電鍍清洗過程中的節(jié)水技術

張路路*，王剛

（廣東省環(huán)境科學研究院，廣東 廣州 510045）

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【環(huán)境保護】

電鍍清洗過程中的節(jié)水技術

張路路*，王剛

（廣東省環(huán)境科學研究院，廣東 廣州 510045）

介紹了逆流漂洗、噴淋清洗、空氣攪拌強化清洗、電導控水技術、廢水槽邊回用技術等主要的電鍍清洗方式和節(jié)水技術的研究進展與應用技巧，為電鍍企業(yè)實施清潔生產(chǎn)節(jié)水方案提供參考。

電鍍；清洗；節(jié)水；清潔生產(chǎn)

First-author's address: Guangdong Provincial Academy of Environmental Science， Guangzhou 510045， China

電鍍清洗是電鍍生產(chǎn)中用水的主要環(huán)節(jié)，也是產(chǎn)污的主要環(huán)節(jié)，占生產(chǎn)用水量及電鍍廢水產(chǎn)生量的 95%以上。而鍍件清洗又是電鍍生產(chǎn)的關鍵，清洗質(zhì)量對電鍍工藝的穩(wěn)定性和電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量有著重大的影響。不少電鍍企業(yè)為保證清洗質(zhì)量，往往使用過量的清洗水，不但造成水資源的浪費，還加大了電鍍廢水的產(chǎn)生量，使廢水處理成本增加。

因此，在滿足清洗質(zhì)量的前提下，如何運用高效的節(jié)水工藝和技術至關重要。本文介紹了電鍍傳統(tǒng)清洗方式與新型節(jié)水技術的研究進展，并結(jié)合筆者自身為電鍍企業(yè)開展清潔生產(chǎn)審核的經(jīng)驗，提出一些應用技巧與建議，以為電鍍企業(yè)實施清潔生產(chǎn)節(jié)水方案提供參考。

1　傳統(tǒng)清洗方式

1. 1 逆流漂洗

逆流漂洗是清洗水流動方向與鍍件移動方向相反的一種清洗方式，該方式由多級清洗槽串聯(lián)組成，由末級清洗槽內(nèi)進水，首級清洗槽內(nèi)排水。逆流漂洗分為兩類，一類是連續(xù)逆流漂洗，即末級清洗槽為連續(xù)進水，各清洗槽間通過重力作用進行換水，直至第一級清洗槽后連續(xù)排放；第二類是間歇逆流漂洗，即首級清洗槽周期性排水，補充水由后槽向前逐級推進，至末級清洗槽補充新鮮水，也稱清洗廢水全翻槽方法。一般來說，三級連續(xù)逆流清洗比直流清洗節(jié)水約66%，間歇補水逆流清洗又比同級的連續(xù)逆流清洗節(jié)水約45%［1］。當前逆流漂洗的應用已較為廣泛，已成為電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系中的基本要求。

連續(xù)逆流漂洗一般適用于生產(chǎn)批量大、用水量較大的連續(xù)生產(chǎn)車間，而間歇逆流漂洗適用于間歇、小批量生產(chǎn)的電鍍車間。從節(jié)水和回收的角度來說，間歇逆流漂洗較為合理，其技術關鍵在于控制好翻槽周期［2］，并嚴格控制鍍液帶出量。逆流漂洗槽的結(jié)構設計必須合理，采用“聯(lián)體型”內(nèi)隔若干水洗槽的設計形式可避免廢水因槽間空隙而外流。另外，逆流漂洗宜配合噴淋清洗、空氣攪拌強化清洗等聯(lián)合手段，清洗效果和節(jié)水效果會更加明顯。

1. 2 噴淋清洗

噴淋清洗是當前電鍍企業(yè)較常用的清洗方式，一般應用于自動生產(chǎn)線，與逆流清洗槽聯(lián)用。噴淋清洗利用水的噴射動能作用，使附著液從鍍件表面加速脫落，從而有效提高清洗效率，其節(jié)水效果相當于外加0.5 ～ 1.0個逆流清洗槽［1］。噴頭的位置有兩種，一種是布置在第一級清洗槽兩側(cè)或一側(cè)位置，另一種則是布置在末級清洗槽處。前種方式大幅減輕了后續(xù)清洗槽的清洗負荷，可降低連續(xù)逆流清洗的供水流量，或者延長周期性逆流清洗的補水周期；后種方式可大幅減少雜質(zhì)離子進入后續(xù)的工藝鍍槽，尤其是采用去離子水進行噴淋清洗，可滿足高清洗質(zhì)量要求的工況。噴淋清洗對品種單一、批量較大的鍍件有一定的優(yōu)越性，但存在一定的缺點，如企業(yè)通常將噴頭位置固定，不能調(diào)整，若碰到噴淋盲區(qū)較大的鍍件，則清洗效果較差。另外，噴嘴的磨損、腐蝕、堵塞等常見問題也經(jīng)常影響到噴淋效果。

關耀昌［3］在逆流清洗的基礎上設計了高壓水刀噴洗裝置，其中控制高壓水刀開關的電磁閥統(tǒng)一由PLC（可編程邏輯控制器）調(diào)控，可實現(xiàn)僅在末端清洗槽鍍件提升時進行有效噴淋清洗，極大地提高了清洗效率，工藝整體節(jié)水約40%。周曉軍等人［4］在IC（集成電路）引線框架高速電鍍前處理增加一道高壓噴淋清洗工序，與傳統(tǒng)的清洗手段相比，更具高效、徹底等特點，能夠大大提升產(chǎn)品質(zhì)量。周永璋等人［5］申請了一種電鍍噴淋清洗液回收循環(huán)利用的專利，將多級噴淋循環(huán)清洗系統(tǒng)串聯(lián)，每級系統(tǒng)均對應有漂洗液回收系統(tǒng)，且在每級循環(huán)清洗系統(tǒng)之間設置有清除鍍件表面清洗液的氣洗系統(tǒng)，大幅節(jié)約了漂洗水用量。

在噴淋清洗的應用技巧上，建議企業(yè)將噴淋清洗開關與生產(chǎn)線自動化控制進行聯(lián)動，實行間歇式自動噴淋清洗，即當清洗工件進入或離開清洗槽，進入噴頭噴淋范圍時，再進行自動噴淋，其他時間關閉，可起到更加有效的節(jié)水效果。其次，設計噴頭的安裝位置應留有可調(diào)整空間，以便根據(jù)生產(chǎn)工藝和各種工件的特點，及時調(diào)整噴頭的高度、角度和方向。另外，可嘗試采用更加先進的噴淋裝置，如可調(diào)空氣霧化噴嘴（利用壓縮空氣的氣流使水霧化），在保證良好的清洗效果下，用水量僅在0.5 L/min以下，節(jié)水效果非常顯著。

1. 3 空氣攪拌強化清洗

在清洗槽實施空氣攪拌強化清洗是當前一種較常見的輔助強化清洗方式。空氣攪拌能夠加快清洗水在鍍件周圍的流動，使清洗水處于湍流狀態(tài)，大幅提高了鍍件上附著液向清洗水中傳質(zhì)的速度，以及清洗槽內(nèi)溶質(zhì)的均勻程度，從而強化清洗效果?？諝鈹嚢枨逑磳^復雜的鍍件（尤其是有盲孔的工件）特別有利，因為該方法能夠使清洗水迅速進入鍍件的凹洼和死角部位進行清洗。另外，部分電鍍工藝因其鍍液中的添加劑致使較難洗凈，如鍍鋅（特別是氯化物鍍鋅）低鉻、超低鉻彩鈍和藍白鈍前的清洗，也非常適合空氣攪拌強化清洗［6］。升溫攪拌清洗能夠進一步提高清洗效率，因為清洗水溫度的提高有助于降低鍍液粘滯系數(shù)和清洗水黏度，但能耗會相應增加。

應用空氣攪拌時，空氣源應使用無油空氣泵或串接油水分離器，保證所提供的空氣不含油。生產(chǎn)線上若有多槽需空氣攪拌時，各槽宜設有獨立的閥門以便于調(diào)整供氣量。另外應注意不同批次的鍍件可能對攪拌強度的要求不同，有的不宜過高，否則容易導致鍍件脫落。

2　新型節(jié)水技術

2. 1 電導控水技術

電導控水技術是通過電鍍清洗水的電導率變化來控制清洗供水的一種節(jié)水方法。此技術由控制器、電導率傳感器（設置在清洗槽內(nèi)）和電磁水閥（安裝在供水端）三部分組成，其工作原理見圖1。根據(jù)電鍍清洗水的污染程度與其電導率正相關的原理，通過電導率傳感器實時監(jiān)控清洗槽內(nèi)清洗水的“清”、“臟”程度，做到“有的放水”：當清洗水“臟”到最大電導率允許值，開通供水端的電磁水閥，供給新鮮水；當水“清”到一定程度時電導率下降，電磁閥又自動關斷，停止供水。此技術將清洗槽長流水變?yōu)槎虝r間歇供水，極大地提高了清洗用水效率，并杜絕了手工開水的隨意性及可能出現(xiàn)的長流水現(xiàn)象，可節(jié)水30% ～ 80%，效果顯著。

圖1　電導控水技術的工作原理Figure 1 Working principle of water supply technique by controlling the conductivity

根據(jù)美國國家金屬表面處理資源中心（NMFRC）調(diào)查統(tǒng)計，在美國約有16%的金屬表面處理廠家使用電導儀對漂洗用水進行監(jiān)控［7］。在國內(nèi)，我國電鍍專家袁詩璞早在 1986年就對電導控水技術提出了構想，并申報了相關專利［8］，之后又陸續(xù)開展研究、設計［9-10］，最終在2011年推出國內(nèi)首款批量化生產(chǎn)的WDD-2型電導控水器［11］。該產(chǎn)品的電極材料采用工業(yè)純鈦片，電極面積大，靈敏度高，且易于清洗，在可靠性、壽命和價格方面均具備一定優(yōu)勢，值得推廣。但據(jù)筆者了解和部分用戶反映，該產(chǎn)品的控制器無數(shù)字顯示面板，若電鍍工藝多，鍍件變化大，不僅不利于員工操作，而且不利于員工掌握各類生產(chǎn)情況下清洗水電導率的變化規(guī)律和控制要求。以上不足在一定程度上制約了該產(chǎn)品的應用。費桂芝等人［12］申請了“電鍍線節(jié)水減排自控系統(tǒng)”專利，該系統(tǒng)中設置了一套電導自控節(jié)水裝置，該裝置在電導電極與清洗池之間設置了循環(huán)磁力泵，通過循環(huán)過濾來保證電極對清洗水電導率測量的準確性。需要指出的是，電導率傳感器除傳統(tǒng)的電極形式外，還有一種電磁感應式（又稱無極式、非接觸式）電極，它被惰性材料包裹，不與被測液體直接接觸，因此具有極強的抗污染能力與耐腐蝕性，不存在電極極化、電容效應，維護更為方便，目前在國外的電導控水設備中已有所應用。

在電導控水器的應用上，蔡榮［7］根據(jù)稀釋比例的理論，分析了多種清洗槽鍍液的質(zhì)量濃度和電導率的關系，給出了一般電鍍過程中最后漂洗水的電導率要求。他認為，最后漂洗水槽的質(zhì)素的少許差異，足可導致第一漂洗水槽或第二漂洗水槽的很大偏離，因此選擇將監(jiān)控點設置在倒數(shù)第二個清洗槽上更為合適。另外，電導率傳感器應定期維護、校準，以避免因儀器測量精準度的下降而影響控水效果。

2. 2 廢水槽邊回用技術

近年來，在逆流漂洗的基礎上開發(fā)的逆流清洗閉路循環(huán)工藝逐漸受到關注，也稱清洗廢水槽邊回收技術［13］。該技術是在逆流漂洗的基礎上，通過離子交換、膜分離等方法對清洗廢水中的重金屬進行分離，得出的清水回用于末級漂洗槽循環(huán)使用，含重金屬的濃液進行回收處置或作進一步濃縮后補回鍍槽，從而能夠最大限度地節(jié)約用水，實現(xiàn)電鍍廢水的微排放，并回收有用物質(zhì)，提高了重金屬利用率，將成為新的發(fā)展方向。

江門市某電鍍廠對其鍍鉻槽后設置了“一級回收→三級逆流漂洗→離子交換→蒸發(fā)濃縮”的閉路循環(huán)工藝，其工藝流程如圖 2所示。首級漂洗槽流出的含鉻廢水通過離子交換設備后，清水回用于末級漂洗槽循環(huán)使用，濃液則與回收槽的回收液一起進入蒸發(fā)濃縮設備進一步濃縮，最終濃縮液的鉻酸酐含量可達250 g/L以上，回用于鍍鉻槽或粗化槽。本工藝與原先的三級逆流漂洗相比，可節(jié)水90%以上，也使重金屬鉻的回收率達到90%以上，環(huán)境效益與經(jīng)濟效益均較為顯著。楊欣［14］在某航空工業(yè)集團熱表廠鍍瓦特鎳生產(chǎn)線上開發(fā)了一套電鍍漂洗廢水線內(nèi)循環(huán)集成設備，通過反滲透技術對鍍鎳后的漂洗廢水進行分離、濃縮，優(yōu)化了配套 PLC，可自動檢測清洗槽內(nèi)水質(zhì)，控制所產(chǎn)清水質(zhì)量與補給水量，并解決了膜組件產(chǎn)水濃度隨進水濃度升高的問題。丁少華等人［15］、關兵等人［16］和王勁松等人［17］也都采用類似方法設計了漂洗水在線回用裝置，并申請了相關專利。

清洗水的閉路循環(huán)工藝會不可避免地產(chǎn)生鍍液中雜質(zhì)積累的問題。應注意強化電鍍工藝管理，嚴把雜質(zhì)帶入鍍液關，定期凈化溶液去除雜質(zhì)，將雜質(zhì)含量控制在一定范圍內(nèi)。

圖2　含鉻廢水槽邊回用技術流程Figure 2 Process flow of a technique for reuse of chromium-containing wastewater at the side of cleaning tank

3　其他節(jié)水方法

3. 1 降低鍍液帶出

控制鍍液帶出量是電鍍清洗有效節(jié)水的重要前提和關鍵。主要做法有：科學設置掛具結(jié)構與鍍件吊掛方式，鍍件緩慢出槽或出槽后增加停留時間（宜空停3 ～ 5 s），鍍件出槽后設抖動裝置或吹氣裝置使帶出液流回鍍槽。

3. 2 設置回收槽

在清洗槽前設置一級或多級回收槽，配合逆流漂洗、噴淋清洗等組合清洗工藝，既可保證清洗質(zhì)量，減少清洗水用量，又能回收鍍件帶出的重金屬，減少污染物排放。此方法對于金屬價格較貴的加熱型鍍種（如鍍鎳、鍍鉻等）尤為適用，如鍍后采用 3個回收槽 + 間歇式三級逆流漂洗的清洗方式，用去離子水進行回收清洗和逆流漂洗，并配合定期翻槽等措施，可實現(xiàn)鍍后清洗廢水的微排放［18］。為平衡回收槽中的鍍液濃度，可采用加熱濃縮回收液、增加回收槽數(shù)量或適當提升鍍液溫度等措施。為解決回收后鍍液中雜質(zhì)積累的問題，可在鍍槽旁邊設置輔助槽，通過在線電解（采用大面積陰極和低電流密度）的方式凈化鍍液。

3. 3 清洗水串級使用

在使用上述清洗方法的基礎上，可進一步采用一水多用的節(jié)水措施，如將酸洗或弱腐蝕后的清洗水泵送至脫脂或除油后的清洗工序，將鍍鉻后的清洗水串級回用至前處理粗化后的清洗，或?qū)⒉糠帜┘壞媪髑逑此壔赜弥聊媪髑逑辞暗膰娏芮逑吹取?/p>

4　總結(jié)與展望

在當前的眾多清洗方式中，逆流漂洗已成為最基本的節(jié)水型清洗方法，其中間歇式逆流漂洗要比連續(xù)逆流漂洗更加節(jié)水。在逆流漂洗的基礎上輔以合適的噴淋清洗和空氣攪拌清洗，則能夠達到更優(yōu)的清洗效率和節(jié)水效果。電導控水技術通過監(jiān)控清洗水的“清”、“臟”程度來進行精準供水，浪費水的情況可得到有效避免，是值得當前企業(yè)重視與推廣的清潔生產(chǎn)技術。廢水槽邊回用技術可實現(xiàn)電鍍廢水的微排放，并實現(xiàn)重金屬的回收利用，也將成為節(jié)水技術發(fā)展與應用的新方向。另外，降低鍍液帶出、設置回收槽、清洗水串級使用等方式也是實現(xiàn)節(jié)水的有效方法。

電鍍企業(yè)在開展清潔生產(chǎn)審核的過程中，為應對環(huán)保要求，往往注重末端的廢水回用、重金屬回用等方案，而忽視了在生產(chǎn)源頭上對用水的控制。2015年10月，國家發(fā)改委、環(huán)保部和工信部聯(lián)合發(fā)布了新的《電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》，對電鍍企業(yè)的節(jié)水設施與用水量提出了新的要求，如水耗控制指標已變?yōu)椤皢挝划a(chǎn)品每次清洗取水量”，且為限定性指標，這將更加科學地引導企業(yè)重視電鍍清洗過程中的清洗方式和節(jié)水技術。此外，新的評價指標體系也將促使企業(yè)對供水控制方面進行思考，并做出改善，例如在每個清洗工序安裝流量計實行定額供水，或安裝電磁閥進行間歇式供水，在供水支管安裝減壓閥以穩(wěn)定供水壓力（避免供水超壓時所造成的浪費）等，此方面還有待進一步的研究。

總之，電鍍企業(yè)在開展清潔生產(chǎn)審核的過程中，應根據(jù)自身生產(chǎn)工藝的實際情況，因地制宜，選擇合適的、巧妙的清洗方式與節(jié)水技術，多種并用，最大幅度地減少用水浪費，提高用水效率，最終實現(xiàn)節(jié)水減排。

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［ 編輯：溫靖邦 ］

Water saving techniques for rinsing process in electroplat ing

ZHANG Lu-lu*， WANG Gang

The research progress and application tips of the main rinsing methods and water saving techniques in electroplating process were introduced， including countercurrent rinsing， spray cleaning， air agitation-assisted cleaning， conductivitycontrolled water supply technique， and wastewater reuse technique at the side of rinsing tank. This paper provides references for implementation of water saving scheme during implementation of cleaner production in electroplating enterprises.

electroplating； rinsing； water-saving； cleaner production

TQ153； X781.1

B

1004 - 227X （2016） 08 - 0422 - 05

2016-03-01

2016-03-29

張路路（1986-），男，河南新鄉(xiāng)人，碩士，工程師，主要從事重點行業(yè)污染防治與清潔生產(chǎn)政策、技術研究。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） gdhjxh@126.com。