曹錫勇,劉曉蕓,徐旺雄,陳華林,李河清
(1.浙江滬江線業(yè)有限公司,浙江金華 321000;2.浙江絲科院輕紡材料有限公司,浙江杭州 311300)
近10 年來,我國在印染節(jié)能降耗減排新工藝、新技術(shù)、新裝備以及印染廢水終端治理技術(shù)的開發(fā)應用上雖發(fā)展較快,進步較大,但總體節(jié)水程度不高,深度治理和循環(huán)利用能力不夠,綜合系統(tǒng)性不強,一般節(jié)水工藝技術(shù)和終端治理中水回用的水平也只有30%~50%,仍不能適應國家對改善資源環(huán)境的高標準、嚴要求[1-4]。
純棉筒子紗染色工段較長,往往需要經(jīng)過多道水洗,尤其是染深色品種,甚至皂洗3次才能達到色牢度要求。這樣不但造成用水量以及廢水排放量的增加,而且增大了助劑用量,電和蒸汽成本也隨之上升。對此,公司引進了一套生態(tài)循環(huán)染色設備以及新技術(shù)工藝。該工藝采用染色殘液循環(huán)捕捉儀捕捉每道染色或水洗工序殘液中的染料,所得清水再循環(huán)利用到相應工段中,從而大大減少了廢水的排放,在一定程度上縮短了工藝流程,有效地減少了染色廢水對環(huán)境的污染,同時還節(jié)約了棉筒子紗染色的電能和蒸汽。
材料:純棉筒子紗[21 支(C21s)、1.05 kg/筒];活性深紅XD-05Y、活性橙XD-13Y、活性藏青XD-43Y、精煉劑XD-1002、固色堿XA-2202(第1 次自來水染色用)、循環(huán)堿XA-2203(復用水染色用)、皂洗劑XA-2402、固色劑XA-2505(浙江絲科院輕紡材料有限公司),活性黑7M(浙江滬江線業(yè)有限公司),冰醋酸、元明粉(工業(yè)級)。
設備:筒子紗染色機(100 kg,深圳立信染整機械有限公司),XS-170101 全自動染色殘液循環(huán)捕捉儀(浙江絲科院輕紡材料有限公司),Y571染色摩擦牢度儀(紹興市元茂機電設備有限公司),Datacolor 電腦測色儀[德塔顏色商貿(mào)(上海)有限公司],雷磁PHS-25型數(shù)顯pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司),DDB-303A便攜式電導率儀(杭州格圖科技有限公司-上海儀電物理光學儀器有限公司)。
1.2.1 工藝流程及示意圖
傳統(tǒng)染色工藝流程:染色(浴比1∶8,室溫下以1 ℃/min 升溫至60 ℃,保溫60 min)→水洗(過1 遍水)→中和(室溫×10 min)→皂洗(98 ℃×10 min)→水洗(室溫×10 min)→皂洗(98 ℃×10 min)→溫水洗(60 ℃×10 min)→冷水洗(室溫×10 min)→固軟(50 ℃×20 min)→出紗→脫水→烘干(殘液均排放)。
零排放染色工藝流程:染色(浴比1∶8,室溫下以1 ℃/min 升溫至60 ℃,保溫60 min)→中和(80 ℃×15 min)→皂洗(80 ℃×15 min)→熱水洗(80 ℃×15 min)→溫水洗(60 ℃×15 min)→冷水洗(室溫×15 min)→固軟(50 ℃×20 min)→出紗→脫水→烘干。
零排放染色技術(shù)殘液及復用水流向示意圖如下所示:
1.2.2 染色配方
傳統(tǒng)染色和零排放染色(分別使用廠水和復用水)配方見表1。
表1 染色配方
1.3.1 水質(zhì)特征
pH:采用數(shù)顯pH計直接插入溶液進行測定。
元明粉質(zhì)量濃度:先對所測溶液進行稀釋(元明粉稀釋至1 g/L內(nèi)),然后用便攜式電導率儀直接測定,再通過元明粉質(zhì)量濃度與電導率關(guān)系標準曲線計算出元明粉質(zhì)量濃度[5]。
1.3.2 筒子紗顏色特征值及色差
顏色特征值:用電腦測色儀測定K/S值、色差及其他顏色特征值(L*,a*和b*值),選擇D65光源。
色差:棉筒子紗染色后進行質(zhì)量檢測,上中下層筒子紗各任意抽樣一只,以及對每只筒子紗內(nèi)中外層抽樣,用電腦測色儀測試色差(測試時比較染同色筒子紗之間的總色差)。
1.3.3 染色牢度
參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》測試耐皂洗色牢度。
參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測試耐摩擦色牢度。
零排放染色技術(shù)本著“有限資源,無限循環(huán)”的理念,采用細分“原始點”治理和染色水全流程循環(huán)利用的全新技術(shù)模式,通過染色全過程各工序(染色、皂洗、水洗)殘液的分別深度治理,不改變加工介質(zhì),快速、精準分離和除去不需要的成分,保留所需要的成分,再分別回用到相應的染色工序中去,循環(huán)反復高頻次利用,最大限度地節(jié)水、減排和減污,實現(xiàn)印染節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)的重大突破。具體來看,其與傳統(tǒng)染色工藝的區(qū)別詳見表2。
表2 零排放染色技術(shù)與傳統(tǒng)染色工藝的對比
按照零排放染色工藝流程及其配方進行染色,首次使用自來水,從第2 次開始使用循環(huán)捕捉儀供水并進行多次染色,然后監(jiān)測每次染色各工段的染色殘液以及下一次染色用復用水的水質(zhì)特征(包括元明粉質(zhì)量濃度、pH),結(jié)果分別如表3、圖1所示。
表3 染色各工段殘液及復用水的水質(zhì)指標
由表3可知,在染同種顏色時,多次循環(huán)染色后各工段殘液以及復用水的元明粉質(zhì)量濃度以及pH基本穩(wěn)定,這保證了染色以及水洗效果的穩(wěn)定性,為后續(xù)筒子紗顏色深度、色光以及色牢度提供了保證;在循環(huán)染色過程中,更換染色顏色和改變?nèi)玖嫌昧繒r,只需改變元明粉和染色堿的補加量,即可達到穩(wěn)定的上染率以及水洗效果,說明采用復用水染色不受顏色的限制。另外,從表3中元明粉以及染色堿的用量來看,與傳統(tǒng)染色工藝比較,零排放染色工藝明顯降低了元明粉的用量(節(jié)約了65%左右的用量)以及染色堿的成本(循環(huán)堿價格相對固色堿便宜,節(jié)約了50%左右的成本)。
從圖1 可以看到,經(jīng)循環(huán)捕捉再生儀再生后得到的復用水均幾乎澄清,從而保證了染色以及水洗工序不影響筒子紗的色光。
圖1 染色各工段殘液及再生后復用水對比圖
在每次染色出紗時,從染缸上中下層各隨機抽取一個筒子紗進行質(zhì)量鑒定,主要測試其K/S值、顏色特征值、耐摩擦和耐皂洗色牢度等指標。結(jié)果見表4。
表4 筒子紗的顏色特征值及色牢度
從表4 可以看到,采用零排放染色工藝進行染色和水洗,同種顏色的K/S值、顏色特征值均比較一致,肉眼較難辨別出明顯色差。由此可見,多次染色后筒子紗的色光及顏色深度具有重復性和穩(wěn)定性。另外,從耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度來看,零排放染色工藝所得筒子紗色牢度與傳統(tǒng)工藝一致,甚至優(yōu)于始終采用廠水染色的筒子紗。
染色后筒子紗的色差可有效反映勻染情況,勻染性是筒子紗染色的重要指標之一,也對染色質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。對生產(chǎn)中染色后筒子紗的色差進行抽樣測定,結(jié)果如表5所示。
表5 筒子紗染色色差及等級評定
由表5 可以看出,零排放染色的同種顏色筒子紗內(nèi)中外層以及上中下層的色差均小于0.6,且通過灰色色卡評級結(jié)果均不小于4.5 級,說明該染色方法的勻染性良好。
選定一種染色配方(本次染色選擇染黑色),首先全染色過程均使用廠水染色和水洗,然后殘液排放;再對比零排放染色工藝,全過程采用再生復用水染色和水洗,殘液排向循環(huán)捕捉儀。生產(chǎn)中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)以及水電汽的消耗量以對比2種染色方法中各工段中差異部分的成本,結(jié)果如表6所示。
表6 零排放染色技術(shù)節(jié)水節(jié)能等的成本比較
由表6可以看出,相比傳統(tǒng)染色工藝,零排放循環(huán)染色工藝新增了染料捕捉劑的成本以及少量增加的耗電量(循環(huán)捕捉再生儀產(chǎn)生),但不僅實現(xiàn)了染色以及各水洗工段廢水的近零排放(從節(jié)水角度來看節(jié)水率達90%以上),而且大大節(jié)約了元明粉的用量以及染色堿的成本(節(jié)約50%左右),其節(jié)約成本遠大于所增加的部分。另外還節(jié)約了近40%的蒸汽,因而具有顯著的經(jīng)濟以及社會環(huán)境效益。
(1)棉筒子紗零排放染色工藝較傳統(tǒng)染色工藝在節(jié)水節(jié)能以及節(jié)約染色助劑等方面具有較大優(yōu)勢,其中節(jié)水率達90%以上,元明粉的用量以及染色用堿劑的成本也節(jié)省了50%以上。
(2)采用循環(huán)捕捉再生儀實現(xiàn)了各工段殘液中染料的全部捕捉,所得再生復用水幾乎無色澄清,防止了復用水染色以及水洗過程對筒子紗色光以及色牢度產(chǎn)生不利的影響。
(3)棉筒子紗零排放染色工藝多次循環(huán)染色,所染筒子紗色差小,勻染性優(yōu)良,且同種顏色得色深度以及色光的穩(wěn)定性良好。耐摩擦色牢度以及耐皂洗色牢度均較好且穩(wěn)定。