发展中的无水\少水印染技术

本文以我国印染行业节能减排为背景,介绍了部分无水或少水印染技术及相关设备,并列举了这些技术或设备的优点与不足,最后简要指出印染行业接下来的发展方向。

In this article, energy saving and emission reduction in dyeing and finishing industry are taken as background, some less-water and waterless dyeing technologies and related equipments and their advantages and disadvantages have been introduced, finally, the development direction has aslo been pointed out.

中国是纺织大国,也是印染大国。印染行业排放的废水是我国工业系统中的重点污染源之一。印染废水具有水量大、有机污染物含量高(COD值高)、色度深、碱性大、水质变化大等特点,属难处理的工业废水。国家环保总局统计数据显示,印染行业废水总量位于全国各工业部门排放总量的第 5 位,占纺织行业的 80%,而其废水中污染物排放总量(以COD计)则位于各工业部门第 6 位。

随着我国印染工业的迅速发展,部分区域的印染废水排放量和污染程度均大幅度上升,加上纺织印染产品种类多样化及更新速度的加快,印染行业应用新原料、新染料、新助剂开发了许多新产品,使印染废水成分更为复杂,处理更为困难。从源头上减少水和蒸汽的使用,是减少废水排放的最佳途径。

1推广少水染整设备

1.1小浴比或低用水染色设备

许多企业在新建或扩、改建时,注意用技术先进、能源节约、排放量低的设备来装备或更新现有的技术相对落后、能耗大、排放多的设备,取得了很好的效果。如在以浸渍处理为主的染整加工过程中,小浴比的加工设备已经成为印染厂的首选设备,香港立信公司推出的THEN AIRFLOW系列气雾染色机,可以适应高温高压和常压条件的染色要求,染色浴比降到 1∶3;意大利BRAZZOLI(巴佐尼)公司采用INNOTECHNOLOGY ―― 染液横动技术推出的INNOFLOWEXL匀流染色机,可以使活性染料中深色耗水量仅为 40 ～ 50 m3/t,耗电量仅相当于气雾染色机的 1/3,且能获得很好的重演性和匀染效果。这些设备可以节约大量的染色用水和蒸汽,同时也减轻了污水的排放和治理负担。毛纺织行业引进的意大利洗毛机,可进行补水循环使用,将换水周期由国产设备的 6 h/次延长至 15 天/次,可节约大量洗毛用水。

丹东恒星精细化工有限公司在“国家863课题”的重点支持下,经过两年技术攻关,完成了“智能无水印染设备”的研发,并就此申请国家发明专利 2 项、国际发明专利 1 项。这套具有自主知识产权的智能无水印染专用设备,其幅宽为 1.8 m和 2.8 m,解决了染料印花浮色净洗及传统工艺清洗网辊的大量耗水排污问题。经权威部门检测,新鲜水耗用量较传统技术降低 99.8% 以上,污水排放量为零,综合节能 60% 以上。

1.2采用泡沫染整加工系统,有效降低水和能源消耗

DTC科技(香港)有限公司推出的AUTOFOAM泡沫整理系统采用稳定的泡沫作为染液和整理液的分散介质,使得织物的带液率由 70% 降为 30%,节约能源 38.9%,节约燃气 39.1%。

AUTOFOAM是以空气代替一部分水来分散溶解化学整理品,用物理的方式将化学整理品整体制造成内含大量空气的泡沫,这是细密泡沫具有相当的细度、均匀度和可控制稳定性,将这些泡沫均匀分布到待处理品的表面,并按工艺的要求形成表面的、半渗透的或全渗透的不同加工方式。

由于泡沫液中有大量的空气代替水分,所以织物的带水率只有 10% ～ 30%,而普通的后整理加工的带水率则高达 65% ～ 70%。这对于降低用水、节约能源、提升设备车速、减少后续的水洗浪费,有巨大的效益。

AUTOFOAM是环保型产品,有20多年的历史,在对于环保要求极高的欧美、日本有超过 400 家用户。AUTOFOAM符合国际主流的节水节能、降低消耗、降低污水排放、提升产品质量的环保理念,符合我国“发展环保,建立节约型社会”的基本国策。

上海誉辉化工有限公司泡沫染整加工系统(设备)获得了科技部的创新奖项,其推出了一种具有自主专利设计的高效Neovi foam泡沫发生器和施加器,创造性地解决了传统施加方式所出现的不稳定泡沫易提前破裂,泡沫稳定性过高,不易破裂,难以渗入织物的内部,造成织物表面的色差以及设备操作、调整麻烦等问题。由于泡沫从发生器出口到织物幅宽位置任意一点的距离一致,因此达到了泡沫衰减程度一致的效果,进而消除了染色偏差和条纹,攻克了核心技术“非稳定泡沫的横向均匀”这一世界难题(原有泡沫染整设备泡沫横向均匀度不稳定,容易造成织物染色不均匀)。

泡沫整理系统通过空气代替大部分水携带化学品或染料均匀地施加到织物表面或内部,给液量、化学品渗透程度等主要参数均可通过电脑进行控制,解决了传统的通过轧车或喷雾等加料方式的缺陷。目前美欣达集团、庆茂集团、华纺集团、旷达集团等著名染整加工企业已相继应用了该设备。与传统的浸轧方式相比,实现干燥能源成本减少大约 50%,织物加工速度提高 40%,用水量减少 30% ～ 90%。而且泡沫处理也可以减少污水量,污水处理成本可减少 50% ～ 60%,化学品用量消耗可减少 60% ～ 70%。

1.3原有设备进行技术改造,提高水及能源利用效率

对用水用汽量大的原有设备的技术改造有以下几方面。

(1)还原汽蒸箱由液封口改造为汽封口,汽蒸箱内保持微正压状态,并加装自动控温装置,根据不同织物设定汽蒸温度。据相关工厂介绍,这一技术可节约蒸汽约 20%,用于活性染料汽蒸固色时,可使活性染料的利用率明显提高,固色液可节约 50% ～ 55%,废水排放减少,而且布面质量明显改善。

(2)利用余热回收,减少加热蒸汽用量,从而减少用水和废水。印染生产中随处可见的带有热量的冷却水、冷凝水、机台排出的废水、废气,以往都是任其排放,不仅对环境带来影响,而且造成大量热能的浪费。这些生产过程中的余热目前已为许多工厂加以利用,常见的余热回用方式有以下几种:① 生产废水余热回用:水洗机排出的废水水温高达 80 ℃以上,通过热交换器后排放,可以将新鲜冷水加热到 40 ～ 50 ℃;② 染缸废水余热利用:THEN(特恩)公司推出的AlRFLOWAFE气流染色机具有高温直排功能,将高温染液通过热交换器再排放,冷水经此热交换后可升温至 60 ～ 70 ℃;③ 锅炉烟道气余热回收利用:利用高温锅炉烟道废气加热饱和蒸汽使之成为过热蒸汽,作为印染加工热源。均可减少加热蒸汽用量,从而减少用水和废水。

2开发和应用无水、少水的印染生产技术

2.1 无水印染生产技术

2.1.1超临界二氧化碳印染技术

二氧化碳在一定温度和压力下,可呈临界和超临界状态,在临界压力状态下,具有气体和液体的中间性质。超临界流体的粘度和气体相近,扩散系数在气体和液体之间,渗透力很大,由于能获得和液体同等的密度,所以溶解力也很大,对物质溶解快。为此,印染行业利用超临界二氧化碳的强溶解力将染料溶解,并利用超临界二氧化碳的高度扩散性,将染料渗透到纤维内部进行染色,成为世界各国争相研究的前沿课题。

超临界二氧化碳印染技术已取得重大进展,染色时间大大缩短,没有污水、废气,少去了印染、漂洗的繁琐程序,全部原料还能循环再利用。但目前世界上这项技术产业化仍有相当的困难。

2.1.2数码喷墨印花技术

数码喷墨印花技术(简称数码喷印)工作原理与喷墨打印机相似,是将花样图案通过数字形式输入计算机,通过印花分色描稿系统(CAD)编辑处理,再由计算机控制微压电式喷墨嘴把专用染液直接喷射到纺织品上,形成所需图案。数码喷印技术的出现为纺织行业跳出传统纺织印染模式提供了备选方案。作为一种低污染、按需定制、可实现网上设计和服务的新型印花工艺,数码喷印技术具有较高技术门槛和强大生命力。数码印花系统已实现 140 m2/h的最高喷印速度,1 080 dpi的最高喷印精度,支持活性、分散、酸性、涂料等专业染料墨水,对于各种棉、麻、丝、毛、尼龙、涤纶等天然或者人造纤维的针织和梭织面料都可以进行加工。

数码喷印具有明显的环保优势,与传统印花技术相比采用该技术耗电量下降 50%,耗水量下降 30%,染料用量下降 60%,污染程度仅为传统技术的 1/25,污水易处理,能达到一级排放标准;相同产值能耗只有传统印花的 1/10、相同收益能耗只有传统印花的 1/30,投资收益是传统印花的 3.5 倍。浙江省2006年印花布产量 68 亿m,排污 2.5 亿t。据此测算如果浙江省数码印花年产量达到传统印花 1% 的比例,那么耗电将减少 143 万kW・h,耗水将减少 109 万t,可减少排污 150 万t,等于保护了 3 000 万t的清洁水源。

2.1.3升华转移印花技术

用零排放的升华转移印花法(无水印花)逐步取代传统的有水印花,从湿法印染逐步向干法印染过渡。江阴雪豹精细化工研究所近年来潜心研究,成功开发升华转移印花技术,将创新、环保、节能、节水融为一体,可用于各种纤维织物转移印花,技术正在推广之中。

绍兴“牛印染”攻克了分散染料的全棉等天然纤维织物热升华转移印花技术难题,对已做好半漂处理的棉、麻、丝等纺织品选用浸、轧、喷、刷等方法,配合使用该公司研制的新型调节剂进行预处理并烘干后,就与传统转移印花流程一致。该技术的优点是适用于大批量生产,而且免去了印花过程中大量的后续清洗工作,节约了干燥用热能,可以实现真正的无水印花。一条印花生产线设备每天可直接减排污水 200 t,比传统印花设备污水排量减少 45% 以上。

2.2泡沫染整加工技术

2.2.1泡沫整理

泡沫染整加工工艺中最先得到应用和发展,且发展最快的当属泡沫整理工艺。到目前为止,泡沫整理已成功地应用于泡沫树脂整理、泡沫柔软整理、泡沫阻燃涂层整理、泡沫拒水以及吸湿整理、泡沫增白整理等,此外还发展了综合各种整理效果的泡沫多功能整理。

2.2.2泡沫印花

泡沫印花可以说是以空气来增稠印花色浆,以代替传统使用的天然或合成糊料,它具有节省糊料费用、节约烘干能耗、印浆容易洗干净、既减少用水,又节约能耗、改善印花后织物的手感等优点。

2.2.3泡沫染色

泡沫染色是在染液中加入发泡剂,将染液加工成泡沫的形态后再施加到织物上去。与常规技术相比,泡沫染色具有节约烘燥能源、节约用水、提高车速等优点。

如地毯泡沫染色,20世纪80年代初期已有多家公司使用地毯泡沫染色设备进行生产。机型主要有单面、双面、多色染色机等,其中双面泡沫染色机,赋予织物两面不同的染色效果。而多色染色(又称无规则染色)是利用泡沫的流变性,使用适当的施加方法来获得常规染色法难以得到的独特的无规则染色效果,而地毯特别适合于染成无规则色泽效果。地毯泡沫染色最先采用的是Sandoz公司研制的间歇式染色工艺,称之为“Sancowad工艺”,随后开发了连续式染色工艺,并且取得了重大进展。

绒类织物由于纤维的高吸液性,因此在进行传统染色时就特别困难,绒类织物的泡沫染色在干布上 30% ～ 40%的泡沫吸液率,能最大限度地节能和节水。

目前我国泡沫染整加工技术已在纺织品拒水拒油、亲水、柔软、阻燃、抗皱、防缩、抗菌、抗紫外等后整理生产,牛仔布加色、涂料染色、活性染料染色、泡沫多彩染色等印染加工以及泡沫上浆、泡沫浆纱、泡沫丝光、非织造布和地毯行业的浸胶、涂背胶、染色等各种功能整理领域获得了理想效果,节水节能效果明显。

2.3改进生产工艺,缩短工艺流程,采用少水工艺,实

现节水节能减排目的

(1)开发节水印染工艺。如涤/棉混纺产品浸染染色工艺由传统的分散活性“二浴法”改为“一浴法中性染色工艺”,可实现染色时间缩短 1/3、节水 40%、节电 40%、节约蒸汽 40%。涤/棉混纺产品采用前处理和涤纶碱性染色一浴一步法工艺,比传统涤/棉染整工艺节水 35%。低温前处理、低温染色、低温皂洗等工艺,明显节约升温所用的蒸汽。

(2)采用不同加工方法的合理组合,实现特殊的工艺效果,同时达到节水节能减排的目的。如锦棉交织物,先用浸染法染锦纶,再用轧染法套染棉,在连续水洗机上水洗,既节约了用水,又提高了产量。

(3)提高染色一次成功率,减少水和蒸汽浪费,减少水的无效消耗等等。

3结语

面对印染行业节水节能减排工作的严峻形势,我国印染行业近期内的发展重点应该围绕加快行业技术进步、推广无水少水印染技术、推广清洁生产和加快装备更新等方面进行。印染行业应按照循环经济的发展模式,统一规划,从技术、经济、环境多方面综合考虑,加强监管,在保持生态平衡的前提下进行发展和建设,如此方能保证我国的经济建设与社会环境和谐共存,协调发展。