纺织染整生产废水的回收和综合利用方法探讨

摘 要:从清洁生产角度出发,对染整废水中的染料、丝光淡碱、羊毛脂、蜡和丝胶等有用资源的回收方法原理做了阐述。同时,以针织染整厂为例,探讨了针织染整的用水要求,提出了五种染整废水综合利用工艺设计思路,以提高综合利用水平,最大限度实现低消耗、零排放。

关键词:染整废水;资源回收;水回用工艺

中图分类号:X703 文献标识码:A文章编号:1005-569X(2010)02-0032-04

1 引 言

纺织染整工业是我国轻化工程中发展时间较长的一个支柱产业,我国加入WTO后,该产业逐渐与国际接轨。目前,染整工业废水的处理仍是整个业界亟待解决的难题。

染整废水来自两个部分:一部分来自原材料的初步加工;另一部分来自纺织原料的染整加工过程。本文将就纺织染整工业废水的回收技术方法进行系统的阐述,并从清洁生产的角度,探讨针织染色厂生产废水的治理和综合利用方法。

2 染整废水中的资源回收

染整废水成分包括一些碱类、染料、羊毛脂和蜡等,有些成分回收起来工艺简单,成本较低,而且回收的物质能再次运用到生产中,显著提高生产的经济效益。

2.1 染料的回收

由于不同的染料其固色率不同,染色废水中往往有相当一部分未利用的染料,若能予以回收并重新利用,不仅具有较高的经济效益,且可大大降低染色废水的污染负荷。但由于染色过程中加了大量的染色助剂,且不同染料在溶液中性能差异较大,给染料回收带来了一定的困难。有关染料回收技术大多数处于研究开发阶段,工业化应用相对较少。

理论上来讲,对于一些水溶性较差的染料,可以通过诸如气浮、絮凝沉淀、膜分离等理化法使之与水固液分离,从而得以回收,但是在实际生产中实施起来却非常困难。张伯伦等[1]使用外压膜管式超滤器,对上海新风色织厂染色废水采用超滤法进行靛蓝还原染料回收,浓废水经粗细隔栅和过滤机初步处理后经调节池稳定,直接进行超滤处理,运行中取得较好的结果。

2.2 丝光淡碱的回收

丝光废水烧碱含量非常高,可达40～60g/L,采取中和处理需大量酸剂,成本代价巨大。若采取回收技术,回收后碱液可供煮练、丝光、染色和印花使用,且不影响产品质量。目前通常采用石灰——纯碱净化后多效蒸发浓缩的方法处理丝光废水,该技术已在我国印染厂广泛应用。该法的不足是工艺流程长、操作复杂、沉渣多。

国内叶恰[2]等人曾经报道另一种碱回收技术,即先将碱液蒸发浓缩,将达311g/L回收碱液于室温28℃左右加入27%双氧水,搅拌后放置24h后净化处理,净化效果良好。碱液有机含杂量为2.86g/L,可直接利用并不影响丝光效果,且无沉渣产生。

2.3 毛纺织染整废水中羊毛脂的回收

毛纺织染整废水主要来源于洗毛工艺,废水中羊毛脂含量高,有机污染负荷重,应予以单独处理并进行羊毛脂回收。回收方法主要有离心分离法、气浮法、混凝法、酸裂解法、电解法、萃取法、超滤法等,实际应用中应根据废水情况,合理选择处理方法与工艺。其各种工艺的处理效果见表1。

如杜仰民[3]等采用TX型系列高效混凝剂处理生产现场洗毛废水,其COD去除率可达98%以上,絮体采用溶剂萃取法和机械离心法,可回收大量羊毛脂。

2.4 蜡染印花洗蜡废水中的蜡回收

洗蜡废水中的松香蜡质含量很高,不加以回收直接排放到环境,不仅浪费大量资源,而且对环境造成严重的污染。该产业废水中松香蜡质的存在状态,因洗蜡方式的不同所采用的回收方式亦不同。

采用机械水洗方式洗蜡废水中的松香蜡质,主要以悬浮的状态存在,成分较为简单。若采用传统的沉淀、过滤等物理方法回收的话,回收率不高,且工作量大、成本高。在实践中,可采用双级气浮工艺处理实际洗蜡废水,蜡回收率可达90%以上,大大提高了蜡回收率,且回收蜡质含水率低,易于重新利用[4]。回收蜡质可用于生产车间重新上蜡使用,并且蜡回收后的废水可回用于洗蜡工段。

工业生产中另一种洗蜡的方式是采用碱洗法,该类废水中的蜡主要成呈散态,直接分离的方法比较难以实现。多数企业是将其与其他废水合并处理,这种做法不利于资源节约。在实践中,采用酸析法取得了较好的回收效果[5]。该法是将废水的pH值调节到3～4,此时松香蜡质转变为疏水状态并凝结成絮状体,具有了吸附其他杂质的能力,而后通过沉淀或气浮的方法分离絮状体,实现固液分离,从而实现蜡质的回收。另一种不以回收利用为目的的处理方法是:对印花水洗废水进行电化学处理,出水直接与碱洗废水混合,可同时实现印花废水脱色和碱洗废水的脱蜡,其各项污染指标去除率均可达到90%以上,处理效果明显且处理费用低。

2.5 丝织物精炼废水中丝胶的回收

丝织物精炼废水中丝胶含量高,对其进行回收后,可广泛用于纺织、生物、医药等领域,具有较大的经济效益,而且还能大幅度降低对含丝胶废水处理的难度。对于丝胶回收的方法较多,有混凝法、离心分离法、溶剂萃取法、酸析法等等。其中超滤法多用于高效高纯度的丝胶回收。此外,还有冷冻法回收的例子[6]:调节pH至蛋白质等电点(约为7左右)以上,在-24℃下冷冻,丝胶回收率可达70%,废水COD值下降70%以上,其工艺简单,回收率较高,不足是能耗大。

3 染整废水综合利用方法的探讨

根据清洁生产的要求,染整行业除了对废水中的有用物质进行必要的回收外,还必须对生产用水量加以调节,尽量减少水耗。另外,染整过程中产生的废水还含有大量的余热,排入环境后浪费大量热能,对水体造成热污染。如何采用优化的工艺,使水量能够在保证产品质量的情况下用量最少,同时能够回收利用废水中的余热,是当前染整行业中废水综合利用的关键问题[7]。下面提出并分析针织染整厂的染色废水的几种综合利用方案。

3.1 针织染整的用水要求

一般来说,我国的针织染色主要以间歇式浸染法为主,这种方法所用的水大概有以下3种:蒸汽用水、冷却用水和浴中用水。

3.1.1 蒸汽用水

蒸汽用水是用于锅炉蒸汽的用水,水质要求最高,必须经过软化和除氧等处理。蒸汽在染色机用于加热后冷凝成水,即冷凝水。在大多数情况下,蒸汽输送过程、热交换过程和冷凝水输送过程不会产生污染。因此,冷凝水的水质为最好,在没有污染的情况下符合锅炉水的水质要求,可以直接用作锅炉用水。

3.1.2 冷却用水

冷却用水是降低针织物煮漂、皂洗、染色等过程中浴中温度的用水,理论上对水质的要求并不高。主要是要求水温低,并且是越低越好。然而在实际生产中,要考虑到在热交换器处的结垢问题。所以对于水中杂质和硬度等因素有一定的要求。

3.1.3 浴中用水

浴中用水是指所有进入染色机的水,包括有染色用水、煮漂用水、皂洗用水、水洗用水和洗缸用水。浴中用水成分复杂,对于用水水质和产生废水的水质也因所处工序和采用技术的不同而存在很大的差异。例如,染色过程对于水质的要求最高[8],而洗缸用水对于水质的要求就最低。以染色工序产生的废水为例,排放的废水不仅色度、COD和pH值等污染物指标要远远高于其他用水,还与使用的设备和工艺等因素有关[9]。

浴中用水是染色生产用水余热利用的主要来源。它不仅所含余热值大,而且水量集中排放,容易利用[10]。一般情况,每吨染色产品所有浴中用水所含余热约0.15～0.22吨标煤。

3.2 废水综合利用方案探讨

以上对针织染整厂废水类型,废水水质和水温以及各道工序所需水温水质进行了介绍,下面从清洁生产、能源节约的角度,比较以下5种综合利用方案,并分析各方案的利弊。

3.2.1 直排方案

该方案未对废水进行回收和综合利用,直接将其排放。该方案是为了与其它方案对比而提出的,它不需要对染色设备做任何改造,总的耗水量就是各个部分用水量的总和,实际运行成本与水费、电费及污水处理费有关。该方案的流程示意图见图1。

3.2.2 冷凝冷却水综合利用方案

冷凝水一般符合浴中用水的水质要求,如果冷却水是采用新鲜水的话,就可以将冷凝水和冷却水合并一起回用。该方案的流程见图2。

这种方案构造简单,在原有设备基础上只需添加若干个蓄水池和疏水管网。冷凝水和冷却水经收集后,直接作为浴中用水用到生产中。此方案简单易行,但是也存在一定的弊端:蓄水池的建设会造成占地面积较大,而且冷却水和冷凝水也不可能达到100%的回用率(经每一次回用后,都会有一些作为染色机的废水排出)。当冷凝水和冷却水回用温度较高时,会对回用的效果产生影响,特别是对染整工序。由于加热蒸汽和冷却水共用一个热交换器,使得冷凝水不能直接回用到锅炉中,导致这部分热能损失。

3.2.3 达标处理水回用方案

通常,经过达标处理的废水水温与常温相近,可以作为冷却水回用到生产中。工艺流程见图3。

将处理达标后的污水进行回用,只需要铺设一个回用系统,投资不多,而且可以将原来的冷却水用量全部节省,回用率很高。但是,用达标处理水来进行冷却,易污染热交换器,蒸汽的冷凝水也无法直接作为锅炉用水回用,损失了冷凝水的余热。

3.2.4 冷凝水冷却水分别回用方案

冷却水冷凝水分别回用方案是对方案2的改进,它采用了两个热交换器,一个用于冷却,一个用于加热,加热的蒸汽不会受到冷却水的污染,可以直接作为锅炉水回用到锅炉中。不仅利用了冷凝水,还充分回收利用了热能。而冷却水仍然通过蓄水池和输水管网作为浴中用水回用。该方案的工艺流程见图4。

该方案水利用率的大小与实际情况许多因素有关。该方案的投资较大,但是水和热能的利用率也较高。

3.2.5 冷凝水和达标排放水分别回用方案

该方案是将方案3和方案4进行联合并加以改造产生的。它也是采用了两个热交换器,分别用于对染色机加热和冷却。此工艺冷凝水可以全部回用到锅炉,能充分利用其余热。而使用处理达标的污水回用作冷却水,较高地节省了水的消耗,同时采用了单独的热交换器,也不会对冷凝水造成污染。

该方案是5种方案中水回用率最高,但其投资相对最高的一种方案。

4 结 语

(1)方案一的直排方式,没有回用工艺,虽前期投资节省,但会污染环境,而且后续对废水的处理和在新鲜水消耗上将付出更大的代价; 方案2和方案3,前期投资较少,在节能和减排方面有一定的作用,对于一些刚刚起步的小企业来说,是比较可行的方案;方案4和5,前期投资较大,但从长远来看,无论是环境效益、社会效应还是经济效益,都是利大于弊。

(2)水的回用和对其余热的利用状况的好坏,很大程度上与设备基建上的投资多少紧密关联。5种方案各有长短,各企业厂家要根据自己的实际情况,在满足清洁生产的要求下,结合各自的场地、水源、设备改造成本、污水处理情况和费用,选择适当的工艺。不断提高综合利用水平,最大限度的实现低消耗、零排放。

参考文献:

[1]

张伯伦.上海新风色织厂污水处理工程设计[J].工业给排水,1999,25(2):30～34.

[2] 叶恰.丝光回收碱净化的新方法[J].印染,1992,18(6);41～44.

[3] 杜仰民,张建民.洗毛废水处理与羊毛脂回收[J].纺织学报,1996,17(6):377～380.

[4] 石宝龙,李海英.蜡染印花生产废水处理与综合利用[J].环境工程,1997,17(4);23～26.

[5] 柳荣展,李志国.纺织染整工业废水污染物回收与废水处理[J].针织工业,2004,10(5);117～120.

[6] 杨光明,潘福奎.冰冻法回收丝胶的可行性实验与工艺研究[J].青岛大学学报,2003,18(1),48～51.

[7] 杨爱民,尤青.针织染色生产水综合利用[J].纺织学报,2006,14(3),59～65.

[8] 徐谷仓.再论染整业实施清洁生产的必要性和迫切性[J].染整技术,2005,27(1).

[9] 上海市印染工业公司.印染手册[M].北京:纺织工业出版社,1987.

[10] 广东省环境保护产业协会.循环经济科技成果汇编[M].汕头:汕头大学出版社,2004.

Discuss the Methods of Recycling and Comprehensive Utilization of Dyeing Wastewater

Peng Qingquan, Miao Lifen, Ding Zhonghao

(Wuhan University of Science and Engneering, Wuhan 430200,China)

Abstract:The paper explains the theory and methods of recycling of useful resource in dyeing wastewater,such as dyestuff、silkete light alkali、lanolin etc,from cleaner production angle.Futhermore,take the knitting factory as example, it tells five kinds design django on comprehensive utilization of dyeing wastewater technique.

Keywords:dyeing wastewater, recycle of resource, reuse technique of Water

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