電鍍行業的清潔生產與行業發展趨勢

方戰強,溫國強 (華南師範大學化學與環境學院,廣州,510006)
作者簡介:方戰強,男,博士,現任華南師範大學化學與環境學院教授,碩士生導師、環境工程研究所所長,粵港環境與科學教育研究中心副主任,香港裘槎基金訪問學者,廣東省教育廳第五批“千百十工程”培養對象,廣東省人民政府、教育部、科技部企業科技特派員;國家清潔生產審核師,廣東省環保產業專家技術委員會專家委員,廣東省清潔生產行業專家。從2004年開始作為廣東省清潔生產審核驗收專家已驗收了幾十家企業,並指導完成了十多家電鍍企業的清潔生產審核工作。

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摘要:電鍍行業是我國經濟發展中不可缺少的行業,也是廢水排放大的行業之一。隨著國家節能減排工作的持續深入,電鍍行業面臨著許多挑戰。本文從電鍍行業的生產現狀及存在的主要問題出發,分析了電鍍行業實施清潔生產的必要性,並介紹了該行業清潔生產的主要措施及發展趨勢。

1 前言
電鍍已遍及國民經濟各個生產和科學領域中,尤其在機器製造、國防、電訊、交通、輕工、航天航空等行業已成為不可缺少的一部分。然而電鍍行業需耗用大量的水、能源及金屬等寶貴資源,同時由末端產生的有毒有害廢水、酸性氣體、危險固廢等嚴重污染環境。為了最大程度減少及消除電鍍生產給環境帶來的污染及危害,國家出臺相關政策推進清潔生產,從而提高行業的技術水準,實現電鍍行業經濟效益與環境效益的和諧統一。
2 電鍍行業的現狀與主要問題
電鍍作為重要的表面工程技術,已有兩百多年歷史。隨著科技進步,工業化程度不斷提高,如今電鍍已從一般的裝飾防護向高耐腐蝕及功能性方向發展。據有關統計,我國約有電鍍廠點15,000個,職工總人數約50萬人,具有一定規模的生產線約5,000 條,年產量約3.5~4.0億平方米,年產值約120~130億元。我國電鍍行業每年排放大量的污染物,包括含重金屬廢水4億噸,固體廢物5萬噸,酸性廢氣3,000億立方米[1]。然而我國電鍍行業總體發展水準與國外先進水準差距較大,目前我國電鍍行業主要有以下問題:
(1)生產工藝技術參差不齊,設備簡單
目前,從整體上電鍍企業仍然沒有擺脫粗放型的身影,部分電鍍企業尤其是鄉鎮小電鍍依然保持著二三十年以前的作坊式生產,頻發環境問題。落後的工藝設備已跟不上走新型工業化的需要,手工生產比重大,自動化程度較低。產品附加值較低,技術含量不高,浪費嚴重,成本居高不下導致缺乏市場競爭力。經過實地調研,在發達的珠江三角洲地區仍然存在許多自動化水準低的企業,設備極其落後,淘汰工藝仍有使用,例如氰化鍍鋅工藝仍然存在、三氯乙烯除蠟仍然存在。
(2) 小規模生產企業多而亂
由於“小電鍍”具有投資省、收益快的特點,使作坊式小規模電鍍在鄉鎮及農村大量興起。在經濟相對落後的地區,甚至經濟較發達的偏僻地區仍有部分無證企業存在,或者是廠中有廠。此類經營者大多唯利是圖、法制意識淡薄,沒有對生產所排放的廢水、廢氣、廢渣進行有效處理,給污染控制與環境管理帶來很多困難,由此使其產品成本較合法電鍍企業的低,嚴重影響電鍍行業的發展。
(3)環保治理差
電鍍行業使用大量強酸、強鹼、重金屬離子等有毒有害化學品,在工藝過程中會排放大量含高毒污染物的廢水及酸性廢氣。企業需投入大筆資金建立污水及廢氣治理設施,但部分企業為減少設施運行費用,降低成本,設施閒置、不正常運行的情況時有發生;而且企業的污水處理沿襲傳統的人工操作工藝,一般只採用簡易的處理池,沒有將第一類污染物分流治理,自動化控制程度差,跑冒滴漏嚴重,廢水不能穩定達標。更有甚者實施偷排,對環境造成巨大污染。
(4)管理水準落後
大部分企業仍為粗放型管理,沒有嚴格崗位責任制和按操作規程作業,沒有建立完整的生產記錄(包括原料、產品和廢棄物),缺乏健全的工藝管理,質量管理。

3 推行清潔生產的必要性
(1)國際方面
歐洲委員會 (EC) 在2003年初也發佈了雙綠指令WEEE和RoHS,旨在大規模減少城市廢物中存在的有毒物質。雙綠指令覆蓋了十大類電器電子產品,規定每輛汽車中六價鉻含量不得超過2克。這對傳統的鈍化技術產生直接影響,六價鉻鈍化工藝將被

淘汰。同時,歐盟市場上將禁止含有特定有害物質的產品出售及使用。以上政策整個世界產業鏈即原材料、零配件、表面處理加工、組裝及產品製造企業帶來了巨大的衝擊。受影響的不止是歐盟本身的25個國家,也包括以出口為主的發展中國家,尤其是中國[2]。因此國內的電鍍企業必須進行產業產品升級,引進先進清潔的工藝技術,採用清潔的能源,提高產品的質量,方可佔有市場一席之地。
(2)政府方面
電鍍行業以傳統的高消耗、低產出、高污染的發展模式所帶來的環境問題嚴重、令人擔憂。而傳統的末端治理不能有效地根除污染,為防止污染,必須從源頭削減、減少污染物排放。為合理利用資源,保護環境,國家先後頒佈了《中華人民共和國清潔生產促進法》及《清潔生產審核暫行辦法》,清潔生產成為各界關注的重點,各省市有關部門將高污染的電鍍行業作為開展清潔生產的重點領域之一。如廣東省環保局2007年頒佈的83號文,對電鍍企業進行了嚴格的限制,要求電鍍企業統一進入電鍍基地,在電鍍基地內的企業必須在2010年12月底完成清潔生產審核,並達到清潔生產企業水準。在基地外的電鍍企業必須推行清潔生產審核,並確保企業達到清潔生產先進企業水準,同時需要滿足其他幾項條件下才能申請原地保留。
(3)資源環境壓力方面
長期以來,我國經濟發展走的是一條資源能源高消耗、污染廢棄物高排放、先污染後治理的路子。延續現有的生產與消費模式,到2050年,我們對自然資源的需求將要兩個地球來供給。清潔生產、節能減排,不僅是建設資源節約型、環境友好型社會的迫切需要,更是未來“精細化”時代企業增強核心競爭力的重要內容。重金屬污染也成為我國環境污染的重點之一,國家環境保護部已做出規劃,十二五期間的工作重點就是重金屬污染的控制。電鍍行業是重金屬廢水外排的主要行業之一,因此可以預言,十二五期間國家對電鍍行業的 治理將會提出更高、更嚴格的要求。這些問題的解決有賴於企業全面推行清潔生產,清潔生產是電鍍行業今後的發展趨勢。
4 電鍍行業清潔生產的主要改進措施
實施清潔生產,對改進電鍍企業工藝技術,提高產品附加值,加強管理水準,減少環境污染具有重大推動作用。以下簡要介紹電鍍企業在實施清潔生產過程中的主要改進措施。
(1)自動化生產
採用自動化生產線是當今電鍍行業的主流,其能提高生產效率,減少人員誤操作等導致的跑、冒、漏、滴的情況。各級政府也對電鍍行業自動化作出不同要求,如廣東省的粵環[2007]83號文規定:專業電鍍企業實施原地保留需滿足“自動生產線的產值佔整個企業的電鍍生產總值在70%以上。”雖然自動化生產線前期投入較大,但其能大大提高生產效率,節省人力,減少浪費, 符合發展需求。
某加工高爾夫球頭的電鍍廠通過將原有的2條裝飾鉻手工線改造為1條全自動電鍍生產線,實現產品鍍種單一化,生產效率高,減少物料浪費及廢水排放。整套系統能在一年半以內回收成本。
(2)無氰、低氰工藝替代
氰化工藝因使用有毒有害物質氰化物,污染環境,並危及操作人員的身體健康,氰化鍍鋅及氰化鍍銅屬於國家《淘汰落後生產能力、工藝和產品的目錄》中的淘汰工藝。隨著技術進步,無氰電鍍日趨成熟。已有鹼性無氰鍍銅,無氰鍍鋅、鹼性鋅酸鹽鍍鋅、氯化物鍍鋅,無氰鍍金、無氰鍍銀等無氰電鍍工藝。
A.某加工高爾夫球頭的電鍍廠採用酸性預鍍鎳替代氰化鍍銅作為打底鍍層,減少有毒有害物質的使用,實現了整個車間無 氰電鍍。方案的實施節省了氰化物的使用,減少含氰廢水的治理費,回本期約3年。
B.某加工五金配件的電鍍廠採用鹼性鋅酸鹽鍍鋅替代氰化鍍鋅,實現無氰化鍍鋅,回本期約2年。
C.某加工線路板的電鍍企業原來預鍍銀處理採用的原料氰化銀鉀及氰化鉀。通過添加一種防置換劑,可減少部分氰化物的 用量。該藥劑主要是防止鍍銀液中的銀離子和銅基材發生置換反應,可提高鍍銀層的平整性和結合力。方案可減少20% 的氰化物消耗量,回本期約2年。
(3)提高廢水的有效分類及治理水平
當今部分電鍍企業沒有對廢水進行有效的分類,特別是第一類污染物需單獨分流治理。許多電鍍企業管理者把鍍槽後面的漂洗槽出口處的排水採取了分類收集,但是對於自動化水準低的生產線會產生槽外的滴漏現象,這樣就會造成沒有做到完全有效分類。因此,我們建議含氰電鍍、含鉻電鍍(鈍化)、含鎳電鍍需要在相對獨立的區間內進行,並在地面上進行必要的分隔處理, 做到有效分類收集。國家近期頒佈的《電鍍污染物排放標準》(GB 21900-2008)無論是對廢水或廢氣的污染物指標作出更進一步的要求。因此提高污染物治理水準是企業環保達標的重要前提。
(4)提高廢水的回用率,實行分質梯級回用
目前國內對電鍍行業的廢水治理及回用率有較高要求,如廣東省的粵環 [2007]83號文要求電鍍企業工業用水循環回用率達到60%以上。經多家企業實踐驗證,對廢水進行處理後回用能大大減少廢水排放,廢水中污染物的排放總量相應減少。

在清潔生產審核的過程中我們發現電鍍行業的廢水回用可以採取以下幾個辦法:

① 含鎳廢水可以做到在線回用;
② 酸性鍍銅廢水可以做到在線回用;
③ 前處理廢水(如除油廢水)需要進行單獨處理,可以採取催化+生化的處理技術,並進行一定的深度處理可以做到回用於前 處理工序;
④ 達標排放的尾水可以採取膜處理技術進行深度處理,一部分做到中水回用的要求,一部分可以做到回用於電鍍工序中。採取 以上幾個環節的整改後,電鍍企業均能做到60%以上的水回用。
某加工螺絲刀的電鍍廠採用RO膜(反滲透膜)技術對處理後的廢水進行回用。該技術主要為處理後的廢水經過微濾設備去除廢水中的顆粒、有機物等雜質,然後進入反滲透膜系統,通過泵提供壓力進行分離,產生的透析液可作為車間的漂洗用水。經實施,企業每年可回用60%的電鍍廢水,雖然方案的效益不明顯,但其是達到相關環保要求的前提,因此企業積極性大。
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(5)廢棄物回收利用和循環使用
電鍍行業主要進行有價金屬的電鍍,如金、銀、鎳、銅、鉻、鋅等,這些金屬或金屬鹽均是有一定價值的資源,可以採取相應的處理技術做到資源的回用和循環利用。某加工高爾夫球頭的電鍍廠採用RO膜技術對鍍鎳廢水進行深度處理並回用鎳金屬,通過實施可節約98%以上的鎳金屬和水資源,減少了對環境的污染,方案在2年內即可回收成本。
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(6)廢氣的有效收集及治理
電鍍生產過程中產生的酸霧,鍍鉻或鈍化過程中產生的鉻霧如直排會污染空氣,容易造成污染事故。對其進行有效收集及處理,既可改善車間工作環境,保證外排廢氣達標,又可回收鉻霧中的鉻直接用於生產。對於電鍍企業的廢氣處理方面,多數企業未給與足夠的重視,因此,我們建議各企業務必在廢氣有效收集和治理方面投入一定的資金給與重視。
某加工螺絲刀的電鍍廠採用網格回收鉻霧裝置,可回收鉻霧中98%的鉻。方案雖然經濟效益不明顯,但能改善車間生產環境,使外排廢氣達到相關環保要求,因此企業積極性大。
(7)採用清潔能源
目前,各地正逐步淘汰燃煤小鍋爐,提倡採用污染物排放少的能源,如天然氣替代煤和柴油,太陽能和熱泵聯用技術。目前,太陽能技術、熱泵技術已非常成熟,而電鍍行業鍍槽中液體的溫度一般維持在50~70℃之間,採用太陽能和熱泵技術是完全可以滿足電鍍行業用熱的需求。
(8)提高管理水平
通過環境管理體系認證為清潔生產提供制度保障。ISO14001與清潔生產互為工具。ISO14001偏重于通過建立職責、明確管理要求、程式來完善企業的環境管理。除守法的要求外,對於企業的環境績效並沒有提出絕對的要求;清潔生產強調通過對生產過程產水污環節進行系統評估,提出和實施減污方案,從而尋求環境績效的改善。因此ISO14001需要通過清潔生產這個工具來尋求環境績效的改善;清潔生產需要有管理制度的保障,使其常態化。
建立嚴格崗位責任制及操作規程,建立完整的生產記錄,通過完善現代化企業制度,運用科學的管理方法提高管理水平,減少不必要的浪費。
5 行業的發展趨勢
隨著產品品質要求的提高,電鍍技術亦不斷改進。
(1)塑料直接電鍍技術
傳統的塑料電鍍工藝是先用化學沉鎳(沉銅)的方法在工件表面沉積導電層,然後再在導電層上進行電鍍。直接電鍍工藝則省略了化學鍍鎳工序,根除了產生的污染,將流程總時間縮短了30%,且電鍍過程中無須更換掛具,從而使電鍍質量更穩定,產能大大提高。更重要的是此工藝棄用了傳統化學鍍銅時使用的有毒物質甲醛,從而更有利於環保和清潔生產。
(2)三價鉻替代六價鉻技術
三價鉻鈍化、三價鉻電鍍工藝,它們不使用鉻酸[3],從根本上消除了六價鉻對環境的污染,並能在末端廢水處理中減少還原工序,簡化了治理的工藝流程,降低了治理成本。
(3)無鉛無氟可焊性電鍍工藝
可焊性錫鉛鍍層長期以來鍍液採用以氟硼酸鹽、烷基磺酸鹽體系。由於鉛和氟對環境的污染,人們研究開發了無鉛無氟的可焊性電鍍工藝。純錫、錫鉍、錫銀和錫銅鍍層是較好的可焊性錫鉛替代鍍層[4],其相應電鍍工藝無氟無鉛,保護了環境。
(4)微生物降解除油技術
該技術是生物化學與電化學相結合的新技術,原理是利用自然界存在的微生物把被乳化的油污降解為CO2和H2O,微生物可在此除油系統中再生[5]。具有耗能低,操作簡便等優點,適合於絕大多數金屬基材處理槽的要求。
6 結語
清潔生產對企業進行生產全過程評價、污染預防機會識別、清潔生產方案評估的綜合分析活動過程。電鍍企業要可持續發展離不開清潔生產。提高工藝技術水平,增加產品附加值,加強管理,最大限度減少和消除電鍍生產給環境帶來的污染及危害,真正實現經濟效益與環境效益的和諧統一。
參考文獻:

[1] 樊景星.中國電鍍行業環境保護的現狀與可持續發展[R].北京電鍍協會,2006.

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[3] 俞逸彪. 電鍍行業清潔生產[B].電鍍與環保,2005,1:19-21.

[4] 羅 維.無鉛可焊性錫基鍍層的研究與發展[J].電鍍與環保,2004,24 (5):4.

[5] 邢文長.中國電鍍與清潔生產前沿技術[J].表面處理通訓,2006,32:27-31.