基于战略成本管理分析的电镀废水处理新技术研究

基于战略成本管理分析的电镀废水处理新技术研究

电、废水处理的发展趋势是清洁生产。1反渗透废水处理系统浪费化学沉淀法要向水中加入大量化学药剂，产生大量的污泥，二次污染严重，其处理的实质是污染物的增加和转移反渗透法回收电镀液有较好的经济效益，已应用于含镍、含镉废水的浓缩处理。2017年笔者对广东省肇庆、佛山、清远的3个电镀产业园进行了调研，发现绝大部分电镀厂为满足清洁生产评分要求，在镀镍工艺设置了反渗透废水处理设备，但所有的中小型电镀厂在环保验收项目投产后都将反渗透废水处理设备搁置不用，造成很大的浪费。引起这种现象的主要原因是：(1)反渗透膜娇嫩，电镀废水中溶质和悬浮物繁杂，而且绝大部分呈酸性或碱性，极易造成渗透膜的堵塞和破坏，而渗透膜价格昂贵，更换成本高；(2)反渗透的运行管理要求较高，需配备专门的技术人员，只能用于镀镍一个电镀工艺的废水处理，因此管理成本高。广东省环境科学研究院在2014年对全广东省的电镀厂进行调研的结果显示，含镍废水中采用反渗透法处理的仅占14.9%2工业废水污染治理技术治理水污染的核心是解决处理成本问题。对于工业废水处理，需要投入成本，减少收益，故工厂不会主动为之，这是水污染问题严重的核心原因。要真正解决工业废水污染问题，不能只停留在降低水处理成本的层面上，而应该设法通过技术创新进行废物资源化利用，增加企业收益，使企业乐于治理污染。要解决处理成本问题，有必要对电镀生产全成本进行战略成本管理分析，即从战略角度，使用战略管理分析工具来研究成本的形成、控制与优化2.1滚镀镍产品的成本表1是广东省四会市龙甫电镀工业园某电镀厂在2个工作日内生产48000kg滚镀镍产品的情况下所耗用的各类型成本排序。合计总成本70510.11元，每1000kg的成本为1468.96元。其中最主要的成本为阳极金属损耗、电镀液损耗和水费，总占比达到69%。2.2广义成本分析表1中电镀废水的“狭义成本”是指废水处理费1963元。从战略成本角度分析，要解决废水处理成本问题，就不能只看废水处理的成本，而是考虑整个电镀生产过程的生产成本，也就是“广义成本”。在电镀生产的“广义成本”中，最主要的是阳极金属损耗、电镀液损耗和水费。在表1中，电镀生产的“广义成本”即电镀生产总成本，为70510.11元，是电镀废水处理成本(即“狭义成本”)的36倍。同样降低成本10%，降低“广义成本”带来的利润增长是降低“狭义成本”带来的利润增长的36倍。即使新的电镀废水处理技术造成了“狭义成本”的增加，但只要能带来“广义成本”的降低，就能为业主带来巨大的利润。因此，应以减少阳极金属损耗、电镀液损耗、水费等“广义成本”的主要构成部分为研究方向，发展新的电镀废水处理技术，为电镀厂创造出巨大价值。2.3镀层内产生的客户价值在电镀生产中，不是任何成本都适合大幅降低，适合大幅降低的是“无效成本”。“无效成本”是指无法形成客户价值，无法获得客户认同和补偿，属于浪费的成本。首先分析阳极金属损耗。对于电镀产品来说，能形成客户价值的是电镀层，电镀层绝大部分是由阳极金属经电解为金属离子，再在镀件上聚集而形成的。所以阳极金属损耗是核心有效成本。客户购买的就是电镀层，阳极金属损耗的多少直接影响了客户价值的高低。接下来分析电镀液损耗和水费。电镀液损耗是镀件表面附着的电镀液被带出电镀槽而造成的。水费的很大一部分是为了进行下一步的电镀生产程序，需要水洗掉镀件表面附着的电镀液而产生的。电镀液损耗和水洗水费完全没有形成客户价值。因此电镀生产成本中占比最大的阳极金属损耗是核心有效成本，很难降低，一降低就会直接影响产品价值。而电镀生产成本中的电镀液损耗和水费是最主要的“无效成本”，属于必须设法降低的成本。2.4危险废物污泥和电镀废水处理价值链分析是分析价值的整个产生流程，把这些流程拆分成若干个价值链环节，再逐个分析其中的产出与投入关系，寻找产出与投入比最小的价值链，将它消除或改进。价值链分析的作用是研究哪种废水处理技术能大幅降低最主要的“无效成本”──电镀液损耗和水费。首先，分析化学沉淀法和吸附法的价值链。化学沉淀法处理所产生的氢氧化物沉淀污泥经脱水后形成危险废物污泥，须运往专业危废公司进行焚烧处理。吸附法投放的活性炭吸附了电镀废水中的各种物质后形成了饱和活性炭污泥，由于再生复杂和再生液不能直接回电镀槽利用，因此也要运往专业危废公司进行焚烧处理。虽然对于电镀废水处理厂来说，化学沉淀法和吸附法处理电镀废水这个价值链环节的投入成本低，但污染物实际是转移到了危废污泥中，进入了下一个价值链环节的危废处理公司。所以，从污染物处理来看，化学沉淀法和吸附法是只有投入，没有产出的价值链环节！其次，分析离子交换法和反渗透法处理的价值链。离子交换法和反渗透法都能够回收有价值的金属元素。但离子交换剂和反渗透膜的选择性强，制造复杂，成本高，一般只能在大型电镀厂的镀镍工艺中应用。而在其他电镀工艺和中小型电镀厂，就成了产出小于成本的亏损价值链环节。这也是离子交换法和反渗透法没有能够广泛推广的原因。由此可见，化学沉淀法和吸附法是必须设法消除的价值链环节，而离子交换法和反渗透法应设法优化和改进。2.5现行电镀废水处理技术无法创造价值通过对电镀废水处理的战略成本管理分析可以得到的结论是：现有的电镀废水处理技术都无法为电镀厂创造价值。如何大幅降低电镀液损耗和水费，使其广泛应用于各种电镀工艺，是今后电镀废水处理技术的主要研究方向。3冷冻水处理技术根据战略成本管理分析结论和清洁生产的要求，笔者提出以冰冻法处理电镀废水的技术。3.1冷冻法海水淡化技术原理冰是单矿岩，不能与其他物质共处，所以水在结晶过程中会自动排除杂质，以保持其纯净。冷冻法海水淡化技术正是利用这一基本原理。水冻结的过程中会使一些盐分以盐胞的方式夹杂在冰晶之间，冰晶外壁也会黏附一些盐分。随着时间的推移，盐分会在冰体之间形成卤道，残留的高浓度盐水会沿卤道慢慢向外排出。冰晶经过洗涤、分离、融化后即得到淡水3.2冰激凌法处理电镀废水的优势冰冻法在废水处理中未能普及应用的主要原因是成本问题。它相对于化学法和吸附法而言成本较高，但规模化运行的成本会比反渗透法和离子交换法稍低。冰冻法在海水淡化领域已经有研究报道，Madani报道了生产规模2000m利用冰冻法处理废水虽然仍在探索研究阶段，但在某些废水的处理上已表现出巨大的优越性：(1)应用范围广，对废水几乎无选择性，对难降解废水(特别是有毒、含重金属的废水)的处理有着明显优势；(2)处理极端废水时，能耗远低于浓缩蒸发等工艺；(3)在低温环境运行，对容器腐蚀小，设备损耗小；(4)无需外加化学物质，无外源污染；(5)获得淡水的同时，很容易实现有用物质的回收电镀废水中的重金属物质回收价值高，冰冻法的处理成本不敏感。冷冻浓缩使电镀液能实现低成本回收利用，在电镀废水处理领域有着明显的应用优势。3.3反渗透膜易被破坏酸铜电镀是常用的电镀工艺之一，因废水具有强酸性，反渗透膜很容易被损坏。笔者对广东省四会市龙甫电镀工业园中2个电镀厂的酸铜电镀槽和水洗槽进行了取样分析，Cu笔者对酸铜一级水洗槽废水中Cu笔者对Cu3.4冰激凌法水处理器的工作原理冰冻法处理电镀废水的流程如图1目前的电镀水洗一般采用三级以上的间隙逆流清洗方式，水洗水采用纯水。电镀液附着在镀件表面被带出电镀槽，其中约50%滴入回收槽，然后镀件进入水洗槽水洗。当第一级水洗槽的电镀水洗废水浓度达到设定值时，经过滤处理后排入冰冻法水处理器。冰冻法水处理器利用水源热泵工作原理，在热泵的蒸发器一端冻结电镀水洗废水，形成冰和浓缩电镀废水的混合物。然后令冰和浓缩电镀废水分离，在热泵的冷凝器处将冰加热融化，即得到淡水，可用于第一级水洗槽的用水。同时在热泵的冷凝器处加热未冻结的浓缩电镀废水至常温，以便回用于电镀槽，补充电镀液带出损失和纯水蒸发流失。该技术的实质就是通过冷冻将水洗槽中被稀释的电镀液浓缩到一定浓度，回用于电镀槽。冰冻法水处理设备采用聚四氟乙烯换热器和氟塑料循环泵，解决酸性或碱性电镀废水的腐蚀问题。3.5水合硫酸铜的产生和运行酸铜电镀液(25°C)组成：五水合硫酸铜200g/L，硫酸70g/L，氯化钠80mg/L，添加剂适量。电镀件清洗采用三级逆流式，第一级水洗槽的排水浓度设置为电镀液浓度的10%，即五水合硫酸铜20g/L(相当于Cu冰冻处理程序分为二级。第一级：电镀废水经过一级冰冻法处理装置后，产生淡水0.7m电镀废水经一级冰冻法处理装置处理后，产生0.3m第二级：将0.3m二级冰冻法处理后产生的0.1m五水合硫酸铜的市场价格约为0.0158元/g，硫酸约为0.0004元/g。回收的0.1m该电镀废水冰冻处理系统处理1m4冰激凌