发制品企业生产工艺及污染现状调研

发制品企业生产工艺及污染现状调研发制品企业调研方案1、调研目的 前期通过与当地环保部门和企业内资料调研，了解现有发制品企业污染现状及大致生产工艺流程;中期对多家企业进行资料调研及现场生产工艺调查总结发制品生产过程中的污染共性与特性;后期选取典型发制品企业进行细致调研，包括资料调研及取样分析。通过以上调研研究发制品生产各工段水量水质情况，找出节水减排节点。2、调研内容 （1）资料调研 资料调研主要以调查表的方式进行，调查表设计内容主要包括以下几个方面:单位企业名称、类别、地址、运转情况;企业污水产生来源，有无生活污水进入;企业规模、员工人数、资产总额、工业生产总值等;企业在2014一2016年每年工业总用水量、回用水量、新鲜水量、废水产生量等;主要产品名称、产量、原料消耗、染料消耗、产品加工工艺或工序、产品周期;均企业废水排放去向、末端处理技术、废水对应生产工艺工序、废水回用情况及技术简介;废水水质企业数据调查、实测数据记录。 (2)现场调研 选取典型企业对发制品各工段生产工况进行实地参观并记录主要涉水涉污工 段，对上述工段进行用水用料实测并取水样进行水质分析，废水水质表征包括pH,COD,BOD5,悬浮物、色度、氨氮、总磷、总氮等。具体检测方法及方法来源如表1: 表1废水检测方法3、调研方法 (1)先与企业领导座谈了解企业基本情况，同时审核调查表，发现问题可与企业及时交换意见，并获得企业在2014一2016年每年工业总用水量、回用水量、新鲜水量、废水产生量等。(2)主要产品名称、产量、原料消耗、染料消耗、产品加工工艺或工序、产品周期;企业废水排放去向、末端处理技术、废水对应生产工艺工序、废水回用情况及技术简介;到生产现场、污水处理站参观取样，观察生产运行情况、产品品种、工艺流程、设备种类、产生污染物的关键工序等。2发制品生产工艺概况2.1生产工艺流程 发制品行业以人发为主要原料，经过酸洗、中和、漂洗、染色等工艺加工成发条进行假发套加工的行业。发制品的生产过程大致可分为两个阶段:漂染和后处理。漂染过程用水量大，产生的废水难以处理;前后处理产生的废水量相对较小，废水处理难度相对较低。经查阅大量文献与调研发制品企业，得出发制品行业最常规的生产工艺流程如下图2 图2发制品行业常规生产工艺流程 漂染车间:在不锈钢锅中加入清水后添加硫酸和次氯酸，配置成浸酸液，然后将原料发投入锅中，浸泡2-3 min，期间用搅拌棒进行数次翻动后浸酸完成，捞出头发并沥水，随后用清水冲洗;在中和锅中投加氨水后将上述浸酸冲洗后的人发加入，进行中和15min左右捞出沥水，然后放入清水锅中冲洗;在漂白锅中加入少量清水后投加氨水、双氧水和焦磷酸钠配置成漂白液，将中和水洗后的头发进行分束捆扎后投入漂白锅，根据订单所需色号控制漂白时间，期间不停进行搅拌，漂白后的头发加入煮净锅添加清水进行煮净30min,煮净后用温清水进行水洗;漂白水洗完成后将人发投入染锅内进行染色，采用沸染工艺，染色时间约为1h，染色完成后将人发捞出沥水，用清水冲洗后加入投加有氨水和洗发精的热水中进行清洗，然后再进行清水冲洗。图2为漂染车间主要处理工序实拍图。 图2 漂染车间主要工段实拍图2.2各工段作用与操作方法(1)酸洗工段 作用:人发纤维粗而均匀，表面鳞片细密，张角较大，具有较高的强度与模量及高的肌氨酸含量，肌氨酸含量高使得大分子间形成大量的横向联结键，因而，人发结构中立体网络组织相当紧密。人发鳞片层的致密结构所形成的屏障，影响染料分子的渗透，并阻碍氧化剂的内部扩散。为使头发达到较好的漂白效果，就需要使用次氯酸对头发纤维进行改性。加入硫酸去污，次氯酸氯化。头发经氯化后，二硫键受到一定破坏，鳞片层部分受损或剥离，利于漂白及后续染色。 操作方法:每酸化50kg原发，需按照指定配比向容量为1M3的圆柱形酸洗锅中加入硫酸和次氯酸钠，然后直接用约1吨软水进行稀释，药品与水均为一次性使用，过酸后将废水直接排入下水管道。(2)中和工段 作用:过酸之后头发发柴，容易打结，要进行氨水中和，中和的同时，可以进行漂白，漂白之后根据可以要求染色。氨水的作用首先是中和，去上一环节的酸;再次，染色作用机理为:a.受氨的作用，产生硫氨酸，且随着氨浓度的增加而增加;b.氨作为碱剂可以促进二硫键的水解，使其成为硫基，然后产生非常活泼的脱氢丙胺酸继续反应，肌氨酸含量显著下降，染色屏障破裂;c.氨处理后，羊毛纤维中氨基酸的含量增加，使羊毛纤维表面的正电荷浓度增加，使染色速率提高;d.氨处理后，改变羊纤维在盐式键和氢键条件下，使纤维变得更松散;e.碱性去除羊毛纤维表面的润滑脂，汗水起着非常重要的作用，这是改变羊毛纤维的表面性能，促进染料的吸附作用有很大的帮助;f盐有纤维膨胀的作用，有利于染料进入纤维内部。最后，鳞片层主要成分为蛋白质，氨水可以改变头发纤维的表面活性，可使头发顺滑不打结 操作方法:酸化后的50kg毛发直接进入容量为1M3的中和锅中进行中和。发制品企业进行调研发现，过氨段废液一般不重复使用，一次过氨后直接排放。中和后为去除毛发表面残留氨液，需要用清水冲洗2次，每50kg头发需用2吨清水进行冲洗。现在企业内一般采取用水龙头直接冲洗，冲洗后废水直接排入厂内污水站，无重复利用。(3)漂洗工段 作用:头发漂白可以用氧化剂，也可以用还原剂，或者两者联合使用.氧化剂漂白一般采用双氧水在碱性条件下进行，通过破坏毛发中的色素而达到漂白效果.尽管双氧水能使毛发中的色素破坏，增加纤维白度，但同时也会使纤维受到损伤，特别是工艺条件控制不当时，头发损伤严重，强力明显下降，影响产品质量。因此，头发用双氧水漂白时，一定要严格控制工艺条件。双氧水漂白液一般由双氧水、稳定剂、纯碱、润湿剂和水组成。 操作方法:按订单要求染色前需对黑发进行漂洗褪色，所用药剂为氨水、焦磷酸钠、双氧水，只需加入少量新鲜水。漂白后需用温清水进行三次冲洗，每50kg头发需用3吨清水进行冲洗。以去除头发表面残留黑色素。(4)煮净工段 漂洗后的头发，进行煮净以去除残留在头发表层和间隙中的黑色素，并起到固色作用。此工段只需少量新鲜水且产生废水污染物浓度高，故对此工段用水一般不考虑回用。(5)染色工段 根据所染色号加入相应的染料打底色，搅拌均匀，加热至沸腾，然后将头发倒入并搅拌，每隔10min搅拌一次，染色一小时后取出。同种色号染发废水可重复利用，重复利用率与每批订单色号种类和数量相关。但通过对其他发制品企业进行调研发现，一次染色后废液一般不重复使用，一次过氨后直接排放。分三次冲洗以去除头发表面及间隙残留染料，每50kg头发需用1吨清水进行冲洗。现在企业内一般采取用水龙头直接冲洗，冲洗后废水直接排入厂内污水站，无重复利用。三次冲洗废水中污染物含量依次降低。(6)洗发工段 手工操作，在水槽中加入洗发精分多次进行洗涤。此工段所用原料只有洗发精和清水，并分多水槽多次人工洗发，用水量大，用水比例可达20%-30%，废水水质较好，回用潜力较大。头发经过浸酸、中和漂洗、染色后，发质硬挺干涩，柔软性变差，因此需要选用合适的柔软剂、表面活性剂和无机助剂进行处理，改善头发的柔顺性。(7)后处理 经过漂染后的头发首先进入洗发车间，漂染车间出来的头发交缠在一起，在水中人工将头发拉直、理顺，采用三合一进行浸泡，使头发柔软、发亮并具有手感;浸泡后放在蓖子上，进入炕房烘干，温度为90，烘干时间为6h，顺发时间为4-5h。烘干后的头发送入打发车间进行梳制分档。打发后的头发进入机制车间，采用三联机制成发帘;发帘在进入牙克车间，人工造型后放入定型柜进行定型。定型后的发帘进入后处理车间，用洗发精洗涤，再用清水冲洗干净后放入硅油内进行浸泡;经过烘干房烘干，检验包装入库。许昌市发制品行业发展水平参差不齐，工艺各具特点，且产品种类较多，生产工艺浮动较大，但大体程序依此而行。3废水水质现状及用排水水量问题3.1水质现状漂染车间是发制品行业生产的关键环节，是生产工艺较长，资源、能源消耗较多的车间，生产质量直接关系到产品价值。该车间水消耗量较大，使用的原材料种类较多，废水排放量较大，污染物排放多。总结主要废水产生环节产水特点见下表2:表2 废水产生环节产水特点分析 浸酸废液中除含有硫酸和次氯酸外还含有头发表层油脂和毛鳞片碎片以及少量残留毛发，所以COD和氨氮含量较高。中和废水氨氮含量高，且难以生物降解。根据头发批次的不同氨氮含量在500-900mg/L之间浮动，色度增大。COD浓度高但属于易降解物质。经过中和处理后废水一次性排放。漂洗废水废水呈碱性，氨氮含量和较高，一次性排放。根据头发批次的不同氨氮含量在500-900mg/L之间浮动，色度增大。PH为7-10.5,温度80-100。此工段所排废水COD含量可达4410-4830mg/L,氨氮含量可达435-1160mg/L。染色排水中有部分染料和助剂，其废水具有色度、COD浓度较大的特点，废水温度较高。浅色系染色产生的污染物浓度较深色系染色产生的污染物浓度低。柔软剂、表面活性剂是洗发废水的特征污染物。对于废水的水质，其中第一道洗发废水的污染物浓度最高，色度也最大。第二道各污染物浓度都明显减少。3.2水量问题 (1)用水问题 目前，多数发制品企业单位产品(以发条数计)耗新鲜水量基本处于0.01-0.09 m3条范围内，大部分接近0.03m3/条;吨产品耗水量约225m3，吨产品废水量180m3，耗水量较大。采用的生产工艺与技术都比较落后，冲洗直接用水龙头冲洗，所用酸碱以及染发剂利用率很低，水的回用率很低，造成大量污染物进入水中，迫切需要节水减排的清洁生产技术。传统的发制品行业漂染工艺节水措施较欠缺，工业用水重复利用率较低，主要体现在以下几方面: 作坊式传统处理方式，各工段独立作业，利用行车输送头发，输送过程中大量水直接流失。 酸洗、中和、漂洗、染色、冲洗各工段用水均为一次性，且均使用新鲜水，无重复利用，造成大量水资源浪费。 发制品生产过程需要多次的冲洗，现有发制品行业大多采用水龙头直接冲洗的方式，冲洗后的废水没有重复利用就直接经下水道排入污水处理站，这种用水方法简单原始，耗水量大，废水产生量大，既给污水处理站带来负担，增加污水处理费用，又对环境造成污染。 染色一般在沸腾或接近沸腾的染液中进行，这种沸染工艺能耗成本较高，且所需染发剂浓度高，产生的高温、高色度废水很难处理。 高温染色后的头发需采用清水进行漂洗，该过程消耗大量的水资源，排放大量的染色废水。洗发、后处理工段需加入洗发精、护发素用清水进行多次洗涤，该工段占新鲜用水的40%-50%。 (2)排水问题 发制品企业目前吨产品耗水量都在225m3，吨产品废水量180m3，耗水量大。采用的生产工艺与技术都比较落后，冲洗直接用水龙头冲洗，所用酸碱以及染发剂利用率很低，水的回用率很低，造成大量污染物进入水中，废水有机物、氨氮、酸碱、色度等含量都很高，而且也使工人的工作环境很恶劣，迫切需要节水减排的清洁生产技术。图3为许昌市经开区一典型发制品企业口工程水量平衡图，从图中可以看出发制品生产耗水量大，废水量大。为此，本研究从技术层面上分别提出节水措施，另外，从管理层面上也提出一系列建议，为该类行业企业的节水提供思路，实现清洁生产提供参考和借鉴。 图3工程水量平衡图(单位:m3/d)4发制品生产全流程水质变化研究及节水减排措施4.1发制品生产全流程水质变化 选取典型发制品企业，对其典型工段酸洗、中和、漂洗、染色、洗发、后处理及总排口等分别进行取样监测，监测指标分别为A类指标pH, COD,氨氮、色度、LAS(烷基苯磺酸钠)、总磷、磷酸盐, SS, BODs，考虑到污水综合排放标准(GB8979-1996)二级标准，故选取进出水段检测B类指标Cl-、总硬度、硫酸盐、铁、锰、总溶解性固体。具体工段水样及检测指标如表3:结合发制品企业各生产工段用水以及原料使用情况，其典型工段酸洗、中和、漂洗、染色、洗发、后处理及总排口等进行用水量实测并分别进行取样监测，具体用水量如图4: 图4发制品生产各工段用水量(m3/50kg)从图4发制品生产各工段用水量可以看出发制品生产各环节单位用水量很大，且中和、漂白、染色后都需进行多次清水冲洗，冲洗环节用水量占总用水的30%-40%经染色清洗后进入洗发车间进行前后处理的过程主要是对染发进行多次湿处理，洗发及后处理工段占总用水量的50%左右。发制品生产各工段排水水样监测指标分别为pH, COD,氨氮、总氮、色度、表面活性剂、SS,BOD5，具体工段水样及检测指标如表4，典型污染物监测结果如图5: 表4发制品生产各工段排水水质检测结果 从表4可以看出漂染车间各环节排水pH相差较大，氨氮、COD浓度很大;各处理工段后的清洗环节随清洗次数的增加污染物含量依次降低。洗发及后处理工段排水近中性，污染物含量较漂染车间各工段低。 表5发制品生产进水与出水水质检测结果 发制品生产中用水均为软水，在一定程度上增加了用水成本，对比，找出水质影响发制品品质的控制因素，以便实现在不影响产通过与表5中进水品品质的同时实现节水减排;从出水水质检测可以看出经过厂内污水处理系统对废水的处理，各种污染物浓度有了一定降低。 图5发制品企业水样及检测类别 从上图可以看出:1)浸酸、中和、染发等工段废水产生量大，污染物浓度高且水质复杂;2)在发制品生产过程中，多个环节需要进行冲洗，然而现有发制品行业大多采用水龙头直接冲洗方式，这种方法简单原始，耗水量大，既浪费大量的清水资源，也不符合清洁生产的要求;3)不同工序产生废水水质差异性很大，例如，漂染车间各工段水质较差，而洗发车间前处理段与后处理工段用水量较大且水质较好。4.2发制品生产节水减排措施选择 (1)废