染整過程資源綜合回收利用技術(shù)研究及應(yīng)用

周康，李超，2，操家順，2

(1.河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.河海大學(xué) 淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098)

紡織工業(yè)是我國一項(xiàng)重要的民生產(chǎn)業(yè)。染整是紡織工業(yè)重要的一環(huán)，其廢水排放量大約占據(jù)了紡織工業(yè)總排放量的80%，染整工藝排放的廢水水質(zhì)具有B/C低、CODCr濃度高、色度高等一些特征[1]。染整工藝因其排放量大、廢水難處理且污染嚴(yán)重等問題，一直是我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)中重點(diǎn)污染源之一，也是紡織企業(yè)清潔生產(chǎn)的重點(diǎn)[2]。

由《2009～2020中國節(jié)能減排重點(diǎn)行業(yè)環(huán)境經(jīng)濟(jì)形勢分析與預(yù)測》報(bào)告中可以看出，現(xiàn)如今國家正處于節(jié)能減排戰(zhàn)略的關(guān)鍵時(shí)期，為此國家選出了重點(diǎn)關(guān)注的七大行業(yè)，紡織工業(yè)赫然在列[3]。近年來，太湖流域富營養(yǎng)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，其重要原因在于工業(yè)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、單位面積污染負(fù)荷較高、重污染行業(yè)比重過大、污染物排放量超過環(huán)境容量等[4]。因此，對印染行業(yè)清潔生產(chǎn)和廢水進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步削減排污總量，對改善太湖流域水環(huán)境、節(jié)約水資源，從而推動(dòng)印染行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義[5]。

針對我國不同印染行業(yè)清潔生產(chǎn)水平普遍較低，能耗、藥耗(堿耗、鹽耗)高，廢水中高含氮、難降解有機(jī)物含量高、碳源品質(zhì)低，廢水回用率低等特點(diǎn)[6-10]，通過染整生產(chǎn)工藝中各工段節(jié)水改造、膜法堿回收及高鹽短程回用等清潔生產(chǎn)技術(shù)集成并應(yīng)用，能有效地降低整個(gè)染整工藝過程中的百米水耗及能耗；回收清潔液堿進(jìn)而提高產(chǎn)品品質(zhì)(一等品率)；臭氧氧化以回收固色鹽降低鹽耗并減輕廢水中的TDS進(jìn)而提高后續(xù)廢水的可處理性，最終能夠形成基于減排、節(jié)水、降耗的清潔染整集成技術(shù)。本文以某紡織工業(yè)為例進(jìn)行探討，為今后紡織企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)工作提供思路和借鑒。

1 印染企業(yè)清潔染整情況

通過實(shí)地調(diào)研，可以發(fā)現(xiàn)印染企業(yè)染整技術(shù)主要存在以下幾個(gè)問題：①《江蘇省太湖流域水污染防治條例》的推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得明顯成效，但是存在企業(yè)清潔生產(chǎn)內(nèi)在動(dòng)力不足，仍存在安于現(xiàn)狀的情況；②裝備、工藝以及產(chǎn)能良莠不齊，普遍存在現(xiàn)象印染設(shè)備進(jìn)口設(shè)備率大大低于化纖和織造的進(jìn)口設(shè)備率，導(dǎo)致產(chǎn)品附加值低，檔次低，售價(jià)無法進(jìn)一步提高；③用堿量增加，回收率低。

某些印染廠，特別是一些中小型的印染廠，在印染過程中用堿量增多，不僅在前處理退煮工藝增加，而且有些設(shè)有1～2臺(tái)絲光機(jī)的工廠不回收堿，絲光下來的淡堿濃度為50～60 g/L，用不完就直接排放。

針對染整過程中絲光過程中堿回用率低且回用堿品質(zhì)差、染色過程中的耗鹽量大和各印染車間耗水量大等突出問題，需要集成清潔生產(chǎn)技術(shù)，降低廢水排放量、減少堿和鹽的排放以及色度。

2 染整過程資源綜合回收利用技術(shù)方案

2.1 廢堿短程回收堿利用技術(shù)

某紡織在原有淡堿三級蒸發(fā)濃縮的基礎(chǔ)上增設(shè)了淡堿和濃堿的超濾膜處理系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了堿的零排放，而且大大提高了絲光堿的純度。

2.1.1 淡堿超濾膜回收系統(tǒng) 膜回收堿技術(shù)是在淡堿三級蒸發(fā)濃縮的基礎(chǔ)上建立了淡堿超濾膜組件，將45%的淡堿通過超濾膜處理。采用超濾膜后濃縮堿量減少，新鮮堿液和回用堿的比例為1∶1，保證絲光的效果。

淡堿的濃度大約為60 g/L(6%)，將工業(yè)堿與60 g/L的絲光淡堿配制成80 g/L的淡堿，先沉淀24 h，然后經(jīng)疊片過濾再通過超濾。淡堿超濾膜系統(tǒng)共有3組疊片過濾器，30組超濾膜組件。30組超濾膜組件進(jìn)水35 m3/h，出水5 m3/h，產(chǎn)堿率為14.3%。膜絲外徑1.6 mm，內(nèi)徑1.1 mm，壁厚0.25 mm，膜組件直徑40 cm，高1.0 m。

反沖洗：先用氣沖，使疊片松動(dòng)，上彈，然后水洗10 s，再堿液沖洗35 s(21%的回用濃堿，因?yàn)閮H用水沖洗會(huì)稀釋堿液濃度)；反沖洗的周期為10 min。

超濾操作的主要參數(shù)見表1。

表1 超濾操作的主要參數(shù)Table 1 Main parameters of ultrafiltration operation

2.1.2 濃堿超濾膜系統(tǒng) 絲光機(jī)廢堿液經(jīng)過分流使用，極大地改善了絲光給堿液的清潔度，但是絲光機(jī)在生產(chǎn)中仍會(huì)有大量的細(xì)小纖維、漿料，留落在循環(huán)堿液中，仍會(huì)對質(zhì)量產(chǎn)生影響，只有提高循環(huán)過濾精度，對軋槽內(nèi)的堿液進(jìn)行循環(huán)精細(xì)化過濾才能保證織物在生產(chǎn)中時(shí)時(shí)留落的纖維，漿料及時(shí)的給予去除。

濃堿超濾膜是在5%淡堿超濾膜的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，膜絲材質(zhì)為PES。膜原件的主要性能參數(shù)見表2，濃堿回收系統(tǒng)見圖1。

表2 膜原件的主要性能參數(shù)Table 2 Main performance parameters ofmembrane parts

圖1 濃堿回收系統(tǒng)Fig.1 The system of concentrated alkali recovery

目前處理絲光的8%淡堿，能長期穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到良好的處理效果，在處理絲光20%工藝堿時(shí)也能達(dá)到良好的效果。

濃堿回收系統(tǒng)中共有2組盤片過濾器，將其并聯(lián)進(jìn)行使用。疊片過濾不同型號(hào)根據(jù)含纖維、漿料等雜質(zhì)而定，如果雜質(zhì)較多選用大孔徑的?，F(xiàn)有絲光生產(chǎn)線兩條，每條生產(chǎn)線配5組超濾(本有10組，現(xiàn)使用5組，其他備用)。5組超濾膜總進(jìn)堿流量4.8 m3/h，出堿流量0.9 m3/h，產(chǎn)堿率18.75%，濃液重新回流處理。濃堿中疊片過濾器和超濾的操作參數(shù)與淡堿參數(shù)一樣。

2.2 高鹽減排短程回用技術(shù)

某紡織公司出水氯離子濃度較高，氯離子主要來自于凈水廠樹脂交換用鹽、染色過程中固色用鹽和調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)pH投加用鹽酸。染色過程中用鹽約為10 t/d；加上調(diào)節(jié)pH每天大約使用10 t 30%的廢鹽酸，某紡織公司污水處理站出水的氯離子成為污水接管的制約因子，長期因此受到處罰。

某紡織公司當(dāng)使用活性染料的時(shí)候，需用鹽作為固色劑，鹽配成20%的濃度作為固色劑，同時(shí)會(huì)在鹽水中加入少許防染鹽S，其作用是能夠達(dá)到抵消還原性物質(zhì)的破壞，而不致使活性染料再受影響。具體的工藝流程見圖2。

圖2 鹽回收工藝流程Fig.2 The technological process of salt recovery

固色料槽中鹽水濃度20%，當(dāng)染色工藝改變時(shí)，料槽中的鹽水需全部更換，這部分濃鹽水采用臭氧脫色系統(tǒng)處理后進(jìn)行回用。當(dāng)布匹染成深色系時(shí)，可以使用50%的臭氧脫色鹽加50%新鮮鹽混合使用；當(dāng)布匹為淺色系時(shí)，只能使用10%的臭氧脫色鹽。附著在布面的鹽，通過水洗進(jìn)入廢水中，其中一段水洗后鹽濃度約為4%。出水氯離子仍嚴(yán)重超標(biāo)。某公司用水量、用鹽量和出水氯離子濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3。

表3 典型用水量、用鹽量和出水氯離子濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)表Table 3 Monitoring data sheet for typical waterconsumption，salt consumption and chlorineion concentration in effluent

臭氧脫色系統(tǒng)中臭氧發(fā)生器產(chǎn)量500 g/h，臭氧濃度為20～30 mg/L，臭氧脫色反應(yīng)器體積為6 m3，鹽水進(jìn)入量1 t/h，循環(huán)量20 t/h。進(jìn)水的色度為10 000倍，而出水色度可以達(dá)到1 000倍，脫色率大約為90%。

可以通過改進(jìn)方案：①因需脫色回用的鹽量大，脫色色度要求高(小于256倍)，臭氧脫色達(dá)不到預(yù)想效果，并有返色現(xiàn)象，需改進(jìn)脫色技術(shù)；②增設(shè)一段水洗后4%鹽的回收，基本流程為4%鹽水→庫存桶→脫色→濃縮→回用；③經(jīng)鹽短程回用技術(shù)改造后，除布料本身夾帶的鹽分外固色槽內(nèi)鹽溶液全部得到高效回收和利用。月均可多回收120 t鹽水，節(jié)約用鹽50 t。

3 技術(shù)性能及有益效果

3.1 膜回收堿技術(shù)

目前某紡織公司在原有淡堿三級蒸發(fā)濃縮的基礎(chǔ)上增設(shè)了淡堿和濃堿的超濾膜處理系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)堿的回收利用，而且還能很大程度上提高絲光堿的品質(zhì)、純度。

該技術(shù)(改造)投資約146.4萬元，改造后每米產(chǎn)品絲光工序液堿成本為0.03元/m，相比傳統(tǒng)擴(kuò)容蒸發(fā)每米產(chǎn)品絲光工序液堿成本0.074元/m，節(jié)約了50%以上的成本。通過超濾膜處理淡堿，減少了70%～80%的蒸發(fā)堿液所需能源。某紡織公司每天約使用200 t堿液，以每蒸發(fā)1 t堿液消耗60元計(jì)算，每天約節(jié)約700～8 000元。進(jìn)一步地，該技術(shù)應(yīng)用有效減少了70%～80%的蒸發(fā)堿液所需能源，所獲得的高品質(zhì)堿使得產(chǎn)品一等品率從96%上升至98%～98.5%。某紡織公司每年生產(chǎn)5 000萬米布，以10元/米計(jì)算，每年增效1 250萬元，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的減排增效。

3.2 高鹽減排短程回用技術(shù)

對某紡織公司印染固色用鹽中20%的鹽水進(jìn)行臭氧脫色回收，實(shí)現(xiàn)短程回用，結(jié)果除布料本身夾帶的鹽分外，鹽溶液全部得到高效回收和利用。不僅節(jié)約成本而且實(shí)現(xiàn)了鹽的減排，減少了高鹽廢水對末端生化處理的影響。

3.3 清潔染整技術(shù)節(jié)能、降耗效益

針對染整過程中鹽和堿利用效率低、對產(chǎn)品質(zhì)量有不良影響等問題，采用高效臭氧氧化實(shí)現(xiàn)高鹽短程回用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了除布料本身夾帶的鹽分外鹽溶液全部得到高效回收和利用，并為后續(xù)廢水生物處理效能的提升創(chuàng)造條件；采用膜回收技術(shù)淡堿以獲得清潔堿，大大減少堿回收濃縮、蒸發(fā)所需的蒸汽消耗，同時(shí)由于回收堿液品質(zhì)提升，染整產(chǎn)品一等品率由原來的96%提升至最高98.5%；采用以上技術(shù)，某紡織公司實(shí)現(xiàn)堿回收及鹽回收減排增效1 300余萬元(按5 000萬米布計(jì))，清潔染整節(jié)能和降耗總的經(jīng)濟(jì)效益5 300萬元。

4 技術(shù)前景分析

(1)本技術(shù)基于印染車間有效利用超濾膜對淡堿進(jìn)行過濾后回用，有效減少需蒸發(fā)的淡堿的量以及提高了回用堿的品質(zhì)；利用臭氧氧化脫色短程回用固色鹽，在源頭控制廢水中TDS的技術(shù)。最終形成了基于減排、降耗的清潔染整集成技術(shù)，相比之下，本技術(shù)的清潔生產(chǎn)水平較高，且具有明顯的創(chuàng)新性及先進(jìn)性。

(2)印染廢水中堿是消耗最大的化學(xué)藥劑，大部分印染企業(yè)為了減少投資或者因?yàn)閴A回收技術(shù)不成熟，堿回收率非常低，而廢堿進(jìn)入后續(xù)的污水處理設(shè)施中，不但耗堿量巨大，還會(huì)對后期的生化處理效果造成很大的影響。我國目前燒堿的回收率基準(zhǔn)值僅50%。短程堿超濾膜回收技術(shù)在某紡織公司染整過程中取得良好的節(jié)能減排效果，可以將該膜回收堿技術(shù)移植到太湖流域的其它印染企業(yè)。

(3)印染企業(yè)用量較多的染料為活性染料，當(dāng)使用活性染料的時(shí)候，需用鹽作為固色劑；而使用士林染料的時(shí)候，則用堿和保險(xiǎn)粉作為固色劑。本技術(shù)將基于臭氧脫色技術(shù)的高鹽短程回收工藝應(yīng)用于用鹽作為固色劑的染色工段，在節(jié)約商品鹽用量的同時(shí)還減緩了對后續(xù)生化處理的影響，因此該工藝在各印染企業(yè)具有非常大的應(yīng)用潛力以及推廣價(jià)值，尤其是對部分主要使用活性染料的印染企業(yè)。