碱减量(Alkali weight-reduction)是纺织印染企业对织物(聚对苯二
甲酸乙二醇酯PET)在前处理过程以碱液在高温下对涤纶大分子酯键水 解、
腐蚀,促使
纤维组织松弛,减轻织物重量,从而使织物具有真丝感的 一种新工艺。碱减量工艺所产生的废水含有聚酯分解物、溶胀剂、促进剂、
表面活性剂等,主要成分为对苯二甲酸(以钠盐形式存在)、乙二醇、聚 酯低聚物以及少量各种助剂(如N,N-聚
氧乙烯基烷基胺、耐碱渗透剂、 季铵盐阳离子表面活性剂)等,高pH(>10)和CODcr(>1000)的特 点决定了它难以用普通的生化和物化的方法处理,严重影响了废水的达标 排放。目前国内大多采用酸析法处理对苯二甲酸,回收粗品纯度不高,用 途受到限制。
《中国资源综合利用》2003年第4期第19页“碱减量废水回收对苯 二甲酸技术通过鉴定”和《污染防治技术》2003年第16(2)期第63-64 页的“从碱减量废水中回收对苯二甲酸的实践”中报道了通过一般简单的 过滤、酸析与固液分离的工艺技术,从碱减量废水中提取对苯二甲酸,但 未见对苯二甲酸纯度的报道。
刘超男、陈季华在《印染》2005第31(17)期第12-14页的“碱减 量废水的TA回收研究”一文中报道了酸析回收TA前,采用
活性炭吸附 去除杂质,
净化碱减量废水,提高回收的TA纯度。
公开号为CN1590321的中国发明
专利公开了一种化纤印染碱减量废 水资源化预处理方法,先用酸调节废水的pH值至2.5~5.0,再向废水中 加入絮凝剂,经充分混合后进行固液分离,从而将废水中75~90%的 CODcr污染物质去除。
以上文献处理的是普通白坯化纤织物碱减量废水,而带色化纤织物的 染料直接混配在聚酯母料中,制成色母料后用于纺丝,与普通白坯化纤织 物碱减量废水不同,色纤织物碱减量废水带有
颜色,回收对苯二甲酸的纯 度低,杂质多,因此其废水处理与对苯二甲酸
回收利用的难度进一步增大。 同时,目前国内外尚未开展对碱减量废水的回用研究,主要是没有合适的 去除有机和无机离子的好方法。
本发明提供了一种采用絮凝脱色、酸析法和膜法相结合,对带色碱减 量废水进行处理和回收对苯二甲酸的工艺。
一种色纤碱减量废水的处理与回收工艺,包括以下步骤:
①碱减量工艺处理后的废水分为两股分别进行处理和回收,一股为 碱减量工艺处理后对苯二甲酸浓度大于0.5g/L的碱减量浓废水,一股为 碱减量工艺处理后对苯二甲酸浓度低于0.5g/L的碱减量稀废水;
②碱减量浓废水中加入稀释10-25倍的脱色剂,脱色剂的添加量为 3~4ml/L废水,搅拌均匀,静置,过滤脱色;碱减量稀废水中加入稀释 15-30倍的脱色剂,脱色剂的添加量为3~4ml/L废水,搅拌均匀,静置, 过滤脱色;
③脱色后的碱减量稀废水用分离膜进行
膜过滤浓缩处理,得到浓缩 液和透过液,透过液再用分离膜进行膜分离处理,回收的水回用于碱减量 工艺,分离后的废水浓液排放;
④将步骤③中得到的浓缩液和脱色后的碱减量浓废水混合,向混合 液中缓慢加入浓
硫酸,并不停搅拌,至废水pH值为≤2,静置,过滤得酸 析出的对苯二甲酸;
⑤酸析处理后的碱减量废水再用分离膜进行膜过滤浓缩处理,得到 浓缩的对苯二甲酸和膜透过液,对苯二甲酸和步骤④中酸析得到的对苯二 甲酸一起经固液分离后回收,膜透过液和固液分离处理中产生的废液一起 经中和处理后排放。
所述的脱色剂为有机高分子絮凝脱色剂。
所述的有机高分子絮凝脱色剂为聚丙烯酰胺衍
生物、双氰胺系列阳离 子高分子化合物或季铵型阳离子高分子化合物。
所述的有机高分子絮凝脱色剂为季铵型阳离子高分子化合物。
所述的分离膜为纳滤膜、
超滤膜、微滤膜或
反渗透膜。
所述的分离膜为纳滤平板膜、纳滤卷式膜、纳滤管式膜、反渗透卷式 膜或反渗透中空纤维膜。
本发明针对带色碱减量废水带色的特点,采用絮凝剂对碱减量工艺产 生的浓稀两股废水分质处理,先进行脱色,然后通
过酸析法与膜法相结合, 从碱减量废水中回收对苯二甲酸,使废水的CODcr值降低50~70%,便 于后续的生化、物化处理,回收得到的对苯二甲酸的纯度提高,总回收率 达到70~80%,纯度达90%以上,可以作为制备对苯二甲酸二甲酯、对 苯二甲酸二辛酯的化工原料,可应用于化工生产,实现治理污染、改善环 境、节约
能源、降低成本,取得良好的经济效益和环境效益。
附图说明
图1为本发明工艺流程方
框图。
图2为粗、精制对苯二甲酸红外图谱比较。
如图1流程方框图所示,本发明工艺如下:
经碱减量工艺处理后的废水分为两股,一股为碱减量工艺处理后对苯 二甲酸浓度大于0.5g/L的碱减量浓废水,一股为碱减量工艺处理后对苯 二甲酸浓度低于0.5g/L的碱减量稀废水,分别进行回收处理。
碱减量浓废水中加入稀释10-25倍的脱色剂,脱色剂的添加量为3~ 4ml/L废水,搅拌均匀,静置,过滤去除废水中的
色度、颗粒(纤维)及 胶体状物质。
碱减量稀废水中加入稀释15-30倍的脱色剂,脱色剂的添加量为3~ 4ml/L废水,搅拌均匀,静置,过滤去除废水中的色度、颗粒(纤维)及 胶体状物质。
脱色后的碱减量稀废水用分离膜进行膜过滤浓缩处理,得到浓缩液和 透过液,透过液用分离膜进行膜分离处理,回收的水回用于碱减量工艺, 分离后的废水浓液排放。
将上述浓缩液和脱色后的碱减量浓废水混合,向
混合液中缓慢加入浓 硫酸,并不停搅拌,直至废水pH值≤2,静置,过滤得酸析出的对苯二甲 酸。
酸析处理后的碱减量废水再用分离膜进行膜过滤浓缩处理,得到浓缩的对 苯二甲酸和膜透过液,对苯二甲酸和前述酸析得到的对苯二甲酸一起经固 液分离后回收,膜透过液和固液分离处理中产生的废液一起经中和处理后 排放。
实施例1
向对苯二甲酸浓度大于0.5g/L的碱减量浓废水中加入稀释20倍的聚 丙烯酰胺衍生物絮凝脱色剂,絮凝剂的添加量为3ml/L废水,搅拌均匀, 静置,过滤去除废水中的色度、颗粒(纤维)及胶体状物质。
向对苯二甲酸浓度低于0.5g/L的碱减量稀废水中加入稀释20倍的聚 丙烯酰胺衍生物絮凝脱色剂,絮凝剂的添加量为3ml/L废水,搅拌均匀, 静置,过滤去除废水中的色度、颗粒(纤维)及胶体状物质。脱色后的稀 废水用纳滤平板膜进行集成膜过滤浓缩处理,膜过滤浓缩后得到浓缩液和 透过液,透过液再经反渗透中空纤维膜分离处理得到回用水,可回用于碱 减量工序。
脱色后的碱减量浓废水和前述得到的浓缩液混合,向混合液中缓慢加 入浓硫酸,并不停搅拌,至废水pH值≤2,静置,过滤酸析出的对苯二甲 酸。从提高经济效益的
角度考虑,由于浓缩液已通过膜过滤将废水中的碱 性物质(主要是NaOH)除去,然后再进行酸析,不但可以回收废液中的 NaOH和部分水资源,而且能明显减少浓硫酸的消耗量,降低成本。过滤 后的废水用反渗透中空纤维膜进行膜过滤浓缩处理,浓缩得的对苯二甲酸 和酸析得的对苯二甲酸一起经固液分离回收,透过液经中和后达标排放。
实施例2
用聚丙烯酰胺衍生物絮凝脱色剂研究使用量对碱减量废水水质(6分 钟)的影响,效果如表1所示:随着聚丙烯酰胺衍生物絮凝脱色剂投加量 的增加,色度以及
浊度逐渐下降。并且当絮凝脱色剂使用量达到一定值后, 两者的变化不再明显。考虑到处理成本,故选择用量为3.429ml/L废水。 此外,废水中对苯二甲酸(TA)的含量几乎不受有机高分子絮凝脱色剂的 影响。
表1絮凝脱色剂用量的选择
向碱减量浓废水中加入稀释10倍的双氰胺系列阳离子高分子化合物 絮凝脱色剂,絮凝剂的添加量为3.429ml/L废水,搅拌均匀,静置,过滤 去除废水中的色度、颗粒(纤维)及胶体状物质。
向碱减量稀废水中加入稀释15倍的双氰胺系列阳离子高分子化合物 絮凝脱色剂,絮凝剂的添加量为3.429ml/L废水,搅拌均匀,静置,过滤 去除废水中的色度、颗粒(纤维)及胶体状物质。
脱色后的稀废水用超滤膜进行集成膜过滤浓缩处理,膜过滤浓缩后得 到浓缩液和透过液,透过液再经反渗透中空纤维膜分离处理得到回用水, 可回用于碱减量工序。
脱色后的浓废水和碱减量稀废水处理中得到的浓缩液混合,向混合液 中缓慢加入浓硫酸,并不停搅拌,至废水pH值≤2,静置,过滤酸析出的 对苯二甲酸。从提高经济效益的角度考虑,由于浓缩液已通过膜过滤将废 水中的碱性物质(主要是NaOH)除去,然后再进行酸析,不但可以回收 废液中的NaOH和部分水资源,而且能明显减少浓硫酸的消耗量,降低成 本。过滤后的废水用反渗透中空纤维膜进行膜过滤浓缩处理,浓缩得的对 苯二甲酸和酸析得的对苯二甲酸一起经固液分离回收,膜透过液经中和后 排放。
实施例3
分别选取如下三种有机高分子脱色剂:
1#聚丙烯酰胺衍生物
2#双氰胺系列阳离子高分子化合物
3#季铵型阳离子高分子化合物
通过表2的实验对3种不同有机高分子絮凝脱色剂进行废水预处理比 较,3种实际的投加量根据处理
费用控制(约1.2元/吨),从结果中可以看 出3#的絮凝脱色效果分别是1#、2#的1.7、2.1倍(浊度)和1.4、1.5 倍(色度),并且它对TA的影响更小。故选择3#季铵型阳离子高分子化 合物作脱色剂较为合理。
表2脱色剂的选择比较
向碱减量浓废水中加入稀释25倍的季铵型阳离子高分子化合物絮凝 脱色剂,絮凝剂的添加量为4ml/L废水,搅拌均匀,静置,过滤去除废水 中的色度、颗粒(纤维)及胶体状物质。
向碱减量稀废水中加入稀释30倍的季铵型阳离子高分子化合物絮凝 脱色剂,絮凝剂的添加量为4ml/L废水,搅拌均匀,静置,过滤去除废水 中的色度、颗粒(纤维)及胶体状物质。脱色后的稀废水用微滤膜进行集 成膜过滤浓缩处理,膜过滤浓缩后得到浓缩液和透过液,透过液再经反渗 透中空纤维膜分离处理得到回用水,可回用于碱减量工序。
脱色后的浓废水和碱减量稀废水处理中得到的浓缩液混合,向混合液 中缓慢加入浓硫酸,并不停搅拌,至废水pH值≤2,静置,过滤酸析出的 对苯二甲酸。从提高经济效益的角度考虑,由于浓缩液已通过膜过滤将废 水中的碱性物质(主要是NaOH)除去,然后再进行酸析,不但可以回收 废液中的NaOH和部分水资源,而且能明显减少浓硫酸的消耗量,降低成 本。过滤后的废水用反渗透中空纤维膜进行膜过滤浓缩处理,浓缩得的对 苯二甲酸和酸析得的对苯二甲酸一起经固液分离回收,膜透过液经中和后 排放。
碱减量废水水质分析
如表3所示,15~35分钟的废水由于受到间歇式碱减量工艺中洗涤水 的不断稀释,水质各项指标均小于10分钟之前。其中0~10分钟废水的 对苯二甲酸含量是15分钟的11.5~3.5倍,而CODcr则为17.5~6.3倍。 酸析工艺的主要目的是回收废水中的对苯二甲酸降低CODcr,因此选择 0~15分钟时间段的废水进行酸析处理比较经济、合理,即选择对苯二甲 酸浓度大于0.5g/L的废水进行酸析处理。另外,由于该时间段废水的色 度和浊度较高,如直接进行对苯二甲酸的回收,其纯度必然很低,所以废 水进行絮凝脱色的预处理是必需的。
CODcr的测定:在强酸性溶液中,一定量的重铬酸
钾氧化水样重还原 性物质,过量的重铬酸钾以试亚
铁灵作指示剂、用硫酸亚铁铵溶液回滴。 规矩用量计算水样中还原性物质的量。
稀释倍数法色度测定:将样品用光学纯水稀释至用目视与光学纯水相 比刚好看不见颜色时的稀释倍数作为表达颜色的强度,单位为倍。
浊度测定:在25℃下,硫酸肼与六次甲基四胺聚合,形成白色高分子
聚合物。以不同浓度的聚合物溶液作为浊度标准液,水样浊度与其相比较 而得。
对苯二甲酸(TA)含量测定:对苯二甲酸溶于氢氧化钠溶液,读取分 光光度计A254、A256值,求得(A254-A256)/2。前式的值与对苯二甲 酸浓度在一定范围内成直线关系,所以可按其测得的吸光度求出对苯二甲 酸的含量。实际上废水中不含对苯二甲酸,而是以对苯二甲酸钠的形式存 在,这里的对苯二甲酸含量是指由对苯二甲酸钠换算得到的相应值。
表3碱减量废水水质分析
脱色絮凝预处理效果比较
采用两种不同的方法处理0分钟碱减量废水:一种酸析前进行絮凝脱 色(3#),得到TA精制品;另一种直接酸析,得TA粗制品。将两种TA 与标准品TA相比较,如表4所示:精制TA较粗制品灰分降低72.5%, 酸值提高38.4%,而纯度提高了12.9个百分点。说明酸析前废水预处理的 脱色絮凝作用对改善TA制品的特性效果明显。精制品的各项指标已接近 商品TA。此外,两者的红外图谱也印证了这一点(详见图2)。
酸值测定:取1g样品,加入吡啶10ml,加热溶解后冷却至室温,加 入15ml水,以酚酞为指示剂,用0.5mol/L KOH标准溶液滴定。
式中,V-KOH标准溶液用量,ml
C-KOH标准溶液浓度,mol/L
G-样品重量,g
灰分测定:取2g样品放入已恒重的20ml坩锅中,在电炉上小心进 行
碳化,再于
马福炉中在800℃下灼烧至恒重。
式中,A-样品灼烧的重量,g
B-坩锅重量,g
G-样品重量,g
表4絮凝脱色效果比较
酸析后废水水质分析
对酸析后的滤液废水进行CODcr值以及对苯二甲酸含量测定,如表5 所示:处理后的碱减量废水CODcr值在1053~3210之间,下降幅度高达 71.26~76.40%,并且滤液中的对苯二甲酸残留量几乎为零。说明酸析法 对降低碱减量废水CODcr值以及回收对苯二甲酸效果十分明显。
表5酸析后分废水水质