铬废水在线回收装置工艺流程及效益分析_葛保成.pdf

第 45 卷 第 3 期（总第 360 期）电 镀 与 精 饰2023 年3 月铬废水在线回收装置工艺流程及效益分析葛保成，曾莉莉*（上海太同电镀有限公司，上海 202204）摘要：为实现镀铬生产中废水污染源头治理，解决水和原材料循环利用问题，采用真空蒸发原理的铬废水在线回收装置对电镀铬废水进行处理。该装置是PLC程序控制全自动化操作的，在负压75120 kPa、温度4070 oC条件下即产生蒸发分离效果，依靠蒸汽加热方式即可获得电导率10 uS/cm的蒸馏水和含量为100400 g/L的浓缩槽液。出口端分离出的蒸馏水回用至逆流漂洗末级水洗槽，而浓缩槽液则贮存到储存罐中备用。分离回收过程中因不使用任何媒介，因而能保证蒸馏水和浓缩槽液的纯度，避免了二次污染问题。运行结果表明：该装置在同等产能工况下减少铬酐用量47%，产生效益约89万元，年节水4700 m3，年减少铬污染物产生量12 t，减少含铬污泥产生量80 t，显示出明显的经济和社会效益。关键词：铬废水；在线回收；回收利用；环境保护中图分类号：TQ153文献标识码：ATechnological process and benefit analyses of online recovery device for chromium wastewaterGe Baocheng，Zeng Lili*（Shanghai Taitong Electroplating Co.Ltd.，Shanghai 202204，China）Abstract：Aiming at the source treatment of wastewater pollution in chrome plating production and solving the problem of recycling water and raw materials，an online recovery device based on vacuum evaporation principle was used to treat chromium plating wastewater.The device adopts PLC program to control the fully automatic operation.Under the conditions of negative pressure of 75120 kPa and temperature of 4070 oC，the evaporation separation effect is produced.The distilled water with conductivity less than 10 uS/cm and the concentrated tank liquid with content of 100400 g/L can be obtained by steam heating.The distilled water separated from the outlet end is reused to the counter current rinsing final stage water washing tank，and the concentrated tank liquid is stored in the storage tank for standby.Because no medium is used in the separation and recovery process，the purity of distilled water and concentrated tank liquid can be guaranteed，and the secondary pollution problem can be avoided.The operation results show that the device can reduce the consumption of chromic anhydride by 47%under the same production capacity and achieve benefit of about￥890000 yuan annually，save water 4700 m3 annually，and annually reduce the production of chromium pollutants by 12 t and chromium containing sludge by 80 t.doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2023.03.015 收稿日期：2022-12-02 修回日期：2022-12-08 作者简介：葛保成（1987），男，大专，工程师，email： 通讯著者：曾莉莉，email：101Vol.45 No.3 Serial No.360Plating and FinishingMar.2023Keywords：chromium wastewater；online recovery；reusage；environmental protection电镀铬层由于具有硬度高、耐磨、耐热、耐腐蚀、不易变色并能使产品长期保持光泽等多项特性，使得电镀铬技术在装饰和功能性电镀技术中占据着重要位置。铬电极电位虽然很负，但它有很强的钝化性能，在大气中很快钝化，显示出贵金属的性质。由于电镀工艺操作简单，通用性强，成本优势明显，被广泛应用于机械零件、模具、汽车、能源、航空航天、燃料电池、电子电器、建筑装饰材料、场馆结构材料防腐、生活日用品等领域1-5。其中ABS塑料镀铬工艺则是近几十年来发展最快的品种，在ABS塑料表面沉积金属以使其同时具备塑料和金属的优良特性，满足了汽车、家电制造中轻量化、华丽外观、优良的绝缘性和化学稳定性要求，同时塑料电镀件的设计制造更具多样性和灵活性以及成本低廉也被广泛应用于电子工程、石油化工以及国防工程等领域6-7。随着全球豪华乘用车销量增长，从 20212027年汽车镀铬产品市场调研分析看，汽车镀铬件生产会出现持续增长，推动全球汽车镀铬市场规模扩大。但随之而来的是我国污水排放标准对污染物排放要求越来越高，导致生产企业面临环境保护的巨大负担。因含铬废水中铬化合物是以Cr6+的形式存在，其毒性比Cr3+危害大101000倍。六价铬有明显的致畸致、突变、致癌作用，也更易被人体吸收，在体内积蓄，导致肝癌。含铬废水不但对环境危害大，而且在低浓度时（1100 mg/L）处理操作费用和原材料成本过高。因此寻求处理效果好、经济性能高的处理方法一直是研究的热点，改进其处理技术，不仅可避免污染物对环境的污染，也有利于企业的可持续发展8-12。塑料镀铬工艺与金属镀铬工艺相比多出一个使用高浓度铬酸的粗化工序，粗化工序的作用是在塑料工件表面形成微孔即“锚效应”，以增加ABS塑料在金属化时增加塑料与金属镀层的结合力，为后续塑料表面金属化创造条件。因此ABS塑料电镀铬要比金属电镀铬的铬污染物产生量大一倍多，以下工艺流程对比便一目了然：塑 料 镀 铬 工 艺：ABS 除 油 粗 化（铬 酐 400 g/L）镀打底层镀铬（铬酐浓度300 g/L）一般金属镀铬工艺：金属除油酸洗镀打底层镀铬（铬酐浓度300 g/L）铬废水流量产生绝非仅在漂洗工段，镀液周期性维护所产生的含铬废水将导致铬污染物在3002000 mg/L的大范围内波动。特殊情况下甚至要先将浓铬废液贮存起来分批次慢慢处理掉。这种被动消极的末端治理给执行史上最严排放标准（总铬0.5 mg/L，六价铬0.1 mg/L）带来巨大的经济和环保压力。铬废水处理方法除了还原化学沉淀、离子交换、膜分离、电解、气浮、蒸发等方法外，近年来学者们曾在“吸附法”处理含铬废水上作了很多探索研究，采用的吸附材料有农林废弃物、改性木屑、板栗壳、樱花生物质碳、桤木锯末、改性活性炭、改性蒙脱土等自然生态物质13-20。因处于研究起步阶段，在原料供应、货源稳定、工艺和设备等问题上没有形成产业链条和成熟案例，所以对这些新涌现出来的铬废水处理技术只能抱以期待。因此从源头治理的路径之一：采用在线回收循环利用方式就成为探寻的热点，也达成了学者和业界的共识。采用最多的源头解决方案是多柱串联离子交换法15，将含铬废水中水与铬酸组分分离，水重回漂洗槽，铬酸组分贮存起来，从而可以减少铬废水排放又能使水得到回收重复利用。但它存在4个不足：（1）回收后的铬组分重新回到镀铬溶液达到规定特性指标很困难，这样它仍然是污染物需要另行处置；（2）树脂再生洗脱时需用大量硫酸，洗脱液仍是对环境产生污染的含铬废水形成二次污染；（3）回收水纯度不符合高端电镀产品水质要求；（4）投资大，使用要求高，管理复杂。这种在线回收工艺达不到铬废水完全回收的效果，节约减排效果不理想。被寄予厚望的电渗析、超滤、微滤、改性膜等膜分离技术应用研究正炙手可热21-22，这类高新水处理技术能够满足回收利用或者直排的标准，适用于浓度不高的重金属废水。研究表明，目前膜技术在实际应用环节仍然存在较多弊端，如：易受无机盐和有机物的干扰使膜通量下降严重，大水量时浓差极化、结垢、膜孔堵塞导致膜被污染，因而增加膜清洗频率，影响整体应用效果，增加使用成本。未来对膜102第 45 卷 第 3 期（总第 360 期）2023 年3 月电 镀 与 精 饰技术的关注点在于能够研发出抗污染、高通量、可规模化的新型膜组件。鉴于上述情形，本公司选用了在传统蒸发原理上创新的专利产品“铬废水在线回收装置”用于本公司塑料电镀自动线镀铬和粗化工位的铬废水在线回收。该装置采用负压低温蒸发分离技术，闭路循环，自动化程度高、性能稳定，只需蒸汽供热在负压75120 kPa、温度4070 条件下就能产生蒸发分离效果，不产生二次污染，实现了含铬废水的完全回收。经过6年与生产线同步运行的严苛考验，获得了节约减排、循环利用的成效和收益。1铬废水在线回收装置及应用2015年本公司先后引进了两套专利产品铬废水在线回收装置，在1号电镀生产线试运行，分别安装在粗化和镀铬工位。两套铬废水在线回收装置经过6年多与生产线同步运行的考验，在节约铬酐用量、降低新鲜水消耗、减少污染物排放等方面产生了超预期效果：年节约铬酐47%、节水47%（铬工位用水）、铬废水减排50%、减少污泥产生量60%。随着二号电镀生产线验收完成和投产，2021年又在2号线引进了同型号二代铬废水在线回收装置。1.1铬废水在线回收装置的工作原理铬废水在线回收装置的设计是基于蒸发原理，采用负压低温蒸发技术，实现对铬废水的蒸发浓缩分离。以蒸汽为热源，在负压75120 kPa条件下通过真空吸力把铬废水吸入蒸发器，同时输入蒸气及循环冷却水，使废水在负压下加热蒸发，并经冷凝器冷却，形成蒸馏水和浓度为100400 g/L的浓缩液，在4070 低温下实现水和浓缩液的分离。冷凝的蒸馏水进入高位储存桶后自动流入逆流漂洗末级水洗槽，代替纯水使用；而浓缩液则进入储存罐，作为镀铬槽液添加时用；如需更高浓度的浓缩液可设置多次蒸发分离。1.2铬废水在线回收装置设备特点与离子交换树脂等传统回收处理技术相比，铬废水在线回收装置具有如下特点：（1）废水完全回收废水中水与铬酸组分共处于闭路真空循环系统中，经物理过程同步实现分离，无媒介和载体参与，不会引入杂质而产生接触污染，所以分离产物保持原有的组分和纯度直接回用，达到完全回收效果。（2）不产生二次污染废水中全部组分得到回收和利用，不产生其它污染物。（3）低能耗、高效率减压降低液体沸点，提高蒸发效率，铬酸利用率95%以上。采用负压低真空方案实现在低温低功耗下运行，压缩机功率仅为 1.5 kW，运行温度为 4070，因而设备新增电耗与废水处理量减少而节约的能耗相抵。（4）自动化程度高PLC程序控制一键操作全自动化运行，具有工况参数自动调节，如故障报警、检测与自动修复