863A废碱回用轧槽与闭路循环前处理工艺
谈仲亨 上海印染技术研究所
原载: 上海印染新技术交流研讨会论文集（2009年度）；84-88
稿件来源：sh9-84
【摘要】常规的冷轧堆短流程前处理工艺等，虽然比一般的前处理工艺节约蒸汽，但存在着化学品耗
量大和水耗量大，以及污水排放量大的缺点。采用国家专利的863A废碱回用轧槽等设备与闭路循环前处
理工艺，就可以克服上述问题，且经济效益和社会效益显著。
【关键词】前处理工艺；863A废碱回用轧槽；蒸汽废碱液；循环经济。
1 前 言
棉坯布与棉混纺织物坯布上的浆料，棉籽壳及棉纤维上的共生物果胶、棉脂、棉腊等杂质顽强，都要用过量的化学品，经过较长时间的前处理才能除去，尤其是现在大量应用的冷轧堆短流程前处理工艺，由于是在低温条件下进行，因此要比常规的高温前处理工艺要使用更浓、更多的化学品，才能达到前处理工艺的目的。这不仅增加了化学品、助剂的消耗量，同时也造成较多的污水排放，增加了污水处理的负担。在实际上，冷轧堆短流程前处理工艺是存在着虽然节约蒸汽，但也有增排污水的问题，必须加以解决。我们应用国家专利863A废碱回用轧槽，通过多层次将蒸汽废碱液回收利用，实行闭路式循环前处理工艺，达到了节能减排、节约资源的循环经济的目的。
2 常规的冷轧堆短流程工艺与设备［1］
2.1 纯棉厚重织物：坯布纯棉纱卡其49tex×58tex 315×181(80×46)
2.2 工艺流程及条件：烧毛→浸轧碱氧液(轧余率85～95%)→打卷室温转动堆置24h→快速练漂机热碱处理(102℃，汽蒸2-4min)→一格高温(100℃)冲洗→五格高效水洗(95℃以上)→烘干。
工艺处方：
(1)碱氧液：
NaOH(100%) 50～55g/L
H2O2(100%) 18～20g/L
稳定剂
10～12g/L
助练剂
10～12g/L
(2)热碱处理：
NaOH(100%) 10g/L
3 闭路循环前处理的工艺设备流程
烧毛→三格加盖平洗槽(浸轧蒸洗废碱液，作为灭火、退浆之用)→平幅大卷装、转动堆置3至20小时→863A废碱回用轧槽、浸轧蒸洗废碱液(回收利用剩余化学品及热能)→三格平洗槽、浸轧常规的冷轧堆工艺的碱氧助剂液→平幅打卷、转动堆置24小时→浸轧863A废碱回用轧槽(进一步回收利用剩余化学品及热能)→973B蒸箱液封口浸轧蒸洗废碱液、106℃高温150%左右吸液率汽蒸2～3分钟(再次回收利用剩余化学品及热能并强化前处理工艺)→三格逆流串联的高效去碱蒸箱(高效蒸洗及回收蒸洗废碱液)→一格平洗、清洗→高效轧水→新湿布丝光工艺［3］。
4 常规的冷轧堆短流程前处理工艺的优点与缺点
常规的冷轧堆短流程前处理工艺的优点是能够节约蒸汽和电，缺点是增加了化学品的用量及污水排放量。过去高温高压煮布锅的耗碱量一般为布重的3%，常规的履带碱汽蒸前处理耗碱量一般为布重的4.5%，由于冷轧堆短流程工艺把前处理练漂工序三步变为二步或一步，因此在工艺条件上，必须采用强化方法，这就必然要增加烧碱、双氧水的用量，如和常规的氧漂碱液浓度比较其OH-浓度要提高100倍以上［2］。
5 国家专利863A废碱回用轧槽的设计与实用效果
为了从蒸洗废碱液中和其他废碱液中，回收到碱和助剂及热能，我们设计了863A废碱回用轧槽。根据废碱液中NaOH分子、Na2CO3分子和助剂分子对纤维素亲和力及吸附性的实践，我们设计制造了863A废碱回用轧槽。该轧槽系统由多个大小不同的系列轧辊及相应的小轧槽组合而成，槽底有一定的倾斜度，能使废碱液浓度逐步升浓、碱液的流动方向与织物运行方向相反，逆向流动碱液的浓度差产生传质的推动和磨擦力，使NaOH分子从废碱液中吸附到织物上的含量随着碱浓度的变化而增加，由此具有高效的吸收物料的功能。实践证明863A轧槽能从废碱液中吸收到60%的烧碱等物料，例如含碱量为10g/L的蒸洗废碱液经过863A废碱回用轧槽的吸碱作用后即可变为含碱量为4g/L的废碱液。将蒸洗废碱液作为冷轧堆短流程工艺或轧碱汽蒸煮练工艺的预轧蒸洗废碱之后，织物可从蒸洗废碱液中吸收到2.03%的烧碱(owf)和0.13%的精练剂(owf)，即可以少投入相应数量的烧碱和精练剂而同样能达到正常工艺的化学品浓度，其节碱率为33%，节精练剂率为10%。
6 前处理废碱液污水的形成
过量的化学品和助剂，由部分烧碱转化成类纯碱的弱碱性物质，棉脂转化成类肥皂的表面活性剂等物质，是污水的主要成份。
7 各类前处理废碱液的成份分析
7.1 冷轧堆后布上剩余化学品含量测定：全棉纱卡其布，经冷轧堆前处理18～24h后，织物上的浆料、棉杂、棉籽壳等虽已膨化、分解，但织物的练漂化学反应还没有完成、并含有较多的剩余化学品。对冷轧堆后织物上的轧出液进行测定，发现仍含有NaOH11～17g/L、H2O22.5～4.0g/L，表面活性剂3.2～6g/L。这些剩余的化学品必须加以回收利用，否则会造成大量的污水源。
7.2 冷轧堆后蒸洗废碱液含量测定：
经测定，冷轧堆织物经三个倒流的去碱蒸箱后，其最后一格排出液的化学品含量为：NaOH5～7g/L，Na2CO3 2～5g/L，表面活性剂3～6g/L，这些蒸洗废液应予回收利用。
7.3 平幅履带或轧卷汽蒸堆置后的蒸洗废碱液含量：
以上织物经三个逐格倒流排列的去碱蒸箱后排出液的化学品含量为NaOH 3～5g/L，Na2CO36～9g/L，表面活性剂3～6g/L，这些蒸洗废液应予以回收利用。
8 实行闭路循环前处理工艺、回收利用剩余化学品和副产品，以及热能和水的必要性与重要性
8.1 棉织物及其混纺织物进行前处理精练
进程中为了确保精练布的质量，必须在精练液中加入过量的NaOH和精练剂等化学品，这样就可以使已经去除了的杂质悬浮在精练液中，而不会重新沾附在织物上，从而使前处理的半制品质量，符合染色和印花等工艺的要求。此外，在精练过程中形成副产品，NaOH与空气中的CO2结合成形Na2CO3物质，NaOH与棉脂等生成类肥皂物质，这些副产品是一种较好的精练剂，再加上剩余的NaOH和精练剂还有热能和水。所有这些有用的物质，在常规工艺中都作为废物排入下水道，构成严重的污水源头，实在可惜。所以很有必要用闭路循环工艺的方法，将这些有用的物质加以回收利用，以便达到节能减排的目的。
9 怎样获得浓缩的蒸洗废碱液
9.1 我们主要采用了三格逆流串联的高效去碱蒸箱和一格平洗槽。这是因为去碱蒸箱内织物层间装有直接蒸汽管向织物喷蒸汽，部分蒸汽在织物上冷凝成水，并渗入织物内部起着冲淡碱液和提高温度的作用，而下导辊浸在碱箱下部的水中，当织物进入下导辊时织物上较浓的碱及杂质与含碱较低的水发生交换作用，这样由于液相与汽相交换，冷热交换的结果，使织物上的含碱含杂降低，而水中的含杂含碱提高，如此经过多次交换，织物上的烧碱和杂质被洗去。我们使用三格逆流串联的高效去碱蒸箱和一格平洗槽，即使加工卡其类厚织物，也能达到充分清洗的效果，清洗后布的PH值达到8.5以下，更重要的是该设备还回收利用剩余化学品、副产品，直接蒸汽的热能和水，一天三班用水量仅为55吨左右，即可洗清6万米左右的卡其类厚织物，即是用了少量的蒸汽和水就可以达到清洗的目的。特别是因为获得较为浓缩的蒸洗废碱液，便于集中起来，实行对蒸洗废碱液进行多层次的循环回收利用。
10 多层次对蒸洗废碱液循环利用
10.1 第一层次将蒸洗废碱液作为烧毛后的灭火退浆之用，并有初步膨化棉籽壳的作用。工艺流程为：烧毛→三格加盖平洗(70～80℃浸轧蒸洗废碱液,轧液率95%左右,全日可用掉70～80℃的7.8吨左右的蒸洗废碱液)→中心收卷平幅大卷装，(用塑料布包扎好)→转动堆置3至20小时，(转速为4-5γ/min)，这样可以回收利用到废碱液中的剩余化学品、热能及水，并起到灭火和退浆作用，使棉籽壳起到初步膨化作用。
10.2 第二层次将蒸洗废碱液作为冷轧堆短流程工艺或轧碱汽蒸煮练工艺的预轧废碱之用，工艺流程为将已经退浆转动堆置3至20小时后的大卷装布轴进入863A废碱回用轧槽，多浸轧蒸洗废碱液、(轧液率70-80%，全日可用掉70-80℃的20.3吨左右的蒸洗废碱液)→浸轧二格平洗槽的(冷轧堆工艺常规浓度的室温的烧碱、助练剂液，使得烧碱和助练剂充分渗透)→浸轧一格平洗槽(冷轧堆工艺常规浓度的烧碱、双氧水及稳定剂、精练剂液，轧液率100-110%)→中心收卷、平幅大卷装堆置(20-24小时，转速4-5γ/min)，主要是起到常规的冷轧堆短流程工艺的练漂作用，同时又再次回收利用了蒸洗废碱液中的剩余化学品及热能。
10.3 第三层次，将蒸洗废碱液作为回收在冷轧堆后织物上剩余化学品之用。将以上已经过20-24小时冷轧堆处理后的织物进入863A废碱回用轧槽进行多浸多轧,轧液率为70-80%，全天可用掉70-80℃的蒸洗废碱液20吨左右，并将洗下来的废碱液用3吋不锈钢管及泵打入蒸洗废碱液的貯存桶内备用。
10.4 第四层次将蒸洗废碱液作为冷轧堆短流程工艺的短蒸前预轧蒸洗废碱之用，即进入973型汽蒸箱，在液封口浸轧并补充蒸洗废碱液,吸液率70-80%，全天可用掉70-80℃的蒸洗废碱液5.3吨左右。对于棉籽壳较多的厚织物可适量补充H2O2和助剂，以便在973B蒸箱的140-180%的高带液下和106℃左右的高温高湿条件下汽蒸2至3分钟，并可回收利用25%左右的冷凝练漂液，以便强化平幅汽蒸练漂作用，彻底去除棉籽壳等杂质，保证毛效的提高，并回收利用蒸洗废碱液中的剩余化学品及热能和水。
10.5 第五层次，是将三格倒流串联的高效去碱蒸箱代替常规的六格95℃以上的热水平洗槽，即进入高效去碱除杂的蒸洗阶段，全日可回收到95℃以上的55吨左右较为浓缩了的蒸洗废碱液，其废碱浓度为10g/L左右，用3寸不锈钢管及泵打入貯存桶内备用。一格平洗槽清洗→高效轧水→进入应用863A轧槽的新湿布丝光工艺，这样可以节省一道烘燥工序和节省40%左右的丝光碱的投入量，一台丝光机全年可节省88万元［3］。
11 在多层次循环利用蒸洗废碱后的杂质和剩余化学品的动态平衡
11.1 对于蒸洗废碱液的多层次循环利用，实践证明不会造成废碱液中的杂质愈来愈多的问题，这是因为在循环工艺中的双氧水和烧碱等化学品会不断地分解掉浆料和棉杂等物质，最后达到动态平衡。
12 闭路循环前处理工艺时的配套设备
在实行闭路循环前处理工艺时，除了应用863A轧槽等设备外，还要应用以下的配套设备。
(1)根据经验，为了防止管道日久堵塞，宜采用口径较大的70m/m(三英吋)不锈钢管。此外，在回收液的进出口处，高位貯存桶要装有过滤网，以防止纱头、竹夹子等物进入管道。
(2)回收废碱液的地下不锈钢桶应配有自动不锈钢泵，以便在回收废碱液装满时能自动地泵入高位貯存桶内。貯存桶宜大，一般用2吨左右的不锈钢桶即可，并配有不锈钢管道，以将回收废碱液送到烧毛机旁的退浆用废碱液桶，或973B蒸箱附近的废碱桶内。
(3)在三个逆流串联的去碱蒸箱的最后一只蒸箱的蒸洗废液排出口，以及863A轧槽，封口液排出口和973B蒸箱用蒸洗废液补充桶等，均应配置不锈钢管道。
(4)在实行冷轧堆短流程工艺时，要求配用973B型汽蒸箱，以便强化前处理工艺条件，彻底去除棉籽壳和保证提高毛效的目的，并较多较好地回收利用蒸洗废碱液。
13 实行闭路循环前处理工艺后，五个层次的经济效益与环保效益
13.1 第一层次将蒸洗废碱液作为烧毛后灭火、退浆的经济效益与环保效益。
表1 化学品节约率%
|
化学品 |
常规碱退浆对布重的化学品耗量% |
将蒸洗碱液作为退浆之用后的化学品耗量% |
节约率% |
|
烧碱100% |
1.1% |
零 |
100% |
|
精练剂 |
0.2% |
零 |
100% |
可节碱1.1%，以24小时加工8.2吨织物，每天可节约固碱88kg，固碱价1.8元/kg，全年节约费用：88×1.8×300=4.752万元。年产1600万米，每百米节约0.296元。节约精练剂0.2%，以24小时加工织物8.2吨，每天可节约精练剂16.4kg，精练剂价6元/kg，全年节约费用16.4×6×300=2.952万元，年产1600万米，每百米可节约0.184元，环保效益每天可减少7.8吨左右的蒸洗废碱液的严重污水源头，并回收水和热能。
13.2 第二层次将蒸洗废碱液作为冷轧堆短流程工艺的预轧废碱后的经济效益与环保效益。实践证明经过863A轧槽浸轧蒸洗废碱液后，再浸轧常规浓度的冷轧堆短流程的碱氧液时，在保证达到常规短流程轧槽的烧碱、精练剂等同样浓度的条件下，可以大幅度地节约化学品，降低成本，经长期统计有以下数据。
表2
|
项目 |
常规冷轧堆工艺对布重化学品消耗% |
经过预轧蒸洗废碱液后再浸轧碱氧液时消耗% |
节约% |
|
NaOH100% |
6.1% |
4.07% |
33.27% |
|
精练剂 |
1.3% |
1.02% |
21.53% |
|
H2O2100% |
2.2% |
2.1% |
4.54% |
|
稳定剂 |
1.2% |
1.15% |
4.16% |
环保效益，经过多次测定原来蒸洗废碱液的总碱度为10g/L左右，而经过863A轧槽浸轧后再流出的废碱液总碱度为4g/L左右，证明大部分碱性物质及精练剂被织物所吸收，减少了化学品污染源头，并回收了热能。
13.3 第三层次将蒸洗废碱液作为回收在冷轧堆后织物上剩余化学品之用后的经济效益与环保效益。经测算可回收到NaOH（100%）1.3%(owf)，精练剂0.22%(owf)。另外每日减少了20吨的重污水源头，并回收了水和热能。
13.4 第四层次对蒸洗废碱回收利用的经济效益与环保效益。经测算，每日可用掉蒸洗废碱液5.3吨，可回收到NaOH（100%）0.64%(owf)和精练剂0.25%(owf)。另外每日减少了5.3吨的重污水源头，并回收了水和热能。
第五层次主要是用三格逆流串联的高效去碱蒸箱代替常规的六格平洗槽的经济效益与环保效益。它是从源头上减少蒸汽和水的消耗，并为以后的多层次循环利用化学品、蒸汽和水打好物质基础。常规的冷轧堆后六格热水平洗需要消耗大量的95℃以上的热水。日耗水量为19T/h×24h=456T/d，日耗汽量为0.56T/h×24h=13.95T/d，而且这些热的污水都排入下水道，需要进行污水处理，是前处理工艺主要的重污水源头。而我们用箱体有保温层的逆流串联的高效去碱蒸箱后，日耗水量仅为2.29T/d×24h=55吨，日耗汽量为0.40T/h×24h=9.6吨，而且这55吨左右的较为浓缩了的蒸洗废碱液，通过另外四个层次的循环利用，回收了绝大部分的水量、蒸汽和化学品，显著地减轻了污水处理的负担、节约甚巨。
14 总的经济效益与环保效益
14.1 经过五个层次对蒸洗废碱液回收利用后，对烧碱和精练剂的回收利用率：
表3 对布重的回收利用率%
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化学品 |
常规工艺 |
总投入量% |
第一层次回收率% |
第二层次回收率% |
第三层次回收率% |
第四层次回收率% |
回收率合计% |
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烧碱100% |
6.1% |
1.1% |
2.03% |
1.3% |
0.64% |
5.07% |
|
|
精练剂 |
1.3% |
0.2% |
0.13% |
0.11% |
0.12% |
0.56% |
|
14.2 经回收利用后，对烧碱、精练剂的节约率。
(1)对烧碱的节约率=(5.07/6.1)×100=83.1%
(2)对精练剂的节约率=(0.56/1.3)×100=43%
14.3 效益的核算：
(1)对节约烧碱的经济核算：每日生产布重为8.2吨，全年生产300天，全年可节约固体烧碱：8.2t×5.07%×300=124.72吨，费用为，0.18万元/t×124.72t=22.45万元，全年产量1600万米，每百米节约1.40元。
(2)对节约精练剂的经济核算：全年可节约精练剂为：8.2t织物×0.56%×300d=13.72吨，精练剂价：0.6万元/t×3.77t=8.262万元；全年产量1600万米，每百米可节约0.516元。
14.4 对节水、节蒸汽、减少重污染水源的经济效益与环保效益。
表 4 单位：吨/日
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项目 |
第一层次回收率% |
第二层次回收率% |
第三层次回收率% |
第四层次回收率% |
第五层次回收率% |
合计 节约率 |
|
节水及减少污水量 |
7.8t |
20.30t |
20t |
5.3t |
401t |
454.4t |
|
节约蒸汽量 |
0.23t |
0.609t |
0.60t |
0.159t |
4.32t |
5.91t |
(1)对节水及减少重污染水量的经济核算。每天可节约水及减少重污染水量454.4吨，全年300天可节约水及减少重污染水量：454.4t×300d=136320吨，每吨水价及污水处理价为2.3元，全年可节约136320t×2.3元=31.353万元，全年产量1600万米，每百米可节约1.96元，节水率在90%以上。
节汽率为：(5.91/13.92)×100=42.45%
14.5 总效益：将以上的节能、节水、减排、节约化学品的经济效益和环保效益相加，一条年产量为1600万米的实行闭路循环的前处理生产线有以下的总效益。
(1)全年节约水量及减少重污染源的水量136320吨，节约31.353万元，节水率在90%以上；
(2)全年节约蒸汽1773吨、节约23.049万元、节约率42.45%；
(3)全年节约烧碱124.72吨、节约22.45万元、节约率83.1%；
(4)全年节约精练剂13.77吨、节约8.262万元、节约率43%；
以上4项合计全年节约85.11万元，以一条前处理生产线年产量1600万米计算，每百米可节约5.31万元。更重的是通过应用863A轧槽等设备，对蒸洗废碱液的多层次的循环利用，能够从源头上大幅度地减少了严重的污水问题，从而解决了印染厂因污水PH值高和COD高而难以达标排放的难题。由于实行闭路循环的前处理工艺，可以使全厂的污水PH值由原来的PH13左右，降低到PH10左右，这样就有利于降低污水处理的成本和容易做到达标排放。
结 论：
(1)采用专利863A废碱回用轧槽等设备与闭路循环前处理工艺是可行的。
(2)闭路循环前处理工艺改进了常规的冷轧堆短流程前处理工艺和履带箱连续碱汽蒸工艺等的化学品耗用量大和排污水量大的缺点，真正达到了节能减排的目的。
(3)实行前处理工艺的闭路循环工艺的方法,是把第五层次的蒸洗废碱液中的剩余化学品烧碱和精练剂等物质以及热能和水转化为其他四个层次的原材料及能源，实现了化学品物质的闭路循环和热能及水的多级利用，达到了物尽其用、变废为宝、节能减排的显著效果。
(4)一条前处理生产线、通过实行闭路循环工艺、全年可节约烧碱124.32吨，节约率83.1%；节约精炼剂13.77吨；节约率43%；节水及减少源头上重污染水136320吨，节约率90%以上，节约蒸汽1773吨，节约率42.4%，一条前处理生产线，年产1600万米，全年可节约85.11万元，每百米可节约5.31元。由于节能、节水、节碱、节精练剂，大量减少了重污水源，所产生的社会环保效益，符合建设资源节约型、环境友好型发展的要求。
(5)闭路循环前处理工艺及设备的推行，是实行减少(Reduce)，回用(Reuse)，和循环(Recycle)3R理念，实施节能、降耗、环保、清洁生产的有力措施，同时也为印染企业创造了新的利润空间。
(6)实行前处理闭路循环工艺，即实行了将污染从源头上预防和全过程治理为主来代替末端治理为主的方法，成为印染企业的环保与经济发展双赢的主要方向。并实行资源利用最大化，污染排放最小化，成为将清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续发展等融为一套系统的循环经济。
参考文献：
[1][2] 印染手册[M]（第二版），北京，中国纺织出版社，2003年5月，第107页，第102页。
[3] 印染[J]（2007，NO1），第36页。