張路路*，王剛

（廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 廣州 510045）

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【環(huán)境保護(hù)】

電鍍清洗過(guò)程中的節(jié)水技術(shù)

張路路*，王剛

（廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 廣州 510045）

介紹了逆流漂洗、噴淋清洗、空氣攪拌強(qiáng)化清洗、電導(dǎo)控水技術(shù)、廢水槽邊回用技術(shù)等主要的電鍍清洗方式和節(jié)水技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用技巧，為電鍍企業(yè)實(shí)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(guān)鍵，清洗質(zhì)量對(duì)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(guò)量的清洗水，不但造成水資源的浪費(fèi)，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(yùn)用高效的節(jié)水工藝和技術(shù)至關(guān)重要。本文介紹了電鍍傳統(tǒng)清洗方式與新型節(jié)水技術(shù)的研究進(jìn)展，并結(jié)合筆者自身為電鍍企業(yè)開(kāi)展清潔生產(chǎn)審核的經(jīng)驗(yàn)，提出一些應(yīng)用技巧與建議，以為電鍍企業(yè)實(shí)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(dòng)方向與鍍件移動(dòng)方向相反的一種清洗方式，該方式由多級(jí)清洗槽串聯(lián)組成，由末級(jí)清洗槽內(nèi)進(jìn)水，首級(jí)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(jí)清洗槽為連續(xù)進(jìn)水，各清洗槽間通過(guò)重力作用進(jìn)行換水，直至第一級(jí)清洗槽后連續(xù)排放；第二類是間歇逆流漂洗，即首級(jí)清洗槽周期性排水，補(bǔ)充水由后槽向前逐級(jí)推進(jìn)，至末級(jí)清洗槽補(bǔ)充新鮮水，也稱清洗廢水全翻槽方法。一般來(lái)說(shuō)，三級(jí)連續(xù)逆流清洗比直流清洗節(jié)水約66%，間歇補(bǔ)水逆流清洗又比同級(jí)的連續(xù)逆流清洗節(jié)水約45%［1］。當(dāng)前逆流漂洗的應(yīng)用已較為廣泛，已成為電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)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(chē)間，而間歇逆流漂洗適用于間歇、小批量生產(chǎn)的電鍍車(chē)間。從節(jié)水和回收的角度來(lái)說(shuō)，間歇逆流漂洗較為合理，其技術(shù)關(guān)鍵在于控制好翻槽周期［2］，并嚴(yán)格控制鍍液帶出量。逆流漂洗槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須合理，采用“聯(lián)體型”內(nèi)隔若干水洗槽的設(shè)計(jì)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(qiáng)化清洗等聯(lián)合手段，清洗效果和節(jié)水效果會(huì)更加明顯。

1. 2 噴淋清洗

噴淋清洗是當(dāng)前電鍍企業(yè)較常用的清洗方式，一般應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線，與逆流清洗槽聯(lián)用。噴淋清洗利用水的噴射動(dòng)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(dāng)于外加0.5 ～ 1.0個(gè)逆流清洗槽［1］。噴頭的位置有兩種，一種是布置在第一級(jí)清洗槽兩側(cè)或一側(cè)位置，另一種則是布置在末級(jí)清洗槽處。前種方式大幅減輕了后續(xù)清洗槽的清洗負(fù)荷，可降低連續(xù)逆流清洗的供水流量，或者延長(zhǎng)周期性逆流清洗的補(bǔ)水周期；后種方式可大幅減少雜質(zhì)離子進(jìn)入后續(xù)的工藝鍍槽，尤其是采用去離子水進(jìn)行噴淋清洗，可滿足高清洗質(zhì)量要求的工況。噴淋清洗對(duì)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(diǎn)，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(jiàn)問(wèn)題也經(jīng)常影響到噴淋效果。

關(guān)耀昌［3］在逆流清洗的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了高壓水刀噴洗裝置，其中控制高壓水刀開(kāi)關(guān)的電磁閥統(tǒng)一由PLC（可編程邏輯控制器）調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)僅在末端清洗槽鍍件提升時(shí)進(jìn)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(diǎn)，能夠大大提升產(chǎn)品質(zhì)量。周永璋等人［5］申請(qǐng)了一種電鍍噴淋清洗液回收循環(huán)利用的專利，將多級(jí)噴淋循環(huán)清洗系統(tǒng)串聯(lián)，每級(jí)系統(tǒng)均對(duì)應(yīng)有漂洗液回收系統(tǒng)，且在每級(jí)循環(huán)清洗系統(tǒng)之間設(shè)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(yīng)用技巧上，建議企業(yè)將噴淋清洗開(kāi)關(guān)與生產(chǎn)線自動(dòng)化控制進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)行間歇式自動(dòng)噴淋清洗，即當(dāng)清洗工件進(jìn)入或離開(kāi)清洗槽，進(jìn)入噴頭噴淋范圍時(shí)，再進(jìn)行自動(dòng)噴淋，其他時(shí)間關(guān)閉，可起到更加有效的節(jié)水效果。其次，設(shè)計(jì)噴頭的安裝位置應(yīng)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(diǎn)，及時(shí)調(diào)整噴頭的高度、角度和方向。另外，可嘗試采用更加先進(jìn)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?jī)H在0.5 L/min以下，節(jié)水效果非常顯著。

1. 3 空氣攪拌強(qiáng)化清洗

在清洗槽實(shí)施空氣攪拌強(qiáng)化清洗是當(dāng)前一種較常見(jiàn)的輔助強(qiáng)化清洗方式?？諝鈹嚢枘軌蚣涌烨逑此阱兗?chē)牧鲃?dòng)，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(qiáng)化清洗效果?？諝鈹嚢枨逑磳?duì)較復(fù)雜的鍍件（尤其是有盲孔的工件）特別有利，因?yàn)樵摲椒軌蚴骨逑此杆龠M(jìn)入鍍件的凹洼和死角部位進(jìn)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(lán)白鈍前的清洗，也非常適合空氣攪拌強(qiáng)化清洗［6］。升溫?cái)嚢枨逑茨軌蜻M(jìn)一步提高清洗效率，因?yàn)榍逑此疁囟鹊奶岣哂兄诮档湾円赫硿禂?shù)和清洗水黏度，但能耗會(huì)相應(yīng)增加。

應(yīng)用空氣攪拌時(shí)，空氣源應(yīng)使用無(wú)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(shí)，各槽宜設(shè)有獨(dú)立的閥門(mén)以便于調(diào)整供氣量。另外應(yīng)注意不同批次的鍍件可能對(duì)攪拌強(qiáng)度的要求不同，有的不宜過(guò)高，否則容易導(dǎo)致鍍件脫落。

2　新型節(jié)水技術(shù)

2. 1 電導(dǎo)控水技術(shù)

電導(dǎo)控水技術(shù)是通過(guò)電鍍清洗水的電導(dǎo)率變化來(lái)控制清洗供水的一種節(jié)水方法。此技術(shù)由控制器、電導(dǎo)率傳感器（設(shè)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(jiàn)圖1。根據(jù)電鍍清洗水的污染程度與其電導(dǎo)率正相關(guān)的原理，通過(guò)電導(dǎo)率傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控清洗槽內(nèi)清洗水的“清”、“臟”程度，做到“有的放水”：當(dāng)清洗水“臟”到最大電導(dǎo)率允許值，開(kāi)通供水端的電磁水閥，供給新鮮水；當(dāng)水“清”到一定程度時(shí)電導(dǎo)率下降，電磁閥又自動(dòng)關(guān)斷，停止供水。此技術(shù)將清洗槽長(zhǎng)流水變?yōu)槎虝r(shí)間歇供水，極大地提高了清洗用水效率，并杜絕了手工開(kāi)水的隨意性及可能出現(xiàn)的長(zhǎng)流水現(xiàn)象，可節(jié)水30% ～ 80%，效果顯著。

圖1　電導(dǎo)控水技術(shù)的工作原理Figure 1 Working principle of water supply technique by controlling the conductivity

根據(jù)美國(guó)國(guó)家金屬表面處理資源中心（NMFRC）調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)約有16%的金屬表面處理廠家使用電導(dǎo)儀對(duì)漂洗用水進(jìn)行監(jiān)控［7］。在國(guó)內(nèi)，我國(guó)電鍍專家袁詩(shī)璞早在 1986年就對(duì)電導(dǎo)控水技術(shù)提出了構(gòu)想，并申報(bào)了相關(guān)專利［8］，之后又陸續(xù)開(kāi)展研究、設(shè)計(jì)［9-10］，最終在2011年推出國(guó)內(nèi)首款批量化生產(chǎn)的WDD-2型電導(dǎo)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(jià)格方面均具備一定優(yōu)勢(shì)，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(wú)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(dǎo)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(yīng)用。費(fèi)桂芝等人［12］申請(qǐng)了“電鍍線節(jié)水減排自控系統(tǒng)”專利，該系統(tǒng)中設(shè)置了一套電導(dǎo)自控節(jié)水裝置，該裝置在電導(dǎo)電極與清洗池之間設(shè)置了循環(huán)磁力泵，通過(guò)循環(huán)過(guò)濾來(lái)保證電極對(duì)清洗水電導(dǎo)率測(cè)量的準(zhǔn)確性。需要指出的是，電導(dǎo)率傳感器除傳統(tǒng)的電極形式外，還有一種電磁感應(yīng)式（又稱無(wú)極式、非接觸式）電極，它被惰性材料包裹，不與被測(cè)液體直接接觸，因此具有極強(qiáng)的抗污染能力與耐腐蝕性，不存在電極極化、電容效應(yīng)，維護(hù)更為方便，目前在國(guó)外的電導(dǎo)控水設(shè)備中已有所應(yīng)用。

在電導(dǎo)控水器的應(yīng)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(dǎo)率的關(guān)系，給出了一般電鍍過(guò)程中最后漂洗水的電導(dǎo)率要求。他認(rèn)為，最后漂洗水槽的質(zhì)素的少許差異，足可導(dǎo)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(diǎn)設(shè)置在倒數(shù)第二個(gè)清洗槽上更為合適。另外，電導(dǎo)率傳感器應(yīng)定期維護(hù)、校準(zhǔn)，以避免因儀器測(cè)量精準(zhǔn)度的下降而影響控水效果。

2. 2 廢水槽邊回用技術(shù)

近年來(lái)，在逆流漂洗的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的逆流清洗閉路循環(huán)工藝逐漸受到關(guān)注，也稱清洗廢水槽邊回收技術(shù)［13］。該技術(shù)是在逆流漂洗的基礎(chǔ)上，通過(guò)離子交換、膜分離等方法對(duì)清洗廢水中的重金屬進(jìn)行分離，得出的清水回用于末級(jí)漂洗槽循環(huán)使用，含重金屬的濃液進(jìn)行回收處置或作進(jìn)一步濃縮后補(bǔ)回鍍槽，從而能夠最大限度地節(jié)約用水，實(shí)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(mén)市某電鍍廠對(duì)其鍍鉻槽后設(shè)置了“一級(jí)回收→三級(jí)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(jí)漂洗槽流出的含鉻廢水通過(guò)離子交換設(shè)備后，清水回用于末級(jí)漂洗槽循環(huán)使用，濃液則與回收槽的回收液一起進(jìn)入蒸發(fā)濃縮設(shè)備進(jìn)一步濃縮，最終濃縮液的鉻酸酐含量可達(dá)250 g/L以上，回用于鍍鉻槽或粗化槽。本工藝與原先的三級(jí)逆流漂洗相比，可節(jié)水90%以上，也使重金屬鉻的回收率達(dá)到90%以上，環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益均較為顯著。楊欣［14］在某航空工業(yè)集團(tuán)熱表廠鍍瓦特鎳生產(chǎn)線上開(kāi)發(fā)了一套電鍍漂洗廢水線內(nèi)循環(huán)集成設(shè)備，通過(guò)反滲透技術(shù)對(duì)鍍鎳后的漂洗廢水進(jìn)行分離、濃縮，優(yōu)化了配套 PLC，可自動(dòng)檢測(cè)清洗槽內(nèi)水質(zhì)，控制所產(chǎn)清水質(zhì)量與補(bǔ)給水量，并解決了膜組件產(chǎn)水濃度隨進(jìn)水濃度升高的問(wèn)題。丁少華等人［15］、關(guān)兵等人［16］和王勁松等人［17］也都采用類似方法設(shè)計(jì)了漂洗水在線回用裝置，并申請(qǐng)了相關(guān)專利。

清洗水的閉路循環(huán)工藝會(huì)不可避免地產(chǎn)生鍍液中雜質(zhì)積累的問(wèn)題。應(yīng)注意強(qiáng)化電鍍工藝管理，嚴(yán)把雜質(zhì)帶入鍍液關(guān)，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(shù)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(guān)鍵。主要做法有：科學(xué)設(shè)置掛具結(jié)構(gòu)與鍍件吊掛方式，鍍件緩慢出槽或出槽后增加停留時(shí)間（宜空停3 ～ 5 s），鍍件出槽后設(shè)抖動(dòng)裝置或吹氣裝置使帶出液流回鍍槽。

3. 2 設(shè)置回收槽

在清洗槽前設(shè)置一級(jí)或多級(jí)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(duì)于金屬價(jià)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(gè)回收槽 + 間歇式三級(jí)逆流漂洗的清洗方式，用去離子水進(jìn)行回收清洗和逆流漂洗，并配合定期翻槽等措施，可實(shí)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(dāng)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(wèn)題，可在鍍槽旁邊設(shè)置輔助槽，通過(guò)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(jí)使用

在使用上述清洗方法的基礎(chǔ)上，可進(jìn)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(jí)回用至前處理粗化后的清洗，或?qū)⒉糠帜┘?jí)逆流清洗水串級(jí)回用至逆流清洗前的噴淋清洗等。

4　總結(jié)與展望

在當(dāng)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(chǔ)上輔以合適的噴淋清洗和空氣攪拌清洗，則能夠達(dá)到更優(yōu)的清洗效率和節(jié)水效果。電導(dǎo)控水技術(shù)通過(guò)監(jiān)控清洗水的“清”、“臟”程度來(lái)進(jìn)行精準(zhǔn)供水，浪費(fèi)水的情況可得到有效避免，是值得當(dāng)前企業(yè)重視與推廣的清潔生產(chǎn)技術(shù)。廢水槽邊回用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的微排放，并實(shí)現(xiàn)重金屬的回收利用，也將成為節(jié)水技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的新方向。另外，降低鍍液帶出、設(shè)置回收槽、清洗水串級(jí)使用等方式也是實(shí)現(xiàn)節(jié)水的有效方法。

電鍍企業(yè)在開(kāi)展清潔生產(chǎn)審核的過(guò)程中，為應(yīng)對(duì)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(duì)用水的控制。2015年10月，國(guó)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系》，對(duì)電鍍企業(yè)的節(jié)水設(shè)施與用水量提出了新的要求，如水耗控制指標(biāo)已變?yōu)椤皢挝划a(chǎn)品每次清洗取水量”，且為限定性指標(biāo)，這將更加科學(xué)地引導(dǎo)企業(yè)重視電鍍清洗過(guò)程中的清洗方式和節(jié)水技術(shù)。此外，新的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也將促使企業(yè)對(duì)供水控制方面進(jìn)行思考，并做出改善，例如在每個(gè)清洗工序安裝流量計(jì)實(shí)行定額供水，或安裝電磁閥進(jìn)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(shí)所造成的浪費(fèi)）等，此方面還有待進(jìn)一步的研究。

總之，電鍍企業(yè)在開(kāi)展清潔生產(chǎn)審核的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)自身生產(chǎn)工藝的實(shí)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(shù)，多種并用，最大幅度地減少用水浪費(fèi)，提高用水效率，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排。

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［17］ 南華大學(xué)， 環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所， 南京大學(xué). 電鍍廢水銅鎳一體化循環(huán)在線回收裝置及回收方法: 201410333077.0 ［P］. 2014-10-01.

［18］ 蔡建宏. 電鍍清潔生產(chǎn)技術(shù)改造宜從何處入手［J］. 電鍍與涂飾， 2007， 26 （4）: 46-51.

［ 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(diǎn)行業(yè)污染防治與清潔生產(chǎn)政策、技術(shù)研究。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） gdhjxh@126.com。