表面處理廠房的清潔生產(chǎn)設(shè)計

莊宏波， 付 明， 馬宇洛

(1.中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100120;2.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽471009)

表面處理廠房的清潔生產(chǎn)設(shè)計

莊宏波1， 付 明2， 馬宇洛2

(1.中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100120;2.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽471009)

結(jié)合目前國內(nèi)外表面處理行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及國家有關(guān)最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動態(tài)，介紹了表面處理廠房設(shè)計建設(shè)過程中清潔生產(chǎn)實踐的一些最新應(yīng)用動態(tài)，分析論述了生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)工藝改進的最新設(shè)備和技術(shù)，并對表面處理行業(yè)發(fā)展方向進行了展望。

表面處理廠房;清潔生產(chǎn);電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn);生產(chǎn)工藝

引 言

表面處理行業(yè)可為產(chǎn)品工件提供不同的表面性能，如裝飾性、耐腐蝕性、功能性及耐磨性，同時還可以制造復(fù)雜的異型零、組件等，這是其他行業(yè)加工工藝所不能達到的。因此，表面處理產(chǎn)業(yè)在整個工業(yè)體系中具有不可取代的地位，特別是在航空、航天及軍工行業(yè)，由于產(chǎn)品功能性的特殊需求，表面處理所占的比重非常明顯。在我國，由于傳統(tǒng)的表面處理工藝存在“高污染、高能耗、低效率”，設(shè)備系統(tǒng)屬非標(biāo)性質(zhì)，相對其他行業(yè)比較落后，導(dǎo)致了國內(nèi)表面處理行業(yè)技術(shù)的發(fā)展速度比國外同行要相對慢一些［1］。

隨著環(huán)境保護形勢的日益嚴峻和國家對環(huán)保工作的日益重視，新一輪國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺?！肚鍧嵣a(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 電鍍行業(yè)》(HJ/T314-2006)，于2006年11月22日由國家環(huán)境保護總局發(fā)布，2007年2月1日起實施。同時，對于許多搬遷、新建及擴建的電鍍企業(yè)，地方電鍍協(xié)會配合環(huán)保部門進行了清潔生產(chǎn)審核前置，就是利用清潔生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)去衡量搬遷、新建及擴建的企業(yè)在場地、建筑、工藝、設(shè)備及環(huán)保設(shè)施設(shè)計方案是否符合清潔生產(chǎn)的要求。

HJ/T314-2006標(biāo)準(zhǔn)給出了電鍍行業(yè)生產(chǎn)過程清潔生產(chǎn)水平的三級技術(shù)指標(biāo):一級為國際清潔生產(chǎn)先進水平;二級為國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進水平;三級為國內(nèi)清潔生產(chǎn)基本水平［2］。航空、航天及軍工行業(yè)表面處理生產(chǎn)線的設(shè)計和建設(shè)目前多按二級清潔生產(chǎn)水平指標(biāo)(即國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進水平)進行設(shè)計，同時積極向一級水平(國際清潔生產(chǎn)先進水平)靠攏。從生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)工藝、資源利用指標(biāo)、鍍件帶出液污染物產(chǎn)生指標(biāo)和環(huán)境管理要求等多方面采取改進措施。

1 生產(chǎn)裝備升級換代

表面處理行業(yè)生產(chǎn)裝備由于具有非標(biāo)設(shè)備性質(zhì)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。根據(jù)生產(chǎn)特點可分為自動生產(chǎn)線和手動生產(chǎn)線兩種。自動生產(chǎn)線在采用新技術(shù)方面具有較大優(yōu)勢。但由于航空、航天及軍工行業(yè)產(chǎn)品表面處理存在多品種、小批量及性能要求高的特點，手動生產(chǎn)線被大量采用。近年來，手動生產(chǎn)線采用新技術(shù)，新工藝，封閉式一體化，電流、溫度及時間等工藝參數(shù)自動監(jiān)控等措施，提高了生產(chǎn)效率與加工中的過程控制與質(zhì)量的可追溯性。

1.1 手工生產(chǎn)線一體化設(shè)計應(yīng)用

傳統(tǒng)的表面處理生產(chǎn)線都是單個獨立的子體系機械連接而成，存在生產(chǎn)線零亂、不美觀及系統(tǒng)內(nèi)部浪費較大等問題。目前一種較先進的封閉式一體化生產(chǎn)線在航空航天制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用，減少污染物揮發(fā)量，整體美觀大方。

這種生產(chǎn)線要求槽體安裝槽蓋，有效控制污染物揮發(fā)。槽蓋可手工或自動開啟，采用PP塑料經(jīng)注塑方法成型，拼裝式結(jié)構(gòu)，各部分可設(shè)計成不同顏色，提高表面處理生產(chǎn)線的感觀度。槽蓋軸和軸承座采用尼龍材料，提高防腐功能。生產(chǎn)線輔助設(shè)備如過濾機采用固定式安裝、采用電加熱，電控系統(tǒng)集中設(shè)置在一層，現(xiàn)場只有顯示與調(diào)解部分便于參數(shù)控制與現(xiàn)場管理。

槽側(cè)安裝護板，用于統(tǒng)一生產(chǎn)線外型，安裝控制顯示終端和控制線路，并可防止意外撞擊槽體。生產(chǎn)線上的鍍槽布置整齊有序，讓雜亂無章的散放狀態(tài)的鍍槽組成一個有機的系統(tǒng)和整體，通過加裝裝飾板和綜合控制柜等整體式設(shè)計，使電鍍車間的設(shè)備更加符合清潔生產(chǎn)的要求。手動生產(chǎn)線設(shè)備示意圖如圖1所示。

圖1 手動生產(chǎn)線實例

較多表面處理廠房采用二層建筑結(jié)構(gòu)形式，便于及時排除污染物泄漏隱患，并能節(jié)省用地。該結(jié)構(gòu)形式改變了傳統(tǒng)的平面布置為立體垂直布置。表面處理生產(chǎn)線主體布置在第二層，相關(guān)管線(抽風(fēng)、給排水、壓縮空氣、蒸汽管路和電路等)及配套設(shè)施布置在第一層，與第二層的槽體相連接。從第二層看這部分設(shè)施為暗輔設(shè)，美觀大方;從第一層看為明輔設(shè)，便于檢修，可及時排除管線中污染物泄漏隱患，較好地滿足清潔生產(chǎn)的要求。二層建筑形式表面處理廠房一層實例如圖2所示。

圖2 二層建筑表面處理廠房一層實例

1.2 手動生產(chǎn)線計算機系統(tǒng)應(yīng)用

長期以來，航空、航天行業(yè)手動生產(chǎn)線的溫度、時間及整流器參數(shù)控制不規(guī)范，無法追溯并監(jiān)控。近年來，新建表面處理廠房單獨設(shè)遠程控制裝置。采用中央監(jiān)控系統(tǒng)對電鍍生產(chǎn)全過程進行集中控制，計算機輸入溫度、時間及整流電源參數(shù)?？刂破鳛閿?shù)字觸摸式、防腐型。工作溫度、時間、整流器及除氫爐參數(shù)由計算機系統(tǒng)自動記錄、存儲和打印，并可與中央計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相連接。同時，手動生產(chǎn)線控制手段積極向自動控制靠攏。操作計算機可實現(xiàn)對工作現(xiàn)場的控制，對工藝進行選擇，控制輸送設(shè)備自動運行、設(shè)定，輸入重要工藝參數(shù)，如槽液溫度、電流、電壓及時間，并進行自動控制。表面處理生產(chǎn)線中央監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 表面處理生產(chǎn)線中央監(jiān)控系統(tǒng)

1.3 電鍍零件清洗方式改進

新建表面處理廠房，根據(jù)工藝采用多級逆流漂洗、噴淋及噴霧清洗等多種節(jié)水措施，取消單槽清洗方式。采用回收清洗減少鍍件帶出液，有效減少污染。據(jù)測定，采用三級逆流清洗是單槽清洗用水量的10% ～20%;噴淋清洗可減少60% ～70%的用水量。

思維導(dǎo)圖，是一種學(xué)習(xí)策略，更是非連續(xù)性文本閱讀的優(yōu)質(zhì)資源。我們不斷摸索和開發(fā)，結(jié)合不同的教學(xué)內(nèi)容，將思維導(dǎo)圖運用到識字、背誦、寫作等各個環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的思維能力，有效提升學(xué)生的語文素養(yǎng)。

實踐中，較多采用高效清洗裝置如增加噴霧、噴淋清洗及空氣攪拌清洗等;鍍槽上方增加噴淋回收裝置;用電導(dǎo)傳感器控制清洗水水質(zhì);安裝節(jié)流閥和流量計;自動清洗節(jié)水裝置(如腳踏開關(guān)或光敏電觸點開關(guān)控制水流);自動控制裝置(如設(shè)置溶液循環(huán)裝置、pH自動控制、添加劑和鍍液成分自動分析補加裝置等)。同時，弱酸浸后的清洗水可用于堿洗后的清洗。

1.4 整流電源

整流電源大部分采用高頻開關(guān)電源及脈沖電源，淘汰高能耗裝備，符合節(jié)能要求。高頻開關(guān)電源用量在逐步擴大，其主要原因是高頻開關(guān)電源具有節(jié)能和可靠性高等優(yōu)點。采用脈沖電源，如鍍金、鍍銀等貴金屬電鍍，有利于提高鍍層質(zhì)量，節(jié)省金屬材料。在普通陽極氧化方面，采用脈沖電源可提高電流密度，縮短氧化時間(可節(jié)電5%);硬質(zhì)陽極化工藝采用脈沖疊加專用電源，獲得的氧化膜硬度高，均勻性好，成膜速度快，合格率高等優(yōu)點，且可獲得厚膜及可實現(xiàn)選定最佳工藝參數(shù)的全過程自動控制。故脈沖電源已得到廣泛應(yīng)用。

2 生產(chǎn)環(huán)境和管理符合清潔生產(chǎn)要求

新建表面處理廠房，生產(chǎn)環(huán)境和管理要求符合國家和地方有關(guān)環(huán)境法律、法規(guī)，污染物排放按照國家最新頒布的強制標(biāo)準(zhǔn)《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900-2008)執(zhí)行，滿足清潔生產(chǎn)要求。

2.1 電鍍車間采用封閉式環(huán)境

近年來，新建表面處理廠房開始采用封閉式環(huán)境的形式。部分電鍍車間屋頂采用較新穎的封閉罩形式，替代傳統(tǒng)的天窗形式。同時為保證排風(fēng)效果，屋頂加設(shè)一定數(shù)量防腐風(fēng)機。如華東地區(qū)某廠新建的表面處理廠房，電鍍區(qū)敷設(shè)吊頂，冬天設(shè)置加溫系統(tǒng)，吹送暖風(fēng)，并預(yù)留夏天制冷系統(tǒng)，極大地改善了工人的勞動環(huán)境，對保證生產(chǎn)質(zhì)量也起到較好的作用。電鍍廠房屋頂形式如圖4所示。

圖4 電鍍廠房屋頂封閉罩及防腐風(fēng)機實例

2.2 完善廢水、廢氣凈化處理

清潔生產(chǎn)明確提出，要求設(shè)計完善的廢水和廢氣凈化處理設(shè)施且有效運行。廢氣凈化方面，除含鉻廢氣、強酸(如濃硝酸)廢氣等嚴格要求在排出前凈化處理外，堿性廢氣、低濃度酸性廢氣及含氰廢氣等所有污染氣體均要求設(shè)計完善的廢氣凈化處理設(shè)施。要求產(chǎn)生空氣污染物的生產(chǎn)工藝裝置必須設(shè)立局部氣體收集系統(tǒng)和集中凈化處理裝置，凈化后的氣體由排氣筒排放。排氣筒高度不低于15m，排放含氰氣體的排氣筒高度不低于25m。排氣筒高度應(yīng)高出周圍200m半徑范圍的建筑5m以上;不能達到該要求高度的排氣筒，應(yīng)按國家允許的排放濃度限值的50%執(zhí)行。同時，實踐中要求在排氣筒頂端設(shè)檢測口及檢測平臺。廢氣凈化設(shè)施如圖5所示。

圖5 廢氣凈化設(shè)施實例

廢水凈化方面，《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900-2008)提出單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量，對每平方米鍍件鍍層的基準(zhǔn)排水量作出規(guī)定。若單位產(chǎn)品實際排水量超過單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量，則按相應(yīng)公式執(zhí)行更嚴格的國家允許排放濃度限值。目前，一般按含氰、鉻、氟、鎳和酸堿以及地面廢水等進行分類分別處理，處理方法多種多樣，其中又以比較成熟的化學(xué)法居多，簡單易行。目前多數(shù)新建表面處理生產(chǎn)線廢水回用比例控制在50%左右，用途多為表面處理生產(chǎn)線前處理工序清洗用水、表面處理廠房地面沖洗及景觀用水等。

2.3 嚴格控制資源利用指標(biāo)

嚴格控制鋅、裝飾鉻和硬鉻中鉻酐的利用率;嚴格控制新鮮水用量≤0.1～0.5t/m2。以前大部分企業(yè)采取的是車間采購和管理的粗放型生產(chǎn)模式，對車間的考核主要集中在生產(chǎn)任務(wù)的完成或經(jīng)濟效益的提高與否上面，原材料和輔材等的采購和使用沒有得到有效控制，于是造成浪費及對環(huán)境的過度污染。為此，一些企業(yè)采用物流中心的概念，對原材料實行統(tǒng)一采購和分配使用的原則，取得較好的效果。清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各鍍種(含后處理工藝)鍍件帶出液污染物產(chǎn)生的指標(biāo)(末端處理前)，并明確提出為減少鍍件帶出液，要求采用兩種以上減少帶出液的措施。

新建表面處理廠房，采用槽液回收、多級逆流漂洗及噴淋清洗等措施，嚴格限制鍍件帶出液污染物指標(biāo)。設(shè)置帶出液回收工序。實踐中各企業(yè)采取各種措施，如:1)適用鍍種的鍍槽后設(shè)回收槽，有的設(shè)二級或多級回收;2)鍍件出槽停留時間要求規(guī)范，普遍偏短;可設(shè)槽側(cè)回收斗、鍍槽上方加氣吹裝置或設(shè)計自由伸縮型懸掛支架來延長停留時間，以充分回收槽液，否則致使槽液帶出量明顯增多。3)工藝槽之間設(shè)擋液板(也稱過橋)或滴液槽，以免造成槽液大量流失。

2.4 廠房環(huán)境

新建表面處理廠房多將排風(fēng)風(fēng)機及廢氣凈化系統(tǒng)布置在天井內(nèi)，且用裝飾隔斷封閉，整體美觀。表面處理廠房外側(cè)如圖6所示。

圖6 表面處理廠房外立面實例

近年來出現(xiàn)風(fēng)機及凈化系統(tǒng)設(shè)在表面處理廠房內(nèi)的形式，處理后的空氣集中通過“井”式通道在廠房頂部排出;在廠房內(nèi)設(shè)置廢氣處理裝置，并與抽風(fēng)機組和送風(fēng)機組連鎖聯(lián)動。裝掛工作臺、吹干工作臺、烘箱和直流電源等配套設(shè)備不在電鍍區(qū)隨意排布，而是通過專設(shè)房間的方式加以解決，保證廠房內(nèi)整齊、美觀、有序。設(shè)專用準(zhǔn)備裝掛間和烘箱間，中間過程上掛具工位和吹干工位合并在生產(chǎn)線上解決，采用整體式生產(chǎn)線，電鍍用槽不再散放，整齊美觀。設(shè)整流電源間，整流電源相對集中布置在無腐蝕氣體侵入的專用房間，有利于延長直流電源設(shè)備的使用壽命，并可選用價格較低，體積較小，維護較方便的空氣冷卻電源。

3 生產(chǎn)工藝改進

清潔生產(chǎn)強調(diào)從源頭減少污染，而電鍍生產(chǎn)的源頭就是工藝方法。我國電鍍工作者進行了大量研究工作，已有不少行之有效的電鍍新工藝、新技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)。如鍍前處理及化學(xué)處理工藝中的中溫和常溫除油、無黃煙鋁件和銅件化學(xué)拋光、鋼件中溫和常溫磷化、鋼件常溫氧化及鋁件常溫陽極氧化等［3］。

航空、航天等行業(yè)新建表面處理廠房基本采用低毒、低濃度及低能耗工藝，部分生產(chǎn)工藝由于軍工工藝特殊要求采用低氰工藝(其中電鍍金、銀、銅基合金及予鍍銅工藝，根據(jù)發(fā)改委40號令，暫緩淘汰)，無高污染工藝。采用氯化鉀鍍鋅工藝替代氰化鍍鋅工藝，采用鍍鋅-鎳合金替代高污染的鍍鎘工藝。工藝趨向低毒、低濃度、低能耗及少用絡(luò)合劑;淘汰重污染化學(xué)品，如鉛、鎘及汞等。取消高氰鍍鋅、高Cr(Ⅵ)鈍化等高污染工藝，采用低氰電鍍工藝，同時無氰鍍鋅等清潔生產(chǎn)工藝的調(diào)研和工藝實驗已經(jīng)陸續(xù)展開。航空、航天及軍工行業(yè)應(yīng)改變傳統(tǒng)思路，通過調(diào)研和不斷實驗，積極采用先進清潔生產(chǎn)工藝，以提高表面處理行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)水平。

總之，表面處理車間將通過不斷改進設(shè)計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理及綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。

4 結(jié)果與討論

經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境帶來的負面影響已為世界所認知。許多國家因而制定了相應(yīng)的法律法規(guī)以限制或禁止有毒有害物質(zhì)的使用、強化報廢產(chǎn)品的回收利用，推行循環(huán)經(jīng)濟，減少污染物排放，并改善空氣、水資源以及土壤質(zhì)量。下一個工業(yè)革命將會是“綠色革命”，這給表面處理行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提出了更高的技術(shù)要求。

隨著人們對產(chǎn)品表面性能要求的不斷提高，表面處理行業(yè)必須不斷提高鍍層質(zhì)量及其穩(wěn)定性。更重要的是，隨著自然環(huán)境壓力和全社會環(huán)保意識的提高，電鍍企業(yè)必須以可持續(xù)發(fā)展的方式經(jīng)營和管理。新技術(shù)的不斷出現(xiàn)、現(xiàn)有技術(shù)的不斷改良將會幫助人們達到以上兩個方面的要求。因此，只要表面處理行業(yè)以技術(shù)發(fā)展作為最核心的戰(zhàn)略發(fā)展方向，同時輔以管理水平、客戶服務(wù)及員工素質(zhì)等方面的綜合提高，就能獲得廣闊的發(fā)展空間。

作為我國航空制造業(yè)主要組成的表面處理行業(yè)提出了新的和更高的要求和發(fā)展空間。航空制造業(yè)新建表面處理生產(chǎn)線，必須順應(yīng)“可持續(xù)發(fā)展”的新思路，積極響應(yīng)和貫徹國家節(jié)能減排的政策，在生產(chǎn)工藝改進方面加大力度，不斷創(chuàng)新;減少重復(fù)建設(shè)，承擔(dān)社會責(zé)任;加強管理，領(lǐng)社會之先。

［1］Oswald Igel，吳雪穎，高俊健.電鍍及表面處理工業(yè)的目標(biāo)、趨勢及遠景［J］.電鍍與涂飾，2008，28(7):1-3.

［2］HJ/T314-2006，清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 電鍍行業(yè)［S］.

［3］張允誠，胡如南，向榮，等.電鍍手冊［M］.第4版，北京:國防工業(yè)出版社，2011:941-943.

Cleaner Production Design of Surface Treatment Building

ZHUANG Hong-bo1，F(xiàn)U Ming2，MA Yu-luo2
(1.China Aviation Planning And Construction Development Co.，LTD，Beijing 100120，China;2.China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009，China)

Refer to the current status of surface treatment development at home and abroad and the new industry standard in our country，this paper introduces the new application of cleaner production during the design and construction of surface treatment building in aviation industry.It analyses the new equipments and technology of plant-scale equipments，the production environment and productive technology improvement，and puts forwards the trends of the development in surface treatment industry.

surface treatment building;cleaner production;emission standard of pollutants for electroplating;productive technology

TQ630.4

B

1001-3849(2012)09-0029-05

2012-06-12

2012-07-11