（环境工程专业论文）使用分散染料的涤纶织物印染废水的回用.pdf

u d c ” t h e s i s d e n s e q p 曼堕 r e c y c l i n g o fw a s t e w a t e ri nd a c r o np r i n t i n ga n dd y e i n g w i t hd i s p e r s ed y e s s u p e r v i s o r d e g r e e m a j o r x i a o d o n gg u r e s e a r c h e r l i c h a oa n 丛垒苎! 篁! q ! 壁坠g i 坠皇里! = i 坠g 星望! i ! = q 塾查星望! 垒i垦望g i 坠垒呈! i 坠g p a p e rs u b m i s s i o nd a t e2 q 1 2 0 4 d a t et h e s i s2 0 12 0 6 ) e g e ea w a r din g 邕l 哩ii 望g 坠n i y 星兰i 垃q l q i 坌坠g 宝哩亟丝b 旦q ! q g y _ o _ _ _ i i i i i i i 二i 二_ i i 二二= = 二二二i 二i ；： j _ 一一一一 c h a i r m a no ft h ec o m m i t t e e 2 0 1 2 0 4 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他入已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名： 1 1 学位论文使用授权声明 月 目 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 2 。f 卜年毛其 日 摘要 本论文主要针对常熟市梅李镇区域内涤纶化纤印染行业废水排污量大而环境 保护总量控制同益严格的局面，研究使用分散染料的涤纶化纤行业印染废水中水回 用的可行性，解决总量控制与排污量大的这一现实矛盾。 在论文中，主要通过研究分散染料的理化特性、涤纶化纤的上染机理以及高温 高压染色工艺的一些特点，并分析目前常用的印染废水处理方法和深度处理方法， 确定回用水的水质控制指标为色度，通过对比以生化为主和以物化为主的两种不同 处理工艺的技术、经济可行性，提出分质回用的观点，并据此提出一个切实可行的 中水回用工艺流程：即采用以生化为主钓处理工艺。用此工艺对位于梅李镇的常熟 市华达染整有限责任公司的污水处理站进行改造后，监测其出水的色度和c o d ，并 对使用该回用水的工段进行跟踪，以便确认用此回用水后对产品的质量有无影响。 结果证明：在使用分散染料的涤纶印染废水的中水回用中，控制色度作为回用 指标是正确的，当控制色度在4 0 倍以下、作为中浅色以上产品的染色及清洗用水， 就不会对产品的色光产生影响，不会影响到产品的质量；以生化为主的工艺运行成 本低，该回用系统回用1 吨水可节约1 6 5 元，整套系统可减少废水年排放量7 9 2 夕1 吨，减排c o d 。r 4 7 5 2 吨，每年可产生1 3 0 6 8 万元的经济效益；有较好的环境和 经济效益，在使用分散染料的涤纶化纤印染行业中有一定的推广价值。 关键词：涤纶化纤印染中水回用色度生化 a b s t r a c t g r e a td is c h a r g eo fw a s t ew a t e rf r o md a c r o np r i n t i n ga n dd y e i n gi n d u s t r yb r i n g s a b o u ti n c r e a s i n g l ys e v e r eb u r d e no nt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni nt h et o w no fm e i l ii n c h a n g s h uc i t y , j i a n g s up r o v i n c e t a k i n gt h i sf a c ti n t oc o n s i d e r a t i o n ，t h i sp a p e ra t t e m p t e d t ot e s tt h ef e a s i b i l i t yo ft h er e c y c l i n go ft h ed a c r o nw a s t ew a t e rf o rd i s p e r s ed y e ss oa st o s o l v et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h es t r i c t e re n v i r o n m e n t a lq u a n t i t yc o n t r o la n dt h el a r g e a m o u n to fw a s t ew a t e rd i s c h a r g e b a s e do nt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fd i s p e r s ed y e s ，t h em e c h a n i s mo f d y e i n gd a c r o n ，a n dt h eu n i q u ef e a t u r e so fd y e i n ga th i g ht e m p e r a t u r ea n du n d e rh i g h p r e s s u r e ，t h i ss t u d ya n a l y z e dt h ec u r r e n tp r o c e s s e sw i d e l ya p p l i e dt ot h et r e a t m e n to f p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r a n dt h ec h r o m a t i c i t yw a ss e l e c t e da st h ei n d i c a t o r r e p r e s e n t i n gt h eq u a l i t yo fr e u s e dw a t e r f u r t h e r m o r e ，f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fp r o c e s s e s a n do p e r a t i n gc o s t s ，ac o m p a r i s o nb e t w e e nb i o c h e m i c a l b a s e da n dm a t e r i a l i z e dt r e a t m e n t m e t h o d sw a sc o n d u c t e d ，w h i c hs h o w e dt h eb i o c h e m i c a lt r e a t m e n tw a sam o r es u i t a b l e a n da p p l i c a b l ew a t e rr e u s ep r o c e s s a sac a s es t u d y , t h eb i o c h e m i c a lp r o c e s sw a s a d a p t i v e l yu s e di nh u a d as e w a g et r e a t m e n ts t a t i o ni nt h et o w n af r e q u e n tm o n i t o ro n c h r o m a t i c i t y ，c o da n ds a l ta c c u m u l a t i o no ft h ed i s c h a r g e dw a t e rw a sg u a r a n t e e d ，a n d t h eo p e r a t i n gs e c t i o nu s i n gr e u s e dw a t e rw a sa l s ok e p ti nt r a c k ，i no r d e rt oc o n f i r m w h e t h e rt h er e u s e dw a t e ra f f e c t st h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n te f f i c i e n c yo rq u a l i t yo ft h e p r o d u c t s t h er e s u l t ss h o w e d ，d u r i n gt h er e u s eo fw a t e ri nd a c r o np r i n t i n ga n dd y e i n g ，t h e c o n t r o l l e dc h r o m a t i c i t yp r o v e dt ob eaq u a l i f i e da n dr e p r e s e n t a t i v ei n d i c a t o t i ft h e c o n t r o l l e d c h r o m a t i c i t y w a sl o w e rt h a n4 0 t i m e s ，d y e i n ga n dw a s h i n gw a t e rf r o m p r o d u c t sw i t hw o u l dn o ta f f e c tt h ed a r kc o l o ra n dl i g h t c o l o r e do n e s ，t h a ti st os a y ，t h e c o l o ra sw e l la st h es h e e nw i l lb eg u a r a n t e e d i na d d i t i o n ，t h eo p e r a t i n gc o s t so f b i o c h e m i c a lt r e a t m e n tc o u l ds a v e1 6 5r m b p e rt o n e so ft r e a t e dw a s t e w a t e r , w h i c hw a s m u c hl o w e rt h a no t h e rp r o c e s s e s t h ec o m p l e t eb i o c h e m i c a lt r e a t m e n ts y s t e mc o u l d r e d u c e do 7 9 2m i l l i o nt o n e so fw a s t e w a t e ra n d0 4 7 5 2m i l l i o nt o n e so fc o d ，a n da n a n n u a lp r o f i to f1 3 0 6 8m i l l i o nr m bc o u l da l s ob ef o r e s e e n 。t h e r e f o r e ，w i t hb e t t e r e c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a le f f e c t s ，t h eb i o c h e m i c a lt r e a t m e n tm e t h o dw a so fg r e a t v a l u ef o rw i d e l ya p p l i c a t i o ni nt h ed a c r o np r i n t i n ga n dd y e i n gi n d u s t r yw i t hd i s p e r s e d y e s k e yw o r d s d a c r o n ，p r i n t i n ga n dd y e i n g ，w a s t e w a t e rr e c y c l e ，c h r o m a t i c i t y ，b i o c h e m i c a lt r e a t m e n t 目录 l 绪论1 1 1 中水回用目的1 1 2 中水回用现状1 1 2 1 中水回用要求1 1 2 2 目前中水回用方法2 1 3 分散染料理化特性3 l ，3 1 分散染料特征，3 1 3 2 涤纶纤维的染色性能4 1 3 3 分散染料分类。4 1 ，3 4 分散染料发色机理5 1 3 5 涤纶染色的几个基本原理。6 1 4 涤纶染色生产工艺，7 1 5 印染废水水质特点8 1 6 印染废水处理方法9 1 ，6 1 物理方法，9 i 6 2 物化处理方法。1 0 i 6 3 生化处理方法1 2 j 6 3 。1 厌氧处理法1 2 i 6 。3 2 好氧处理法1 5 1 6 3 3 厌氧一好氧处理法，1 6 1 6 4 深度处理工艺1 6 1 7 印染废水c o d 与色度、悬浮物的关系1 7 1 ，8 使用分散染料染涤纶化纤的废水中水回用思路，1 8 2 印染废水回用设计方案及效果分析1 9 2 。l 华达染整污水处理现状，1 9 2 2 中水回用设计方案比较1 9 2 2 1 以生化为主的设计方案( 方案) ，2 0 2 2 1 1 工艺流程说明2 0 2 2 1 2 废水处理构筑物设计说明及规格2 2 2 2 ，1 3 工程投资预算，2 8 2 2 ，1 4 运行费用预算3 2 2 2 2 以物化为主的设计方案( 方案二) ，。3 3 2 2 2 1 工艺流程说明，3 3 2 2 2 。2 废水处理构筑物设计说明及规格3 4 2 2 ，2 3 工程投资预算4 1 2 ，2 2 4 运行费用预算，4 4 2 2 3 方案的确定4 5 2 3 运行数据监测，4 6 2 4 数据分析5 0 2 5 回用方式5 0 2 。6 产品质量分析，。5 l 2 7 回用水对印染设备的影响5 2 2 8 环境和经济效益分析5 2 2 9 应用推广前景，5 2 3 结论5 3 致谢5 4 参考文献5 5 工程硕：i j 学位论文 使用分散染料的涤纶织物e 1 j 染废水的l 口f 用 1绪论 1 1 中水回用目的 梅李镇位于江苏省常熟市，一直以来，涤纶化纤纺织产业是梅李镇的支柱产业， 全镇拥有规模以上经编纺织服装企业7 0 多家，形成了集原料( 纺丝) 、织造( 经编、 纬编、梭织) 、后整理( 印染) 和终端产品( 家纺、服装) 于一体的较为成熟的产业 集群。2 0 0 9 年底，梅李镇纺织产业集群完成工业生产总值7 4 9 亿元，完成利税1 9 3 亿元，出口额1 2 9 7 亿元。今年以来该产业集群中各企业产值增幅平均超5 0 。其中 经编行业的3 6 家企业中有3 3 家企业的产值平均增幅达5 9 2 ，占全镇规模工业的比 重为9 4 3 ，比去年提高了0 4 3 个百分点；化纤行业的9 家企业除1 家外平均增幅 达7 3 9 ，占全镇规模工业的比重为6 9 6 ，比去年提高了0 8 8 个百分点。目前，全 镇捌有经编机、圆机、k s 机2 6 0 0 多台，日产经纬编布8 0 0 多吨，与之配套的印染企 业也较多，拥有印染日加工能力约3 0 0 多吨，基本使用分散染料，日产涤纶化纤印染 废水约2 0 0 0 0 吨，处理后直接排放，因此，梅李镇的印染企业一方面水资源消耗严重， 利用率不高，另一方面虽经太湖流域提标治理“j ，将排放浓度降至6 0 m g l ，但由于总 量大，对环境的影响还是很大。目前，环保部门除了严格控制排放标准外，开始着手 控制污染排放总量，计划全面安装总量自动控制装置，并且污水处理费用也逐渐提高 ( 以常熟市梅李污水处理有限公司为例，原来为2 7 元吨，目前约3 7 元吨) ，面 对日益严格的环境保护要求和同益增加的排污成本，企业一方面需在产品档次提升、 提高加工附加值上做努力，另一方面，在转型升级过程中，需要在节水方面做文章， 综合考虑下来，最好的办法就是中水回用，一方面可以减少排放总量，解决企业的产 能扩张与排污量减少的矛盾，有较好的环境效益；另一方面由于企业自建处理设旌， 减少费用产生环节，可以产生较好的经济效益。常熟市华达染整有限责任公司( 下文 简称“华达染整”) 位于梅李镇通港工业园，从事印染生产己2 0 多年，使用分散染料， 产品为涤纶经纬编织物的染色和印花，与另一家印染企业共同拥有一套污水处理设施 ( 华达污水处理站) ，原来单独处理后直接排放至厂区边河道，于2 0 0 8 年根据政府要 求接管常熟市梅李污水处理有限公司后闲置，目前两公司日排放水量达3 5 0 0 吨以上， 最高达5 0 0 0 吨，但允许只排污量只有1 8 0 0 吨，因此，进行中水回用已是迫在眉睫。 t 2 中水回用现状 1 2 。王中水回用要求 印染行业由于耗水量大，所以印染行业的中水回用成为一个热门课题，目前主要 1 t 程硕? i j 学位论文使用分散染料的涤纶织物印染废水的i 口i 用 1 3 分散染料理化特性 1 3 1 分散染料特征 分散染料是一种微溶于水并在水中借分散剂作用而呈高度分散状态的染料，分子 结构比较简单，不含强亲水基团，有一些羧基、氨基、硝基等弱极性基团，属于水溶 性很低的非离子型染料，需要借助分散剂的作用在染液中均一分散而进行染色，最早 用于醋酯纤维的染色，又称为醋纤染料h ：。分散染料的颗粒必须在较窄的范围，过大 的颗粒会造成色斑，而且影响分散染料的上染率，过小的颗粒，容易使染料在分散液 中结晶而颗粒变大，因此，理想的商品分散染料颗粒平均直径在1 微米左右，并借助 于分散剂悬浮于水中进行染色。根据调查，华达染整所用分散染料基本为国产染料， 粒径为3 - - - - 5 微米。分散染料主要特征有以下三个陋j ：( 1 ) 、溶解性：分散染料分子结 构中不含磺酸基和羧基等水溶性基团，难溶于水，在水中不电离，属于非离子型染料。 但由于其中含有一些极性基团( 一n h ：、一o h 、一n = n - ) ，使其具有微量的溶解度，在分 散染料的溶液中，小部分染料呈溶解状态，一部分溶解在分散剂的胶团里，另一部分 以细小的晶体状悬浮在染液里，这三种状态在染液中可以互相转化，保持一定的动态 平衡关系，分散染料在水中对涤纶纤维的染色，主要靠这些微量溶解的颗粒进行的， 因此，分散染料在水中微弱的溶解度对分散染料的上染性能非常重要，分散染料的水 溶性要适当，过低则上染速率太慢，过大会导致分散染料上染百分率过低。影响溶解 的因素有：染料结构中极性基团的数量和性质；温度：温度上升，溶解度增加； 分子量的大小；颗粒大小：染料颗粒越小，溶解度越大；电解质：电解质增加， 溶解度下降；分散剂：在溶液中加入一些分散剂，由于其增溶作用，上染速率增加； 温度增加，其作用下降，溶解度降低；染料疏水部分：疏水部分不同，其溶解度不 同；结晶状况：如果一种染料存在几种结晶，则染料还会发生晶型转变。染料由较 不稳定的晶型转变成较稳定的晶型时，其上染速率和平衡上染量都会下降：( 2 ) 、化 学稳定性：分散染料在某些条件下，结构会发生变化，使染料的水溶性、色光、上染 性能和染色牢度等都发生变化。产生的原因有以下几点：染料中某些基团的水解： 分子中含有酯基、酰氨基、氰基的染料在高温下容易发生水解；染料的l 还原分解： 偶氮类分散染料在还原剂的作用下发生水解，特别是在高温碱性条件下，纤维素有一 定的还原性。因此，如果在高温碱性条件下分散染料染的涤棉，或涤粘混合纺织物， 就可能发生这种状况；染料的离子化：染料分子中如果含有羟基，在碱性条件下， 羟基能发生离子化，使染料的水溶性增加，上染率降低；酸性条件下，含有氨基的分 散染料也存在同样的情况。因此分散染料染色时，一般控制p h 在6 7 较为适宜。色 光较鲜艳，上染百分率较高；( 3 ) 、热稳定性：由于分散染料分子结构比较简单，分 子极性较小，同时，分散染料之问的分子作用力和染料分子与纤维分子之间的分子作 第一奄绪论t 程颂i ：学位论文 用力较小，使染料分子比较容易离开固体表面逸向空间，有升华的趋势；升华的速率 和温度成正比。因此，分散染料的这种升华现象具有独特的性能，可以利用这种性能 进行转移印花。 1 3 2 涤纶纤维的染色性能 涤纶是强的疏水性纤维，吸湿性很差，用于天然纤维染色的水溶性染料不能上染 涤纶，因此，涤纶的染色应采用疏水性强的分散染料。涤纶无定形区的结构紧密，大 分子链取向度较高，在纤维表面有结构紧密的表皮层。分散染料对涤纶具有亲和力， 染液中的染料分子可被纤维吸附，但由于涤纶大分子排列紧密，在常温下染料分子难 以进入纤维内部。在高温下，纤维大分子链段运动加剧，分子间的空隙加大，染料分 子可进入纤维内部，上染速率显著提高。因此，涤纶的染色一般在较高的温度下进行。 涤纶的染色方法有在干热情况下的热熔染色法，染色温度约2 0 0 。c 左右；也有以水为 溶剂的高温高压染色法删，染色温度约1 3 0 ；若在染液中加入能降低涤纶玻璃化 温度的助剂( 载体) ，则涤纶可在较低的温度下进行染色，这种方法为载体染色法。 因此，要染好涤纶纤维，要考虑染料和染色的工艺：染料方面，为了使染料更容易 进入纤维的微隙，要求使用分子结构简单、分子量小的染料，染料分子中不应该含有 水溶性的基团，在水中的溶解度很低，和涤纶纤维的疏水性相适应：染色工艺方面， 由于涤纶纤维具有热塑性，为了有利于染料扩散进入纤维，可以采用较高的染色温度， 使纤维分子链段的运动增加，同时温度提高还有利于染料分子的动能增大。 另外，分散染料对涤纶的上染量受自由体积的限制，有一饱和值。染色达到饱和 值后，再延长染色时间，上染量不再增加。染色温度提高，纤维的自由体积增大，上 染量增加，染色饱和值提高。当两种分散染料拼色时，若染料的结构相差较大，染色 饱和值具有加和性，此时纤维的染色饱和值约为两种染料单独染色时的染色饱和值之 和。利用这一特性，可以使上染到纤维上的染料量增加，得到较浓的色泽。当两种染 料的结构相近时，染色饱和值不具有可加性，混合染料的染色饱和值与它们单独染色 时的饱和值相近。 1 。3 3 分散染料分类 分散染料于1 9 2 2 年由德国巴登苯胺纯碱公司开始生产，当时主要用于醋酯纤维 的染色。2 0 世纪5 0 年代后随着聚酯纤维的出现，获得了迅速发展，成为染料工业中 的大类产品。分散染料按分子结构可分为偶氮型、葸醌型和杂环型三类，其中偶氮型、 蒽醌型居多，它们按一定的原则命名，按染料索引( 简称c i ) 统一编号：偶氮 4 t 程硕t ：学位论文使用分散染料的涤纶织物印染废水的h 用 型的色谱较剂全，有黄、橙、红、紫、蓝等各种色泽口。偶氮型分散染料可按一般偶 氮染料合成方法生产，工艺简单，成本较低；葸醌型具有红、紫、蓝等色；杂环型为新 近发展起来的一类染料，具有色彩鲜艳的特点。葸醌型及杂环型分散染料的生产工艺 较复杂，成本较高。按颜色分大致可分为分散橙、分散蓝、分散黄、分散红组成，可 以几种不同分散染料进行按一定的比例进行搭配，得到分散黑、分散绿、分散紫等分 散染料。还有按升华牢度或使用温度进行分类，如升华牢度低的用于载体染色，中等 的适用于高温染色，升华牢度高的主要用于热熔染色。 1 3 4 分散染料发色机理 任何物质的颜色是由于其对可见光产生了选择性吸收的结果，光是一种可见的电 磁波，波长在3 8 0 - - 7 8 0 n m ，染料的颜色是它们所吸收的光波颜色的补色，如黄色染 料，之所以是黄色，是因为它主要吸收了蓝色光波，所以透过的光呈黄色，其关系可 见图1 1 。 红 黄 绿 图1 1 颜色关系图 染料的颜色与结构的关系实质上就是染料分子对光的选择吸收特性与结构之间 的关系，按( w i t t ，1 8 7 6 ) 发色基团学说，认为有机物至少需有某些不饱和基团存在 时，才能显出颜色，他将这些基团称为发色团，主要的发色团有c - - c 、一n = n 一，c = o 、 一n o ：，普通发色体的颜色，一般并不很深，对各类纤维也不一定有亲和力，但当另外引 入一些基团时，会使整个分子的颜色加深，加浓，并且对纤维有亲和力，维特把这些基 团称为助色团。现在理论认为，染料要发色，那么在结构中就需要一个发色体系，这 个发色体系一般是由共轭双键系统和在一定位置上的供电子共轭基( 助色团) 所构成 的，很多染料的共轭双键系统是由偶氮基连接芳环构成的( 注：禁用染料是指可以通 过一个或多个偶氮基分解出有害芳香胺的染料) ，醌类染料的共轭双键系统是由稠芳 第一章绪论 t 程颂? i j 学位论文 环构成的，主要的助色团有：一0 h ，一o r ，刊h r ，一n r 。，弋l ，一b r 等。化合物分子吸收 了一定波长的光量子的能量后，发生极化并产生偶极矩，使价电子在不同能级间跃迁 而形成不同的颜色。一般来说，染料分子结构中共轭链越长，颜色越深；苯环增加， 颜色加深；分子量增加，特别是共轭双键数增加，颜色加深。 1 3 5 涤纶染色的几个基本原理 分散染料对涤纶的上染原理：分散染料在水中主要以微小颗粒呈分散状态存在， 且染料微小晶体、染料多分子聚集体、分散剂胶束中的染料和染浴中的染料分子处于 相互平衡之中。染色时，染料分子吸附在纤维表面，最后进入纤维空隙( 自由体积) 而向内部扩散。决定染色作用的基本因素是染料对纤维的相对亲和力、扩散特性和结 合能力。分散染料对涤纶的染着，主要依靠范德华力相互吸引，出于染料分子结构上 有极性基团，可以提供质子，从而与涤纶分子形成氢键结合。分散染料在涤纶上的染 色饱和值很高，可以染得深色，但在实际生产中，要获得深色需要耗用大量分散染料， 因此染深色时分散染料的利用率较低，也就是说染料的得色深度与耗用染料的数量不 是线性关系，造成这种染深色困难的原因主要是涤纶的分子结构太紧密，阻碍染料分 子的扩散。 辘水；i ， 染料 久结构 纶i 勺羽： 图1 2 染料在染液中的示意图 吸附等温线：分散染料上染涤纶纤维属于分配性吸附。即在一定的温度下，染色 达到平衡时染料在纤维上的浓度和染液中的浓度比是一个常数。这意味着，如果提高 染色温度，染料利用率虽然降低，但却有可能借增加染料用量以使纤维染得更加深浓 的颜色。 分散染料的上染速率曲线：在整个染色过程中，染料在纤维内的扩散时比较慢的， 它往往是决定上染速率的主要因素。 t 程硕士学位论文使用分散染料的涤纶织物e 染废水的用 裘 。 鼍 哦 缸 童 ( ) ( 矗二) 图1 3 分散染料上染升温曲线 如图1 ，3 所示，一般在7 0 摄氏度以下，基本不上染，升温速度可稍快，7 0 9 0 摄氏度是染色初始阶段，温度不高，染料上染率较低，这个阶段对于染料均匀吸附， 保证染料均匀上染具有重要作用，9 0 摄氏度以上时上染速率加快，此阶段升温不宜 太快，否则会影响匀染性，最后，需要一定的染色保温阶段，以促进上染和匀染。染 色的颜色越深，染料的加入量越多，染液的流速越慢，保温时间就越长。另外，不同 的染料其升温上染_ 蓝线也不尽完全相同。 t 4 涤纶染色生产工艺 目前主要采用的染色方法有：载体染色法、高温高压染色法、热熔法、溶剂法和 气相法。对于涤纶织物来说，高温高压染色法是一种主要的染色方法，其优点是：织 物得色鲜艳、匀透，可染制浓色；织物手感柔软，适用的染料品种比较广，染料利用 率较高，其缺点是：闯歇生产，生产效率较低，需要压力染色设备。在染液中，少量 分散染料溶解成为单分子，同时存在着大小不同的染料颗粒和染料单分子，整个染料 溶液呈饱和状态。染色时，染料分子到达纤维表面，被纤维表面所吸附，并在高温下 向纤维内部扩散，随着染液中染料单分子被吸附及其向纤维内的扩散，染液中的染料 颗粒不断溶解，分散剂胶束中的染料也不断释放出来，持续提供单分子染料，再吸附、 扩散，直至完成染色过程。分散染料在1 0 0 以内上染速率很慢，上染百分率也不高， 所以必须加压在2 a t m ( 2 0 2 1 0 5 p a ) ，染浴温度可提高到1 2 0 1 3 0 。c ，由于温度提 高，纤维分子的链段剧烈运动，产生的瞬时孔隙也越多和越大，此时染料分子的扩散 也增快，增加了染料向纤维内部的扩散速率，使染色速率加快，直至染料被吸尽而完 成染色。 在高温高压染色时，分散染料对涤纶纤维的上染过程可分为以下4 个阶段：( 1 ) 、 分散染料在染液中随染液流动，逐渐靠近纤维界殛，这阶段转移速度和分散染料的性 质及状态基本无关，溶解的染料分子和悬浮的染料颗粒都随染液流动，转移速度决定 于溶液溶液流速；( 2 ) 、纤维表面存在着不易流动的动力学边界层，当分散染料进入 动力学边界层靠近纤维乔面后，依靠自身的扩散接近纤维。这阶段转移速度不仅和溶 7 第一章绪论 工程硕1 ：学位论文 液流速有关，而且和分散染料的扩散速度有关，溶解状的染料分子要比悬浮体及聚集 体扩散快得多，分散染料的溶解度和分散状态对这阶段的转移速度有较大影响；( 3 ) 、 当分散染料靠近纤维界面到它们之间的分子作用力足够大后，分散染料迅速被纤维表 面吸附。这个阶段的转移速度主要决定于纤维和染料分子的结构和性能，也和界面溶 液的性质有关。其中染料的溶解度和分散状态有较大影响，染料溶解度高、染料分子 与纤维作用越大，吸附的速度越快；( 4 ) 、分散染料被吸附到纤维表面后，在纤维内 产生一个浓度差或内外染料化学位差，染料将向纤维内部扩散，这里的扩散速度主要 决定于纤维化学和微结构，也和染料分子结构及浓度有关。纤维无定型区含量高，孔 隙大或者自由体积含量多，染料溶解度高，扩散得速度就快，因此，此阶段的染料扩 散速度直接和纤维被溶胀或增塑程度、分散染料在纤维中的浓度有关。溶胀或增塑程 度越高，纤维外层分散染料浓度越高，扩散就越快。由上述可知，上染速度除了决定 于染料和纤维的结构外，还和染料在溶液中的溶解度及染色时纤维的溶胀或增塑程度 有关。 高温高压染色一般工艺流程：前处理一染色一还原清洗一水洗一烘干。分散染料 染色后，碱性还原清洗很重要，还原清洗后，发色鲜艳纯正、适度，日晒牢度可提高 一级。当前所有的碱性还原浴多为烧碱和保险粉，它可以使一些偶氮类染料还原分解。 般可在5 0 - - 6 0 始染，大约1 h 后可分不同的升温速率逐渐升温至1 3 0 ，染色1 2 h ，然后充分水洗。由此也可以看出，如果进行冷却水的中水回用，则可用温度约 5 0 度，实际中一般也是以此作为热能回收的一个重要温度控制点。 1 5 印染废水水质特点 印染产生废水的主要来源是印染加工过程中的预处理、染色、印花、整理等工序。 印染废水的排放量大，约占其用水量的7 0 - - - - 9 0 ；废水含有大量残余染料和助剂， 色度深；悬浮物多，有时会含有微量的有毒物质n 3 。1 。涤纶印染废水所含的有机污染 物主要由织物纤维本身( 剥落的外表层、纺丝和织造时沾的油剂) 及人工合成有机物 质( 染料、助剂、浆料等) 所构成，其中合成有机物主要来源于染色时的剩余染料( 染 料的上染率一般为8 0 - - 9 0 ) 和大量助剂( 匀染剂、渗透剂、柔软剂、去油剂等) ， 因此，印染废水具有高浓度、高色度、水质水量变化大和难降鳃五大特征。 ( 1 ) 、有机物浓度高：由于在印染加工过程中，需要大量使用各种染化料和助剂， 这些染化料不会全部转移到织物上，因此造成在水中的残留，还有在应用碱减量工：艺 后，印染废水的c o d 浓度大幅度提高，更加重了处理难度。 ( 2 ) 、色度高：不同织物在印花和染色过程中使用的染料不同，染料的上染率也 不同，染料在废液中的残留形态也不同，加之出于国产染料的粒径较大，一般在3 r t 程颂f j 学位论文 使用分散染料的涤纶织物e j j 染废水的l 口用 5 微米，导致上染率较低，染料的上染率一般在8 0 9 0 ，所以印染企业一般都会超 量投加，导致染色后剩余染料较多，致使排放废水的颜色较深。 ( 3 ) 、p h 值变化大：由于涤纶织物在印染加工过程中需根据工艺的要求，染色 时加酸，清洗时加碱，造成不同时段的产生的废水p h 值不同。 ( 4 ) 、水质水量变化大：印染生产因为受原料、季节、市场需求等变化的影响， 使印染废水的水质发生很大变化，如涤纶产品在每年的3 5 月、8 1 1 月份需求比 较旺盛，其余时间属于淡季，而且印染废水的排放一般是是间歇的( 如高温高压染色) ， 废水排放量极不均匀。因此，设置足够容量的调节池进行调节非常重要。 ( 5 ) 、可生化性差：印染废水属于难降解工业有机废水，随着对织物性能要求的 不断提高，大量新型的染料、助剂被使用，其产生的有机污染物的可生化性也随之降 低，造成处理难度加大，如聚乙烯醇( p v a ) 等化学浆料以及新型的染化料和整理剂 的广泛使用，使这些难生物降解有机物大量进入印染废水，难被生物降解，使废水的 可生化性迸一步降低。 1 6 印染废水处理方法 印染废水的处理方法大致可分为物理法、物化法、生化法。由于印染废水成分复 杂，单一处理方法往往达不到理想的处理效果，在工程应用中大多会采用几种方法的 组合来进行印染废水的处理，同时，由于水资源的日益紧张和排放标准的不断提高， 出现了不少用于深度处理和回用的技术。 1 6 1 物理方法 物理处理法主要有吸附法、膜分离法、萃取等n8 | 。在物理方法中吸附法用的比较 多，可以用来脱色：即利用多孔性的固体介质，将染料分子及其它污染物质吸附在其 表面，从而达到脱色和降c o d 的效果。吸附剂包括可再生的吸附剂有活性炭、离子交 换树脂和不可再生的吸附剂如各种天然矿物( 膨润土、硅藻土) 、工业废料( 煤渣、粉 煤狄) 及天然废料( 木炭、锯屑) 等。该方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗 粒与废水充分混合，或者让废水通过其颗粒状物质组成的滤床，在一定的滤速下使废 水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上而除去。膜分离技术是近几十年来发展起来 的一类新型分离技术，以选择透过性膜为分离介质，在膜两侧施加某种动力，原料一 侧的组分会选择性的透过膜，从而达到分离或提纯的目的。应用于印染废水卣勺膜技术 主要是超滤、纳滤和反渗透。萃取是采用与水互不相溶，但能很好溶解污染物的萃取 剂，使其与废水充分混合接触后，利用污染物在水中和溶剂中不同的溶解度来分离和 第一章绪论 t 程硕j ：学位论文 提取污染物，从而净化废水，一般适用于水量较小的处理设施。由于印染废水的水质 比较复杂，依靠单一的物理处理方法很难达到理想的处理效果，或者就是成本过高， 因此实际应用中需与其它方法联合使用，一般可用作深度处理。 1 6 2 物化处理方法 常规印染废水处理的物化法主要有混凝沉淀法、气浮法和氧化法_ 争削等。 ( 1 ) 、混凝沉淀法：印染废水混凝法是以胶体化学的理论为基础，通过投加混凝 剂，发生水解、聚合等化学反应，生成的水解、聚合产物再与水中的胶粒产生压缩双 电层、吸附架桥、网捕等作用丽生成粗大的絮凝体再经沉淀除去，经常使用的有铝盐、 铁盐、聚丙烯酰胺等药剂，其中铝盐混凝效果较好，对处理后的水质没有不良影响， 使用铁盐后出水一般会略带黄色，影响外观。 ( 2 ) 、气浮法：气浮是一种有效的固液分离方法，一般用的较多的是加压溶气气 浮法，原理是利用空压机将空气溶解在水中，通过释放器后压力降低，气体就从水中 逸出，与废水中悬浮物相附着，降低悬浮物总体密度而上升到水面，从而分离水和悬 浮物。气浮占地小，去除率较高，释放器是其关键，但总体存在出水不稳定的弊病， 尤其是刮泥时容易出现带泥现象，悬浮物极易超标，一般不宜用作最后的把关设施， 现在有很多工程中已将其取代物化沉淀池作为预处理设施。 ( 3 ) 、一般氧化法：氧化法是一种有效的印染废水脱色方法，在氧化程度不足的 情况下，可能破坏染料分子内的发色基团而脱色，但废水中的c o d 未能除尽；如果要 将染料分子充分氧化，那么能量、药剂量消耗会过大，成本太高，所以氧化法一般会 和絮凝沉淀工艺相连。目前常用的氧化法主要为f e n t o n 试剂氧化法，还有氯氧化法 和超声波氧化。芬顿试剂是一种脱色氧化剂，在酸陛条件下( p h 值为4 5 ) 和f e 2 + 的催化作用下，h 2 0 。会产生氧化能力更强的中间体羟基( o h ) 自由基，是一种重要 的活性氧，从分子式上看是由氢氧根( o h 一) 失去一个电子形成，极强的得电子能力 也就是氧化能力，氧化电位达到2 8 v ，从而氧化染料分子而脱色，同时，试剂中在 一定p h 值下形成f e ( 0 h ) ：；胶体而兼有混凝作用，目前有发展出电解芬顿法，用于难 降解物质的处理。氯氧化法是使用含氯氧化剂如氯气、次氯酸钠、二氧化氯等，将有 机物氧化成二氧化碳和水；实践中，含氯氧化剂对活性染料和酸性染料的处理效果较 好，而对直接染料和分散染料则效果欠佳。超声波处理印染废水的原理是超声波能在 液体中产生局部高温、高压、高剪切力，易挥发有机物将发生热解反应丽被彻底降解， 难挥发有机物主要被水分子裂解产生的强氧化剂羟基自由基( o h ) 和h 。o 。发生氧化 反应而被降解。超声波技术作为种新型的氧化技术，可与化学氧化、电解氧化联用， 对一些难降解有机物有显著的降解效果，去除率高且反应速度快。 1 0 t 程硕l j 学位论文使用分散染料的涤纶织刎日j 染废水的h 用 ( 4 ) 、臭氧氧化法：臭氧是氧的同素异形体，是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。 其分子结构呈三角形，键兔为1 1 6 。，密度是氧气的1 5 倍。在常湿常压下，低浓度 的臭氧是无色气体，浓度达到1 5 时，呈现出淡蓝色，臭氧通常不稳定，在常压下容 易自行分解为氧气，可溶于水，是一种强氧化剂，它在水中的氧化还原电位为2 0 7 v ， 仅次于氟( 2 5 v ) ，其氧化能力高于氯( 1 3 6 v ) 和二氧化氯( 1 5 v ) ，可用作杀菌剂 和污水处理的强氧化剂，常用来杀菌消毒、除臭、除味、脱色等，臭氧氧化法可分解 废水中的烷基苯磺酸钠( a b s ) 、蛋白质、氨基酸、有机胺、木质素、腐殖质、杂环 状化合物及链式不饱和化合物等污染物。臭氧氧化能使双价键断裂，同时破坏苯、萘、 蒽等环状化合物，从而提高废水的b c 。臭氧氧化的原理是臭氧除与有机物直接发生 反应外，还在水中发生反应，产生羟基自由基，大大增强其氧化能力，能使结构稳定 的难降解有机物转变成小分子有机物或直接氧化成c o 。和水，其羟基自幽基的产生枧 理如下： 自由基诱发过程： 0 ；+ o h 一一 0 2 十0 2 0 3 + t t o ! - ( ) h 一0 ：+ ) 2 一，羟基自由基0 h 旦产生，会发生链反应： 0 、；+ 0 h ，秘0 ：+ 0 ： o ：，( ) h 一 t 01 + 0 f t i o ! 兮一( ) 一。十l i ( ) h 斗o 一0 + f - - i ：0 0 ；- ( - 。- * 0 。o 一：! o ：盯一o t t + o ： 0 ：! + il ! ( ) 一o t b o l - ! 溶液中还存在下面的平衡： h ：( ) o | 一h 若溶液中存在污染物，它会和0 h 自由基以及臭氧发生反应： p ( 污染物) + 0 h 一产物或中间物( 自由基反应) p ( 污染物) + 0 ；一产物或中间物( 直接臭氧反应) 根据臭氧产生羟基自由基的机理可以看出，碱性条件有利