（纺织工程专业论文）水过滤系统对水刺非织造工艺水质的影响.pdf

水过滤系统对水刺非织造工艺水质的影响 摘要 本文主要研究的是水刺非织造生产线的水过滤系统对水刺工艺 水质的影响。水刺非织造工艺是依靠高压水，经过水刺头中的喷水板， 形成微细的高压水针射流对托网帘或转鼓上运动的纤网进行连续喷 射，在水针直接冲击力和反射水流作用下，纤网中的纤维发生位移、 穿插、相互缠结抱合，形成无数的机械结合，从而使纤网得到加固。 因此，水刺非织造工艺需要用到大量的水，而循环使用工艺水才能节 约水资源，减少生产成本。 水刺非织造工艺的水处理技术的循环利用不但要达到去除污染 物的目的，而且还要使水质达到水刺工艺的要求。水刺工艺用水要经 过高压通过喷水板上的微孔向纤网喷射，喷水板上的微孔很小，因此 很容易被水中的杂质堵塞，这就对水刺工艺的水过滤系统提出了更高 的要求。水中的纤维碎屑、纤维整理油剂、微生物以及一些固体悬浮 物都有可能堵塞细小的喷水孔，影响产品的质量和生产效率。因此， 水过滤与水循环系统是水刺非织造布生产工艺中非常重要的一部分。 过去水刺非织造工艺利用的水处理系统一般采用多个处理单元来进 行处理，简单采用动态过滤、袋式过滤、带式过滤等几种方法，有时 还要配合使用一些辅助过滤的手段，如絮凝处理、添加杀菌剂等。在 实际应用中，过滤效果不佳，堵塞喷水板孔的频率高，使水刺非织 造布缠结力下降，网面条纹多。 本课题采用的水处理系统增加了气浮、砂滤和精密过滤器等组 成，去掉了带式过滤器，共设计了两种工艺：一种是一体式气浮一砂 滤水处理工艺，该工艺不含有精密过滤器；另一种是分离式气浮一砂 滤水处理工艺。通过对这两种工艺的处理效果和设备运行情况的研 究，发现一体式工艺适合于处理生产纯涤纶或合成纤维的产品，而分 离式工艺则比较适合于生产混有粘胶纤维的产品。分离式工艺明显优 于一体式工艺，并且节约用水量，如日排水量要比一体式工艺少2 0 0 多吨，处理混有粘胶产品时的水质好于一体式工艺，设备的维修和保 养也比一体式工艺方便。 本文是通过浊度这一衡量水的指标来对两种工艺的处理效果进 行对比的。原料和微生物是影响循环水的重要因素。 关键词：水刺，非织造，水处理，气浮，砂滤，浊度 i n f l u e n c e0 fw r a t e rt r e a r m 匝n ts y s t e mt ot 髓w 姗r q u a l i t y o fs p u n l a c en o n w o v e n sp r o c e s s a b s t r a c t t h i st e x tm a i n l ys t u d i e so nt h ew a t e rt r e a t m e n ts y s t e mo f s p u n l a c e n o n w o v e n sl i n e s p u n l a c en o n w o v e n sp r o c e s su t i l i z eh i g hp r e s s u r ew a t e r j e tt h el o c o m o t o rw e bo nt h en e to rd r u mc o n t i n u o u s l yt h r o u g ht h ej e t s t r i p f i b e r si nt h ew e bl o c o m o t e ，p e n e t r a t ea n de n t w i s te a c ho t h e ru n d e r t h ed i r e c ti m p u l s i o no ft h ew a t e rn e e d l ea n dt h er e f l e c t e dw a t e r t h e s e m o v e m e n t so ff i b e r si nt h ew e bf o r mc o u n t l e s sm e c h a n i c a lb o n d i n g t h e nt h ew e bi sr e i n f o r c e db e c a u s eo ft h e s em o v e m e n t s a c c o r d i n g l y ，t h e s p u n l a c en o n w o v e n sp r o c e s sn e e d sal o to fw a t e r h o w e v e r ，i ti sb e t t e rt o c i r c u l a t et h ew a t e rt or e t r e n c hw a t e rr e s o u r c ea n dt h ec o s t w a t e rt r e a t m e n to fs p u n l a c en o n w o v e n sn o t o n l yr e m o v e t h e c o n t a m i n a t i o ni nw a t e rb u ta l s om a k es u r et h e c i r c u l a t o r yw a t e ra s d e m a n d so fs p u n l a c en o n w o v e n sp r o c e s s t h ef i n eh o l e so nt h ej e ts t r i p a r et o os m a l lt h a tt h e ya r ee a s i l yt ob eb l o c k e db yi m p u r i t i e si nw a t e r t h i s p o i n t p u t sf o r w a r dah i g h e rd e m a n dt ot h ew a t e rt r e a t m e n to f s p u n l a c en o n w o v e n s t h e r ea r ef i b e rc h i p p i n g s ，d i s p o s i n go i l so ff i b e r s ， m i c r o b ea n ds u s p e n d e ds o l i di nc i r c u l a t o r yw a t e r t h e s ei m p u r i t i e sa r e c a p a b l et ob l o c kt h ef i n eh o l e so nt h ej e ts t r i p i tw i l l i n f l u e n c et h e p r o d u c t sq u a l i t ya n dp r o d u c i n ge f f i c i e n c y t h e r e f o r ew a t e rf i l t r a t i o na n d w a t e rc i r c u l a t i o n s y s t e m i so n ei n d i s p e n s a b l ep a r tf o rt h es p u n l a c e n o n w o v e n sl i n e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e ma l w a y sn e e d sac o u p l eo fu n i t st ot r e a tt h e c i r c u l a t o r yw a t e r f l o t a t i o nt e c h n o l o g y ，s a n d f i l t e r ，b a gf i l t e r ，b e l tf i l t e r a n de x a c tf i l t e ra r eo p t i o n a lm e t h o d s s o m e t i m e sw a t e rt r e a t m e n ts y s t e m a l s on e e d ss o m ea c c e s s o r i a lm e a n ss u c ha sf l o c c u l a t i o nt e c h n o l o g ya n d a d d i n gg e r m i c i d e i nw a t e rt o c o o p e r a t e t h e r u n n i n g o ff i l t r a t i o n e q u i p m e n t s i np r a c t i c e ，t h ee f f e c to ft h e s et r e a t m e n ti sn o tg o o de n o u g h t os a t i s f yt h ed e m a n do fs p u n l a c en o n w o v e n sl i n e a n dt h ef r e q u e n c yo f b l o c k i n gt h ej e ts t r i pi sp r e t t yh i g h t h i ss i t u a t i o nr e s u l ti nd e c l i n i n go f e n t a n g l e m e n tf o r c eo ft h en o n w o v e n sp r o d u c t sa sw e l la si n c r e a s i n go f w e b s t r i p e i nt h i sp a p e rw eu s et h ew a t e rt r e a t m e n ss y s t e mi s c o m p o s e do f f l o t a t i o n ，s a n d f i l t e r ，b a gf i l t e ra n de x a c tf i l t e r t a k eo u tt h eb a n df i l t e r t h e r ea tet w op r o c e s s e s ：o n ei s i n t e g r a t i v ef l o t a t i o n - s a n d f i l t e rw a t e r t r e a t m e n tp r o c e s s ，e x a c tf i l t e ri sn o ti n c l u d e d ；t h eo t h e ro n ei ss e p a r a t e f l o t a t i o n s a n d f i l t e rw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s w ed i s c o v e rt h a tt h et w o p r o c e s s a t ef i tf o rp r o d u c i n gd i f f e r e n tp r o d u c t sb yo u rr e s e a r c h ：t h e s e p a r a t ef l o t a t i o n - s a n d f i l t e rw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s si s f i tf o rp r o d u c i n g p r o d u c t sw i t hv i s c o s ef i b e r sa n dt h ei n t e g r a t i v ef l o t a t i o n - s a n d f i l t e rw a t e r t r e a t m e n tp r o c e s si sf i tf o rp r o d u c i n gu n m i x e dp o l y e s t e rf i b e r sp r o d u c t s t h es e p a r a t ef l o t a t i o n - s a n d f i l t e rw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s si sb e t t e rt h a nt h e i n t e g r a t i v ef l o t a t i o n s a n d f i l t e rw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sh o l i s t i c a l l y ，f o r e x a m p l e ，i t se f f l u e n tq u a n t i t yp e rd a yi s l e s s2 0 0t o n st h a n t h el a t t e r s t h e t u r b i d i t yo fw a t e rw h e np r o d u c i n gp r o d u c t sw i t hv i s c o s ef i b e r si sl e s s t h a nt h el a t t e r s a n dt h em a i n t e n a n c ea n ds e r v i c ea r ea l s oc o n v e n i e n ta n d p r o m p t t u r b i d i t yi su t i l i z e dt oc o m p a r et h et r e a t m e n te f f e c tb e t w e e n t h et w o p r o c e s s t h e m a t e r i a l sa n dt h em i c r o b ea r e i m p o r t a n t f a c t o r so f i n f l u e n c i n gt h ec i r c u l a t o r yw a t e r h a nd o n g s h e n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f j i nx i a n g y u k e yw o r d s ：s p u n l a c e ，n o n w o v e n s ，w a t e rt r e a t m e n t ，f l o t a t i o n ， s a n d f i l t e r ，t u r b i d i t y 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：韩东生 日期： 2 9 0 一7 年j z 月1 0 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密 学位论文作者签名：茸苇东生 日期：久0 0 年汉月爻。日 指导教师签名：私自陵 日期：砷年己月2y 日 第一章前言 第一节水刺非织造工艺及应用领域 1 1 1 水刺非织造工艺 水刺非织造工艺是种新型的非织造材料加工技术，是一门正在蓬勃发展的 非织造布加工技术，于2 0 世纪7 0 年代被美国杜邦公司和奇考比公司相继开发研 制成功。水刺法非织造材料的吸湿性和透气性好，手感柔软，强度高，悬垂性好， 无需粘合剂加固，外观比其它非织造材料更接近传统纺织品，因此，尽管水刺法 工艺发展较晚，但己成为增长速度最快的非织造工艺方法之一，无论产品、工艺， 还是设备，近几十年来均得到了很大的发展。水刺工艺技术应用也被移植到纺粘 非织造材料、机织物、针织物和纸浆粕材料领域。 近几年，我国非织造布行业中发生了一轮竞上水刺生产线的热潮，2 0 0 4 年 就新上了3 0 多条水刺生产线，同年水刺非织造布的产量比2 0 0 3 年增长了5 0 ， 2 0 0 5 年比2 0 0 4 年增长了3 8 9 。2 0 0 5 年下半年到2 0 0 6 年9 月，又有十几家公 司要上水刺非织造布生产线，据估计，到2 0 0 7 年初，我国的水刺生产线有可能 达到9 5 条左右【1 1 。水刺新产品与新工艺也不断涌现，如国内已经开发出聚乳酸 医用水刺非织造材料、可降解水刺非织造布、竹纤维水刺非织造材料和木浆气流 成网水刺非织造布等等。 水刺非织造工艺也被称为射流喷网( s p u n l a c e d ) 或水力缠结工艺 ( h y d r o e n t a n g l e m e n t ) ，它是依靠高压水，经过水刺头中的喷水板，形成微细的 高压水针射流对托网帘或转鼓上运动的纤网进行连续喷射，在水针直接冲击力和 反射水流作用下，纤网中的纤维发生位移、穿插、相互缠结抱合，形成无数的机 械结合，从而佼纤网得到加固。水针通常垂直于纤网进行喷射，园垂直喷射可最 大程度地利用水喷射能量，同时不破坏纤网外观结构。水针使纤网中一部分表层 纤维发生位移，相对垂直朝网底运动，当水针穿透纤网后，受到托网帘或转鼓表 面的阻挡，形成水流的反射，并呈不同的方位散射到纤网的反面。图1 1 为水刺 加固原理图，水刺头下方配置真空抽吸水装置，利用负压作用，将托网帘或转鼓 上的水经孔眼迅速吸入真空脱水箱内腔，然后被抽至气水分离器处理，进入水处 理系统【2 】o 图1 1水刺加崮原理图 1 1 2 水刺非织造布的应用 水刺非织造布在医疗卫生领域已经得到广泛的使用，可以说是水刺非织造布 最主要的应用领域，其中最常规的产品有医用手术衣、手术包覆布、擦手巾、医 用手术帽、绷带、医用敷料、口罩、医用纱布、医用绷带、药膏布、一次性床单 等等【3 1 。 揩拭材料：湿面巾、旅游魔术毛巾、一次性内衣裤、餐业揩布、餐巾、台布、 镜片擦拭布、除污布、宾馆用即弃毛巾、清洁布、家庭装饰布、妇女卫生巾、婴 儿尿布等 合成革基布：p u 合成革基布、p v c 合成革基布、工业过滤材料、功能性涂 层基布、包装布、鞋用材料、汽车工业用布等 其他还可以做粘合衬基布、一次性服装、套袖、围裙、鞋套等；土木工程和 屋顶防水材料；蓄电池隔板；屋内装饰材料，屋顶吸音材料；空气滤材等。 水刺工艺采用的主要原料有涤纶、锦纶、丙纶、粘胶、脱脂棉纤维、e s 皮 芯型纤维及其他功能性纤维等，一些难以加工的纤维也可应用于水刺工艺，如芳 纶可以加工成防火非织造布，抗菌纤维可做成抗菌非织造布，可溶性纤维可通过 水刺工艺成为用即弃环保产品等。 第二节研究水刺非织造水处理工艺的必要性 水刺非织造工艺所需的用水量很大，循环水量一般为1 0 0 2 5 0 m ，为节约 水资源，减少生产成本，必须将工艺水经处理后循环使用【4 1 。传统过滤技术只要 将污水中的污染物分离去除、回收利用或将其转化为无害物质，使水得到净化， 达到排放标准即可。而水刺非织造工艺的过滤技术则不但要达到去除污染物的目 的，而且还要使水质达到水刺工艺的要求。水刺工艺用水要经过高压通过喷水板 上的微孔向纤网喷射，喷水板上的微孔很小，一般为o 0 8 - 1 5 m m ，因此很容易 被水中的杂质堵塞，这就对水刺工艺的水过滤系统提出了更高的要求。 水刺工艺用水的标准：酸碱度p h 值6 5 - - - 7 5 ，水中固体含量小于等于5 1 0 - 4 ，颗粒尺寸小于等于1 0um ，氯化物含量小于等于1 0 0 m g 1 ，碳酸钙含量 小于4 0 m g 1 。 第三节水刺非织造水处理工艺所使用的方法 工业污水的处理方法主要分为物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物 处理法。工艺水中的污染物有很多种，单靠一种处理方法很难达到水刺非织造工 艺的要求，因此往往需要使用多个处理单元来进行处理，才能达到工艺用水的要 求。 过去水刺非织造工艺利用的水处理系统一般采用多个处理单元来进行处理， 简单采用袋式过滤、带式过滤、芯式过滤等几种方法，有时还要配合使用一些辅 助过滤的手段，如絮凝处理、添加杀菌剂及静电水处理器，更有将末道水刺头完 全采用新鲜水的方法。在实际应用中，过滤效果不佳，影响水质和堵塞喷水板孔 的频率高，使水刺非织造布缠结力下降，网面条纹多。 本课题采用的水处理系统增加了气浮、砂滤和精密过滤器等组成，去掉了带 式过滤器，共设计了两种工艺：一种是一体式气浮一砂滤水处理工艺，该工艺不 含有精密过滤器；另一种是分离式气浮一砂滤水处理工艺。 在实际生产中，可根据水刺生产线的实际情况和成本的考虑，酌情采用哪几 种过滤方法。 第四节研究的内容 研究的内容包括：气浮设备中的溶气罐和释放器的工作机理，以及排水布 水系统，气泡释放的条件( 如气泡浓度) 对气泡直径的影响，气泡在上升过程中 对微粒的吸附机理等；过滤技术及其机理，生产工艺对砂滤设备的进出口压力 和压差的影响，以及该工艺下渗透率的计算等；喷水板的堵塞机理及现象。本 课题将根据水过滤系统出现的问题和水刺喷水板堵塞等问题，以及工艺参数的调 整对水质和非制造布产品质量的影响，取水样进行分析和工艺研究，分析喷水板 堵塞的原因，并对水刺生产线的一体式和分离式水过滤系统进行对比。 实验部分包括两部分：水样的取样和分析，一体式气浮砂滤水处理设备和分 离式气浮砂滤水处理设备的对比。 水样的取样和分析：依次要测量水刺生产线水处理系统各过滤环节的水质指 标，还要对过滤前后的水质浊度进行对比。了解气浮装置和砂滤器的处理效果， 以使过滤效果达到最优值。水样的取样包括对一体式和分离式两种工艺的水样进 行采集。该部分还包括对气浮设备消泡时间的测定，以便计算气浮产生的气泡直 径。 一体式和分离式工艺的对l l ：本研究中一条生产线的水过滤系统是采用一体 式的气浮一砂滤。另一条生产线的气浮设备和砂滤设备是分离式的。通过对一体 式和分离式工艺的对比，能更好地对这两种水处理工艺进行研究，为以后水刺水 处理系统的研制和应用提供可靠的科学依据。 第五节研究的目的和意义 国内外对于水刺非织造工艺水处理系统的研究尚处于初始阶段，几乎没有对 水刺水处理工艺进行系统的研究。一是因为水处理系统涉及的过滤方法比较多， 二是它涉及到学科的交叉，相关的工艺和理论结合较少，造成人们对对水的过滤、 节水减排以及相关理论的研究重视不够等等。水处理系统各种过滤方法的选择也 是一个重要方面，需要根据水刺生产线的实际情况进行综合考虑。因为各种过滤 方法的确定不但直接关系到企业污水的排放量和用水量，还会影响到产品的质量 和水刺机的运行，这些都会影响到企业的生产成本。比如，如果水处理系统的处 理效果比较差，造成循环水水质达不到水刺机的要求，就会造成水刺痕，影响产 品的质量和外观，水针板经常堵塞还会缩短水针板的使用寿命等。当前我国正在 建设资源节约型和环境友好型社会，水刺非织造工艺水处理系统如果设计合理 的话，则可以节约大量宝贵的淡水资源。 综上所述，水质对水刺非织造工艺影响很大，有必要对水过滤系统进行深入 地研究，以便制定可靠的、合理的过滤方案和生产计划，采用恰当的过滤装置组 合，减小因过滤不当造成的产品瑕疵以至喷水板堵塞，提高生产效率，延长设备 4 的使用寿命，尤其是喷水板的使用寿命，同时在节约设备投资的情况下，达到良 好的水处理效果，节水节能，提高水的利用率，降低生产成本。 6 参考文献 1 我国非织造布行业掀起新一轮的水刺热， h t t p ：w w w t e x n e t , c o m c n n e w s 2 0 0 6 0 9 2 0 14 4 4 5 8 h t m l 。 2 柯勤飞，靳向煜，非织造学 m 】，上海：东华大学出版社，2 0 0 4 ：1 1 5 - 1 1 6 。 3 王晓梅，柯娜，水刺无纺布工艺与产品开发 j 】，中国纤检，2 0 0 1 ，5 ：3 3 3 4 。 4 郭秉臣，非织造布学 m ，北京：中国纺织出版社，2 0 0 2 ：1 2 2 - 1 2 6 。 第二章水刺过滤类型及预处理技术 第一节水刺工艺所采用的过滤类型 本课题是东华大学与绍兴县和中合纤有限公司共同承担的中国纺织工业协 会的重点科研项目，东华大学非织造课题组在多年理论和实践基础上与企业进行 了产学研合作，组建了两条生产规模为8 0 0 0 吨年的水刺生产线。主要系统包括 开松混合机、气压棉箱、梳理机、水刺机、卷绕机以及水处理工艺等。水处理系 统则是从各种预处理技术中选择气浮技术作为水处理系统的首道过滤，从各种滤 池中选择压力砂滤滤池作为主要的过滤设备，然后再在砂滤后添加精密管式过滤 和袋式过滤作为后道精密过滤，进一步加强过滤效果等。 该水刺非织造生产线的水处理工艺的选择主要包括对预处理技术、过滤技 术以及后道精密过滤设备的选择等。 水刺生产线循环水中的杂质一般有纤维碎屑、纤维素胶状体、微生物、纤 维整理油剂、水垢、腐蚀产物以及极少量沙土、尘埃等。在过滤介质确定的情况 下，设计的基本参数：循环水量；砂滤每只过滤器的水通量过滤精度的要 求。 第二节预处理技术 首先选择的是预处理技术，预处理技术是对水刺后的废水进行预处理，使处 理后的废水利于后面过滤设备的处理。 预处理技术有很多，主要有以下几种： 2 2 1 改变液体的特性 ( 1 ) 降低液体的粘度。对于高粘性液体或非牛顿型流体而言，即使提高一 点温度都能使其粘度产生较大的变化。就是说，用低温加热给悬浮液升温后，过 滤速度会有明显的提高。此外，用粘度较低的液体去稀释需要过滤的高粘性液体， 也能取得同样的效果【l 】：例如石油脱腊，就是用此法提高过滤速度的。水刺生产 线中的工艺循环水属于低粘度的牛顿型流体，因此不必特意降低粘度。 ( 2 ) 降低液体的密度。液体密度小的悬浮液，其固体粒子容易沉降。升温 法对液体的密度影响很小【2 】o 降低液体密度的更有效方法是：向悬浮液中加入可 溶合的低密度液体，例如向水中加入易溶合的密度更小的酒精。水刺生产线中的 循环水绝大部分是水，而且量很大，因此降低循环水的密度不切实际，成本较高。 7 ( 3 ) 降低液体的表面张力。液体的表面张力受温度的影响，但更容易受所 添加的表面活性剂的影响。例如在煤泥的脱水过程中，通常要添加表面活性剂， 来显著降低泥饼的含水率【3 1 。该方法可以在水刺生产线中应用，不过一般是作为 其他过滤方法的辅助手段。 2 2 2 淘析和分级 淘析分级器是用来将混在一起的粗粒子和细粒子彼此分开，以免细粒子堵塞 过滤介质的孔隙。操作时，淘析液从底部向上流动，而悬浮液则从切向流入。悬 浮液中的粗粒子逆着淘析液向下沉降，并从分级器的侧面排出；而细粒子则顺着 淘析液流向上，并溢流出去。 水力旋流器作为最基本的分级器，应用较广。它利用粒子之间的密度差或尺 寸差，给分散在液体中的粗、细粒子分级。然后，将粒子适于过滤的料浆送入过 滤机，以便提高过滤效率。有时特意向含有难过滤的微细粒子的悬浮液中添加粗 粒子。过滤开始时形成的粗粒子层，像预敷层一样捕捉住细粒子。 淘析和分级适合悬浮物浓度较高的溶液，而水刺生产线中的循环水中悬浮物 的浓度很小，因此淘析和分级不适合应用于水刺生产线。 2 2 3 结晶 出于对经济性和环保的考虑，应设法将分级出束的微细粒子变成较大粒子。 例如，将微小晶粒溶解后送入结晶器的原料槽中，待结晶。也可不经溶解，而是 直接送回结晶器，以获得有均匀中等粒径的晶体。 迄今，由分离工序处理的粒子多数是晶体。结晶过程包括晶核生成阶段和晶 粒长大阶段。只有在溶液的浓度超过溶解度一定值后，才能产生晶核。就是说， 溶液的过饱和度是产生晶核的推动力；而使晶粒长大的推动力，仍然是过饱和度。 显然，如果加入过滤机的料浆处于饱和状态，就会有溶质结晶析出。析出的晶体 将堵塞配管，微小晶粒会堵塞过滤介质的孔隙。可见，晶粒的大小对过滤影响很 大。所以，应当在过滤之前，使料浆中的晶体具有均匀的中等粒径。 水刺生产线中的循环水远远低于饱和状态，如果使用结晶的方法，则肯定会 费时费力，而水刺生产线中水刺机的用水速度非常快，因此该方法不适合水刺生 产线。 2 2 4 絮凝和反絮凝 凝结和絮凝是通过向料浆中添加药剂，来形成由众多细粒子形成的疏松絮 团。这样便能改变粒子的有效密度，改善了过滤条件引。 所谓絮凝作用是指通过所添加的高分予絮凝剂的吸附、架桥，将不稳定状态 的颗粒群或已经凝结的小絮团结合成较大絮团。絮团的模型如图2 1 所示 分散性颗粒群 絮团 、- 图2 - 1 絮团的模型 2 2 5 使用助滤剂 含有亲水性极细粒子的悬浮液，非常难过滤。如果形成的是可压缩性滤饼， 那么饼内的原本细小的流路，会在过滤压作用下迅速变小。 对于这类料浆，即使添加絮凝剂，其滤饼的渗透性也非常差；甚至滤饼较薄 时，过滤也不能继续下去。针对这样的料浆，应当利用硅藻土、膨胀珍珠岩等助 滤剂【5 】o 水刺生产线循环水中亲水性极细粒子较少，使用助滤剂得不偿失。 2 2 6 沉淀 沉淀因其价廉实用是目前应用的较多的预处理方法。沉淀的作用是通过重力 沉淀的方法去除废水中所挟带的泥砂。城市污水和一些工业废水( 如制革厂、屠 宰场等) 常含有无机性泥砂，化工废水中一般不含有泥砂，但由于清洗地面或废 水输送过程中泥砂跌落，也会形成废水挟带泥砂现象【6 】o 这些泥砂必将在废水处 理装置内沉积或引起磨损，造成设备运行故障，或者是无机泥砂同化学沉淀物， 生物沉淀物共同沉淀，混杂在一起，影响污泥的处理和回用。 但沉淀适用于处理悬浮物密度较大的废水，而在水刺非织造工艺循环水中， 密度较大的悬浮物( 如泥砂等) 几乎没有，而且沉淀池处理速度缓慢，水在沉淀 9 池中停留的时间长，难以适应水刺非织造工艺大流量的用水速度。 2 2 7 气浮 微小粒子的沉降速度本来就很慢，再加上料浆的浓度低，势必需要大面积的 过滤设备。气浮法净水是设法在水中通入或产生大量的微细气泡，使其粘附于杂 质絮粒上，造成整体比重小于水的状态，并依靠浮力使其上浮至水面，从而获得 固液分离的一种净水方法。气浮可以说是一种重力分离过程，在该过程中，气泡 粘附于固体颗粒的气泡一颗粒复合体的表现密度小于水的密度，从而使此复合体 易于上浮至水面。目前，国内外有些研究机构已经将气浮处理技术提高到一个崭 新、完善、高效的新水平，微气泡的直径平均小于1 微米左右。这使得气浮处理 技术适用于城市生活污水和各种各样的工业污水处理，当然也包括水刺非织造生 产线，并在污水处理的过程中回收有价值的产品。 由于水刺非织造工艺中的循环水中杂质一般都是低密度的，因此气浮技术非 常适合处理水刺非织造工艺循环水。由于气浮技术比较重要，原理也比较复杂， 因此将在下一章详细说明。 在水刺非织造业中使用的预处理技术一般都是气浮技术和絮凝技术，二者兼 用效果更好，由于水刺非织造的污水水质并不是很差，而且有的企业考虑絮凝剂 的添加可能会对产品造成影响，如聚合氯化铝的添加可以造成循环水中铝离子大 量增加，会使非织造产品中铝离子超标，有的厂家为了节约成本，从而不使用絮 凝剂。随着预处理技术和水刺非织造业的发展，将来会有更多更实用的预处理技 术应用在水刺非织造业。 l o 参考文献 1 高桂丽，李大勇，石德全，液体粘度测定方法及装置研究现状与发展趋势 简述 j ，化学自动化及仪表，2 0 0 6 ，3 3 ( 2 ) ：6 5 。 2 佟玉衡，废水处理 m ，北京：化学工业出版社，2 0 0 4 ：1 3 9 。 3a r u s h t o ne ta 1 ，s o l i d - l i q u i df i l t r a t i o na n ds e p a r a t i o nt e c h n o l o g y m 2 0 0 0 ：3 5 4 。 4 李道荣，水处理剂概论【m ，北京：化学- r - , _ l k 出版社，2 0 0 5 ：4 8 。 5 张林生，水的深度处理与回用技术 m ，北京：化学工业出版社，2 0 0 4 ，： 6 8 。 6 丁忠浩，有机废水处理技术及应用 m 】，北京：化学工业出版社，2 0 0 2 ，： 】4 。 。 第三章水刺工艺的气浮技术 水刺生产线循环水中的杂质一般有纤维碎屑、纤维素胶状体、微生物、纤维 整理油剂、水垢、腐蚀产物以及极少量沙土、尘埃等。气浮技术是设法在水中通 入或产生大量的微细气泡，使其粘附于杂质、絮粒上，造成整体比重小于水的状 态，并依靠浮力使其上浮至水面，从而获得固液分离的一种污水处理方法。水刺 工艺用纤维一般是涤纶纤维、粘胶纤维等，密度都比较小，如粘胶纤维的密度只 有1 5 0 9 c m 3 ，涤纶纤维的密度为1 3 8 1 3 9 9 c m 3 ，这些纤维通过大量气泡上升过 程的碰撞粘附作用漂浮到水面上。因此气浮技术很适合非织造工艺。下面就着重 介绍一下气浮技术及其机理。 第一节气浮净水技术的产生及发展 气浮净水技术起源于矿物浮选法，19 2 0 年p e c k 曾考虑用气浮法处理污水， 1 9 4 5 年也出现了气浮法用于给水处理的报道【l j 。但截止到2 0 世纪5 0 年代，气浮 净水技术的发展相当缓慢。其原因主要是微气泡产生技术不过关，净水效果较差。 2 0 世纪6 0 年代出现了部分回流式加压溶气气浮，该气浮方式不仅净水效果好， 而且经济性也有很大提高，从而扩大了其应用范围。 气浮工艺比较成熟后，急需更深入地研究它的机理和影响因素，如水通过管 嘴释放时气泡形成的机理【2 1 ，测定空压机里的空气转化效率方法【3 】等。气浮技术 在七十年代得到迅速发展的重要原因就是微细气泡产生技术。它是通过特制的释 放器将压力下溶入水中的空气，在一定的控制条件下释放成微细气泡的。释放器 对处理效果和制水成本都有很大的影响。如英国有水研究中心研制的w r c 专利 释放器，瑞典有a k a 公司研制的a k a 专利释放器等。2 0 世纪7 0 年代，我国 t s 、t j 、t v 型等高性能溶气释放器被研制出来后，这一技术才得以实用并广泛 推广，特别是在给水处理领域1 4 j 。 我国其实在2 0 世纪6 0 年代末已有少量的压力溶气气浮装置用于食盐溶液的 净化和石油废水的处理，但效果不理想。七十年代以前气浮理论的研究仅是开拓 期，主要集中在气浮工艺条件的研究，但较为深入的一些研究工作也仅停留在对 某些气浮过程表面现象的局部解释，或是测定气泡的大小、接触角、表面张力、 颗粒大小与气浮效率的关系等，所用实验方法和仪器也较为简单。七十年代后期， 有关气浮理论的研究逐渐深入，对于气浮过程的机理、热力学和动力学的研究也 1 2 日益重视，而有关压力溶气气浮理论的研究，在国内文献报道尚不多【5 j 。1 9 7 5 年同济大学在苏州棉布印染厂废水处理工程中采用气浮工艺并通过现场实验取 得了较好的处理效果，1 9 7 9 年该废水站投入运行，成为我国第1 个成功应用气 浮工艺处理废水的实际工程。目前，采用气浮工艺的废水处理工程非常普遍f 6 】， 广泛应用到工业废水( 如炼油、化工、造纸、制革、纺织、印染、钢铁、橡胶、 食品、制药、轻工等) 、城市生活污水、工业用水及生活饮用水的处理【7 1 。例如： 用以粉煤灰作为絮凝剂，对废纸脱墨废水进行絮凝气浮法处理用气浮工艺处理含 油废水【8 】；涡凹气浮处理含油废水f 9 】；高效加压溶气气浮处理炼油废水【1 0 i f l1 】；回 流溶气气浮法处理纸板制浆废水l l2 j ；用溶气气浮对油一水乳状液的扰动和分离 【1 3 】；溶气气浮在建筑中水处理中的应用【1 4 】；气浮法用于污泥处理【1 5 】等。还有利 用不同的气浮组合工艺，处理各种工业废水。例如，c a f 涡凹气浮一混凝沉降 工艺【1 6 】，混凝气浮一生物氧化工艺【1 7 】；两级气浮一生物接触氧化工艺【1 8 】；生物 接触氧化一高效气浮一过滤工艺【1 9 】；气浮一s b r 工艺【2 0 】，加药一气浮一沉淀一 砂滤处理废纸造纸废水【2 i 】；曝气生物滤池气浮工艺处理电厂废水及回用f 2 2 1 等。 近年来国内开始运用浅层气浮装置，它是根据一种动态进水、动态出水、静 态分离的理论，并且浅层气浮池在有效水深，水力停留时间上都占有绝对优势， 是理想的气浮设备( 2 3 】。 气浮技术按产生气泡的方式分，主要有溶解空气气浮、散气气浮、电解气浮、 溶气泵溶气气浮、生物及化学气浮等2 4 1 。此外，近些年出现了一种新型、高效 的微气泡产生技术即多相流泵直接产生气泡。 第二节气浮装置的发展概况 3 2 1 溶解空气气浮装置 溶气气浮又分为真空式溶气气浮装置和加压溶气气浮装置两种。 真空式溶气气浮装置是利用抽真空的方法迫使在常压下溶解的空气，以微气 泡的形式释放出来，供气浮使用。 加压溶气气浮装置是在加压情况下，使空气强制溶入水中，然后突然减压， 使溶解的气体从水中释出，微气泡的形式粘附絮粒而促其上浮。 加压溶气气浮装置因其技术成熟，净化效率高，在水处理领域应用最为广泛。 从设备的结构形式及流程看，目前应用最广的是超效浅层气浮装置。 超效浅层溶气气浮装置的出现，是气浮净水技术的一个重大突破【2 5 j 。该装 置是由美国k r o f t a 公司经过几十年研究开发的，它改传统气浮的静态进水动 态出水，为动态进水静态出水，应用“零速原理 和浅池原理，使上浮路程减至 最小，使浮选体在相对静止的环境中垂直浮上水面，实现固液分离。我国对该技 术的引进，最初是随造纸成套设备引进的，后来将此设备分离出来并将其成功应 用到其他行业的水处理过程中。目前己广泛应用于造纸、化工、印染、食品加工、 制革、制药酿酒等行业的废水处理及城市污水处理中【2 引。 3 2 2 散气气浮装置 散气气浮装置也分为两种：涡凹气浮装置和微孔布气板气浮装置。 涡凹气浮装置是利用旋切叶轮在电机的作用下高速旋转，离心力将叶轮内空 气高速甩出，产生雾化气泡，在叶轮内形成负压，从进气管吸入空气，在叶轮的 搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并于水充分混合后被导向叶片甩出，并经整 流板稳流后，在浮选池内平稳的垂直上升，细微气泡将水中的油和悬浮物质粘附， 形成比重小于水的浮渣浮出水面进行分离，从而使废水得到净化的过程阳。涡 凹气浮装置因其具有投资少、占地小、能耗低、操作和维修简便等优点，在水处 理工程中也得到了很好的应用。 微孔布气板气浮装置，空气从池底进入后，被微孔扩散板中的微孔切割成小 气泡。小气泡上升到气浮分离室，与由进水槽流入气浮分离室的废水相遇，小气 泡即与废水中的絮粒杂质相粘附，带气絮粒杂质上浮至池面，由刮渣机刮走。 不论是涡凹气浮法还是微孔布气板气浮法，它们所产生的气泡直径都比较 大。由于气泡大，上升速度快，扰动水体就剧烈，对分离液体中较小的颗粒杂质 和易被撞破的疏松絮粒，效果都很不理想。此外，由于微孔布气板和废水直接接 触，因此废水中的杂质很容易堵塞微孔。 3 2 3 电解气浮装置 电解气浮工艺，是一种运用电化学方法去除固态微粒等有害杂质的废水处理 单元操作方法。其上浮原理是通过电解水产生氢气、氧气携带废水中的胶体微 粒共同上浮，达到分离净化的目的【2 8 】。该法主要应用于含有各种金属离子、 油脂、乳酪、色度和有机物的工业废水处理。但电解气浮装置因其电能消耗高， 极板损耗快，运行费用高，以及电极易钝化等问题，应用受到一定的限制，较难适 1 4 用于大型生产【1 】【9 】。 3 2 4 溶气泵溶气气浮装置 溶气泵溶气气浮装置将气浮系统优化，不需另设循环泵、空压机、溶气罐， 直接采用多相流体泵实现吸气、溶气过程。通过多相流混合泵所具有的特殊结构 叶轮的高速旋转剪切作用，将吸入的空气剪切为直径微小的气泡，随后在泵的高 压下溶于水，并在随后的减压阶段，溶解的气体以微气泡的形式释放出来。该装置 气泡产生设备简单，运行稳定，管理方便，但一般仅适用于小规模净水工程，较大 型净水工程仍采用d a f 工艺。 3 2 5 生物及化学气浮装置 生物气浮装置是依靠微生物在新陈代谢过程中所放出的气体与絮粒粘附后 上浮至水面的。 化学气浮装置是在水中投加某种化学药剂，借助于化学反应生成的氧、氯、 二氧化碳等气体而促使絮粒上浮的。 这两种装置因受各种条件( 如温度、废水性质、药剂等) 的限制，因而处理 的稳定可靠程度较差，应用也不多。 此外，美国a e r o m i x 有一种专利产品一引气气浮系统( i a f ) ，是具有自动 调节气泡直径的气浮系统，i a f 引气气浮装备有一个周围表面分布了小孔的曝 气圆盘，电动机转动曝气圆盘，产生一个负压区，使得水面上方的空气被吸入， 再从浸没在水中的出口释放出来。当曝气圆盘表面的小孔产生气泡时，旋转的圆 盘会把气泡切割成直径为1 0 】0 0 微米的细小气泡碎片。这些气泡碎片会附着在 诸如油类和脂肪等细小固体上。气泡缓慢上升，同时把固体带到水而。这种气浮 设备省去了压力容器、空压机、循环泵等设备，槽内没有需要维修的部件，不需 要清理喷嘴。这种虽然气泡直径偏大，但对于水处理要求不很高的工厂来说，也 小失为一种优良的气浮处理系统。 还有一种利用多相流泵来产生微小气泡的气浮技术。多相流泵是指用于输送 含有气体、固体、液体混合的可流动介质的泵。多相流泵在气浮装置中的应用， 可以省去气体压缩机、溶气罐等设备，大大减少设备占用空间。但多相流泵内容 易产生堵塞、缠绕，甚至出现卡死、断流现象，致使泵无法正常运行【2 9 】。因此， 现在还没有大规模使用。 第三节气浮技术的原理 气浮技术的机理是设法在水中通入或产生大量的微细气泡，使其粘附于杂 质、絮粒上，造成整体比重小于水的状态，并依靠浮力使其上浮至水面，从而获 得固液分离的一种污水处理方法。 3 3 1 带气絮粒的上浮速度