聚氨酯合成革工艺过程及环境影响分析.doc

聚氨酯合成革工艺过程及环境影响分析江英英1，孙铭1，吴亮2（1.江西省环境保护科学研究院，江西 南昌 330029；2.江西嘉禾工程咨询监理有限公司，江西 南昌 330029）摘要：通过某利用聚氨酯生产合成革企业的原料、生产工艺的介绍，定量地分析了废气、废水、固体废物的产生量，提出了减缓环境影响的措施。合成革生产过程产生的主要大气污染物是DMF（N，N-二甲基甲酰胺）有机废气，通过喷淋吸收以及活性炭吸附净化，可使废气污染物达标排放；生产过程产生的DMF废水通过回收塔对DMF进行回收利用，可做到DMF废水零排放；各设备噪声采取相应减震、减噪措施，厂界噪声可达标排放；固体废物可综合利用。关键词：聚氨酯；合成革；环境影响分析Environmental Impacts of Polyurethane Synthetic Leather Production ProcessJiang ying-ying1, Sun ming1, Wu liang2(1.Jiangxi Academy of Environmental Sciences, Jiangxi Nanchang 330029 PRC;2. Jiangxi Jiahe Engineering Consulting Supervision Co., Ltd. Jiangxi Nanchang 330029 PRC)Abstract: By means of introduction on the raw materials and the production process of Polyurethane Synthetic Leather, the production of waste gas, waste water and waste residues were quantitatively analysed, and then the measures to mitigate environmental impacts were proposed. The major air pollutant which generated in the Synthetic Leather production is N,N-dimethylformamide(DMF) waste gas. It would be reaching the discharge standard through washing-activated carbon absorption method. The waste water in wet process Polyurethane Synthetic Leather production, which contains DMF, was treated by the recovering process, and the DMF can be recycled. All the equipment adopted corresponding shock-absorbing and noise controlling measures, and then the plant boundary noise would be reaching discharge standards after treatment. Solid wastes could be utilized in a comprehensive way.Key words: Polyurethane; Synthetic Leather; environmental impact analysis0 前言随着经济发展、科技进步和人们生活品质的提高，市场对皮革制品的需求越来越大，使得真皮的供应量日益显得不足。聚氨酯合成革是塑料工业的一个重要组成部分，在国民经济各行业中被广泛使用，其应用领域遍及人们日常生活的方方面面。它具有抗磨损、抗老化等优异的机械性能，同时还具备加工方便、价格优廉等优点，是天然皮革的最为理想的替代品。目前，合成革的生产普遍采用聚氨酯作为基层和面层的基本原料，通过DMF（N，N-二甲基甲酰胺）等作为主要溶剂以溶液聚合法制得，溶剂的用量大约占树脂用量的60%以上，湿法浆料DMF的用量达到70%以上1。DMF作为主要溶剂，在合成革的生产中使用量很大，除了极少部分残留在产品中外其余大部分则蒸发到大气中，这不仅对大气造成严重污染，影响工人和周围居民的身体健康，也是对资源的巨大浪费。因此，我国作为合成革生产大国，对DMF的回收和利用很有必要，不仅可以降低生产成本，对促进合成革行业清洁生产发展和循环经济也具有重大意义。笔者根据多家生产合成革企业的环境影响评价的实践，以某家年产2000万米聚氨酯合成革企业为例，全面系统地分析了聚氨酯合成革工艺过程及其对环境的影响。1 聚氨酯合成革工艺过程1.1 原辅材料用量湿法生产工艺主要原辅材料用量见表1。表1 湿法生产工艺主要原辅材料用量序号名称单位数量1普通基布t43202PU树脂t3570 3DMFt35004纤维素t1100 5碳酸钙t556 6色浆t70 干法生产工艺主要原辅材料用量见表2。表2 干法生产工艺主要原辅材料用量序号名称单位数量1离型纸t40 2PU树脂t5703DMFt400 4MEKt168 5粘合剂t22 1.2 工艺流程及污染物产生环节聚氨酯合成革产品其生产工艺一般由两部分组成，第一步是将聚氨酯浆料采用湿法生产工艺制成BASE（底坯）；第二步进行干法转移贴面，即采用离型纸法，将制成的皮膜面料和BASE二者贴合制成聚氨酯合成革。现分述如下：1.2.1 聚氨酯合成革湿法生产工艺图1 湿法生产工艺及产污环节预凝固：将基布放至含浸水槽中预凝固，经水浸、挤压干燥定型，进入涂料台。预凝固用水为回用水，循环利用不外排；涂布：对基布表面均匀的涂刮一层聚氨酯树脂浆料，该浆料在湿法配料间配置，主要成分为聚氨酯树脂、DMF溶剂等；由于浆料中的DMF溶剂极易挥发，因此配料、放料和涂布过程中会产生DMF废气；浆料于配料槽配好料后放入配料桶运至生产线使用，配料桶循环利用，每更换一个批次的产品，需对配料桶进行清洗，此过程产生洗桶废水。凝固：即凝固成膜过程。在此过程中，浆料中DMF被水置换，形成泡孔，凝固槽上方会有DMF废气挥发出。当凝固槽中DMF浓度达到20%时，槽液将被送到DMF蒸馏塔回收DMF。水洗：通过在水洗槽中反复对皮膜泡孔进行水冲洗，脱除残留DMF，水洗槽上方有机废气继续挥发，主要成分是DMF。烘干、冷却：水洗后的皮膜挤压水分后进入烘箱，烘干后冷却收卷最终得到湿法产品BASE。冷却系统用水由冷却塔提供，该用水循环利用，定期外排，因此产生冷却系统定期外排水。因此湿法生产工艺主要污染物包括：洗桶废水，DMF回收塔洗塔废水，凝固槽含DMF废水，冷却系统外排水；湿法配料、凝固、水洗、烘干等过程产生的DMF废气，主要成分是DMF；配料过程中产生的废弃原料桶和原材料包装材料。1.2.2 聚氨酯合成革干法生产工艺图2 干法生产工艺及产污环节面涂：面涂的浆料，其主要成分是聚氨酯树脂、DMF溶剂、丁酮、色浆等。此工艺以离型纸为载体，将聚氨酯浆料涂刮在其上（一般涂刮二至三次，第一次为面层涂料，第二次为中间层涂料）。因此，干法配料和涂布过程中会产生DMF废气和VOCs，VOCs废气主要成分是丁酮。干法配料桶循环使用，每使用一次需清洗，此过程产生洗桶废水。烘干：涂刮之后继而进入烘箱，烘干过程DMF废气和VOCs废气继续挥发。贴合：烘干后得到的半成品上均匀涂覆一层粘合剂（含DMF溶剂、聚氨酯树脂各50%），然后将湿法工艺获得的BASE与之进行热贴合，继而进入烘箱烘干。烘干过程产生DMF废气和VOCs。剥离：冷却后，将聚氨酯合成革与离型纸分离，聚氨酯合成革收缩成卷得成品革。分离产生的废离型纸可重新使用10次后废弃，产生废弃离型纸。此过程产生冷却系统定期外排水。因此干法过程主要污染物包括洗桶废水、喷淋系统产生的含DMF废水，冷却系统外排水；干法配料、涂布和烘干过程中产生的DMF废气和VOCs废气；以及配料过程中产生的废弃原料桶和原材料包装材料，剥离过程产生的废弃离型纸。2 聚氨酯合成革工艺环境影响分析2.1 大气环境影响分析2.1.1 DMF废气主要产生于湿法、干法生产线等配料、涂布和烘烤过程。可通过集气罩收集后一并进入喷淋塔+活性炭吸附装置处理，喷淋塔的DMF吸收率为95%，活性炭吸附有机废气的效率可达90%2。DMF废气产生排放情况详见表3。表3 湿法工艺中DMF产生与排放情况污染工艺产生浓度（mg/m3）产生速率(kg/h)风量(m3/h)排放浓度（mg/m3）排放速率(kg/h)涂布338.5324.062120001.6930.020凝固、水洗414.7234.9772.0740.025烘箱4.5770.0550.0230.0003烫平0.010.00010.00010表4 干法工艺中DMF产生与排放情况污染工艺产生浓度（mg/m3）产生速率(kg/h)风量(m3/h)排放浓度（mg/m3）排放速率(kg/h)配料217.612 14.145 650001.088 0.071 涂布319.489 20.767 1.597 0.104 烘箱910 59.163 4.551 0.296 2.1.2 VOCs主要产生于干法生产线配料、涂布和烘烤过程，活性炭对其吸附效率为90%。VOCs废气产生排放情况详见表5。表5 干法工艺中VOCs产生与排放情况污染工艺产生浓度（mg/m3）产生速率(kg/h)风量(m3/h)排放浓度（mg/m3）排放速率(kg/h)配料36.689 2.385 650003.669 0.238 涂布53.866 3.501 5.387 0.350 烘箱37424.315 37.42.431 2.1.3 无组织排放废气合成革生产中的部分配料、涂布过程是在未密闭的的区间产生再经集气罩收集，工艺废气不能100%被收集。其排放强度按各种废气排放负荷的1%来确定，具体排放情况见表6。表6 无组织排放尾气源强污染物排放速率（kg/h）排放情况DMF0.0531达标VOCs0.0076达标2.2 水环境影响分析2.2.1 洗桶废水配料桶使用后需清洗，此过程产生洗桶废水，用水量为1050t/a，排水量为840t/a，其主要污染物为CODcr、SS、DMF等。洗桶废水收集后进入企业自建的污水处理系统处理。经二级生化处理后该部分废水可达标排放。2.2.2 洗塔废水DMF回收塔需定期清洗，以免堵塞，冲洗频率为半年一次，用水量为100t/a，排水量为95t/a（按损耗率5%计），洗塔废水主要污染物为CODcr、SS、DMF等，经污水处理系统处理达标后排放。2.2.3 DMF废水该企业对湿法及干法的配料、涂布过程产生的DMF均有收集并采用喷淋塔处理回收其中DMF3，喷淋塔喷淋用水量3762.42t/a，进入喷淋塔的废气中含DMF的量为940.61t/a，DMF和水的损耗量为5%，即有4467.879t/a的含DMF废水（其中DMF为893.58t/a，水为3574.299t/a）由喷淋塔进入DMF回收塔。经回收塔回收后，该废水全部作为回用水用于到湿法生产线，不对外排放。2.3 声环境影响分析噪声源主要来自于一些机械设备，其中包括搅拌设备、锅炉风机、水泵、冷却塔电机等，其中冷却塔电机噪声其噪声强度一般在7590dB（A），噪声源见表7。表7 主要设备噪声及处理后噪声名称数量噪声/dB(A)处理后噪声/dB(A)干法烘箱风机128065湿法烘箱风机47560喷淋塔风机28570DMF回收塔冷却塔18070空压机39070冷却塔38070发电机18565对设备的噪声治理首先是降低声源噪声，应在设备选型、操作工艺方面考虑，尽量选用低噪音设备；其次对已产生的噪声在传播途径上采用隔声、隔振、消声、吸声以及阻尼等措施。采取这些措施后，设备噪声可以降低1020dB(A)，满足相应的噪声排放标准，对环境影响较小。2.4 固体废物影响分析固体废物主要包括裁切的废原料桶、废边角料、离型纸废纸、精馏残渣、废活性炭等。其中精馏残渣为项目DMF回收装置中精馏塔的精馏固形成分，主要为木质纤维、聚氨酯、CaCO3、布毛等，产生量约743 t/a，详见表8。表8 固体废物产生量及成份名称产生量（t/a）性质废原料桶160HW12危险废物精馏残渣128 HW11危险废物废活性炭335 HW12危险废物废离型纸40 一般工业固废边角废料80 一般工业固废合计743/废原料桶由原供应商回收，废离型纸和废边角料，可售予废品回收公司，既可减少企业的成本开支，又有利于保护环境。危险废物则交有资质单位进行处理4。因此，该工艺过程所产生的固体废物均可得到相应的合理处置，对环境影响较小。3 结束语目前聚氨酯合成革生产工艺技术相对成熟，但在环保治理措施方面较薄弱。本文针对工艺过程和“三废”治理措施进行了详细的分析，相比以往生产工艺，该工艺过程具有以下优势及特点：（1）利用DMF回收塔对合成革生产废水中的DMF进行回收再利用，属于“三废”综合利用及治理工程，DMF的回收不但关系到企业的经济效益，减少污染，而且完全符合目前国家提出的发展循环经济的理念。（2）产生的废边角料及废离型纸，可外售相关废品回收企业，做到废物的综合利用。（3）生产过程中的工艺废气通过相关的环保处理措施，可做到达标排放，对周围环境较小。参考文献：1 欧海峰. 合成革干法生产线DMF废气