印染废水在线处理回用关键技术研究

发布时间：2020-10-31 09:40

　　 中国现己经成为世界纺织印染业生产规模最大的国家。纺织印染企业不仅是当地的耗水大户，也是废水排放大户。印染废水具有水量大、有机污染物含量高、可生化性差、碱性大、盐度高、色度大、水质水温变化大等特点，属于难处理的工业废水之一。随着环境法规的日益严格以及水价的不断攀升，印染废水深度处理回用问题亟待解决。然而，目前印染废水处理回用技术存在二次污染、流程长、效率低、余热回收困难和成本高等问题。 基于“清浊分流，分质分节处理”原则，以离子交换纤维作为主要处理单元，利用其选择性吸附作用，本论文提出了一种印染废水在线处理回用技术，简称OATRT（On-line Adsorption Treatment andReuse Technology），具体流程为：印染废水经以离子交换纤维填充的吸附柱处理以后，直接回用于印染加工工序；吸附剂饱和之后，以氢氧化钠溶液再生。再生废水进一步处理后达标排放。 本文以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHTAC）和1-氯-2-羟基-3氨基丙烷（CHPAC）分别对纤维素进行接枝改性制备出强碱型（SBIEF）和弱碱型（WBIEF）离子交换纤维。采用浸轧-烘干-焙烘制备工艺，在单因素实验分析的基础上，以响应面法(Response SurfaceMethodology, RSM)优化了SBIEF和WBIEF制备工艺参数。所得到的SBIEF氮取代度DS=0.022，WBIEF氮取代度DS=0.027。WBIEF的等电点约在pH8.1。WBIEF和SBIEF在改性前后外观无明显变化。红外谱图和CP/MAS13C-NMR谱图均可证实纤维素被成功接枝改性。在室温水、碱溶液环境中6周时间内，SBIEF和WBIEF吸附和强度稳定性表现良好，但是SBIEF耐高温稳定性能差于WBIEF。 本文系统研究了SBIEF和WBIEF对水溶性阴离子型染料的吸附行为、机理与影响因素。SBIEF和WBIEF对染料的吸附行为遵循Langmuir吸附等温曲线和准二级动力学模型。SBIEF对于C.I AcidBlue350、C.I. Reactive Red195的最大单层饱和吸附容量分别达243.2mg/g和147.1mg/g，WBIEF对于C.I Acid Blue350和C.I. ReactiveRed195的最大单层饱和吸附容量分别为113.6mg/g和73.6mg/g，二者的饱和吸附容量明显高于常规吸附剂。水溶性阴离子染料与SBIEF上的季铵基、WBIEF上的质子化氨基均是以离子键结合。搅拌速度、染料初始浓度、温度、初始pH值、电解质种类及其浓度、表面活性剂种类及其浓度、染料结构等均会对SBIEF和WBIEF的吸附染料速率和吸附容量产生或正或负的影响。粒子内扩散模型表明，SBIEF和WBIEF对染料吸附过程可以分为四个阶段：纤维外部扩散、大孔（包括纤维间孔隙）扩散、过渡孔扩散和微孔扩散。本文建立了SBIEF和WBIEF的吸附扩散孔道模型，该模型可以解释不同影响因素下SBIEF和WBIEF的染料吸附行为。SBIEF和WBIEF表现出良好的再生稳定性，连续5次再生后，再生率均高于84%。SBIEF与WBIEF吸附柱对C.I.Acid Red1和C.I. Reactive Red195具有良好的染料吸附去除能力，穿透曲线均能符合经典吸附体系的“S”型，并且对于废水中的酸性物质具有缓冲中和作用，而对于废水中大多数无机盐和非离子表面活性剂则吸附作用较弱，它们可以渗透过吸附柱。 根据SBIEF和WBIEF不同特性，将它们分别应用于锦纶和棉织物染色洗涤废水在线吸附处理回用当中。OATRT（SBIEF）在锦纶织物染色洗涤过程静态应用实验结果显示，SBIEF对于酸性染料和浊度表现出较好的吸附和去除效果，脱色率高达100%，而对于平平加O-25和无机盐具有较弱的吸附能力。SBIEF对于废水中的酸性物质具有一定中和作用。所得回用水可达到回用水水质标准，连续作为10次锦纶织物染色后的洗涤用水，染色样品的颜色质量指标仍然在合格范围之内，并且总节水率达90%以上。OATRT（SBIEF）在锦纶织物染色洗涤过程动态应用研究表明，随着循环倍数和应用水洗时间的增加，回用水水质愈好（但是无法完全去除色度），锦纶染色洗涤样品颜色越浅，最终皂洗牢度可提高半级。OATRT技术还可以显著降低无机盐对锦纶染色织物上游离染料洗脱的阻碍作用。回用水至少可以回用6轮，第一道60℃水洗只需加热一次，后续45℃和25℃两道水洗使用第一道水洗液余温即可满足水洗温度要求。在工厂小试中，SBIEF使用前后锦纶染色织物色差和色牢度指标均一致，节省洗涤用水量高达75%。 OATRT技术在纯棉织物活性染料染色洗涤过程应用研究中，将活性染料染色五道水洗分为两部分，前两道水洗合并，采用OATRT（SBIEF）技术，后三道水洗合并，采用OATRT（WBIEF）技术。该联合应用方式所得到纯棉染色织物色差ΔE*Lab为1.34，L*值显示颜色深度变浅，干摩擦牢度与标样一致，湿摩擦牢度提高半级，皂洗沾色牢度提高一级。OATRT可以不断破坏游离染料在染色织物上和水洗液中的溶解平衡，故具有提高染色织物水洗效果的作用。OATRT（WBIEF）技术完全可以替代皂片皂洗，甚至可达到较之更佳的水洗效果。上述处理回用循环可以连续进行6轮，也可用于其他颜色染色织物的水洗，总节水率近80%。原来标准水洗中第四道70℃水洗只需利用第三道90℃水洗液余温即可满足水洗温度要求。 总体而言，以SBIEF和WBIEF作为吸附介质的OATRT技术具有以下优势：废水中的各组分可以进行选择性分离，同时避免染料和助剂的降解对回用水质所导致的二次污染；降低设备和运行成本；流程短，便于原位安装达到染色废水快速处理，并可回收或节省大量的水、热能和皂洗助剂；减少废水排放总量；缩短水洗时间，提高水洗效果和生产效率等。
【学位单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：X791
【部分图文】：

dioxide）化学分子式为 mSiO2·nH2O，属于非晶除强碱、氢氟酸之外不与任何物质发生反应，附材料。根据孔径的大小，硅胶可分为：细孔硅胶。硅胶的表面化学性质主要由表面羟基或硅醇基参与吸附（比如对水分和其他化合物），同时基的三种基本类型如图 1-2 所示。

博士学位论文 第一章吸率大，解吸速度快，但是其吸附容量只有 8 mg/g 左右。Hwang 等二酸、环氧氯丙烷、二亚乙基三胺与纤维素反应制备出聚酰胺-环氧素离子交换纤维，其对于直接染料的吸附能力强于某些商品活性炭。 纤维素基阴离子交换纤维维素（cellulose）是自然界中分布最广、含量最多的一种大分子多糖纤维素含量接近 100%，为天然的最纯纤维素来源。纤维素的化学结 β-葡萄糖为基环的多糖大分子，每个基环上有一个伯羟基和两个仲羟式参见图 1-3。纤维素在 150℃以下性质稳定，超过此温度会因脱水而。浓度高的无机酸可将纤维素水解生成葡萄糖等，在浓的氢氧化钠溶碱纤维素，强氧化剂作用下可生成氧化纤维素。

图 1-4 CHTAC 改性纤维素的合成路线Fig. 1-4 Synthetic routes of modified cellulose with CHTAC6 本论文研究内容和意义在现有纺织印染废水处理回用工艺实验研究和工程实践的基础上，针对在的问题，根据“清浊分流，分质分节处理”原则，以离子交换纤维作为主理单元，依靠其选择性吸附特性，本论文提出了一种印染废水在线处理回用技简称 OATRT（On-lineAdsorption Treatment and Reuse Technology）。OATRT工艺流程参见图 1-5，具体流程是：印染废水经以离子交换纤维填充的吸附柱处理之后直接回用于印染加工工序，吸附介质吸附饱和之后，以再生装置再再生废液及反冲洗后废水进一步处理，达标后排放。本论文首先通过新的合成路线制备出一种纤维素基弱碱型离子交换纤维（WBIEF）。然后进行了WBIEF、CHTAC改性纤维素制备强碱型离子交换不同制备方法之间改性效果的比较，以响应面优化了两种离子交换纤维的制
【参考文献】

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本文编号：2863779