国内外电镀行业清洁生产研究进展

董晓清，李志国

（深圳信息职业技术学院交通与环境学院，广东 深圳 518172）

国内外电镀行业清洁生产研究进展

董晓清，李志国

（深圳信息职业技术学院交通与环境学院，广东 深圳 518172）

电镀行业作为重金属污染主要来源之一，其高耗能和高污染状况引起了我国社会各界的广泛关注，如何促进企业积极主动实施清洁生产，是实现电镀行业节能减排的关键。研究对国内外在电镀清洁生产技术和管理方面的研究现状进行了归纳和分析，从而为电镀行业清洁生产的推动和发展提供参考。

电镀；清洁生产；现状

随着我国经济社会的高速发展，资源、环境的瓶颈问题日益严峻。而电镀行业作为重金属污染主要来源之一，其高耗能和高污染状况引起了我国社会各界的广泛关注。针对电镀废水的特点，如：含大量重金属、剧毒氰化物等有害物质，《国家环境保护“十一五”科技发展规划》专门制订了的目标计划，即在“十一五”期间，主要污染物排放总量要比2005年减少10%[1]；同时，提出了构建清洁生产改造方案信息平台、推广先进清洁生产技术、开展资源节约及综合利用等减少电镀行业污染物排放的建设任务。国家环境保护“十二五”科技发展规划依然将节能减排理念贯穿始终，作为高耗能重污染行业之一的电镀行业，依然受到全社会的广泛关注[2]。如何推动电镀企业在生产过程中尽可能的提高资源利用效率、减少污染排放，使其最大程度减少电镀行业带来的能源消耗和对人类社会的危害，已成为当前实现电镀行业发展迫切需要解决的问题。

传统的污染控制方法是末端治理，但是末端治理只能实现污染物的达标排放，对企业来讲只有投资而没有收益，给企业造成经济负担，因此虽然国家在此方面投入了大量的人力、物力、财力，但效果并不理想。只有从源头进行全过程的考虑，才能从根本上解决行业污染和环境恶化问题。因此，清洁生产成为实现电镀行业节能减排的主要途径。

国内外对电镀行业清洁生产的研究包括很多内容，但总的归纳起来主要有两个方面，一是电镀清洁生产的技术体系研究，二是电镀清洁生产的政策体系研究，目前较多的集中在前一个方面。本研究通过对国内外电镀行业清洁生产技术和政策研究现状进行分析，从而为我国电镀行业清洁生产的推动和发展提供参考。

1 电镀清洁生产的技术体系研究

多年来国内外对电镀清洁生产技术方面进行了大量的研究，按照其研究方向主要分为清洁生产技术研究、清洁生产方案研究、清洁操作辅助工具研究、以及清洁生产技术审核研究。

1.1 电镀清洁技术研究

电镀清洁生产技术方面的研究主要分为电镀清洁工艺、末端治理、过程管理的研究。在清洁工艺方面，当前清洁生产工艺改进主要体现在采用低毒无毒材料、其他镀种替代工艺、以及降低有毒溶液的浓度三个方面。在低毒无毒材料方面可采取的工艺有：以非氰络合剂代替氰化物镀铜、镀银、镀金等；以微酸性或锌酸盐镀锌代替氰化物镀锌；以三价铬盐镀铬代替六价铬镀铬；还可在镀前处理中以含硝酸钠为主的配方工艺代替混合酸酸洗铜件以减少氮氧化物危害。以其他镀种或工艺代替毒性较强的工艺有：以全氯化钾型酸性镀锌代替镀镉；以钛盐代替铬酸盐镀锌层进行钝化；镀银前处理的浸银代替汞化，镀银后以浸防银变色代替铬酸盐钝化。降低有毒溶液浓度的工艺有：采用低铬酸钝化工艺或采用低铬酸镀铬[3-6]。在末端治理方面，针对电镀行业污染传统采用的多为化学处理法，近年来电解法、电渗析、离子交换法、反渗透法等逐渐兴起并日趋成熟。如Basha等研究了离子交换法对镀铬电镀漂洗水的处理[7]。Castelblanque等研究了纳滤和反渗透技术在来自电镀产生的废水中高浓度金属盐和水的回收与回用[8]。针对离子交换技术中镉易化合沉淀的限制，Marder等对镀镉产生含有镉和氰化物的废水用电渗析技术进行了实验室研究[9]。Dermentzis最新研究了使用静电屏蔽电渗析去除电镀漂洗水中的镍[10]。Dai等研究了用废酵母做吸附剂在适当条件下对电镀废水中镉的去处，并证实具有很好的去除效果[11]。台湾Chen等研究了臭氧紫外对电镀液中光亮稳定剂2-萘磺酸盐（2-naphthalenesulfonate，简称2-NS）的去除效果，结果表明臭氧可以将该光亮剂完全矿化，而紫外线可以加速矿化过程[12]。目前致力于清洁工艺和末端治理方面的研究还有很多。除此之外，清洁生产还可以从企业的过程管理入手，使企业做到清洁生产的全过程控制，如通过增设回收槽、增加逆流漂洗槽、增加镀件悬挂时间、加强管理减少跑冒滴漏等方法提高原材料的利用率，降低污染物的排放。

1.2 电镀清洁生产方案研究

电镀清洁生产方案研究主要由研究者针对导致电镀高能耗和高污染排放存在的问题，为企业提出具体可行的清洁生产方案。如Evans介绍了用尽可能少的花费减少电镀企业运行花费和环境影响的办法，如实现漂洗水回用和金属回收的离子交换技术、回收金属的电解技术、电渗析技术、反冲洗介质过滤系统、预清洗油回收系统、改进运行和控制软件、改进漂洗系统、低能量干燥系统、改进零件上所镀金属分布的计算机辅助模拟系统，使用简单的浮子式流量计限制水的流量，以及延长挂件在反应槽上的时间，使用可以控制化学药剂和金属浓度的PH计和电导自动传感阀，逆流漂洗、喷淋漂洗、生态漂洗等等[13]。我国陈凌通过对某电镀企业的工序和产污环节进行调研分析，找出企业当前存在的问题，为其提出清洁生产方案设计，并对投资较大的清洁生产方案在经济上的可行性进行了评估[14]。向荣从企业厂房的选址、布局和设计、电镀工艺选择、车间的净化、废渣和有害化学品包装材料的处置、以及企业管理体系方面对电镀企业清洁生产提供建议[15]。孙德全等提出采用生物除油技术、双联逆流清洗、镀硬铬工艺改进、无氰镀铜、用离子交换或膜技术对镀镍溶液的回收再利用等清洁生产措施可以有效减轻末端处理的负荷，实现污染物的全过程控制[16]。李军等通过对清洁生产的可行性进行分析，提出实现清洁生产的几个途径：不使用有毒有害原材料、替代电镀清洁技术、改善现有工艺、保持全过程清洁、建立生产闭合圈、科学的企业管理等[17]。杨婧等通过对宁波市鄞州钟公庙电镀工业园进行调研，指出了园区厂房布局及防腐所存在的问题，并给出了解决办法，如将厂房走向设计成与主导风向一致，采用夹层式厂房等[18]。

1.3 电镀清洁操作辅助工具研究

要想实现电镀清洁生产，操作中对许多工艺参数的要求非常严格，这对一般中小企业的操作工来讲存在一定的困难，使企业难以达到清洁生产技术的预期效果。Liu等通过优化设计和操作，同时实现提高生产率、耗能节省化和新鲜水及废水排放最小化，从而产生了一个三重目标混合动态优化模型。在操作中，用一个线性循环提升调度模型来减少生产周期从而提高生产率，一个电镀模型通过测量电的消耗，解决电镀质量规范下的最优的能源消耗，在过程设计中用漂洗动力学考虑新鲜水消耗最小化的目标从而优化各漂洗单元水的分配，这三方面组合成该三重目标混合动态优化模型。通过解决一个实际电镀厂的例子证实了其效果，表明通过计算机方法的生产调度、工艺设计、动态优化能有效实现电镀企业环境和经济效益的双赢[19]。Luo等针对电镀生产清洁生产过程改造操作中不确定性大、准确性差、测量困难和过程不易控制等的问题，基于人工智能和模糊逻辑技术开发了一个智能决策支持系统，即WMEP-Advisor。该系统能够执行废物产生机制详细过程的分析，评估单个过程或整个电镀过程废物最小化操作，确定废物最小化的机会，并对工艺改造和操作的变化提供足够的决策支持给环境工程师，该工具还可以用于现场废物最小化或离线个人培训[20]。

1.4 电镀清洁生产技术审核研究

电镀清洁生产审核研究通过对现有工艺审核、进行清洁生产潜力分析、提出清洁生产方案、并对方案进行经济环境效益分析，最终为企业提供切实可行的执行方案。如Telukdarie等在丹麦援助计划项目中对南非一些电镀企业进行了清洁生产审计，结果表明水和化学材料的节省潜力可以分别达90%、50～60%。但是将丹麦清洁生产的方法应用到南非却存在困难，其障碍是要想实现清洁操作需要一些定量指标指示，但这对大部分是技术不熟练的小电镀企业很难做到[21]。Büyükbay等对土耳其一家印刷电路板厂生产线进行评价，优选出了一套清洁生产方案，从技术，环境和经济评价表明了该工艺的可行性[22]。朱龙基等通过对山东九鑫机械工具有限公司电镀车间清洁生产审核分析，对电镀单元流程改进、镀铬工艺改进、废物综合利用后，可使镍的利用率从70%提高到87%，铬的利用率从15%提高到43%，并通过对电镀废水进行合理调配，实现电镀废水零排放[23]。朱衍恒等对广东省内11家电镀企业的清洁生产审核，总结电镀行业清洁生产中存在的问题，为电镀行业实施清洁生产提供了参考依据[24]。魏雪云等对大连市20家电镀企业清洁生产审核，筛选了354项无/低费方案、64项中/高费方案，通过无/低费方案及少部分中/高费方案的实施，显著提高了企业的经济效益[25]。李小兵等对徐州矿务集团华东机械厂生产现状的调查研究，对审计重点进行了评估，提出了清洁生产方案，且对方案实施后的经济效益、环境效益作了分析[26]。钟战铁等对清洁生产评价指标体系、物料平衡、E-P图和有效益的环境成本管理(ECM)等在电镀行业清洁生产审核过程中的运用进行了探讨[27]。

2 电镀清洁生产的政策体系研究

政策方面，目前国内外对环境管理政策的研究还处在起步阶段，而针对到电镀行业清洁生产政策体系的研究尚不是很多，按照现有的研究方法主要有企业调研、模型分析、直接讨论三类。

2.1 企业调研法

Reeve通过对澳大利亚电镀企业新技术采用情况和对政府规制的反应方面的调研，分析表明政府规制如排放限额、警告、罚款、吊销执照、关进监狱或通过一些项目提供财政优惠等虽有一定效果，但过去15年里也只有20%的企业真正执行清洁生产到一定程度，氰化物、六价铬，镉，铅和氯化溶剂仍是该国目前电镀企业面临的挑战[28]。Christensen通过对企业代表检查、开放式访谈、企业自我检查报告调查、市政当局负责人采访等方式，分析了丹麦14家不同规模的电镀企业对环境规制执行的反应，研究了清洁生产规制对电镀污染消除技术的促进作用。研究发现，环境规制对激励企业积极回应环境要求有重要影响，国家对于污泥中重金属含量的标准作为一个催化剂促使当局进一步提高排放标准和废物处理费，最终和企业共同找出解决方案[29]。Liu等通过对深圳电镀行业进行详细的调查，分析了当前存在的问题，根据生产技术是否落后、能否达到排放标准、能耗能否达到行业平均水平、位置是否接近饮用水保护区等指标建立电镀行业评价标准，将企业划分为先进企业和落后企业两类。针对先进企业，建议采用灵活的政策如某种经济激励和自愿协议；而对于落后要淘汰的企业，建议采用在规定期限内治理、技术革新或搬迁，或通过提高排污费对其进行经济制裁，考虑其经济能力也可提供技术支持、建立特别基金帮助其清洁生产；建立电镀工业园也是一个有效的办法；同时也要加强环境执法、倡议各部门共同努力等[30]。

2.2 模型分析法

李雯香等通过剖析清洁生产指标体系建立的全过程，发现《电镀行业清洁生产指标体系(试行)》存在的缺陷与不足，并进行修正，采用层次分析法对修正后的定量指标体系赋权，最后选用三家电镀企业，对修正前后的指标体系进行评价与对比，证明修正后的指标体系更能客观评价企业真实的清洁生产水平[31]。王佳鑫等针对中国电镀行业生产过程中用水浪费的现象，在对电镀企业生产能力、排污状况进行综合考虑的基础上，建立电镀行业三阶累进式水价模型。用该模型对广东省某电镀企业进行用水价格分析，证明模型在预期执行效果和企业承受能力两方面具有可行性[32]。此外，王佳鑫等又针对现阶段实行的排污费制度中存在的不足，建立了排污税定量计算模型，通过案例分析表明环境税收模式有易于被电镀企业接受、超标罚款力度大、税款去向明确的特点[33]。

2.3 直接讨论法

也有学者通过对现有问题直接分析讨论的方法，发现当前电镀清洁生产中存在的问题并提出建议，此方面研究以国内文献居多。如冯绍彬等通过总结电镀工业园有代表性的文章，介绍了国内电镀工业园区发展概况、废水集约治理的优势、在促进清洁生产和提升行业整体素质方面的作用[34]。魏立安等通过对清洁生产管理模式的分析，提出了建立清洁生产指标体系、清洁生产培训、设立清洁生产审核机构、加强生产过程管理、清洁生产技术化、生产制度化、集中防治污染等清洁生产管理对策[35]。

3 结论

研究通过对国内外学者在电镀行业清洁生产技术方面和政策方面的研究进行了归纳和分析。主要研究结论如下：

（1）从技术体系来看，现有电镀行业清洁生产技术研究已经发展为清洁生产技术研究、方案研究、操作辅助工具研究以及技术审核研究。与传统技术相比，其研究成果在一定程度上已经能够实现有毒有害原材料的替代、金属及水的回用以及废物排放的最小化。但由于电镀行业种类繁多，具体到某一镀种或生产线，还需要从细节角度去严格执行操作方案和技术审核中的每个环节，才能使清洁生产的得以落实。同时新技术和操作辅助工具的成本问题也是未来需要解决的问题。

（2）从政策体系方面的研究来看，针对电镀行业清洁生产管理政策方面的研究尚不是很多。同时，由于政策体系包含的内容较多，不同学者其研究的切入点也各不相同，并且缺乏系统、深入的研究。最终使电镀企业实施清洁生产执行的积极性较差。如何自上而下、从宏观到微观提出一套切实可行、对企业清洁生产明显促进作用的管理政策是当前电镀行业清洁生产得以实施需要解决的问题。

考虑到我国的实际情况，如何在推动电镀清洁生产技术发展的同时，对现有政策进行完善和调整，促进企业积极主动实施清洁生产，是当前我国电镀行业可持续发展中面临的挑战，也是实现我国节能减排目标的关键。

（References）

[1]韩珺.循环经济与节能减排解析[J].中国人口.资源与环境,2008,18（3）:173-176.HAN Jun.Circular economy based on energy-saving and emission reduction[J].China Population Resources and Environment,2008,18 (3):173-176.（in Chinese）

[2]王洪奎.浅谈含重金属电镀废水的治理[J].电镀与精饰,2013,(3):37-40.WANG Hongkui.Treatment of electroplating wastewater containing heavy metal[J].Plating &Finishing,2013,(3):37-40.（in Chinese）

[3]沈品华.电镀清洁生产技术[J].腐蚀与防护,2006,27 :140-144.SHEN Pinhua.Cleaner production technology of electroplating[J].Corrosion &Protection,2006,27:140-144.(in Chinese)

[4]詹益腾.广东氰化物电镀的现状及对策[J].材料保护,2005,2:78-79.ZHAN Yiteng.Present status and countermeasures of cyanide electroplating in Guangdong[J].Materials Protection,2005,(2):78-79.(in Chinese)

[5]李家柱,林安,甘复兴.六价铬电镀替代技术研究现状及其应用[J].表面工程资讯,2005,21:7-8.LI Jiazhu,LIN An,GAN Fuxing.Research status and application of substituted technologies for hexavalent chrome in electroplating[J].Information of Surface Engineering,2005,21:7-8.（in Chinese）

[6]周东晓,鲁宪,支宗琦,等.电镀行业污染物产生与防治措施[J].科技资讯,2008,14:224-225.ZHOU Dongxiao,LU Xian,ZHI Zongqi,et al.Generation and control measures of pollution in electroplating industry[J].Science &Technology Information,2008,14:224-225.（in Chinese）

[7]Basha C A,Ramanathan K,Rajkumar R,et al.Management of chromium plating rinsewater using electrochemical ion exchange[J].Industrial &.Engineering Chemistry Research,2008,47:2279-2286.

[8]Castelblanque J,Salimbeni F.NF and RO membranes for therecovery and reuse of water and concentrated metallic salts from waste water produced in the electroplating process[J].Desalination,2004,167:65-73.

[9]Marder L,Bernardes A M,Ferreira J Z.Cadmium electroplating wastewater treatment using a laboratoryscale electrodialysis system[J].Separation and Purification Technology,2004,3:247-255.

[10]Dermentzis K.Removal of nickel from electroplating rinse waters using electrostatic shielding electrodialysis / electrodeionization[J].Journal of Hazardous Materials,2010,1-3:647-652.

[11]Dai S J,Wei D Z,Zhou D Q,et al.Removing cadmium from electroplating wastewater by waste saccharomyces cerevisiae[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2008,18 (4):1008-1013.

[12]Chen Y,Chang C,Huang S,et al.Decomposition of 2-naphthalenesulfonate in electroplating solution by ozonation with UV radiation[J].Journal of Hazardous Materials,2005,1-3:177-183.

[13]Evans T.Reducing the operating costs and environmental impact of electroplating equipment[J].Metal Finishing,2010,10:27-29.

[14]陈凌.电镀企业产污环节分析与清洁生产方案制定[J].无机盐工业,2011,3:57-59.CHEN Ling.Pollution chain analysis and making cleaner production program in electroplating enterprises[J].Inorganic Chemicals Industry,2011,3:57-59.(in Chinese)

[15]向荣.清洁生产条件下的电镀工厂设计[J].电镀与精饰,2008,6:40-42.XIANG Rong.Design for electroplating plants based on cleaner production[J].Plating and Finishing,2008,6:40-42.(in Chinese)

[16]孙德全,周晓军.浅析电镀行业的清洁生产措施[J].工业设计,2011,7:142,144.SUN Dequan,ZHOU Xiaojun.Analysis of cleaner production measures in electroplating industry[J].Design Ideas,2011,7:142,144.(in Chinese)

[17]李军,蒋勇,李上新.电镀行业清洁生产的探讨[J].生态经济,2004,7:31-33.LI Jun,JIANG Yong,LI Shangxin.Cleaner production in electroplating industry[J].Ecological Economy,2004,7:31-33.(in Chinese)

[18]杨婧,温勇,杜建伟.电镀工业园区规划设计中的清洁生产思考与分析——以宁波市鄞州电镀工业园区为例[J].电镀与涂饰,2008,8:30-32,36.YANG Jing,WEN Yong,DU Jianwei.Considerations and analysis of the planning and designing of electroplating industrial district based on cleaner production-Ningbo Yinzhou Zhonggongmiao electroplating industrial district as an example[J].Electroplating &Finishing,2008,8:30-32,36.（in Chinese）

[19]Liu C,Zhao C,Xu Q.Simultaneous mixed-integer dynamic optimization for environmentally benign electroplating[J].Computers &Chemical Engineering,2011,11:2411-2425.

[20]Luo K Q,Huang Y L.Intelligent decision support for waste minimization in electroplating plants[J].Engineering Applications of Artificial Intelligence,1997,4:321-333.

[21]Telukdarie A,Brouckaert,Haung Y.A case study on artificial intelligence based cleaner production evaluation system for surface treatment facilities[J].Journal of Cleaner Production,2006,18:1622-1634.

[22]Büyükbay B,Ciliz N,Goren G E,Mammadov A.Cleaner production application as a sustainable production strategy,in a Turkish Printed Circuit Board Plant[J].Resources,Conservation and Recycling,2010,10:744-751.

[23]朱龙基,龚文娟,徐倩,等.工具厂电镀车间清洁生产审核总结[J].材料保护,2006,9:62-64.ZHU Longji,GONG Wenjuan,XU Qian,et al.Auditing summary of clean production at plating unit of tool Plant[J].Materials Protection,2006,9:62-64.(in Chinese)

[24]朱衍恒,陈辉.浅析电镀行业的清洁生产方案[J].广东化工,2011,7:277-278.ZHU Yanheng,CHEN Hui.Analysis of electroplating industry cleaner production schemes[J].Guangdong Chemical Industry,2011,7:277-278.(in Chinese)

[25]魏雪云,杜广玉,郑仁丹.电镀行业的清洁生产审核[J].资源节约与环保,2007 ,2:52-54.WEI Xueyun,DU Guangyu,ZHENG Rendan.Auditing of cleaner production in electroplating industry[J].Resources Economization &Environment Protection,2007,2:52-54.(in Chinese)

[26]李小兵,周晓华,刘炯天.电镀行业清洁生产审计[J].环境科学与技术,2004,3:90-93.LI Xiaobing,ZHOU Xiaohua,LIU Jiongtian.Clean production audit for electroplating industry[J].Environmental Science &Technology,2004,3:90-93.(in Chinese)

[27]钟战铁,翟宝庆.电镀行业清洁生产审核方法探讨[J].材料保护,2007,1:50-52.ZHONG Zhantie,ZHAI Baoqing.Methods for auditing of cleaner production in industrial electroplating[J].Materials Protection,2007,1:50-52.(in Chinese)

[28]Reeve D J.Environmental improvements in the metal finishing industry in Australasia[J].Journal of Cleaner Production,2007,15:756-763.

[29]Christensen P,Georg S.Regulatory effects in the electroplating industry-a case study in Denmark[J].Journal of Cleaner Production,1995,4:221-224.

[30]Liu L,Ma X.Technology-based industrial environmental management:a case study of electroplating in Shenzhen,China[J].Journal of Cleaner Production,2010,16-17:1731-1739.

[31]李雯香,钱瑜,赵玉明.电镀行业清洁生产指标体系的修正[J].环境科学与技术,2011,8:197-200.LI Wenxiang,QIAN Yu,ZHAO Yuming.Revision of cleaner production index system in electroplating industry[J].Environmental Science &Technology,2011,8:197-200.(in Chinese)

[32]王佳鑫,董晓清,李朝林,等.电镀行业水价机制与清洁生产研究[J].环境科学与管理,2010,6:37-40.WANG Jiaxin,DONG Xiaoqing,LI Chaolin,et al.Policy analysis for water pricing system and cleaner production of electroplating industry[J].Environmental Science &Management,2010,6:37-40.(in Chinese)

[33]王佳鑫,董晓清,李朝林,等.电镀行业重金属排污税模型研究与实证分析[J].环境污染与防治,2010,8:102-105.WANG Jiaxin,DONG Xiaoqing,LI Chaolin,et al.Model and positive analysis of effluent tax of heavy metals in electroplating industry[J].Environmental Pollution &Control,2010,8:102-105.(in Chinese)

[34]冯绍彬,商士波.建立工业园区是电镀行业持续发展的有效途径[J].电镀与精饰,2005,3:29-31.FENG Shaobin,SHANG Shibo.Building industrial district being an effective avenue to plating industry sustaining development[J].Plating and Finishing,2005,3:29-31.(in Chinese)

[35]魏立安,丁园,蒋青山.电镀清洁生产管理之探讨[J].材料保护,2010,4:43-45,104.WEI Lian,DING Yuan,JIANG Qingshan.Management of cleaner production in electroplating industry[J].Materials Protection,2010,4:43-45,104.(in Chinese)

Research status of cleaner production in electroplating

DONG Xiaoqing，LI Zhiguo
（School of Traffic &Environment,Shenzhen Institute of Information Technology,Shenzhen 518172,P.R.China）

The electroplating industry is of great social concern because of its serious pollution caused by high energy consumption.The key to realizing the energy consumption and pollution reduction in electroplating is to promote the business to implement cleaner production actively.In this study,the research status of cleaner production of electroplating was analyzed.The study advance of technology and management in China and other countries was comprehensively introduced.The research could provide reference for the promotion and development of cleaner production in the field.

electroplating;cleaner production;research status

TQ153

：A

1672-6332（2014）01-0087-06

【责任编辑：杨立衡】

2014-3-1

国家重大科技水专项（2012ZX07313001）

董晓清（1982-），女（汉），河南郑州人，讲师，博士，主要研究方向：水处理技术研发与应用，环境规划与管理；E-mail：dongxq@sziit.edu.cn