Отходы текстильной и легкой промышленности

При осуществлении множества технологических операций по применению и производству синтетических красителей формируются сточные воды сильно загрязненные и с интенсивной окраской. Кроме красителей эти сточные воды содержат сопутствующие органические и минеральные загрязнения: ПАВ и ТВВ (текстильно-вспомогательные вещества); ароматические углеводороды, органические и минеральные кислоты, хлориды, сульфаты, ионы тяжелых металлов. Такое разнообразие сочетания токсичных и трудно-окисляемых веществ определяет сложность обезвреживания сточных вод таких предприятий. Эту проблему помогает решить применение окислительно-восстановительных реакций, инициированных активными физико-химическими агентами, обладающими большим запасом химической энергии в момент образования. Примером может служить обеспечение полной деградации ПАВ с потерей их поверхностно-активных свойств; изменение структуры органических красителей вплоть до нарушения хромофорно-ауксохромного строения. Это приводит в последующем к глубокому расщеплению промежуточных продуктов до более простых, легко окисляемых органических соединений, или безвредных минеральных веществ.

До 80% синтетических красителей (продукция анилинокрасочной промышленности) используется в красильно-отделочных производствах легкой промышленности. Их применяют при окрашивании пряжи, тканей, кожи, мехов. Данные красители имеют весьма многообразное строение, которое придает им по отношению к окрашиваемым объектам всевозможные физико-химические свойства. Это заставило ввести техническую и химическую классификацию красителей.

Химическая классификация основана на особенностях строения молекул, природе химических связей. Она предусматривает разделение красителей на классы по одной черте – общности хромофорных систем.

Техническая классификация предусматривает деление на группы по различию в свойствах красителей и их отношению к окрашиваемым материалам, проходящим процесс окраски: растворимые в воде (прямые, кислотные, активные, протравные); нерастворимые (пигменты, дисперсные, сернистые, лаки, окислительные, азоидные); растворимые в органических средах (полиэфирные, спирто-, жиро- и ацетонорастворимые); а также деление на группы по различию в свойствах красителей.

Согласно технической классификации применимость ряда красителей такова:

♦ кислотные красители, производимые в виде натриевых, аммониевых или калиевых солей, диссоциируют с образованием окрашенных анионов и используются для окраски в кислой среде шерсти, шелка, кожи меховой овчины, полиамидных волокон, косметических средств;

♦ протравные красители, способные переходить в нерастворимое состояние после образования в окрашиваемом волокне комплексного соединения с солями металлов, нашли применение в комплексе с ионами хрома для окраски шерсти и меховых изделий;

♦ прямые красители обладают свойством удерживаться целлюлозными (вискоза, хлопок, ацетат, лен), белковыми (шелк), полушерстяными и синтетическими веществами в присутствии электролитов (например, NaCl), повышающих адсорбцию их волокном;

♦ активные красители являются солями органических кислот и оснований, содержащих подвижные (реакционно-способные) атомы (например, хлора); в процессе крашения шерсти, шелка, целлюлозных полиамидных волокон образуются ковалентные химические связи, обеспечивающие прочность при стирке, трении, химчистке;

♦ сернистые красители содержат дисульфидные группировки, нерастворимы в воде, но способны восстанавливаться сульфидом натрия в щелочной среде в растворимые, адсорбирующиеся целлюлозными волокнами, а после окисления непосредственно на волокне возвращаются в исходную (нерастворимую) форму, применимы только для окраски целлюлозных волокон;

♦ дисперсные красители применяют для крашения гидрофобных ацетатных и синтетических волокон, имеющих повышенный отрицательный заряд поверхности; чтобы они могли проникнуть в волокно их при производстве диспергируют до размера частиц 0, 2—2 мкм;

♦ пигменты и лаки применяют для любых текстильных материалов путем их закрепления на волокне с помощью специальных связующих веществ, а в пластмассах, резине, химических волокнах пигменты закрепляются путем механического распределения в массе полимеров.

В технологических процессах подготовки, крашения и печатания текстильных изделий, кожи, меха, бумаги широко применяются ПАВ и ТВВ. ПАВ – это моющие средства, смачиватели, эмульгаторов, выравниватели и закрепители красок, антистатики, смягчители, водо-, масло- грязеотталкивающие вещества. ПАВ (диспергаторы, эмульгаторы, смачиватели) используются и при производстве некоторых красителей, синтетических моющих средств, чистящих паст, отбеливателей.

В качестве ТВВ можно рассматривать карбомолы, применяемые для придания несминаемости целлюлозным тканям; препараты ДЦУ, ДЦМ (соли уксусной кислоты и продуктов конденсации цианогуанида с формальдегидом), служащие закрепителями полученных окрасок; пероксид водорода – окислитель лейкосоединений и отбеливатель; трагант, декстрин, крахмал – загустители красок. Все это оказывает существенное влияние на состав и токсичность сточных вод.

Наибольшее внимание должно быть направлено на процессы, в результате которых образуются сточные воды; содержание растворимые в воде органические красители, наиболее затрудняющие очистку окрашенных стоков. Нерастворимые красители сравнительно легко удалить методами физико-химической очистки (коагуляции, флотация, электрофлотокоагуляция) после корректировки рН солевого состава.

При синтезе красителей 90% неорганического и до 30% органического сырья переходит в сточные воды (в основном на стадии фильтрования и в процессе мойки технологического оборудования, коммуникаций и помещений). Это обусловливает их высокую цветность, что оценивается показателей ИК – интенсивность (кратность) разбавления сточных вод дистиллированной водой до исчезновения окраски (порядка 1: 10⁶). Удельный объем сточных вод на стадии фильтрования в зависимости от марки красителя достигает 40 м3 на тонну готового продукта при высоком содержании минеральных солей в виде хлоридов натрия или калия (до 300 г/л) и красящих веществ – до 15 г/л). Фильтраты некоторых марок красителей содержат ионы тяжелых металлов. Сточные воды после промывки оборудования образуются в несколько раз большем количестве, чем фильтраты, имеют ИК до (1: 16000), содержат до 2, 5 г/л органических веществ и до 4 г/л неорганических солей. Большое количество сточных вод образуется в процессе крашения, в которых кроме указанных красителей могут содержаться серная и уксусная кислоты, ПАВ, хромпик, ацетат и сульфат натрия, закрепители ДЦУ и ДЦМ, загустки, ализариновое масло, поваренная соль, формалин и ряд других реагентов. В процессе заключительной отделки на состав сточных вод влияют используемые аппретирующие вещества с соответствующими компонентам.

Основное водопотребляющее оборудование на предприятиях легкой промышленности располагается в красильно-отделочных производствах, где текстильные, трикотажные, кожевенные и меховые изделия проходят механическую и химическую подготовку к крашению или печати, само окрашивание и заключительную отделку.

Красители всех классов, кроме сернистых, являются трудно биохимически окисляемыми соединениями, ядами локального действия, обладающими токсическим и угнетающим воздействием на микроорганизмы. Сброс окрашенных сточных вод в водоемы оказывает отрицательное воздействие на светопроницаемость воды, ассимиляцию водорослей, приводит к повышению минерализации (ухудшению вкусовых качеств воды и угнетению биохимической жизни в водоеме).

Присутствующие в окрашенных стоках ПАВ из-за своих специфических физико-химических способностей к пенообразованию, эмульгированию, солюбилизация повышает растворимость в воде других веществ. Все ПАВ способны эмульгировать нефтепродукты, жиры, масла и повышать стабильность их эмульсий в водоемах; а за счет синергического эффекта ПАВ усиливают токсичность других присутствующих в воде веществ. Концентрация некоторых ПАВ около 10 мг/л приводит к отравлению рыбы из-за нарушения газообмена (ПАВ аккумулируются в жабрах).

При проектировании канализации предприятий легкой и текстильной промышленности необходимо учитывать возможность введения режима жесточайшей экономии воды, предельного снижения объемов образующихся сточных вод, подлежащих локальной очистке на данном предприятии. Сокращение расхода воды на оборудование непрерывного цикла целесообразно осуществлять за счет использования слабозагрязняющих промывных вод в противоточной промывке товара, что может снизить расход воды на 30-50%. Для подведения этих промывных вод при биологической очистке используется отдельная канализационная сеть, что требует совершенствования водопотребляющих процессов, применения малоотходных и безотходных операций или разделения сетей канализации отдельных цехов созданием замкнутых технологических циклов. Снижение отходов красителей и ТВВ достигается их улавливанием, регенерацией и повторным использованием в производстве.

Большой эффект дает использование раздельной системы канализации. По одной сети отводят фекально-хозяйственные и ливневые стоки, а по другим (число стоков зависит от дифференциации производства) промышленные стоки от соответствующих цехов в зависимости от используемых методов очистки стоков и утилизации отходов. Рациональной является схема разделения стоков красильно-отделочных производств на потоки:

1. Высококонцентрированный поток по органическим красителям (отработанные красильные рабочие растворы и стоки от химических станций), требующий автономной очистки с целью обесцвечивания.

2. Высококонцентрированный поток по ПАВ и отделочным препаратам (отработанные рабочие растворы после отделки, беления), требующий автономной очистки для удаления ПАВ и ТТВ.

3. Сильнозагрязненные стоки (первые промывные воды от процессов крашения и отделки), требующие локальной предварительной очистки для удаления красителей, ПАВ и ТВВ перед выпуском в городскую канализационную сеть.

4. Слабозагрязненные стоки (все производственные стоки) не требующие предварительной очистки перед сбросом в городскую канализацию.

Такое решение канализационных сетей предприятий текстильной и легкой промышленности позволяет сконцентрировать до 80% загрязнений в минимальном объеме сточных вод. Концентрация органических загрязнителей по ХПК в соответствующих потоках составляет: более 1000 мг/л – для 1-гои 2-го; 100-1000 мг/л – для 3-го потока, менее 100 мг/л – для 4-го потока. Но при этом особенно для 1-го и 4-го потоков необходимо учитывать очистку от других сопутствующих или специфических загрязнений. Пример такого решения для канализации и очистки производственных сточных вод ситценабивных фабрик приведен на рис. 5.2.

Необходимо экономически рассчитать целесообразность внедрения нескольких сетей канализации: для предприятий с расходом сточных вод менее 1000м³/сут разделение канализации нецелесообразно, а более экономным может оказаться выделение загрязненного потока сточных вод.