染整過程資源綜合回收利用技術研究及應用

周康，李超，2，操家順，2

(1.河海大學 環境學院，江蘇 南京 210098； 2.河海大學 淺水湖泊綜合治理與資源開發教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098)

紡織工業是我國一項重要的民生產業。染整是紡織工業重要的一環，其廢水排放量大約占據了紡織工業總排放量的80%，染整工藝排放的廢水水質具有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重等問題，一直是我國工業產業中重點污染源之一，也是紡織企業清潔生產的重點[2]。

由《2009～2020中國節能減排重點行業環境經濟形勢分析與預測》報告中可以看出，現如今國家正處于節能減排戰略的關鍵時期，為此國家選出了重點關注的七大行業，紡織工業赫然在列[3]。近年來，太湖流域富營養化現象較為嚴重，其重要原因在于工業經濟較發達、單位面積污染負荷較高、重污染行業比重過大、污染物排放量超過環境容量等[4]。因此，對印染行業清潔生產和廢水進行深度處理，進一步削減排污總量，對改善太湖流域水環境、節約水資源，從而推動印染行業的可持續發展具有十分重要的意義[5]。

針對我國不同印染行業清潔生產水平普遍較低，能耗、藥耗(堿耗、鹽耗)高，廢水中高含氮、難降解有機物含量高、碳源品質低，廢水回用率低等特點[6-10]，通過染整生產工藝中各工段節水改造、膜法堿回收及高鹽短程回用等清潔生產技術集成并應用，能有效地降低整個染整工藝過程中的百米水耗及能耗；回收清潔液堿進而提高產品品質(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進而提高后續廢水的可處理性，最終能夠形成基于減排、節水、降耗的清潔染整集成技術。本文以某紡織工業為例進行探討，為今后紡織企業實施清潔生產工作提供思路和借鑒。

1 印染企業清潔染整情況

通過實地調研，可以發現印染企業染整技術主要存在以下幾個問題：①《江蘇省太湖流域水污染防治條例》的推進，產業結構調整取得明顯成效，但是存在企業清潔生產內在動力不足，仍存在安于現狀的情況；②裝備、工藝以及產能良莠不齊，普遍存在現象印染設備進口設備率大大低于化纖和織造的進口設備率，導致產品附加值低，檔次低，售價無法進一步提高；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，而且有些設有1～2臺絲光機的工廠不回收堿，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，需要集成清潔生產技術，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方案

2.1 廢堿短程回收堿利用技術

某紡織在原有淡堿三級蒸發濃縮的基礎上增設了淡堿和濃堿的超濾膜處理系統，不僅實現了堿的零排放，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 膜回收堿技術是在淡堿三級蒸發濃縮的基礎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，然后經疊片過濾再通過超濾。淡堿超濾膜系統共有3組疊片過濾器，30組超濾膜組件。30組超濾膜組件進水35 m3/h，出水5 m3/h，產堿率為14.3%。膜絲外徑1.6 mm，內徑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，上彈，然后水洗10 s，再堿液沖洗35 s(21%的回用濃堿，因為僅用水沖洗會稀釋堿液濃度)；反沖洗的周期為10 min。

超濾操作的主要參數見表1。

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

2.1.2 濃堿超濾膜系統 絲光機廢堿液經過分流使用，極大地改善了絲光給堿液的清潔度，但是絲光機在生產中仍會有大量的細小纖維、漿料，留落在循環堿液中，仍會對質量產生影響，只有提高循環過濾精度，對軋槽內的堿液進行循環精細化過濾才能保證織物在生產中時時留落的纖維，漿料及時的給予去除。

濃堿超濾膜是在5%淡堿超濾膜的基礎上進行改進的，膜絲材質為PES。膜原件的主要性能參數見表2，濃堿回收系統見圖1。

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

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

目前處理絲光的8%淡堿，能長期穩定運行，達到良好的處理效果，在處理絲光20%工藝堿時也能達到良好的效果。

濃堿回收系統中共有2組盤片過濾器，將其并聯進行使用。疊片過濾不同型號根據含纖維、漿料等雜質而定，如果雜質較多選用大孔徑的。現有絲光生產線兩條，每條生產線配5組超濾(本有10組，現使用5組，其他備用)。5組超濾膜總進堿流量4.8 m3/h，出堿流量0.9 m3/h，產堿率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與淡堿參數一樣。

2.2 高鹽減排短程回用技術

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節池調節pH投加用鹽酸。染色過程中用鹽約為10 t/d；加上調節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。

某紡織公司當使用活性染料的時候，需用鹽作為固色劑，鹽配成20%的濃度作為固色劑，同時會在鹽水中加入少許防染鹽S，其作用是能夠達到抵消還原性物質的破壞，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%，當染色工藝改變時，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處理后進行回用。當布匹染成深色系時，可以使用50%的臭氧脫色鹽加50%新鮮鹽混合使用；當布匹為淺色系時，只能使用10%的臭氧脫色鹽。附著在布面的鹽，通過水洗進入廢水中，其中一段水洗后鹽濃度約為4%。出水氯離子仍嚴重超標。某公司用水量、用鹽量和出水氯離子濃度監測數據見表3。

表3 典型用水量、用鹽量和出水氯離子濃度監測數據表Table 3 Monitoring data sheet for typical waterconsumption，salt consumption and chlorineion concentration in effluent

臭氧脫色系統中臭氧發生器產量500 g/h，臭氧濃度為20～30 mg/L，臭氧脫色反應器體積為6 m3，鹽水進入量1 t/h，循環量20 t/h。進水的色度為10 000倍，而出水色度可以達到1 000倍，脫色率大約為90%。

可以通過改進方案：①因需脫色回用的鹽量大，脫色色度要求高(小于256倍)，臭氧脫色達不到預想效果，并有返色現象，需改進脫色技術；②增設一段水洗后4%鹽的回收，基本流程為4%鹽水→庫存桶→脫色→濃縮→回用；③經鹽短程回用技術改造后，除布料本身夾帶的鹽分外固色槽內鹽溶液全部得到高效回收和利用。月均可多回收120 t鹽水，節約用鹽50 t。

3 技術性能及有益效果

3.1 膜回收堿技術

目前某紡織公司在原有淡堿三級蒸發濃縮的基礎上增設了淡堿和濃堿的超濾膜處理系統，不僅能夠實現堿的回收利用，而且還能很大程度上提高絲光堿的品質、純度。

該技術(改造)投資約146.4萬元，改造后每米產品絲光工序液堿成本為0.03元/m，相比傳統擴容蒸發每米產品絲光工序液堿成本0.074元/m，節約了50%以上的成本。通過超濾膜處理淡堿，減少了70%～80%的蒸發堿液所需能源。某紡織公司每天約使用200 t堿液，以每蒸發1 t堿液消耗60元計算，每天約節約700～8 000元。進一步地，該技術應用有效減少了70%～80%的蒸發堿液所需能源，所獲得的高品質堿使得產品一等品率從96%上升至98%～98.5%。某紡織公司每年生產5 000萬米布，以10元/米計算，每年增效1 250萬元，實現了企業的減排增效。

3.2 高鹽減排短程回用技術

對某紡織公司印染固色用鹽中20%的鹽水進行臭氧脫色回收，實現短程回用，結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。不僅節約成本而且實現了鹽的減排，減少了高鹽廢水對末端生化處理的影響。

3.3 清潔染整技術節能、降耗效益

針對染整過程中鹽和堿利用效率低、對產品質量有不良影響等問題，采用高效臭氧氧化實現高鹽短程回用技術，實現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，并為后續廢水生物處理效能的提升創造條件；采用膜回收技術淡堿以獲得清潔堿，大大減少堿回收濃縮、蒸發所需的蒸汽消耗，同時由于回收堿液品質提升，染整產品一等品率由原來的96%提升至最高98.5%；采用以上技術，某紡織公司實現堿回收及鹽回收減排增效1 300余萬元(按5 000萬米布計)，清潔染整節能和降耗總的經濟效益5 300萬元。

4 技術前景分析

(1)本技術基于印染車間有效利用超濾膜對淡堿進行過濾后回用，有效減少需蒸發的淡堿的量以及提高了回用堿的品質；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。最終形成了基于減排、降耗的清潔染整集成技術，相比之下，本技術的清潔生產水平較高，且具有明顯的創新性及先進性。

(2)印染廢水中堿是消耗最大的化學藥劑，大部分印染企業為了減少投資或者因為堿回收技術不成熟，堿回收率非常低，而廢堿進入后續的污水處理設施中，不但耗堿量巨大，還會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值僅50%。短程堿超濾膜回收技術在某紡織公司染整過程中取得良好的節能減排效果，可以將該膜回收堿技術移植到太湖流域的其它印染企業。

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