膜技术在高品质染料生产及废水处理中的应用

Posted 2023-01-12 脱盐

篇首语：别裁伪体亲风雅，转益多师是汝师。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了膜技术在高品质染料生产及废水处理中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

膜技术在染料生产中用于脱盐浓缩、去除杂质等，提高染料品质，增加产品收率，减少环境污染，符合清洁生产工艺要求。
1背景
众所周知，膜分离技术在西方发达国家的染料生产过程中(特别是在活性染料、酸性染料和直接染料的生产过程中)已应用多年。早在1980年代初期，Bayer、BASF、Ciba、Hoechst等国际著名的染料化工集团就已经在它们的染料生
产企业采用大规模的膜分离系统。成功应用膜分离技术为巩固它们在染料生产行业的技术领先与垄断地位起到了重要的作用。
近年来随着客户对染料产品品质和稳定性要求的逐步提高，以及膜分离技术在国内的飞速发展和推广，越来越多的染料生产企业意识到膜分离技术在提高染料品质、增加产品收率、扩大生产能力、节省原辅材料消耗的同时减少环境污染，符合清洁生产工艺的要求与规范等特点和优势，使企业走上了健康的可持续发展之路。
2滤膜脱盐浓缩技术
脱盐是生产高品质染料至关重要的步骤。大量的实践经验已经证明，唯有减少染料中的盐分才能提高染料的着色强度。液体染料则要求几乎完全剔除染料生产中所产生或外加的无机盐，以保证其产品的稳定性与溶解度。然而，我们看到，在国内，众多染料行业企业至今难以生产出高品质的染料，主要原因在于，产品的含盐率较高，而且还混有相当量的未反应物和副产物。另一方面，对产品进行精制，国内传统的染料生产工艺采用盐析或酸析分离染料成分，产品纯度不高，而且不同批次的产品质量一致性亦较差，使产品质量受到限制：由于在生产过程使用了大量的酸，产生大量的酸性废水，又对环境产生极大的污染，严重制约着染料工业的可持续发展。
在染料的生产工艺中，应用最广的是纳滤膜的脱盐浓缩工艺。所谓纳滤膜是指截留相对分子质量(MWC0)在2001000之问，适宜于分离相对分子质量在200以上，分子大小约为lnm的溶解组分的一类膜。纳滤膜主要以有机膜为主，多为复合材料，构型有管式和卷式两种，各具特点。管式膜具有抗污染性强的特点，可以用在含固量较高的一类染料产品中，而卷式膜则具有占地面积小，过滤效率高等优点。在纳滤膜分离过程中，无机盐、水和低分子物透过膜被除去，而染料被截留得到纯化和浓缩。该工艺不但提高了染料的强度、着色率，而且使染料的色光也得到了改善。对于染料脱盐的原理和工艺我们主要通过以下组图进行说明：

图一简单介绍了纳滤在染料脱盐浓缩工艺中的应用过程。如图所示，纳滤在截留染料的过程中让盐与水同时透析。举例来说，对于10M含盐8%、染料8%的溶液，当它被浓缩一倍至5M时，染料的浓度将增加到16%。理论上，盐的浓度仍保持在8%的浓度，用透析水稀释至原来的体积时，盐的浓度为4%，而染料的浓度则重新稀释为8%。由此经过若干次的加水透析，染料溶液中的含盐量可呈几何级数减少。在实际操作过程中，选择适当的膜及膜分离过程，可充分利用Donan效应，使透析水远低于上述推算所需的用量即能达到所要求的盐剔除率。

经透析达到给定脱盐率的染料，可通过膜进一步浓缩到36%左右的水平，然后直接用于喷雾干燥制备固体染料(见图二)。由于成倍或数倍减少了进喷雾塔染料溶液的水分，喷雾塔的生产效率及处理能力将得以大幅度提高，同时节约大量能源，降低生产成本，增强产品在市场上的竞争力。

对于传统工艺中使用盐析工艺制备的染料，采用图二所示方法进行替代，不但可以节省大量的盐耗，盐析过程中染料的流失亦能加以避免，因而在增加产品收率、减少原辅材料消耗的同时，可大大减轻环保的压力。不过这一工艺要求所合成的染料的副染料能得到有效的控制。而对于那些唯有采用盐析工艺才能消除副染料等杂质的染料品种，则必须采用图三所示的流程以制备符合质量要求规范的产品。
3染料废水处理的纳滤膜应用：
在染料生产过程中产生的废水颜色往往很深，脱色一直是废水治理的难题之一。纳滤膜在染料生产废水的脱色中有很高的实用价值，可以将分子量为200～500的有机物质截留住，而允许无机盐和水通过，脱色率可以达到98以上。可以有效地降低废水的COD值。结合反渗透水处理，可将染料废水工业化回用，进一步为企业降低成本，创造效益。当然在染料生产过程中使用膜工艺而取代传统的盐析、酸析等工艺则从源头上减轻了染料废水的处理难度，有利于环保的顺利实施。
总之，随着人们生活水平的提高以及纺织印染下游工业对环保的日益重视，对染料的要求也越来越高，色彩鲜艳、上染率高的环保染料、无盐液体染料倍受欢迎，膜分离技术作为染料后加工的重要技术手段，在提高染料品质、实现清洁
生产工艺上的巨大作用已得到广泛的重视与应用。染料清洁生产的工艺流程简图如下：

效益分析：
A.经济效益
液状制剂没有通常粉状染料的粉尘污染，易于印染工厂自动计量，计算机程序控制；对于染料生产厂也省去了干燥作业，没有了粉尘污染。因而，国际上发展很快，需求也相应增大。由于染料水溶液中存在盐份会使染料沉淀，所以必需
脱盐；而纳滤膜可以在对染料脱盐的同时进行浓缩，生产出高附加值的液状制剂。近年来，该套纳滤装置使用至今已生产了十余个品种、数百吨高品质的染料，有的产品出口，经济效益显著。
B.环境效益
染料生产的通常工艺制成的液体粗制品，需盐析、过滤、并加水稀释、再喷雾干燥。由此产生大量高盐度、高色度、高COD的浓废水，严重污染环境。从上世纪90年代起，国际上采用膜技术，结合染料工艺革新，将制成的液体制品，通过膜一次性浓缩和脱盐，再喷雾干燥。大大降低了废水污染，又节约了干燥热能，即所谓的"清洁生产工艺"。
C.社会效益
染料工业通常废水成分复杂，可生化性差，呈强酸性或强碱性，废水中含有较多的化工原料及中间体等有用物质。目前，染料工业废水主要采用物理法、化学法、物理化学法和生物法等方法治理，但这种处理污染的思想属于末端治理。末端治理虽然在某种程度上能减轻部分环境污染，但没有从根本上改变该地区甚至全球环境恶化的趋势；并且普遍存在治理费用高，治理合格率低的问题。因此，要从根本上解决污染问题，必须采用无废少废的生产工艺，最大可能地减少
生产过程中污染物的产生，实行清洁生产。将膜技术应用于染料工业中，可以大幅度减少废物排放，从根本上解决染料行业的污染问题；同时通过建立染料清洁生产工艺示范工程，可以带动整个染料行业的清洁生产，使染料行业走上可持续
发展之路。
三达所从事的液体分离膜技术业已在中国得到广泛的工业应用，包括料液的浓缩、纯化、产品脱盐以及废水处理与产品回收工业过程。在染料工业，膜技术亦广泛应用在染料废水处理、洗塔废水处理与染料回收、喷雾干燥过程粉尘的
回收等相关过程上。至今为止，三达为超过三十家国内外大型染料企业提供近60套膜系统，膜面积达5000m，在活性染料，酸性染料，增白剂，食品染料等全方位应用，为国内外众多染料生产、加工企业制造高品质染料及废水处理中做出贡献。