淺談電鍍廢氣的治理

王超，王宗雄*

（寧波市電鍍行業協會，浙江 寧波 315199）

電鍍是國民經濟中較小卻必不可少的基礎工藝性行業，同時又是重污染行業，電鍍所產生的廢氣、廢水、廢渣嚴重影響人們的生活和健康。近幾年，在東南沿海和經濟較發達的內地，電鍍廠、點的數量在不斷增加，電鍍加工的范圍在不斷擴大。毫無疑問，電鍍“三廢”產生量也在增大，電鍍所在地的環境污染隨之加劇。由于電鍍生產的工藝過程需要使用大量酸、堿等有害和腐蝕原料，為了保證鍍層的結構和性能，有些工藝還須在較高溫度下進行，使其生產環境往往充滿了大量的酸霧、堿霧以及夾雜有多種有害成分的水蒸氣等，對作業人員的安全和健康造成很大威脅，并導致大氣污染[1]。在國民經濟建設中不可能沒有電鍍，但電鍍更不可能離開環境而發展。因此電鍍廠成為行業改造的重點和環保治理的焦點。如何合理有效地控制電鍍生產過程中所產生的有害氣體是目前電鍍清潔生產的重要課題之一。目前對于電鍍車間有害氣體所造成的污染問題，一般企業都是采取局部排風的方法進行控制[2-5]。本文在分析電鍍有害氣體產生特點的基礎上，提出一些抑制、治理及凈化電鍍廢氣的具體措施。

1 電鍍廢氣的種類及危害

電鍍的種類很多，除鍍鋅、鍍銅、鍍鎳、鍍鉻四大常規鍍種外，還有應用比較廣泛的鋅–鎳、鋅–鈷、鋅–鐵合金電鍍，銅–鋅、銅–錫、銅–鋅–錫仿金電鍍，鎳–鋅、鎳–錫黑色鍍層電鍍，以及為滿足部分IT 產業、電子行業某些產品的特殊需要而存在的鍍金、鍍銀、鍍錫乃至少量的稀貴金屬釕、銠、鈀、銦電鍍等。同時也會有金屬的氧化、磷化、鈍化等表面處理加工。這些工藝溶液的配方中各種添加劑、配合物讓人眼花繚亂。再加上目前還有少數鍍種在短期內還淘汰不了氰化物，因此含氰電鍍在某些特殊產品電鍍中依然(過渡性)存在。尤其是鍍前等表面處理和退鍍時酸堿用量的增大，這些最終仍不可避免在電鍍生產過程中產生大量的廢氣。這當中主要是一些金屬粉塵、酸堿廢氣、有機廢氣、鉻酸霧和各種電鍍槽液加熱而散發出的多種廢氣，包括含氨廢氣、含氰廢氣等。表1 所示為電鍍廢氣的種類及其性質和危害。

這些廢氣表現的危害性如下：

(1)對人體呼吸道(鼻腔、咽喉、氣管、支氣管、肺泡)的危害，尤以無色無味的有害氣體對人體呼吸道長期無聲無息的慢性傷害最為可怕。許多毒物可在人體的血液、骨骼和各個臟器中富集，富集過程又是漸進的、甚至是漫長的，一旦人體中富集的毒物超過了人體自身的忍耐極限，人的免疫功能就會下降，有些臟器就會發生變異，小則讓人患上慢性支氣管炎、支氣管哮喘和肺氣腫，大則讓人患上肺癌、肝癌以及一些講不清道不明的疾病和怪病。

表1 電鍍廢氣的種類、性質和危害Table 1 Properties and harms of different types of electroplating waste gas

(2)對人體眼睛和皮膚的危害。有些廢氣(如鹽酸、硝酸揮發出的廢氣和氨氣)的刺激性很強，會引發紅眼病。而鉻酸霧會引發皮炎，甚至讓局部皮膚發生潰瘍(又稱鉻瘡)而壞死以及導致鼻中隔穿孔。

(3)對廠區樹木花草的危害，尤以二氧化硫、氟化氫氣體對植物(一般植物)的危害最大。

(4)對園區內建筑物和各種設施的危害。酸、堿廢氣會導致建筑物墻面和部分設施的腐蝕、銹蝕，電鍍前處理車間內的頂棚和四周墻面被腐蝕得最為嚴重。

(5)對產品質量的危害。只要電鍍車間空氣中的飄塵多，酸、堿霧大，就會對設備的性能和電鍍溶液(被污染)帶來不利影響，從而影響產品質量。

因此，在電鍍工業園區內，廢氣的危害不僅是多方面的，而且是潛在的，必須高度重視并認真治理。

2 電鍍廢氣的處理

電鍍廢氣成分復雜，對人類的危害極大，必須采取有效措施進行處理，使廢氣達標排放。電鍍廢氣排放濃度的限值見表2。污染物排放監控位置為車間或生產設施排氣筒。排氣筒高度不低于15 m，排放含氰化氫氣體的排氣筒高度不低于25 m。排氣筒高度應比周圍200 m 半經范圍內的建筑高出5 m 以上；不能達到這一高度要求的排氣筒，排放含量應為排放限值的50%，并嚴格執行。

表2 電鍍廢氣的排放限值Table 2 Discharge limits of electroplating waste gases

2.1 從源頭減少廢氣的產生

改進生產工藝或采取有效措施，使電鍍生產達到廢氣零排放或降低廢氣逸出量，是控制電鍍廢氣的最有效辦法。如高溫改中溫，中溫改常溫，用表面活性劑除油，加強管理，防止廢氣跑、冒、漏都屬于電鍍清潔生產的范疇，都可減少廢氣的產生。

(1)電鍍前處理的堿洗除油、酸洗去銹或去氧化皮過程中，可在溶液中分別添加堿霧抑制劑和酸霧抑制劑，從而大大減少堿霧和酸霧的逸出。與此同時，還可在各電鍍槽的槽口兩側各增加一塊窄窄的、可活動的擋風板，除可遮蓋陽極掛鉤、陽極板和加熱器而使槽面顯得整潔，更能因可視槽液面積的縮小而增強槽邊的排風效果[6]，從而減少了廢氣對車間環境的污染。

(2)去除鋼鐵件上的氧化皮時，可采用噴丸工藝取代部分化學酸洗或采用無酸酸洗工藝，這樣便可在源頭上大大減少酸性廢氣的產生[7]。

(3)對于銅件，用混合酸(硫酸加硝酸)清洗或用硝酸退鍍時，可通過加入少量尿素來抑制和削減氮氧化物的產生[8]。不提倡單純用硝酸酸洗和退鍍。

對于銅及銅合金，化學拋光可用以下清潔工藝：硫酸30～45 mL/L，雙氧水200～350 mL/L，尿素2～3 g/L，聚乙二醇0.05～1.00 g/L，三氯化鐵1～2 g/L，溫度20～40°C，時間30～80 s。

鎳銅鍍層的退除可采用專用無硝酸、無氰的商業退鍍粉。

(4)鋁件常用的三酸(磷酸、硫酸、硝酸)化學拋光可改為不含硝酸的新配方，如AP-1 鋁件無黃煙化學拋光工藝：工業純磷酸(密度1.7 g/cm3)800 mL/L，工業純硫酸(密度1.84 g/cm3)200 mL/L，WXP(黃巖熒光化學廠)2 g/L；95～120°C。新配缸時加3 g/L 鋁[9]可完全根除氮氧化物的產生。

(5)在鍍鉻槽中加入少量F-53(全氟烷基醚磺酸鹽)，就可抑制鉻酸霧的產生。若鍍鉻槽中還有聚乙烯或聚氯乙烯空心塑料球漂浮在液面，則抑霧效果會更好。

總之，減少電鍍廢氣的清潔生產有很多辦法。

2.2 安裝通排風系統和廢氣凈化設備

2.2.1 通排風系統的選擇

根據通風的要求，一般劃分為局部通風和全面通風。局部排風方法分為槽側排風、頂部排風、排風框排風和封閉間排風[10]。

由于生產條件限制、有害物源不固定等原因不能采用局部通風，或者采用局部排風后室內有害物濃度仍超過衛生標準，就應采用全面通風。根據實際工藝在有害物散發點直接把有害物質捕集起來，經過凈化處理，排至室外，過程分為進風和排風。為了維持室內一定的壓力，一般采用機械通風。

電鍍廠的面積一般較大，且屬于同一生產過程，工作人員分布在整個房間中，為了維持室內一定的負壓，應采用全面通風的機械送風。而污染物源都是一些電鍍槽，工作過程中污染物會直接從電鍍槽中釋放，所以只需先對各個電鍍槽進行局部排風，再按規定分質處理，達標后排到室外。槽邊排風罩分為單側和雙側2種，槽寬(B)≤700 mm時要用單側排風，B >700 mm時應采用雙側排風，B >1 200 mm時宜采用吹吸式排風罩。排風罩的形式有平口式、條縫式和倒置式。一般電鍍廠采用條縫式排風罩為多。排風罩截面高度(H)≥250 mm 的稱為高截面，H <250 mm 的稱為低截面。

2.2.2 槽子排風量的估算

槽子排風量取決于暴露面積大小和生產現場要求。熱水槽、不通電堿槽的抽風量可以小一點，氰化物槽、酸性銅槽、鍍鉻槽的風量大一點，通電的堿槽再大一點，硝酸槽、粗化槽、混酸槽、熱鹽酸槽最大。每平方米液面的氣體逸出速率分為15、20、25、30 以及50 m3/min 幾檔[11]。抽風風速應大于氣體從槽中逸出的速率，促使廢氣有序進入抽風罩中。

為了排風均勻，減少通排風系統阻力，風道的拐彎、三通聯接要順氣流走向設計。為調節合理的風量，風道中也可以做調節風門。

2.2.3 廢氣凈化處理

2.2.3.1 酸性廢氣的凈化

酸性廢氣的凈化工藝流程為：酸性氣體─三級堿液噴淋─煙囪排放。

(1)硫酸霧氣的中和處理：一般可用質量分數為10%、pH >10 的碳酸鈉(Na2CO3)堿性溶液，對硫酸霧氣進行中和處理。

(2)鹽酸霧氣的中和處理：可用低濃度堿液(NaOH)進行中和處理。一般以2%～5%(質量分數)的氫氧化鈉溶液作吸收液。

(3)氫氟酸霧氣的中和處理：可用5%的Na2CO3和3%的NaOH 溶液混合進行中和處理。

根據選用的吸收劑和裝置種類，電鍍酸性廢氣的治理方法有噴淋式水吸收工藝、噴淋式堿液吸收工藝和噴淋填料堿液吸收工藝幾種，大致工藝流程如圖1所示。

圖1 酸性廢氣凈化工藝流程Figure 1 Process flow for purification of acid waste gas

用吸收法處理酸性廢氣，在真空泵上部設密閉罩，密閉罩上部設排風口，從而將房內產生的廢氣排出，保持房內一定負壓，排出的廢氣進入填料噴淋吸收塔[12]。

吸收塔上部噴淋堿性吸收液，有害氣體由塔體下部進入后與噴淋液呈逆向流動，廢氣由風機壓入凈化塔內的勻壓室，經過不等速迂回式的二道噴霧處理，進入凈化塔內筒處理器，廢氣穿過有填料組成的填料層，再經過二道噴霧處理，使氣液兩相充分接觸發生吸收反應，達到高效凈化之目的。經處理的廢氣再經過脫水器脫液處理，然后排入大氣。凈化后的廢氣達到排放標準。

吸收了廢氣的吸收液流入塔底循環堿液槽中，用耐腐蝕的堿液泵抽出重新送進吸收塔，如此循環往復，不斷吸收廢氣中的有害成分。被除去有害物質的廢氣經脫液器處理后，將排出氣中的液體除去，再排入大氣放空，有害氣體得到凈化，滿足排放標準的要求。該工藝凈化效率可達90%左右。

2.2.3.2 鉻霧的凈化

鍍鉻溶液的溫度多在45°C 上下，故會產生大量鉻酸霧，必須凈化排放。為此可采用“網格式鉻酸霧凈化器”回收。其工作原理是凝聚，即利用鉻酸霧在通過多層塑料網板制成的過濾網格時，因受阻而凝聚成液體，再讓凝聚的液體逐步流入回收容器中，這種凈化器的效率在98%以上。而殘余的鉻酸霧可進一步通過管道進入到“酸霧凈化塔”中得以去除。

其工藝流程為：鉻霧─收集回收─二級噴淋處理─水液分離─煙囪排放。

采用焦亞硫酸鈉法將酸霧中的六價鉻還原為三價鉻：Cr(VI)+Na2S2O5→ Na2S2O3+O2+Cr(III)。

下面介紹一種臥式微孔鉻酸回收器，具體結構見圖2。箱體由聚氯乙烯板制成?；厥掌鞯年P鍵部分是過濾器，由開有特殊形狀網孔的硬聚氯乙烯塑料板縱橫交錯地平鋪疊成，當含有鉻酸顆粒的空氣進入凈化回收器的下箱體和主箱體時，空氣流速降低，因相互碰撞而變大的液滴在重力作用下從空氣中分離出來。鉻酸廢氣經過網格時被分散而經過許多狹窄彎曲的通道，使相互間的碰撞機會增多，更容易凝聚。在吸收和重力作用下，細小的鉻酸霧滴附著在網格表面，不斷凝聚變大，從網格上降落下來。分離出來的鉻酸沿排液管流入集液箱，凈化后的氣體由排氣筒排出。

圖2 臥式微孔鉻酸回收器Figure 2 Horizontal chromic acid recoverer with micropores

2.2.3.3 氰化氫廢氣的凈化

氰化物廢氣可用1.5%(質量分數)氫氧化鈉和次氯酸鈉溶液或硫酸亞鐵溶液吸收。下面介紹一種硫酸亞鐵吸收法凈化氰化氫廢氣的工藝。氰化氫廢氣采用低阻力的高效離心凈化塔配備硫酸亞鐵溶液吸收處理，其反應與硫酸亞鐵處理含氰廢水相似，主要反應方程式為：

用含0.1%～0.7%(質量分數)硫酸亞鐵的水溶液在高效離心凈化塔中做噴淋吸收，當流速為1.5～1.8 m/s、洗滌時間為3～4 s時，凈化效率可在95%以上。圖3為氰化氫廢氣的高效離心凈化塔。

圖3 氰化氫廢氣的高效離心凈化塔Figure 3 High-performance centrifugal purification tower for hydrogen cyanide waste gas

吸收處理工藝為：含氰化物工藝產生的氰化氫廢氣經過集氣罩收集后，由離心風機抽至高效離心凈化塔，再在高效離心凈化塔內噴灑硫酸亞鐵吸收劑，除去廢氣中絕大部分的氰化氫。脫水后再經過排氣筒高空排放，高效離心凈化塔內的廢液流入循環水池內循環使用。

2.2.3.4 氮氧化物廢氣的凈化

氮氧化物(NOx)是一種毒性很大的黃煙，不經治理而通過煙囪排放到大氣中，會形成觸目的棕(紅)黃色煙霧，俗稱“黃龍”。在眾多廢氣中，治理NOx的難度最大，是污染大氣的元兇。GB 21900–2008 規定氮氧化物的排放限值為200 mg/m3。為了防范氮氧化物產生的不良后果，車間必須有較強的排風系統和可靠的凈化處理系統。

目前NOx氣體的治理方法有干法、濕法和干濕法3種。由于各廠產品不同，選擇適合實際生產的治理工藝方案和凈化設備十分重要。一般的處理工藝流程為：三級還原吸附─二級還原吸附─活性炭吸附─煙囪排放。

采用還原性堿液吸附法，將NOx還原為N2，同時將揮發的硝酸中和。

也有用8%(質量分數)的氫氧化鈉與10%(質量分數)的硫化鈉混合水溶液作吸收液，或用氫氧化鈉溶液多級噴淋后再加一級硫化鈉水溶液噴淋吸收，其吸收率在90%以上。溫馨提示：使用硫化鈉必須注意，無設備情況下不得與硝酸溶液接觸，避免毒氣危及生命！

也可采用10%(質量分數)弱酸性尿素處理：NO +NO2+(NH2)2CO → 2N2↑+CO2↑+2H2O，吸收率高達90%以上，無二次污染，但成本高。

下面主要介紹采用兩級(2 個階段)濕法廢氣凈化塔治理NOx氣體的方案，并設計了一套針對NOx瞬時爆發性濃度極高、廢氣量大，適合敞開作業的通風凈化系統裝置。主要工藝流程如圖4 所示。

圖4 NOx 廢氣凈化工藝流程Figure 4 Process flow purification of NOx waste gas

首先必須根據電鍍廠的實際情況計算出NOx廢氣的排風量，以及整個通風管道、吸風罩、凈化塔的阻力損失，選用合適的通風機。同時還應考慮風量、風壓的附加安全系數。采用強制性(離心通風機)機械抽風，使酸洗槽產生的NOx廢氣經捕集抽風罩、通風管道引入廢氣凈化塔底側沿塔內上升，吸收液在填料層或旋流(斜孔)板中均勻分布，并向下流動。塔內以氣、液傳質雙膜理論為機理，氣體與液體溶劑之間充分接觸，進行化學反應，處在劇烈的擾動狀態。依據NOx廢氣成分復雜、濃度高、難于治理的特性，在系統中設計兩個階段即兩級廢氣凈化(吸收)塔，以增加NOx與吸收液傳質過程，有充分的反應時間使NOx廢氣擴散于液相，被吸收溶解與凈化。該工藝配制催化還原劑混合吸收液，對高濃度NOx廢氣有很好的吸收率，強化了吸收過程，加快了反應速率，提高了吸收效率與凈化效果。

2.2.3.5 堿性廢氣的凈化

在電鍍中，大量的堿性廢氣一般來自化學除油以及堿性鍍種。為此可讓堿性廢氣通過管道經“堿霧凈化塔”進行治理，即在塔內用酸液噴淋將堿性廢氣中和掉。另外，也可將堿性廢氣引進“酸霧凈化塔”中與酸性廢氣同時中和而去掉(含氨廢氣的治理除外)。含氨廢氣只能單獨收集治理，因含氨廢氣與酸性廢氣中的含氯或含氟廢氣會發生化學反應，生成一種白色的氯化銨或氟化銨沉淀物，容易導致排氣管道和凈化塔內填料堵塞而影響廢氣的排放，所以對含氨廢氣的治理，只能單獨用一個“堿霧凈化塔”，并選用稀硫酸作為噴淋液，方可使含氨廢氣得到凈化。

3 結語

電鍍生產中，不僅要積極采用清潔生產工藝，從源頭減少“三廢”的產生，更要注重加強廢氣治理的管理。實際上很多電鍍廠都有處理廢氣設備，只是設備不正常運轉或者完全不用。為此，應采取一臺風機裝一個電表的方式，確保設備正常運作，并做好每日加料紀錄等多項措施，使廢氣處理在監控之下，并堅持高效凈化回收，避免二次污染。

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