2021-11-10

常州旭榮針織印染有限公司 王存山  左凱杰  劉慧清 馬方方

摘要：針對目前印染行業(yè)關(guān)心的節能減排技術(shù)，文中以全滌面料為例，從原材料、坯定條件、前處理、染料選用、敏感色系、染色條件等方面介紹了本廠(chǎng)在提高染色一次成功率方面的措施；從無(wú)管式自動(dòng)滴定系統、Datacolor測配色系統、染整中央SPC監控系統、染助劑自動(dòng)輸送系統介紹了自動(dòng)化設備的應用；從中水回用裝置設計、工藝、 水質(zhì)、成本等方面介紹印染專(zhuān)用污水回用技術(shù)的應用及其節能減排效果。結果表明，自動(dòng)化設備的應用使人工異常率從6.0%下降到3.0%，降低了生產(chǎn)錯誤率提升了生產(chǎn)效率；中水回用裝置的應用使生產(chǎn)節能減排效果顯著(zhù)， 大大節約了生產(chǎn)成本，具有明顯的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：染整；節能減排；染色一次成功率；自動(dòng)化；污水回用

印染行業(yè)規范條件(2017版)明確規定：印染行業(yè)必須推進(jìn)節能減排清潔生產(chǎn)，向技術(shù)密集、 資源節約、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)發(fā)展，要采用技術(shù)先進(jìn)、 節能環(huán)保設備，主要工藝參數實(shí)現在線(xiàn)檢測和自動(dòng)控制，鼓勵采用染化料自動(dòng)配液輸送系統，間歇式染色設備浴比應滿(mǎn)足1：8以下的工藝要求，采用四新工藝，產(chǎn)品合格率達到95%以上，針織物染整的新鮮取水量≤90噸／噸布。加之目前的環(huán)保高壓之下，一 大批沒(méi)有技術(shù)儲備的印染企業(yè)不堪重負，出現嚴重虧損、倒閉現象，因此如何采用新工藝、新技術(shù)、新流程以及有效的工廠(chǎng)管理做到真正的節能減排，是擺在印染企業(yè)面前的一項嚴峻課題。我司在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)對生產(chǎn)工藝、設備的改進(jìn)，在水、電、汽節能減排技術(shù)方面積累了一定的經(jīng)驗，與各位同行分享。

1提升染色一次成功率

筆者認為提高染整的一次成功率對于節能減排意義重大，此處的一次成功率包含顏色和布面兩個(gè)部分，據統計返修一缸滌綸布，無(wú)論返修顏色還是布面，成本至少增加100%;如果返修一缸全棉布種的色花，成本將會(huì )增加25%。故提高染整的一次成功率， 對每一個(gè)染廠(chǎng)來(lái)說(shuō)都尤為重要和緊迫，下面以全滌( 含氨綸面料)面料為例介紹我司提高染色一次成功率的一些做法和工藝。

1.1原材料

滌綸纖維的結構特點(diǎn)決定了不同批號纖維織成的滌綸面料之間的染色差異性很大，所以同一訂單，滌綸紗換批號時(shí)一定要安排化驗室重新復色，對染色配方進(jìn)行修正；此外針對不同時(shí)間進(jìn)貨和不同批號的染料、助劑也要進(jìn)行遞貨檢驗，避免染助劑的批次差異，檢驗合格后才能進(jìn)入生產(chǎn)使用。這樣保證原材料的一致性，是實(shí)現染色一次成功的先決條件

1.2坯定條件

滌綸尤其是含氨綸布種，一般都要經(jīng)過(guò)坯布預定型，以保證布面平整和規格的穩定，而坯布定型的條件（溫度、速度、風(fēng)量大?。┯謺?huì )直接影響后續染色時(shí)染料的上色深度和色光，這是由于滌綸的結晶區和非結晶區的分布以及分子鏈的運動(dòng)程度隨坯定溫度的變化而變化導致的，我們做過(guò)相關(guān)試驗，滌綸面料的上色率和坯布定型的溫度關(guān)系如下：

圖1定型溫度對滌綸織物尺寸熱穩定性的影響

圖2定型溫度對滌綸織物染色性能的影響

從圖中可以看出坯定溫度對染料上色率有很大影響，不同的坯定溫度，同一配方的染料吸收率很大，而這必然會(huì )引起顏色深淺、色光的差異。當坯布定型溫度低于180℃時(shí)，染料吸收率隨溫度的增加而降低，當溫度高于180℃時(shí)，染料的吸收率隨溫度的增加而增加，這主要是與滌綸的結晶性能有關(guān)，低于180℃時(shí)，滌綸的結晶速度隨定型溫度的增加而加快，由于形成的結晶多，染料上染就較少；而當溫度進(jìn)一步增高，可能引起大分子取向度的降低，所以吸收染料又增加。當繼續加熱到230～240℃時(shí)，達到滌綸的軟化點(diǎn)，滌綸非晶區的分子鏈運動(dòng)加劇，分子間相互作用的力都被拆開(kāi)，此時(shí)類(lèi)似粘流態(tài)，而結晶區內的鏈段事仍未被拆開(kāi)，所以纖維只發(fā)生軟化，而不是熔融，但此時(shí)己?jiǎn)适Я死w維的使用價(jià)值，故在印染加工中不允許超越這個(gè)溫度。所以化驗室復色用布一定要取大貨坯定好的布，才能保證紗、織造、坯定條件穩定，知此方可提高染色的再現性。

1.3前處理

由于滌綸在紡絲過(guò)程中會(huì )施加一定的油劑，如果上油不勻會(huì )造成條干不勻或毛絲，從而影響布面品質(zhì)，所以滌綸DTY加工絲一般含油率在2.5%左右。 而對于滌／氨綸坯布，由于氨綸上的硅油很多，且不同品種的氨綸含油量不一致，但坯布上的油如果除不干凈，會(huì )對染料上色有很大影響。這是由于分散染料具有親油性，布面如果含油率不均勻，那么染色后布面就會(huì )呈現色花現象，故染色前的除油過(guò)程很重要，一般全滌不加氨綸布種的除油配方如下（黑色、藏青色系為了節約能耗可以用除油染色一浴法)：

溫度時(shí)間                            95℃×20min

純堿                                2 g/L

乳化劑SEM-35                                     2g/L

浴比                                1：10

滌／氨綸布種一般坯布定型之前，先要經(jīng)過(guò)縮練機除油后再坯定，因為硅油經(jīng)高溫定型后丟除難度會(huì )增加，故采用縮煉機平幅去除大部分油劑。坯定后一般顏色可以直接下缸染色，特殊顏色對油比較敏感的，如玫紅色、灰色、綠色系列，染色之前還要再用如上除油配方再除油一次，以確保染色效果。

1.4染料選用

滌綸一般選用分散染料染色，分散染料不含有強水溶性基團，在染色過(guò)程中呈分散狀態(tài)進(jìn)行染色的一類(lèi)離子染料，按染色溫度或者升華牢度可分為三類(lèi)，S型，SE型，E型。

在選用分散染料時(shí)，要盡量選用同一類(lèi)型的染料，如果因為顏色色光或明暗度的需要最多只能差一個(gè)型號，千萬(wàn)不可跨型號選用，如果跨型號選用三原色組合，那么染料上色同步性差，必然導致色差和缸差大、布面顏色不純，同時(shí)由于對工藝條件敏感， 易產(chǎn)生色花異常，導致染色的一次成功率很低。

表1分散染料分類(lèi)及性能表

此外同一種顏色的染料可以帶有不
同的色光， 例如紅色有偏藍光的玫紅，也有偏黃光的大紅，我們在選用染料組合時(shí)，要秉持相近相似的原則，這樣顏色的重現性才會(huì )高，例如染一個(gè)帶紅光的黑色，如果用紅，黃，黑去拼色，就要盡量選用帶紅光的黑去拼色，如果選用帶綠光的黑去拼色，不僅配方中紅色染料用量會(huì )增加，而且會(huì )造成染色時(shí)的缸差很大。

1.5敏感色系

大貨生產(chǎn)前由化驗室制作階段染色曲線(xiàn)(step dyeing)，以供技術(shù)人員制定染色工藝曲線(xiàn)，因為有時(shí)即使是同一類(lèi)型的三原色染料，由于其顆粒大小的問(wèn)題，也不會(huì )完全同步上色，對于一些敏感色系， 例如：灰色，紫色，咖啡色等，就要借助階段染色曲線(xiàn)結果來(lái)制定相應的染色工藝曲線(xiàn)，在哪一個(gè)溫度點(diǎn)染料吸收較快，那在這個(gè)溫度的前一個(gè)溫度點(diǎn)就要適當保溫，或放慢升溫速度，如圖3所示：

圖3紫色階段染色曲線(xiàn)

從圖3可以看出，90～110℃之間染料出現明顯上染，通過(guò)殘液染色也得到了印證，此即為紫色配方組合的關(guān)鍵染色階段，在此階段內染料大量上染，極易造成染色不勻，因此在制定染色工藝時(shí)，此階段應采用慢升溫，并進(jìn)行適當持溫的方式，使配方組合中各支染料均勻上染。

1.6染色條件

分散染料一般在酸性條件下染色，不同分散染料對PH值得敏感程度不同，有的染料染色時(shí)要求的PH值范圍很窄，例如分散彩藍BlueBB染色時(shí)要求的pH為3.5～4.5，超出此范圍時(shí)，色光差異很大，故一般情況下，化驗室打色復色時(shí)都會(huì )測量染液的PH值， 為了保證大貨生產(chǎn)的缸差和色差，每一缸都要求員工測量染液的PH值，確保和化驗室打色的PH值一 致，偏差在±0.2以?xún)取?/span>

2自動(dòng)化設備的應用

自德國提出工業(yè)4.0，掀起第四次工業(yè)革命的熱潮以來(lái)，我國政府也適時(shí)提出《中國制造2025》規劃， 把智能智造作為兩化深度融合的方向。紡織印染行業(yè)作為傳統產(chǎn)業(yè)，也需不斷借助智能化、自動(dòng)化設備，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級的同時(shí)，提升品質(zhì)、降低能耗。

2.1化驗室自動(dòng)化設備

傳統的化驗室打色、調配方完全依賴(lài)人工， 需要人工化染料、計算、吸液，然后打樣，再通過(guò)人眼判別小樣與標樣差異，調整配方，其工作效率和質(zhì)量與操作人員的經(jīng)驗密切相關(guān)，也易引起人工操作誤差。我司從降低人工誤差的角度出發(fā)，對化驗室設備進(jìn)行了自動(dòng)化改造，采用無(wú)管式自動(dòng)滴定系統與Datacolor測配色系統，如下圖所示：

圖4無(wú)管式自動(dòng)滴定系統

圖5 Datacolor測配色系統

采用上述自動(dòng)化設備后，對打樣人員的經(jīng)驗性要求大大降低，普通人員也可很快進(jìn)入角色，人工操作誤差大大降低。

2.2染整中央SPC監控系統

眾所周知針織染色大多采用間歇式染色設備，生產(chǎn)效率較低，大部分工廠(chǎng)為提高工人工作積極性，進(jìn)而提升生產(chǎn)效率，大都采用計件制，但容易造成部分工人不按設定工藝操作，偷減工藝進(jìn)而造成生產(chǎn)異常的問(wèn)題。針對此問(wèn)題，我司設立染整中央SPC監控系統，如下圖所示，可以實(shí)時(shí)監控每一臺染缸的染色工藝與設定工藝是否相同，此外發(fā)生異常時(shí)，也可以作為判別是人為異常還是工藝異常的依據。

圖6 SPC中央監控系統一排單

圖7 SPC中央監控系統一工藝曲線(xiàn)

2.3染助劑自動(dòng)輸送系統

傳統的印染廠(chǎng)采用人工稱(chēng)量染助劑，存在的缺點(diǎn)是：(1)工人勞動(dòng)強度大，工作條件惡劣；(2)長(cháng)時(shí)間高強度工作，注意力下降，容易出現稱(chēng)錯料的問(wèn)題，造成整缸回修或報廢，損失嚴重。針對此類(lèi)問(wèn)題，我司配置了新型染助劑自動(dòng)輸送系統，如下圖所示：

圖8染助劑自動(dòng)運輸系統一控制中心

圖9染助劑自動(dòng)輸送系統一管路排布

該系統集“稱(chēng)料、化料、輸送”三項功能于一體， 可以實(shí)現“自動(dòng)上料、助劑智能存儲、發(fā)料；助劑高精計量分配；染料自動(dòng)化料稀釋、輸送；配方信息管理； 互聯(lián)網(wǎng)遠程監控；成本統計分析”等智能化控制。

通過(guò)上述自動(dòng)化設備的應用，我司人工操作異常大幅降低，從6%下降到3%，下降約3%，節省了大量回修成本。

3印染專(zhuān)用污水回用技術(shù)

通過(guò)數據分析，我司生產(chǎn)面料中化纖和棉占比分別為50%使用染料包括50%分散染料、40%活性染料、6%陽(yáng)離子染料、4%酸性染料，助劑有元明粉、純堿、雙氧水、保險粉、冰醋酸等。每天產(chǎn)生廢水4500 噸，主要來(lái)源為生產(chǎn)廢水和生活廢水。通過(guò)調研， 決定采用水解酸化／接觸氧化／氣?。盀V+精濾／超濾／反滲透工藝處理針織印染廢水，結果表明該工藝對廢水中COD、色度、懸浮物等各項指標去除率達到95%以上，回用水水質(zhì)完全滿(mǎn)足針織印染工藝的需求。該工藝產(chǎn)生的污泥很少，且回用水的運行成本遠遠低于新鮮水和廢水處理的費用之和，給企業(yè)帶來(lái)較好的經(jīng)濟效益。

該項目配置2200立方米／天印染專(zhuān)用污水回用處理系統，該系統包括污水預處理和污水回用處理系統兩部分。主要構筑物為新建熱水池1座、調節池1座、初沉池1座、水解酸化池1座、二沉池1座、回用水池1座、污泥池l座、設備用房2座、接觸氧化池1座、氣浮池1座、氣浮出水池1座。主要設備為板框壓濾機2 臺、石英砂過(guò)濾器2臺、活性炭過(guò)濾器2臺、UF超濾設置1套、RO反滲透裝置1套、加酸裝置、加堿裝置、加堿裝置、加藥裝置。日產(chǎn)2200噸的回用水，全部供染整車(chē)間使用。

圖10不同工藝處理印染污水后水質(zhì)變化

廢水經(jīng)過(guò)不同工藝處理后，污水逐漸變得清澈透明，經(jīng)各級處理，黑色污水的色度顯著(zhù)下降，比如生化池內上清液色度呈現土黃色，下層出現底物， 這與生物氧化有很大關(guān)系；過(guò)濾器內水的色度幾乎全部脫除。另外，各級處理環(huán)節出水COD也有明顯的變化。調節池、初沉池、接觸氧化池、二沉池、氣浮池、超濾膜的COD分別是828mg/L，408mg/L，54mg/ L，33mg/L，20mg/L，4mg/L。這表明，該工藝流程對廢水處理效果顯著(zhù)，極為適合處理該類(lèi)水質(zhì)的廢水。

經(jīng)過(guò)中水回用處理工藝后，回用水中未檢測到色度、懸浮物、鐵離子、硬度，pH呈現中性，電導率為38.lus/cm，余氯與COD分別為O.Olmg/L、2mg/L，回用水水質(zhì)已完全達到染色使用標準。

本項目建成后，全年可產(chǎn)生回用水66萬(wàn)噸。 CODcr、NH3-N外排量分別削減33t/a、3.3t/a，建成后CODcr、NH3-N總量在原廠(chǎng)區內平衡，故節水和生態(tài)效益顯著(zhù)；據計算，采用本項目污水回用處理總成本為5.08元／噸水，而同期采用新鮮水染色、之后廢水排至污水處理廠(chǎng)的總費用為10.38元／噸水，故本項目可節約成本5.3元／噸水，全年累計節約349.8萬(wàn)元。

此外我司還采用了污水余熱回收和太陽(yáng)能預熱水技術(shù)，將軟水溫度由20℃提升至45℃，熱水直接供染缸進(jìn)行高溫皂洗。每天可以產(chǎn)生300噸45℃以上的熱水，全年可節約蒸汽3750噸，節約蒸汽費用75萬(wàn)元；將染色機的蒸汽冷凝水及降溫時(shí)的冷卻水集中回收到回用水池，用于高溫皂洗，由于回用水的溫度遠高于常溫冷水，故可節約蒸汽，節省工藝時(shí)間。以每天可節約用水500噸，每年生產(chǎn)285天計算，全年可節約生產(chǎn)用水14.25萬(wàn)噸，節約費用24.225萬(wàn)元，同時(shí)也減少排污11.69萬(wàn)噸，減少開(kāi)支排污費21.042萬(wàn)元。 全年可節約水費和排污費共計45.267萬(wàn)元。

4小結

目前印染行業(yè)針對節能減排而開(kāi)發(fā)的各種新設備、染助劑、工藝等不斷涌現，作為染整廠(chǎng)的技術(shù)管理工作者，要緊跟技術(shù)發(fā)展的方向，勇于嘗試，也希望各位有用過(guò)效果良好的節能減排技術(shù)，能夠提出來(lái)交流，共同促進(jìn)行業(yè)的進(jìn)步！