典型電鍍生產(chǎn)線水平衡測試及節(jié)水潛力分析

徐建國*，林灝力，陳曉屏

（佛山弘禹環(huán)?？萍加邢薰?，廣東 佛山 528000）

電鍍生產(chǎn)過程需要消耗大量新鮮水，同時產(chǎn)生含重金屬離子等有毒有害物質(zhì)的廢水。據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)廢水排放量達(dá)1.97 × 1010m3/a，僅電鍍廢水排放量就有4.0 × 109m3/a[1]，占全國工業(yè)廢水排放量的20%，對周邊水域及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。減少電鍍廢水的排放是改善環(huán)境的重要措施之一。

目前大多數(shù)電鍍企業(yè)不重視用水管理及節(jié)水工作，缺乏有效的用水計量，生產(chǎn)線用水控制多數(shù)以經(jīng)驗(yàn)判斷為主，受各種因素的影響較大。尤其在開展清潔生產(chǎn)審核過程中，如果沒有深入展開水平衡測試分析，就很難準(zhǔn)確判斷企業(yè)用水水平。

為真實(shí)了解電鍍生產(chǎn)線各段的用水情況，評估用水水平，提出節(jié)水措施，需要對電鍍線各槽的用水量進(jìn)行實(shí)測。本文根據(jù)工作實(shí)際，按GB/T 12452–2008《企業(yè)水平衡測試通則》對一條自動掛鍍線進(jìn)行水平衡實(shí)測，并依據(jù)GB/T 7119–2006《節(jié)水型企業(yè)評價導(dǎo)則》、HJ/T 314–2006《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 電鍍行業(yè)》和《電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系(試行)》對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計和分析。

1 測試對象分析

1.1 基本情況介紹

本次水平衡測試選取了一條環(huán)形自動線作為測試對象，其平面布置及用水計量情況見圖1。該電鍍線的鍍種包括鍍銅、鍍鎳和鉻鈍化，生產(chǎn)線用水主要包括自來水、純水、熱水和在線回收水(鎳回收產(chǎn)生的純水)，各類水使用情況及特點(diǎn)如下。

(1)自來水：用于前處理清洗及線上鍍件清洗。

(2)純水：用于成品終洗及配藥，以前者為主。

(3)熱水：用于鍍槽加熱，循環(huán)利用。

(4)在線回收水：用于成品一級清洗。

從該生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝比較傳統(tǒng)，代表性較強(qiáng)。根據(jù)測試的要求，在主要新鮮水用水點(diǎn)都安裝了水表，完善了用水計量。

1.2 測試項目

本次水平衡測試范圍為該生產(chǎn)線上用于生產(chǎn)的自來水、純水和回用水。熱水由于被循環(huán)利用，損耗量少，且本次測試時間較短，因此沒有納入測試范圍，水平衡輸入輸出如圖2 所示。

本次測試主要分析和計算如下參數(shù)：

(1)電鍍面積──指在一定期間內(nèi)，鍍件鍍層面積和進(jìn)入鍍液但無鍍層的面積。

(2)新鮮水用量──指在一定期間內(nèi)，生產(chǎn)過程中涉及電鍍和相關(guān)前、后處理消耗的新鮮水量。

(3)串級水量──指在一定期間內(nèi)，經(jīng)某系統(tǒng)利用后，無需處理或經(jīng)處理后，被其他系統(tǒng)再次利用的水。在電鍍企業(yè)中，串級用水一般包括2 種，一種是逆流漂洗中的串級用水，另一種是某類清洗水串級至另一類清洗的用水。

圖1 環(huán)形自動電鍍線供水及計量示意圖Figure 1 Schematic diagram of water supply and metering of automatic circular electroplating line

(4)循環(huán)水量──指在一定期間內(nèi)，經(jīng)某系統(tǒng)利用后，無需處理或經(jīng)處理后，被本系統(tǒng)再次利用的水。在電鍍企業(yè)中，循環(huán)用水一般包括在線循環(huán)水(如銅、鎳、鉻在線回收系統(tǒng)循環(huán)水，回用于鍍槽的回收槽液)、末端處理出水回用水等。

圖2 水平衡基本示意圖Figure 2 Basic schematic diagram of water balance

(5)重復(fù)利用水量──指在一定期間內(nèi)，在確定用水單元或系統(tǒng)內(nèi)使用的所有未經(jīng)處理和經(jīng)處理后重復(fù)使用的水量總和，即循環(huán)水量和串級水量的總和。

(6)中水回用量──指在一定期間內(nèi)，經(jīng)電鍍及相關(guān)前、后處理工序利用后，經(jīng)適當(dāng)處理，達(dá)到一定的水質(zhì)指標(biāo)，回用至電鍍及相關(guān)前、后處理工序的水?；赜盟堪ㄔ诰€回用水量和末端處理出水回用水量。

(7)漏失水量──指一定期間內(nèi)，企業(yè)供水及用水管網(wǎng)和用水設(shè)備漏失的水量。

2 水平衡測試

2.1 測試方法的確定

根據(jù)生產(chǎn)線用水及計量情況，確定本次水平衡測試采用水表計量法和容積法。水表計量法適用于有安裝水表的用水點(diǎn)，例如總新水量、前處理清洗用水。容積法適用于間歇性用水、用水量較少的用水點(diǎn)，例如鎳在線回收用水，計量時要用到量杯、水桶、秒表、卷尺等工具。

2.2 現(xiàn)場測試

2.2.1 管道泄漏情況測試

在正式開展水平衡測試的前一天，利用晚班不生產(chǎn)的時間段對該生產(chǎn)線管道泄漏情況進(jìn)行測試，測試步驟包括：

(1)先關(guān)閉進(jìn)水總閥門，然后關(guān)閉各設(shè)備進(jìn)水口閥門，車間各用水設(shè)備全部停止工作。

(2)檢查車間供水系統(tǒng)是否有明顯漏水現(xiàn)象。

(3)做好以上工作后，分別在第一天晚上6 點(diǎn)和第二天早上7 點(diǎn)依次讀取總表讀數(shù)和各分表讀數(shù)，并記錄。根據(jù)測試結(jié)果統(tǒng)計出該時段漏失水量見表1。

表1 漏失水量測試結(jié)果Table 1 Test results of water leakage

從表1 可以看出，總表用水記錄為0.617 0 m3，分表用水記錄為0.059 1 m3，可見車間存在漏水現(xiàn)象，且主要體現(xiàn)為主供水管道有水泄漏，但是泄漏量總體較小，通過檢查后對漏水點(diǎn)進(jìn)行了整改。

2.2.2 用水量測試

2.2.2.1 鍍件介紹

根據(jù)生產(chǎn)情況，選擇某平板狀的產(chǎn)品為實(shí)測對象，該產(chǎn)品采用了典型的電鍍銅、鎳、鉻工藝，其流程為：

前處理─清洗─陽極電解除油─陰極電解除油─三級逆流水洗─酸活化─二級逆流水洗─堿洗─堿性氰化鍍銅─清洗─酸活化─清洗─鍍光鎳─鍍啞鎳─二級逆流回收─鍍鉻─二級逆流清洗─清洗─質(zhì)檢。其中前處理除油及其清洗在線外進(jìn)行，屬于手動操作。

實(shí)測周期內(nèi)沒有進(jìn)行翻槽，不合格品(合格率94.28%)沒有進(jìn)行退鍍與返鍍。

2.2.2.2 用水量測試

根據(jù)該產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃安排，公司技術(shù)人員按照測試要求和規(guī)定的測試方法分別對鍍前、鍍中、鍍后等時段的用水量進(jìn)行實(shí)測，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，可以得出該批次產(chǎn)品各工序的生產(chǎn)用新水量和非生產(chǎn)用新水量，具體列于表2。從表2 可以看出，總表數(shù)據(jù)與各分表數(shù)據(jù)之和略有差距，一方面是由于跑冒滴漏，另一方面是由于抄表存在時間差。

表2 各工序新鮮水量統(tǒng)計表Table 2 Statistics of clean water consumption for each procedure

3 用水指標(biāo)分析及評價

3.1 建立水平衡圖

根據(jù)水平衡測試結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況可以繪制出該生產(chǎn)線用水平衡圖，如圖3 所示。其中，一級串級水量為二級逆流清洗用水，二級串級水量為三級逆流清洗用水。由于測試時間較短，且蒸發(fā)損耗量較少，因此熱水沒有納入計算范圍。

根據(jù)圖3 可以統(tǒng)計出各工序的用水情況，結(jié)果列于表3。再根據(jù)表3 繪制各用水工序的新鮮水消耗比例圖，見圖4。其中各工序新鮮用水比例已分?jǐn)倱p耗。

從圖4 可知，前處理清洗工序消耗的新鮮水最多。其主要原因是該工序?yàn)槭謩硬僮鳎⑶也捎靡缌髑逑础?/p>

3.2 單位面積新鮮水用量

根據(jù)測試，該批次產(chǎn)品總面積為340.8 m2，總新水量為114.215 m3(以總表計算)，單位產(chǎn)品電鍍面積新鮮水消耗量為0.335 m3/m2，達(dá)到《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 電鍍行業(yè)》(HJ/T 314–2006)三級水平(≤0.5 m3/m2)。但考慮到實(shí)際測試情況，實(shí)際取水量會比實(shí)測取水量略大。

3.3 水重復(fù)利用率

該電鍍生產(chǎn)線水重復(fù)利用包含清洗槽串級用水量和鎳在線回收水量。根據(jù)測試，串級用水總量為44.779 m3，循環(huán)水量為2.947 m3，總新水量為114.215 m3。根據(jù)GB/T 7119–2006，水重復(fù)利用率(R)為：

式中Vt指在一定計量時間內(nèi)企業(yè)的重復(fù)利用水量(m3)，Vi指在一定的計量時間內(nèi)企業(yè)的取水量(m3)。

從計算結(jié)果可以看出，水重復(fù)利用率接近國內(nèi)先進(jìn)水平(30%)。

表3 各工序用水情況Table 3 Water consumption of each procedure

3.4 中水回用率

由于該企業(yè)污水處理系統(tǒng)沒有中水回用設(shè)施，因此電鍍線沒有使用末端治理后的回用水，中水回用率僅能計算鎳在線回收回用水量，即2.947m3，因此中水回用率R中為：

式中Vw指在一定的計量時間內(nèi)企業(yè)回用的中水量(m3)。

圖4 各工序新鮮水用量分布圖Figure 4 Distribution map of clean water consumption for each procedure

廣東省環(huán)保廳下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)<關(guān)于進(jìn)一步加快我省電鍍行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃統(tǒng)一定點(diǎn)基地建設(shè)工作的實(shí)施意見的補(bǔ)充規(guī)定(試行)>的通知》(粵環(huán)[2007]83 號)規(guī)定，涉及在原地保留或改造的企業(yè)，工業(yè)用水循環(huán)回用率(中水回用率)需在60%以上。與之相比，該企業(yè)的差距非常大。

4 存在的問題及節(jié)水建議

4.1 存在的問題

(1)存在一定的跑冒滴漏現(xiàn)象，員工節(jié)水意識不強(qiáng)，停鍍后沒有及時關(guān)閉進(jìn)水閥門，增加了非生產(chǎn)用水。

(2)前處理除油和清洗均為手動操作，且采用溢流清洗，造成新鮮水大量浪費(fèi)。

(3)線上存在單槽清洗方式，不利于節(jié)水。

(4)僅安裝了鎳回收裝置，沒有其他中水回用措施，造成中水回用率較低。

(5)鍍件帶出液沒有采取更有效的控制措施，增加了清洗水耗損。

(6)沒有制定用水考核制度。

4.2 節(jié)水建議

4.2.1 減少帶出液

帶出液量是衡量工藝清潔生產(chǎn)水平先進(jìn)性的重要指標(biāo)之一，帶出液多不僅造成原材料浪費(fèi)，也增大了污染物的產(chǎn)生量。減少帶出液的方法包括延長停留時間、利用壓縮空氣吹除、輕微振動掛件等。

4.2.2 減少非生產(chǎn)水耗

實(shí)測數(shù)據(jù)顯示非生產(chǎn)用水量約占總新水量的1%(實(shí)際情況應(yīng)該還要高)，非生產(chǎn)用水主要為車間場地和設(shè)備的清洗，以及非上鍍時段各清洗槽用水量。對于非生產(chǎn)用水，應(yīng)該制定控制措施，場地清洗用水盡量使用回用水，停鍍時及時關(guān)閉進(jìn)水閥門，盡量減少非上鍍時段的新鮮水消耗。

4.2.3 減少跑冒滴漏

跑冒滴漏是很多電鍍企業(yè)的“通病”，一方面是企業(yè)不重視對設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，另一方面是企業(yè)缺乏對跑冒滴漏的認(rèn)識，認(rèn)為是一種正?，F(xiàn)象，不出現(xiàn)才不正常。事實(shí)上，跑冒滴漏不僅浪費(fèi)了資源，提高了生產(chǎn)成本，而且增大了污染物產(chǎn)生量。清潔生產(chǎn)應(yīng)該對跑冒滴漏實(shí)施“零容忍”的態(tài)度，最不應(yīng)該出現(xiàn)的就是跑冒滴漏，因?yàn)檫@是企業(yè)最沒有必要的非效益產(chǎn)出。

4.2.4 實(shí)施中水回用，提高中水回用率

中水回用是電鍍企業(yè)最重要的節(jié)水措施之一。超濾–反滲透是目前電鍍企業(yè)中水回用較常見的工藝。在開展中水回用工作時應(yīng)充分考慮以下幾點(diǎn)：

(1)確保中水系統(tǒng)進(jìn)水各污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，保障進(jìn)水的安全性。

(2)中水回用應(yīng)該因地制宜，根據(jù)廢水種類和各用水點(diǎn)對水質(zhì)的要求不同，確定一套以上的中水回用方案，例如含鎳廢水、含銅廢水單獨(dú)處理后再回用。

(3)在工藝選擇時應(yīng)充分保障處理工藝的安全性，確保對電鍍工藝沒有影響。

4.2.5 采用節(jié)水清洗技術(shù)

電鍍生產(chǎn)線上用水主要為清洗用水，因此如何減少清洗用水也是重要的節(jié)水措施之一。常見的節(jié)水清洗技術(shù)有逆流清洗、噴淋清洗、清洗液回收等。

4.2.6 制定用水考核制度

改善管理也是節(jié)水工作的重要手段，電鍍企業(yè)應(yīng)該將水耗作為生產(chǎn)考核指標(biāo)之一，制定一定的激勵措施來鼓勵車間節(jié)約用水。

5 總結(jié)

在開展清潔生產(chǎn)審核的過程中，水平衡測試是重點(diǎn)工作之一，由于計量等因素的影響，很難獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。雖然本次測試時間較短，也存在一定的不足，但有以下收獲：

(1)基本可以掌握該電鍍生產(chǎn)線用水情況，繼而進(jìn)行客觀評價，較為準(zhǔn)確地判定該車間用水水平。

(2)測試所得數(shù)據(jù)一方面對企業(yè)加強(qiáng)用水管理和開展節(jié)水工作提供了依據(jù)；另一方面，對企業(yè)進(jìn)行污水處理系統(tǒng)改造以及開展中水回用提供了依據(jù)。

(3)可以為今后在電鍍企業(yè)深入開展水平衡工作提供借鑒。

水量測試只是水平衡測試的一部分，有條件的電鍍企業(yè)還可以開展“三維”水平衡測試，即水量、水溫和水質(zhì)的測試，這對電鍍企業(yè)節(jié)水、節(jié)約原材料、資源回收具有更大的指導(dǎo)意義。

[1]黃瑞光.21 世紀(jì)電鍍廢水治理的發(fā)展趨勢[J].電鍍與精飾,2000,22 (3):1-2.