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        基于紡織印染大氣標(biāo)準(zhǔn)的紡織助劑廢氣釋放研究

        2015-07-03 10:06:00張瑩玲姜金玉
        關(guān)鍵詞:定型機(jī)紡織印染染整

        張瑩玲,王 巖,姜金玉,龔,陳 妍

        (1.北京服裝學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100029;2.泰州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,江蘇泰州,225300)

        0 引言

        紡織印染行業(yè)作為我國(guó)傳統(tǒng)和重要的民生行業(yè)之一,吸納從業(yè)人員超過(guò)2000萬(wàn)人,2014年規(guī)模以上印染企業(yè)印染布產(chǎn)量已達(dá)到536.74億米[1]。同時(shí)隨著人們對(duì)紡織品性能需求的不斷提高,紡織品整理技術(shù)日新月異,紡織助劑的不斷升級(jí)在一定程度上簡(jiǎn)化了紡織印染工序的流程,卻也加劇了紡織印染行業(yè)的污染越來(lái)越趨于復(fù)雜化,其帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注,廢水、廢氣治理難度也越來(lái)越大[2]。

        2013年國(guó)家環(huán)保部首次將紡織印染工業(yè)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目中,《紡織印染工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的正式提出[3],促使紡織生產(chǎn)企業(yè)第一次正式重視紡織行業(yè)的大氣污染問(wèn)題,對(duì)由紡織助劑的使用導(dǎo)致的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)廢氣污染首次提出了約束指標(biāo)。

        1 紡織印染工業(yè)帶來(lái)的環(huán)保壓力

        1.1 紡織助劑在紡織行業(yè)的使用現(xiàn)狀

        紡織染整行業(yè)屬于高耗能產(chǎn)業(yè),在整個(gè)紡織品的生產(chǎn)工序中充斥著各種助劑的使用,可以說(shuō)在紡織印染工藝中紡織助劑起著舉足輕重的作用。

        按流程分類,紡織助劑可分為前處理助劑、印染助劑和后整理助劑三大類。目前,我國(guó)紡織助劑的生產(chǎn)企業(yè)約3000家左右,年產(chǎn)量為200萬(wàn)噸左右,其中前處理助劑約70萬(wàn)噸,包括化纖油劑、凈洗劑、滲透劑、精練劑、穩(wěn)定劑等約300個(gè)種類;印染助劑約110萬(wàn)噸,有勻染劑、分散劑、粘合劑、固色劑、熒光增白劑、消泡劑、擺開粉、促染劑、乳化劑、保險(xiǎn)粉等約600個(gè)種類;后整理助劑約80萬(wàn)噸,有防水劑、柔軟劑、樹脂整理劑、抗靜電劑、涂層劑等 30 多個(gè)種類[4-5]。

        隨著國(guó)內(nèi)化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,各類新型紡織助劑開始不斷涌入市面,新型紡織助劑的不斷研發(fā),實(shí)現(xiàn)了人們對(duì)于紡織面料多功能的需求,然而也正是由于這些紡織助劑的使用,又相反地成為紡織印染工業(yè)的大氣污染物排放源頭。

        1.2 紡織印染工業(yè)環(huán)保的強(qiáng)制性

        我國(guó)對(duì)印染廢氣的治理一直不太重視,甚至忽略了染色印花過(guò)程中有機(jī)廢氣的污染問(wèn)題。然而紡織品生產(chǎn)過(guò)程中,各工序都加入了各類紡織助劑,熱定型、蒸化、烘干等高溫工序?qū)е氯玖虾椭鷦┲械拇罅坑袡C(jī)物快速揮發(fā),產(chǎn)生了大量的有機(jī)廢氣,對(duì)大氣環(huán)境和工人健康造成嚴(yán)重威脅。因此,無(wú)論是從國(guó)家大氣環(huán)境保護(hù)層面還是地方性污染治理方面來(lái)講,治理廢氣、保護(hù)環(huán)境刻不容緩。

        歐盟國(guó)家早已在2001年借助歐盟VOCs法則來(lái)控制在紡織品涂料印花過(guò)程中排放出廢氣里的揮發(fā)性有機(jī)化合物即VOCs,法則規(guī)定一個(gè)企業(yè)每臺(tái)設(shè)備每年的VOCs消耗量限界值為5t。瑞士的紡織品也有相關(guān)VOCs法則來(lái)控制紡織品涂料印花過(guò)程中排放出的VOCs。在德國(guó)Hohenstein研究協(xié)會(huì)和維也納—奧地利紡織品研究協(xié)會(huì)制定的oeko-tex standard 100標(biāo)準(zhǔn)中甲醛是法定的檢測(cè)項(xiàng)目。

        在國(guó)家環(huán)保部的大力推動(dòng)下,我國(guó)于2013年將《紡織印染工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》項(xiàng)目的制定工作正式開展,更加健康、低碳的環(huán)保紡織已經(jīng)在中國(guó)拉開大帷幕[6]。紡織印染工業(yè)帶來(lái)的VOCs排放問(wèn)題,關(guān)乎紡織印染工藝流程中添加的印染助劑、新型助劑及各類油劑化合物,預(yù)想有效控制VOCs排放,應(yīng)從源頭開始控制,標(biāo)準(zhǔn)的頒布將對(duì)紡化助劑生產(chǎn)領(lǐng)域起到一定的導(dǎo)向作用。

        圖1 典型染整工藝流程以及產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)

        2 紡織印染工業(yè)廢氣來(lái)源分析

        2.1 紡織印染工藝流程分析

        我國(guó)紡織印染具有高度集中性,主要聚集于沿海各省市。紡織印染工藝流程高耗水的特點(diǎn),工藝流程大致分為坯布準(zhǔn)備及前處理、染色、印花、后整理及成品包裝四大階段,具體工藝見圖1。其中紡織織造、染色、印花烘干、熱定型等工藝段均加入了大量紡織助劑,而干布、焙烘、蒸化、熱定型等高溫工藝則會(huì)導(dǎo)致大量廢氣釋放。

        有研究表明,定型機(jī)是紡織印染過(guò)程中廢氣(尤其是VOCs廢氣)的最主要來(lái)源[7]。目前各個(gè)最終用戶所使用的定型機(jī)都是以導(dǎo)熱油爐加散熱器或天然氣燃燒器直燃的形式給定型機(jī)或焙烘機(jī)加熱(圖1、圖2)。在生產(chǎn)過(guò)程中,常溫的空氣在從進(jìn)布口補(bǔ)進(jìn)入定型機(jī),在通過(guò)熱源加熱烘道環(huán)境溫度至140℃-230℃的生產(chǎn)工作溫度滿足生產(chǎn)需要,在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量高溫廢氣由引風(fēng)機(jī)抽出排入大氣中,污染環(huán)境空氣。此方式熱能是一次性使用,并不能循環(huán)利用,因此具有很低的熱能使用效率。同時(shí),排入大氣的廢氣中含有大量的熱能和油份,未經(jīng)過(guò)熱能回收和油氣凈化就直接排放,造成了嚴(yán)重的空氣污染和極大的能源浪費(fèi)[8]。

        圖2 某企業(yè)定型機(jī)

        圖3 某企業(yè)焙烘機(jī)

        印染熱定型機(jī)運(yùn)行時(shí)排放的廢氣不僅富含煙塵顆粒物,還有印染助劑、油劑、苯系物等多種成分。據(jù)統(tǒng)計(jì),每臺(tái)定型機(jī)每小時(shí)產(chǎn)生約5000m3~8000m3的廢氣,實(shí)時(shí)顆粒物排放濃度為150mg/m3~250mg/m3、油煙為40mg/m3~80mg/m3,VOCs為30mg/m3~200mg/m3。所排放的油、煙、塵對(duì)人類身體健康和環(huán)境具有很大危害。油煙來(lái)源于某些化纖織物的性質(zhì)(如定型化纖品時(shí)廢氣中富含很多油霧,而純棉織物的廢氣中含油量很低)和上道工序使用而殘留在布上的各類助劑;塵主要來(lái)自于織物上的纖維及可燃粉塵;而煙則為固體細(xì)顆粒物[9]。

        2.2 紡織印染工藝廢氣的來(lái)源

        2.2.1 染料

        涂料印花的染液也稱色漿,由染料和助劑(粘合劑、增稠劑等)、軟化水配制而成。染料除黑色外,其它色譜都是有機(jī)染料,一般不易升華,提升性強(qiáng),顆粒大小在0.25μm~1.5μm之間,是一類分子較小的非離子型染料,結(jié)構(gòu)上不含水溶性基團(tuán),能夠借助于分散劑的作用在色漿中均一分散而進(jìn)行染色。

        2.2.2 粘合劑[10]

        目前廣泛使用的粘合劑大致分為三大類,一是以丙烯酸酯為主體的粘合劑,硬單體為甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈等,軟單體為丙烯酸丁酯,最軟的是丙烯酸異辛酯,這類粘合劑皮膜透明度高,是目前最常用的粘合劑。二是以丁二烯為主體的粘合劑,硬單體為苯乙烯(丁苯乳液)、丙烯腈(丁腈乳液),復(fù)配其它高聚物以增加皮膜強(qiáng)度,這類粘合劑手感柔軟,成本低,但易泛黃,不需要焙烘固著。三是聚氨酯類粘合劑,這類是多元異氰酸酯化合物與含有活潑氫原子的聚醚或聚酯進(jìn)行聚合而成的高分子,其耐水解性能好、手感柔軟,但耐熱、耐光性差。若與聚酯聚合的稱為聚酯型聚氨酯,其耐熱、耐光性好,有較好的彈性,但不耐水解,聚氨酯粘合劑因其彈性好、軟而不粘,不會(huì)像丙烯酸酯類粘合劑那樣吸附空氣中塵埃,染色牢度較好而適用于針織物的印花。粘合劑帶來(lái)的環(huán)保問(wèn)題是存在一定量游離甲醛,在焙烘和儲(chǔ)存過(guò)程中不斷釋放甲醛,造成甲醛污染。

        2.2.3 增稠劑[11]

        火油乳化糊或半火油乳化糊作為增稠劑曾廣泛使用在涂料印花中。火油也叫煤油,它使印花的花型輪廊清晰、得色鮮艷,觸變性好,但是由于它必須用高沸點(diǎn)的白火油,由其調(diào)制的涂料印花色漿在烘干或焙烘過(guò)程中會(huì)使這些火油散發(fā)于大氣中,造成大氣VOCs污染。

        紡織印染工藝流程的復(fù)雜性決定了該行業(yè)污染物控制的難度,紡織印染過(guò)程中的高溫環(huán)節(jié)會(huì)促使前期使用的各種紡化助劑在下游加熱環(huán)節(jié)中釋放出來(lái)。典型廢氣物質(zhì)的生產(chǎn)工藝和平均氣味濃度詳見表1。

        表1 紡織廠中典型廢氣物質(zhì)的生產(chǎn)工藝及平均氣味濃度

        3 紡織助劑是廢氣排放的重要源頭

        紡織品生產(chǎn)工序及流程的種類較多,根據(jù)不同布種及性能的要求,一種產(chǎn)品往往需要多種生產(chǎn)工藝進(jìn)行組合生產(chǎn)。

        在常規(guī)的紡織染整加工工藝中,VOCs排放量較大的工序主要有:紡織織造(特別是含化纖織物的織造工藝)、熱定形、印花以及功能整理工序。紡織染整加工廠目前應(yīng)用較多的功能整理主要有柔軟整理、硬挺整理、涂層整理、抗皺整理、抗菌整理等等,常見的功能整理加工溫度一般接近或高于100℃,故高溫型的功能整理一般在熱定型機(jī)上進(jìn)行加工。

        紡織織造中,紡紗油劑或者紡絲油劑的使用,無(wú)論是在常溫下還是在高溫加工中,極易揮發(fā)出VOCs氣體;熱定形工序中,針對(duì)不同織物的不同整理效果,釋放出來(lái)的VOCs氣體種類和濃度均不同;印花工序中,由于溶劑如尿素、苯系物等化合物的使用,易在常溫和高溫下,均會(huì)揮發(fā)出一定濃度的VOCs,特別是涂料印花中粘合劑在固著溫度下的揮發(fā)以及熱轉(zhuǎn)移印花工序中有機(jī)色墨的使用。

        依據(jù)針對(duì)紡織染整加工中定型機(jī)尾氣的排放研究表明,在紡織染整加工的定形和烘干過(guò)程中,由于使用的紡紗油劑、織布油、清潔用劑等易揮發(fā)性有機(jī)溶劑,在高溫作用下,會(huì)產(chǎn)生大量的可見的白色或淡藍(lán)色的油煙廢氣[12],產(chǎn)生的油煙物質(zhì)和惡臭氣體直接危害職工身體健康,也會(huì)影響周邊居民正常生活,紡織染整加工工廠產(chǎn)生的油煙廢氣已經(jīng)成為周圍群眾投訴的焦點(diǎn)問(wèn)題。

        在《紡織印染工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》尚未正式出臺(tái)前,很多現(xiàn)有的生產(chǎn)企業(yè)還并沒(méi)有意識(shí)到該產(chǎn)業(yè)鏈為大氣環(huán)境帶來(lái)的弊端,更加沒(méi)有將紡織印染過(guò)程中使用的助劑作為污染治理中從源頭控制的重點(diǎn)。目前在紡織印染工業(yè)較為密集的浙江省,已經(jīng)開始出臺(tái)地方性的紡織印染大氣標(biāo)準(zhǔn)[13],相當(dāng)一部分企業(yè)已經(jīng)開始使用新型環(huán)保助劑減少工業(yè)大氣污染。

        4 總結(jié)及展望

        總體來(lái)看,“十二五”時(shí)期國(guó)際國(guó)內(nèi)環(huán)境有利于印染行業(yè)繼續(xù)保持穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展,是印染行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期。為響應(yīng)當(dāng)前環(huán)保治理的需求,開展國(guó)內(nèi)環(huán)保紡織印染業(yè)的系列舉措,《紡織印染工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布迫在眉睫。

        產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展是行業(yè)的共同需求,紡織印染工業(yè)作為中國(guó)傳統(tǒng)行業(yè),在人們的日常生活中扮演著重要的作用。紡織印染工業(yè)帶來(lái)的VOCs等廢氣排放問(wèn)題,關(guān)乎紡織印染工藝流程中添加的染料、助劑及各類油劑化合物,預(yù)想有效控制VOCs排放,應(yīng)從源頭開始控制,標(biāo)準(zhǔn)的頒布將對(duì)紡化助劑生產(chǎn)領(lǐng)域起到一定的導(dǎo)向作用。利用新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制實(shí)施的倒逼機(jī)制,為產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)切實(shí)有效的實(shí)施手段。依靠技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵共性技術(shù)的重點(diǎn)突破,推進(jìn)綠色助劑的使用,降低環(huán)境廢氣的排放。

        致謝 本研究來(lái)源于國(guó)家環(huán)保部《紡織印染工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》項(xiàng)目(下達(dá)文件文號(hào):環(huán)辦函[2013]154號(hào))及北京市科委北京市科技新星《大氣PM2.5新型阻隔防護(hù)材料的研究》項(xiàng)目的資助,在此表示感謝。

        [1]中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì).2014~2015年中國(guó)紡織工業(yè)發(fā)展報(bào)告[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2015.

        [2]Snowden-Swan L.Pollution prevention in the textile industry.In:Freeman HM,editor.Industrial pollution prevention handbook[M].New York:McGraw-Hill,1993:829-845.

        [3]環(huán)境保護(hù)部辦公廳.關(guān)于征集2013年國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目承擔(dān)單位的通知[EB/OL].http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgth/t20120910_235933.htm.

        [4]陳榮圻.印染助劑發(fā)展回顧和發(fā)展方向探討Ⅰ[J].印染助劑,2006(7):1-7.

        [5]中國(guó)印染行業(yè)協(xié)會(huì).印染行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃[J].印染,2012(10):42-48.

        [6]敖建芳,趙大琛,龔龑.棄污染:傳統(tǒng)紡織印染行業(yè)面臨挑戰(zhàn)[J].中國(guó)纖檢,2013(4):50-53.

        [7]王浙明,朱磊,徐志榮,等.紡織染整行業(yè)定型機(jī)廢氣VOCs排放特征污染因子分析[EB/OL].http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_8204618.aspx

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        [9]杭州霆嘉科技有限公司.熱定形機(jī)余熱回收及廢氣凈化裝置技術(shù)報(bào)告[C].2013東升數(shù)碼環(huán)保節(jié)能減排與印染新技術(shù)交流會(huì)資料集,2013.

        [10]陳平,黃懋加.涂料印花的生態(tài)環(huán)保問(wèn)題探討[J].染整技術(shù),2008,30(9):18-22.

        [11]李憲臣.疑難印花解決方案探討[J].絲網(wǎng)印花,2012(1):23-26.

        [12]高華生,陳和平,徐繼榮.染整定型機(jī)廢氣治理技術(shù)進(jìn)展[J].染整技術(shù),2011,33(7):34-38.

        [13]何華飛.浙江省紡織染整工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)研究[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué),2013.

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