量与产生的废水量、废渣量之间的关系进行初步的探讨。

1 电镀加工量

电镀厂、点对电镀(含其他表面处理)的加工量一般以电镀面积或镀件质量为单位进行计算。面积单位用dm2或m2,质量单位用kg或吨t。

电镀面积就是计费面积、工作量统计面积,也可称为电镀操作时计算电流的面积。不等于电镀件的实际表面积。由于电镀件形状及大小不同,一般只能在电镀件的外表面、端面和一部分内表面镀上镀层。所以电镀面积实际上就是电镀件的外表面积乘以一个大于1的系数,按统计规律取1.5。

对于大批量的、比较大的结构件计算面积不方便,而且大的电镀件容易求得质量和面积的关系,所以对这类电镀件都是以质量来计费。如大连市大量的托盘、周转箱等中等尺寸镀锌电镀件的质量与面积的关系设为2 dm2/kg。

对于小的电镀件,质量与面积的关系比较复杂。一般来说,同等质量的电镀件,厚度越薄,对应的面积越大。

2 电镀溶液带出量

2.1 计算方法

电镀溶液带出量与溶液的性质(如溶液的黏度)、生产方式(自动线与手动线)、电镀件在电镀槽上停留时间、挂具设计的合理性及电镀件的形状等因素有关。电镀件的形状千差万别,带出的电镀溶液量也不同。平板状电镀件带出溶液相对最少;带内腔的、尤其是带盲孔内腔的电镀件带出溶液最多。

电镀溶液带出量有三种计算方法:一是按电镀清洁生产工艺[1]的资源指标和污染物产生指标(定量指标)的等级评分标准计算;二是按《清洁生产标准电镀行业》(HJ/T314-2006)[2]表1中的数据计算;三是按大连市电镀行业2006年20家清洁生产审核中物料平衡中的实测数据计算。(这里的镀液带出量是电镀件直接从镀槽中带出的量)。

按照这三种不同方法计算出的电镀溶液带出量差距较大,数据分散。因此以国家环境保护总局颁布的《清洁生产标准电镀行业》(HJ/T314-2006)表1中数据为准进行计算比较合适。

2.2 电镀溶液带出量计算

2.2.1 指标要求

《清洁生产标准电镀行业》(HJ/T314-2006)给出了电镀行业生产过程清洁生产水平的三级技术指标:一级指标代表国际清洁生产先进水平;二级指标代表国内清洁生产先进水平;三级指标代表国内清洁生产基本水平。在该指标要求中,分别对电镀工艺选择合理性、电镀设备(整流电源、风机、加热设施等)节能要求及节水装置、清洗方式、挂具与极杠、设备泄漏防范措施、生产作业地面及污水系统防腐防渗措施及镀层金属原料综合利用率等方面进行了严格的规定。例如:在电镀工艺选择合理性方面,一级及二级指标为:结合产品质量要求,采用了清洁生产工艺。而三级指标为:淘汰了高污染工艺。而对于清洗方式一级、二级及三级的指标要求均为:根据工艺选择淋洗、喷洗、多级逆流漂洗及回收或槽边处理的方式及无单槽清洗等方式。

按二级指标最大值计算电镀溶液带出量,见表1。

按照《清洁生产标准电镀行业》(HJ/T314-2006),1m2镀层新鲜水用量为0.3 t。

2.2.2 镀液带出量计算

按照表1中的指标,如果污水不处理,全部达标,则总排水量为:

计算结果见表2。

表1 各镀种镀液带出量指标

2.2.3 说 明

1)电镀厂、点排的污水不是含单一污染物的污水,而是综合污水,所以计算排水量时应以生产量最大的镀种、排水量最大的工序为准计算。如某厂有大量镀锌、少量镀铬和镀镍生产线,就应以镀锌生产量为依据,镀铬和镀镍生产量不用计算。

2)计算镀锌排水量时要考虑,镀锌生产过程中有镀锌和钝化工序,两者的1m2镀层排水量:镀锌是0.16 t、钝化是0.26 t,那么就取镀锌钝化的0.26 t来计算。

3)以上数据是按二级指标,即国内清洁生产先进水平计算的,如果没达到该水平,数据还要变大。

4)从表2中可以看出镀锌和钝化工艺C值小于D,按国标规定的用水量,污水不用处理就能达标排放;而其它工艺C值大于D,则A-E=F,F是要处理的带出溶液的量,也是计算产生废渣的依据。

3 按镀液带出量计算泥渣生成量

3.1 指标要求

根据表2中各镀种镀液带出量和排水含镀液量计算结果,可以求得需处理的镀液量,继而求得泥渣生成量。各镀种需处理的镀液量列于表3。

表2 各镀种排水量与排水中污染物量

表3 各镀种需处理的镀液量

3.2 单位电镀面积废渣和废水生成量

由于含铜废渣是以氢氧化铜形式存在,将表3中1.8 g/m2铜换算为氢氧化铜为2.76 g/m2。因此,每1m2镀铜件会产生2.76g无水氢氧化铜废渣和0.3t达标含铜废水。

含镍废渣是以氢氧化镍形式存在,将表3中0.33g换算为氢氧化镍为0.52g。因此,每1m2镀镍件会产生0.52g无水氢氧化镍废渣和0.27 t达标含镍废水。

含铬废渣是以氢氧化铬形式存在,将表3中3.78g铬换算为氢氧化铬为7.49 g。因此,每1m2镀铬件会产生7.49g无水氢氧化铬废渣和0.24 t达标含铬废水。

需要说明的是,处理含Cr(Ⅵ)的电镀废水,首先要加还原剂将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。如果以亚硫酸氢钠为还原剂,虽然其投料量很大,是Cr(Ⅵ)的4倍,但其反应产物溶于水,不增加废渣量。如果以铁粉或用电解(铁板)法还原Cr(Ⅵ),废渣量就要增加氢氧化铁的质量。另外调高pH时,使用氢氧化钠,废渣量不增加,如果使用石灰石则废渣质量增加。因此,废渣质量需考虑还原剂和pH调节剂的影响。

4 按金属利用率计算泥渣生成量

4.1 指标要求

在电镀工艺中,金属的资源利用率即为形成金属镀层的部分,其余部分视为含金属的废渣。根据该原理,以《清洁生产标准电镀行业》(HJ/T314-2006)表1中资源利用率数据为基础按二级指标计算泥渣生成量,资源利用率(η)数据见表4。

表4 资源利用率指标要求

因此,可以用以下公式计算泥渣生成量。

式中:m1——金属镀层质量,g;

m——金属总质量,g;

m2——金属泥渣质量,g;

V——金属镀层体积,cm3;

A——金属镀层面积,m2;

δ——金属镀层厚度,μm;

ρ——金属的质量密度,g/cm3;

η——金属资源利用率。

4.2 单位电镀面积废渣和废水生成量

由式3和表4数据计算可知,每1m2镀锌件产生14.34g含锌废渣,由于含锌废渣是以氢氧化锌形式存在,换算为氢氧化锌为21.8g。因此,每1m2镀锌件会产生21.8g无水氢氧化锌废渣。

应当说明的是,该结果是在含锌废水得到完全处理时的结果。实际上排水中一定含有锌离子,因此,实际废渣量小于计算的结果。由表2可知,每1m2镀锌件会产生并排放0.3 t含锌和Cr(Ⅵ)的废水,其中锌0.6g,换算成氢氧化锌为0.9g。因此,每1m2镀锌件会产生20.9g无水氢氧化锌废渣和0.3 t达标的含锌和Cr(Ⅵ)废水。

每1m2镀铜件产生22.35g含铜废渣。由于含铜废渣是以氢氧化铜形式存在,换算氢氧化铜为33.58g。因此,每1m2镀铜件会产生33.58g无水氢氧化铜废渣和0.3 t达标的含铜废水。

每1m2镀镍件产生3.87g含镍废渣。由于含镍废渣是以氢氧化镍形式存在,换算氢氧化镍为5.69g。因此,每1m2镀镍件会产生5.69g无水氢氧化镍废渣和0.27 t达标的含镍废水。

每1m2镀铬件产生11.3g含铬废渣。由于含铬废渣是以氢氧化铬形式存在,换算为氢氧化铬为22.15g。因此,每1m2镀铬件会产生22.15g无水氢氧化铬废渣和0.24 t达标的含铬废水。仍需考虑还原剂和pH调节剂对废渣生成量的影响。

5 讨 论

表5给出了各镀种镀液带出量、排水量和废渣生成量。

表5 各镀种镀液带出量、排水量和废渣生成量

需要说明的是,表9列出的废渣量是干渣的量,实际废渣中含水是非常多的。大部分企业经压滤机压出的滤饼含水率介于70%～90%之间,一般设废渣含水率为80%。

由表5可以看出,根据镀液带出量和金属利用率计算的废渣生成量差别很大。通过企业实际运行数据验证,以金属利用率计算的结果更贴近实际。因此,根据金属利用率计算的含水率为80%的废渣生成量结果见表6。

6 企业运行数据验证

1)某外资企业,根据以上计算方法计算的理论排水量、排渣量与实际量对比见表7、表8。

实际总排水量比理论计算值偏大,这可能是由于企业在清洗工序中存在差异所致;排渣量理论值与实际值在一个数量级上,实际值比理论值大,造成这种情形的原因可能有两个:一是实际污泥含水率高;一是污水处理过程中加铁盐过多。

2)某内资企业,根据以上计算方法计算的理论排水量、排渣量与实际量对比见表9。

表6 根据金属利用率计算的废渣生成量

表7 某外资企业排水量对比数据

表8 某外资企业排渣量对比数据

表9 某内资企业排水量与排渣量对比数据

该企业有一定管理水平,产品进厂大都用计算机PROE软件画图,自动计算面积,所以生产量的数值是比较准确的;该企业污水处理设施先进,管理到位,处理效果较好,成本较低。由表9可以看出,排水量理论值和实际值是同一数量级,污水量偏大65%,可能与企业精心做好污水处理工作有关;而污泥量仅偏大14%,说明计算方法和实际比较贴近。如果设法加强污泥干燥工作,污泥量还能减少。

因为本课题涉及可变因素很多,操作起来将涉及很强的政策性,由于作者水平有限,本文只是抛砖引玉,提出了一些解答问题的思路。希望同行批评、指正。

[1] GB 21900-2008,电镀污染物排放标准[S].

[2] HJ/T314-2006,清洁生产标准电镀行业[S].

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

WANG Ke-he

X781.1

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1001-3849(2010)06-0040-05

2009-09-22

:2010-02-25

王克和(1942-),男,天津人,大连市表面工程协会副秘书长,高级工程师.