基于戰(zhàn)略成本管理分析的電鍍廢水處理新技術(shù)研究

基于戰(zhàn)略成本管理分析的電鍍廢水處理新技術(shù)研究

電、廢水處理的發(fā)展趨勢是清潔生產(chǎn)。1反滲透廢水處理系統(tǒng)浪費(fèi)化學(xué)沉淀法要向水中加入大量化學(xué)藥劑，產(chǎn)生大量的污泥，二次污染嚴(yán)重，其處理的實(shí)質(zhì)是污染物的增加和轉(zhuǎn)移反滲透法回收電鍍液有較好的經(jīng)濟(jì)效益，已應(yīng)用于含鎳、含鎘廢水的濃縮處理。2017年筆者對廣東省肇慶、佛山、清遠(yuǎn)的3個(gè)電鍍產(chǎn)業(yè)園進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)絕大部分電鍍廠為滿足清潔生產(chǎn)評分要求，在鍍鎳工藝設(shè)置了反滲透廢水處理設(shè)備，但所有的中小型電鍍廠在環(huán)保驗(yàn)收項(xiàng)目投產(chǎn)后都將反滲透廢水處理設(shè)備擱置不用，造成很大的浪費(fèi)。引起這種現(xiàn)象的主要原因是：(1)反滲透膜嬌嫩，電鍍廢水中溶質(zhì)和懸浮物繁雜，而且絕大部分呈酸性或堿性，極易造成滲透膜的堵塞和破壞，而滲透膜價(jià)格昂貴，更換成本高；(2)反滲透的運(yùn)行管理要求較高，需配備專門的技術(shù)人員，只能用于鍍鎳一個(gè)電鍍工藝的廢水處理，因此管理成本高。廣東省環(huán)境科學(xué)研究院在2014年對全廣東省的電鍍廠進(jìn)行調(diào)研的結(jié)果顯示，含鎳廢水中采用反滲透法處理的僅占14.9%2工業(yè)廢水污染治理技術(shù)治理水污染的核心是解決處理成本問題。對于工業(yè)廢水處理，需要投入成本，減少收益，故工廠不會主動(dòng)為之，這是水污染問題嚴(yán)重的核心原因。要真正解決工業(yè)廢水污染問題，不能只停留在降低水處理成本的層面上，而應(yīng)該設(shè)法通過技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行廢物資源化利用，增加企業(yè)收益，使企業(yè)樂于治理污染。要解決處理成本問題，有必要對電鍍生產(chǎn)全成本進(jìn)行戰(zhàn)略成本管理分析，即從戰(zhàn)略角度，使用戰(zhàn)略管理分析工具來研究成本的形成、控制與優(yōu)化2.1滾鍍鎳產(chǎn)品的成本表1是廣東省四會市龍甫電鍍工業(yè)園某電鍍廠在2個(gè)工作日內(nèi)生產(chǎn)48000kg滾鍍鎳產(chǎn)品的情況下所耗用的各類型成本排序。合計(jì)總成本70510.11元，每1000kg的成本為1468.96元。其中最主要的成本為陽極金屬損耗、電鍍液損耗和水費(fèi)，總占比達(dá)到69%。2.2廣義成本分析表1中電鍍廢水的“狹義成本”是指廢水處理費(fèi)1963元。從戰(zhàn)略成本角度分析，要解決廢水處理成本問題，就不能只看廢水處理的成本，而是考慮整個(gè)電鍍生產(chǎn)過程的生產(chǎn)成本，也就是“廣義成本”。在電鍍生產(chǎn)的“廣義成本”中，最主要的是陽極金屬損耗、電鍍液損耗和水費(fèi)。在表1中，電鍍生產(chǎn)的“廣義成本”即電鍍生產(chǎn)總成本，為70510.11元，是電鍍廢水處理成本(即“狹義成本”)的36倍。同樣降低成本10%，降低“廣義成本”帶來的利潤增長是降低“狹義成本”帶來的利潤增長的36倍。即使新的電鍍廢水處理技術(shù)造成了“狹義成本”的增加，但只要能帶來“廣義成本”的降低，就能為業(yè)主帶來巨大的利潤。因此，應(yīng)以減少陽極金屬損耗、電鍍液損耗、水費(fèi)等“廣義成本”的主要構(gòu)成部分為研究方向，發(fā)展新的電鍍廢水處理技術(shù)，為電鍍廠創(chuàng)造出巨大價(jià)值。2.3鍍層內(nèi)產(chǎn)生的客戶價(jià)值在電鍍生產(chǎn)中，不是任何成本都適合大幅降低，適合大幅降低的是“無效成本”?！盁o效成本”是指無法形成客戶價(jià)值，無法獲得客戶認(rèn)同和補(bǔ)償，屬于浪費(fèi)的成本。首先分析陽極金屬損耗。對于電鍍產(chǎn)品來說，能形成客戶價(jià)值的是電鍍層，電鍍層絕大部分是由陽極金屬經(jīng)電解為金屬離子，再在鍍件上聚集而形成的。所以陽極金屬損耗是核心有效成本?？蛻糍徺I的就是電鍍層，陽極金屬損耗的多少直接影響了客戶價(jià)值的高低。接下來分析電鍍液損耗和水費(fèi)。電鍍液損耗是鍍件表面附著的電鍍液被帶出電鍍槽而造成的。水費(fèi)的很大一部分是為了進(jìn)行下一步的電鍍生產(chǎn)程序，需要水洗掉鍍件表面附著的電鍍液而產(chǎn)生的。電鍍液損耗和水洗水費(fèi)完全沒有形成客戶價(jià)值。因此電鍍生產(chǎn)成本中占比最大的陽極金屬損耗是核心有效成本，很難降低，一降低就會直接影響產(chǎn)品價(jià)值。而電鍍生產(chǎn)成本中的電鍍液損耗和水費(fèi)是最主要的“無效成本”，屬于必須設(shè)法降低的成本。2.4危險(xiǎn)廢物污泥和電鍍廢水處理價(jià)值鏈分析是分析價(jià)值的整個(gè)產(chǎn)生流程，把這些流程拆分成若干個(gè)價(jià)值鏈環(huán)節(jié)，再逐個(gè)分析其中的產(chǎn)出與投入關(guān)系，尋找產(chǎn)出與投入比最小的價(jià)值鏈，將它消除或改進(jìn)。價(jià)值鏈分析的作用是研究哪種廢水處理技術(shù)能大幅降低最主要的“無效成本”──電鍍液損耗和水費(fèi)。首先，分析化學(xué)沉淀法和吸附法的價(jià)值鏈?；瘜W(xué)沉淀法處理所產(chǎn)生的氫氧化物沉淀污泥經(jīng)脫水后形成危險(xiǎn)廢物污泥，須運(yùn)往專業(yè)危廢公司進(jìn)行焚燒處理。吸附法投放的活性炭吸附了電鍍廢水中的各種物質(zhì)后形成了飽和活性炭污泥，由于再生復(fù)雜和再生液不能直接回電鍍槽利用，因此也要運(yùn)往專業(yè)危廢公司進(jìn)行焚燒處理。雖然對于電鍍廢水處理廠來說，化學(xué)沉淀法和吸附法處理電鍍廢水這個(gè)價(jià)值鏈環(huán)節(jié)的投入成本低，但污染物實(shí)際是轉(zhuǎn)移到了危廢污泥中，進(jìn)入了下一個(gè)價(jià)值鏈環(huán)節(jié)的危廢處理公司。所以，從污染物處理來看，化學(xué)沉淀法和吸附法是只有投入，沒有產(chǎn)出的價(jià)值鏈環(huán)節(jié)！其次，分析離子交換法和反滲透法處理的價(jià)值鏈。離子交換法和反滲透法都能夠回收有價(jià)值的金屬元素。但離子交換劑和反滲透膜的選擇性強(qiáng)，制造復(fù)雜，成本高，一般只能在大型電鍍廠的鍍鎳工藝中應(yīng)用。而在其他電鍍工藝和中小型電鍍廠，就成了產(chǎn)出小于成本的虧損價(jià)值鏈環(huán)節(jié)。這也是離子交換法和反滲透法沒有能夠廣泛推廣的原因。由此可見，化學(xué)沉淀法和吸附法是必須設(shè)法消除的價(jià)值鏈環(huán)節(jié)，而離子交換法和反滲透法應(yīng)設(shè)法優(yōu)化和改進(jìn)。2.5現(xiàn)行電鍍廢水處理技術(shù)無法創(chuàng)造價(jià)值通過對電鍍廢水處理的戰(zhàn)略成本管理分析可以得到的結(jié)論是：現(xiàn)有的電鍍廢水處理技術(shù)都無法為電鍍廠創(chuàng)造價(jià)值。如何大幅降低電鍍液損耗和水費(fèi)，使其廣泛應(yīng)用于各種電鍍工藝，是今后電鍍廢水處理技術(shù)的主要研究方向。3冷凍水處理技術(shù)根據(jù)戰(zhàn)略成本管理分析結(jié)論和清潔生產(chǎn)的要求，筆者提出以冰凍法處理電鍍廢水的技術(shù)。3.1冷凍法海水淡化技術(shù)原理冰是單礦巖，不能與其他物質(zhì)共處，所以水在結(jié)晶過程中會自動(dòng)排除雜質(zhì)，以保持其純凈。冷凍法海水淡化技術(shù)正是利用這一基本原理。水凍結(jié)的過程中會使一些鹽分以鹽胞的方式夾雜在冰晶之間，冰晶外壁也會黏附一些鹽分。隨著時(shí)間的推移，鹽分會在冰體之間形成鹵道，殘留的高濃度鹽水會沿鹵道慢慢向外排出。冰晶經(jīng)過洗滌、分離、融化后即得到淡水3.2冰激凌法處理電鍍廢水的優(yōu)勢冰凍法在廢水處理中未能普及應(yīng)用的主要原因是成本問題。它相對于化學(xué)法和吸附法而言成本較高，但規(guī)模化運(yùn)行的成本會比反滲透法和離子交換法稍低。冰凍法在海水淡化領(lǐng)域已經(jīng)有研究報(bào)道，Madani報(bào)道了生產(chǎn)規(guī)模2000m利用冰凍法處理廢水雖然仍在探索研究階段，但在某些廢水的處理上已表現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性：(1)應(yīng)用范圍廣，對廢水幾乎無選擇性，對難降解廢水(特別是有毒、含重金屬的廢水)的處理有著明顯優(yōu)勢；(2)處理極端廢水時(shí)，能耗遠(yuǎn)低于濃縮蒸發(fā)等工藝；(3)在低溫環(huán)境運(yùn)行，對容器腐蝕小，設(shè)備損耗小；(4)無需外加化學(xué)物質(zhì)，無外源污染；(5)獲得淡水的同時(shí)，很容易實(shí)現(xiàn)有用物質(zhì)的回收電鍍廢水中的重金屬物質(zhì)回收價(jià)值高，冰凍法的處理成本不敏感。冷凍濃縮使電鍍液能實(shí)現(xiàn)低成本回收利用，在電鍍廢水處理領(lǐng)域有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。3.3反滲透膜易被破壞酸銅電鍍是常用的電鍍工藝之一，因廢水具有強(qiáng)酸性，反滲透膜很容易被損壞。筆者對廣東省四會市龍甫電鍍工業(yè)園中2個(gè)電鍍廠的酸銅電鍍槽和水洗槽進(jìn)行了取樣分析，Cu筆者對酸銅一級水洗槽廢水中Cu筆者對Cu3.4冰激凌法水處理器的工作原理冰凍法處理電鍍廢水的流程如圖1目前的電鍍水洗一般采用三級以上的間隙逆流清洗方式，水洗水采用純水。電鍍液附著在鍍件表面被帶出電鍍槽，其中約50%滴入回收槽，然后鍍件進(jìn)入水洗槽水洗。當(dāng)?shù)谝患壦床鄣碾婂兯磸U水濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，經(jīng)過濾處理后排入冰凍法水處理器。冰凍法水處理器利用水源熱泵工作原理，在熱泵的蒸發(fā)器一端凍結(jié)電鍍水洗廢水，形成冰和濃縮電鍍廢水的混合物。然后令冰和濃縮電鍍廢水分離，在熱泵的冷凝器處將冰加熱融化，即得到淡水，可用于第一級水洗槽的用水。同時(shí)在熱泵的冷凝器處加熱未凍結(jié)的濃縮電鍍廢水至常溫，以便回用于電鍍槽，補(bǔ)充電鍍液帶出損失和純水蒸發(fā)流失。該技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是通過冷凍將水洗槽中被稀釋的電鍍液濃縮到一定濃度，回用于電鍍槽。冰凍法水處理設(shè)備采用聚四氟乙烯換熱器和氟塑料循環(huán)泵，解決酸性或堿性電鍍廢水的腐蝕問題。3.5水合硫酸銅的產(chǎn)生和運(yùn)行酸銅電鍍液(25°C)組成：五水合硫酸銅200g/L，硫酸70g/L，氯化鈉80mg/L，添加劑適量。電鍍件清洗采用三級逆流式，第一級水洗槽的排水濃度設(shè)置為電鍍液濃度的10%，即五水合硫酸銅20g/L(相當(dāng)于Cu冰凍處理程序分為二級。第一級：電鍍廢水經(jīng)過一級冰凍法處理裝置后，產(chǎn)生淡水0.7m電鍍廢水經(jīng)一級冰凍法處理裝置處理后，產(chǎn)生0.3m第二級：將0.3m二級冰凍法處理后產(chǎn)生的0.1m五水合硫酸銅的市場價(jià)格約為0.0158元/g，硫酸約為0.0004元/g?；厥盏?.1m該電鍍廢水冰凍處理系統(tǒng)處理1m4冰激凌