生物酶和化學(xué)助劑相結(jié)合的酶氧前處理新工藝

1、 精選公文范文管理資料 生物酶和化學(xué)助劑相結(jié)合的酶氧前處理新工藝棉及棉型( 棉與其他天然或合成纖維混紡或交織織物) 織物印染前處理的重污染工序主要包括3 道化學(xué)濕處理工藝: 退漿、精練和漂白。其主要任務(wù)是除去坯布上的漿料和棉纖維中的天然雜質(zhì)，以保證后續(xù)染整加工的順利進(jìn)行。目前常用的前處理工藝適合大多數(shù)純棉織物的退漿精練和漂白長車法工藝，適用于彈力織物的冷軋堆和漂白二步法以及適合薄型織物退煮漂一浴法等。在傳統(tǒng)前處理工藝中，燒堿作為皂化劑將果膠、油蠟、蛋白質(zhì)后水解，再用表面活性劑將分解物乳化和分散后從棉纖維上去除。但堿對(duì)大多數(shù)漿料來說沒有化學(xué)降解作用，漿料溶脹，溶落的漿料直接進(jìn)入水洗槽。隨著退漿和

2、水洗過程的進(jìn)行，水洗槽中的漿料濃度越來越高，洗液黏度越大，漿料容易重新沾污到織物上，因此，煮練后必須用大量的清水洗滌，增加了污水排放量，污水 COD 值高，且不易降解。近年來新興的一些退漿技術(shù)，例如超聲波退漿、等離子體退漿、超臨界二氧化碳退漿、Fenton試劑退漿和尿素/H2O2體系退漿等，雖然退漿效果好，但是昂貴的費(fèi)用使其仍處于起步階段，尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。尿素/H2O2體系退漿，雖然提出了將COD 消減在工藝過程中的理念，但是會(huì)在廢水中引入氨氮這種比 COD 更難以去除的物質(zhì)，且處于實(shí)驗(yàn)室研究階段; Fenton 試劑則會(huì)使織物出現(xiàn)顏色，并且容易致使布面出現(xiàn)破洞，其應(yīng)用受到了限制。酶退漿作用條

3、件溫和，對(duì)纖維基本上沒有損傷，處理后手感豐滿，柔軟有光澤，且染色、印花后色光純正，是一種理想的退漿方式。但淀粉酶退漿，對(duì)含 PVA 漿料的坯布退漿效果不理想，而目前為止采用 PVA 降解酶進(jìn)行棉織物的退漿還僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。同時(shí)單獨(dú)酶法退漿由于加入了有機(jī)物，會(huì)使廢水中 COD 增高，該工藝節(jié)能效果好，廢水減排并不理想。本文采用生物酶和化學(xué)助劑相結(jié)合，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性的新工藝。新工藝?yán)蒙飶?fù)合酶的優(yōu)點(diǎn)，在中性和較溫和的溫度條件下去除棉織物上的部分雜質(zhì)，破壞雜質(zhì)在棉織物上的完整結(jié)構(gòu)，將分子中的鍵打開，有助于化學(xué)助劑發(fā)揮作用。隨后過氧化氫原位可使淀粉、PVA 氧化分解或降解成小分子物質(zhì)

4、，黏度降低，再經(jīng)水洗，很容易被洗脫。酶法新工藝流程短，減少前處理過程的能源消耗，降低廢水的 COD 值，產(chǎn)生的污水 BOD/COD 值增大，污水的可生化性提高，污水易處理。本文將此酶氧前處理新工藝與傳統(tǒng)堿氧前處理工藝在水、電、汽消耗及廢水的可生化性方面進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)新工藝處理棉織物各項(xiàng)指標(biāo)( 白度、毛效、棉籽殼去除率、退漿率和強(qiáng)力等) 進(jìn)行測試。同時(shí)采用模擬的手段，分別對(duì)過氧化氫和氫氧化鈉對(duì)聚乙烯醇在溶液均相體系中的作用進(jìn)行分析，以期對(duì)新工藝的原理有更深入的理解。1、 實(shí)驗(yàn)部分1. 1 實(shí)驗(yàn)材料全棉府綢( 坯布) 經(jīng)緯紗絨密度為 9. 72 tex，經(jīng)緯密均為551 根/10cm，面密度為 1

5、20 g/m2，浙江稽山印染有限公司提供。1. 2 實(shí)驗(yàn)藥品NaOH、H2O2( 30%) 、PVA1799 均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司; 氧漂穩(wěn)定劑、高效精練劑、耐堿滲透劑、螯合分散劑、JFC 等，以上藥品等級(jí)均為工業(yè)級(jí); 生物酶復(fù)合制劑 HD-100、生物酶增效劑 HD-101、H2O2受控分解劑 HD-181 均為工業(yè)級(jí)，上海漢達(dá)染整有限公司提供。1. 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備燒毛機(jī)、退煮漂聯(lián)合機(jī)為生產(chǎn)型設(shè)備; SNB-2 型數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)( 上海地學(xué)儀器研究所) ; 切割相對(duì)分子質(zhì)量為 100 000、50 000、10 000、3 000 和 1 000的超濾膜( 上海艾研生物科技有限

6、公司) ; Millipore/8400 型超濾杯( 美國 Millipore 公司) ; H10K-S 型雙臂萬能材料試驗(yàn)機(jī)( 美 國 Tinius Olsen 公 司) ;Elmendorf 撕裂試驗(yàn)機(jī)( 美國 Thwing-Albert 公司) ;ZBW 04019 型毛細(xì)測試儀( 上海羅眾科技研究所) ;Datacolor 650 型測色配色儀( 美國 Datacolor 公司) 。1. 4 前處理工藝以下均為工業(yè)化的工藝流程和處方，所有處理均在工廠采用工業(yè)化設(shè)備進(jìn)行。選用目前工業(yè)界常用的燒堿退漿煮練和氧化漂白長車法工藝。1. 4. 1 退漿及煮練工藝工藝處方: 采用質(zhì)量濃度分別為 4

7、0 g/L NaOH，8 g / L 高效精練劑，8 g / L 耐堿滲透劑，4 g / L 螯合分散劑。工藝流程為: 進(jìn)布平洗 1( 70 75 )平洗 2( 90 95 )浸軋工作液( 帶液率100% )浸軋工作液( 帶液率 100%)汽蒸箱保溫堆置( 100 ，90 min)平洗 3( 90 95 )平洗 4( 80 85 ) 平 洗 5 ( 80 85 ) 平 洗 6 ( 65 70 )平洗 7( 常溫) 。車速為 50 m/min。1. 4. 2 氧漂工藝工藝處方: 采用質(zhì)量濃度分別為 4 g/L H2O2，6 g / L氧漂穩(wěn)定劑，4 g / L 高效精練劑，6 g / L 耐堿滲

8、透劑，4 g/L 螯合分散劑，pH =10. 5 11。工藝流程為: 進(jìn)布平洗 1( 常溫)浸軋氧漂工作液( 帶液率 100%)浸軋氧漂工作液( 帶液率100% )汽蒸 ( 100 ，45 min) 平洗 2 ( 90 95 ) 平 洗 3 ( 80 85 ) 平 洗 4 ( 80 85 )平洗 5 ( 常溫) 烘干 落布。車速為5 0 m / min。1. 5 酶氧前處理新工藝以下均為工業(yè)化的工藝流程和處方，所有處理均在工廠采用工業(yè)化設(shè)備進(jìn)行。1. 5. 1 生物催化工藝處方: 采用質(zhì)量濃度分別為 5 g/L 生物酶復(fù)合制劑 HD-100; 2 g/L 生物酶增效劑HD-101; 2 g /

9、 L JFC。工藝流程為: 進(jìn)布( 燒毛后坯布)浸軋生物催化工 作 液 ( 帶 液 率為 100%) 汽蒸箱保溫堆置( 60 ，60 min)出布。1. 5. 2 受控氧化工藝處方: 采用質(zhì)量濃度分別為 10 g/L H2O2，10 g / L H2O2受控分解劑 HD-181，2 g/L JFC，pH =10. 5 11。工藝流程為: 進(jìn)布( 退漿后)平洗 1( 常溫)浸軋氧漂工作液( 帶液率為 100%)浸軋氧漂工作液( 帶液率為 100%)汽蒸( 100 ，70 min)平洗2( 90 95 ) 平 洗 3 ( 80 85 ) 平洗 4( 80 85 )平洗 5( 常溫)烘干落布。車速為

10、50 m/min。1. 6 測試與分析1. 6. 1 測試指標(biāo)與分析方法為了研究前處理的能耗與排污量，按照相應(yīng)的國標(biāo)方法，對(duì)廢水流量、pH 值、COD 值、BOD5值和水溫( 溫度計(jì)法) 進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)印染企業(yè)綜合能耗計(jì)算導(dǎo)則、清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)( 棉印染) 、國家發(fā)展和改革委員會(huì)( 印染行業(yè)準(zhǔn)入條件) 、以及企業(yè)水平衡測試通則，測算全流程的水、電、汽消耗以及 COD排放情況。1. 6. 2 能源消耗的定量表征由于各種能源所含熱值不同，采用的實(shí)物計(jì)量單位也不一樣。因此，為了便于對(duì)各種能源進(jìn)行匯總計(jì)算和對(duì)比分析，應(yīng)將各種能源的實(shí)物單位折算成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)單位，即能源度量單位。我國目前采用標(biāo)準(zhǔn)煤為能源的度

11、量單位。參考標(biāo)準(zhǔn) FZ/T010021991印染企業(yè)綜合能耗計(jì)算導(dǎo)則，能源折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)見表 1。1. 6. 3 測試不同處理?xiàng)l件下 PVA 溶液的黏度為了測試不同處理?xiàng)l件對(duì) PVA 溶液的影響，采用模擬實(shí)驗(yàn)方法，分別測定了過氧化氫和氫氧化鈉對(duì) PVA 均相溶液反應(yīng)的黏度，并對(duì)顏色拍照進(jìn)行對(duì)比。H2O2處理: 采用質(zhì)量濃度分別為 10 g/L H2O2、10 g / L H2O2受控分解劑 HD-181、20 g/L PVA，在pH = 11，溫度 100 的條件下，處理 60 min。NaOH 處理: 采用質(zhì)量濃度為 40 g / L NaOH 和20 g / L 的 PVA 溶液在溫度 10

12、0 的條件下處理60 min。1. 6. 4 不同處理?xiàng)l件下 PVA 溶液相對(duì)分子質(zhì)量為驗(yàn)證 H2O2對(duì)溶液中 PVA 的降解作用，選用原料 PVA( PVA1799) 溶液、H2O2作用后的 PVA 溶液和堿煮后的 PVA 溶液分別用切割相對(duì)分子質(zhì)量為100 000、50 000、10 000、3 000 和 1 000 的超濾膜過濾，測定過濾前原液和濾液的 COD 濃度，分析不同處理?xiàng)l件下 PVA 的降解分子質(zhì)量及其分布，3 種PVA 溶液的處理?xiàng)l件分別如下。H2O2處理: 采用質(zhì)量濃度分別為 10 g/L H2O2、10 g / L H2O2受控分解劑 HD-181、5 g/L PVA，

13、在pH = 11，溫度 100 的條件下，處理 3 h( 因 H2O2在1 h后還有少量殘余，影響 COD 測定準(zhǔn)確性，所以延長處理時(shí)間為 3 h，此時(shí)無殘余 H2O2) 。NaOH 處理: 采用質(zhì)量濃度為 20 g / L NaOH 和5 g / L PVA 溶液在 100 處理 3 h ( 處理時(shí)間同H2O2處理) 。原料采用質(zhì)量濃度為 5 g/L PVA 溶液。1. 6. 5 織物性能測試織物的斷裂強(qiáng)力參照 GB/T 3923. 11997紡織品 織物拉伸性能 第1 部分: 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定 條樣法進(jìn)行測試?？椢锏乃浩茝?qiáng)力按照 GB/T 3917. 11997紡織品 織物撕破性

14、能第 1 部分 撕破強(qiáng)力的測定進(jìn)行測試?？椢锏耐藵{率使用高氯酸-分光光度計(jì)法測試。棉籽殼去除率: 記錄布樣上 10 cm 10 cm 的方格內(nèi)處理前后棉籽殼數(shù)變化?？椢锇锥仁褂?Datacolor 650 測色配色儀( 美國Datacolor 公司) 進(jìn)行測試。毛細(xì)效應(yīng)按照 FZ/T 010712008紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法進(jìn)行測試。2、 結(jié)果與討論2. 1 新工藝與傳統(tǒng)工藝能耗比較按照 1. 6 的測算方法，對(duì)傳統(tǒng)工藝和新工藝的全過程進(jìn)行了節(jié)能減排監(jiān)控，測算了全流程的水、電、汽消耗以及 COD 排放情況。測算結(jié)果如表 2 所示。從表得知，與傳統(tǒng)工藝相比，新工藝的水、電、汽用量下降很多，新工

15、藝節(jié)電 9. 82%，節(jié)水25. 63% ，節(jié)汽 33. 77% ，折合標(biāo)煤節(jié)標(biāo)煤 32. 70% 。由此說明，酶氧前處理新工藝具有顯著的節(jié)能減排效果。2. 2 新工藝與傳統(tǒng)工藝廢水生化性比較按照 1. 6 所述方法，測試新工藝與傳統(tǒng)工藝的廢水各項(xiàng)生化性指標(biāo)，對(duì)比結(jié)果如表 3 和圖 1 所示。從表 3 得知，新工藝廢水 COD 的產(chǎn)生量較傳統(tǒng)工藝有大幅減少，新工藝廢水的 BOD 值增大，可生化性( B/C) 值由 0. 24 提高到 0. 41，使廢水的可生化性大大提高，使難處理的退漿精練廢水易于生化處理，廢水的黏度為 4. 00 mPas，比傳統(tǒng)工藝廢水的黏度 30. 4 mPas 降低了8

16、6. 8%，不易返沾織物。圖1 所示傳統(tǒng)堿退漿的廢水顏色為棕褐色，新工藝的退漿廢水為乳白色。在傳統(tǒng)濃堿高溫條件下，漿料溶脹進(jìn)入工作液中，工作液很快就會(huì)變得黏稠，廢水色度加深，難生物降解，廢水的末端處理難度大，從而會(huì)增加單位產(chǎn)品廢水的處理費(fèi)用。而復(fù)合酶前處理新工藝，復(fù)合酶保溫處理 1 h，作用后的坯布用少量的水洗后進(jìn)入蒸箱蒸煮，漿料和布中的雜質(zhì)在蒸箱中，經(jīng)雙氧水和高溫汽蒸作用下發(fā)生分解。在雙氧水汽蒸工序中，既實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的退漿和精練漂白，也使 COD 污染物原位降解，即在水洗前，布上的雜質(zhì)就發(fā)生了分解，水洗時(shí)雜質(zhì)已經(jīng)變?yōu)樾》肿樱箯U水易于生化處理。這符合將污染物消除在工藝過程的清潔生產(chǎn)原則。2.

17、 3 H2O2對(duì) PVA 溶液的氧化降解作用為了進(jìn)一步研究 H2O2對(duì) PVA 溶液的降解作用，采用模擬實(shí)驗(yàn)方法，分別測定了 H2O2和 NaOH對(duì) PVA 均相溶液反應(yīng)的黏度，并對(duì)溶液顏色進(jìn)行對(duì)比，此外，還將不同條件處理后的 PVA 溶液在 60 下烘干 24 h，觀察其成膜情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 4所示。從表 4 可知，僅用 NaOH 處理后 PVA 溶液顏色變?yōu)榧t棕色，黏度略有降低。而在 H2O2分解的情況下，由于降解作用使 PVA 溶液變?yōu)槿榘咨?，其黏度明顯降低。由此說明，H2O2在分解去除棉織物上雜質(zhì)的同時(shí)，能夠?qū)?PVA 漿料進(jìn)行明顯的氧化降解。從表 4 還可以看出，未經(jīng)任何處理和堿煮

18、處理的 PVA 水溶液，在烘干后，都呈現(xiàn)成膜狀態(tài)，且堿煮處理的 PVA 水溶液，烘干后為紅棕色薄膜，純 PVA水溶液烘干后為透明狀薄膜。而經(jīng)雙氧水處理后PVA 水溶液烘干后，為白色的顆粒狀固體，在烘干過程中不能成膜。為驗(yàn)證 H2O2對(duì)溶液中 PVA 的降解作用，采用模擬實(shí)驗(yàn)，分別測試 H2O2和 NaOH 與 PVA 均相溶液反應(yīng)后的相對(duì)分子質(zhì)量，采用切割相對(duì)分子質(zhì)量為100 000、50 000、10 000、3 000 和 1 000 的超濾膜過濾反應(yīng)液，測定過濾前原液和濾液的 COD 濃度，分析在不同處理?xiàng)l件下 PVA 的降解相對(duì)分子質(zhì)量及其分布，結(jié)果如表 5 所示。從表中可見，NaOH

19、 處理后的 PVA 溶液在過濾時(shí)，有 97. 7%的 PVA 分子可以通過切割相對(duì)分子質(zhì)量為 100 000 的超濾膜，說明 97. 7% 的 PVA 相對(duì)分子質(zhì)量小于 100 000，5. 6%的 PVA 可以通過切割相對(duì)分子質(zhì)量為 50 000 的超濾膜，說明 94. 4%的有機(jī)物被超濾膜截留，證明堿煮后 94. 4% 的相對(duì)分子質(zhì)量大于 50 000，10 000 以下的超濾膜 PVA 沒有被檢出，說明 PVA 相對(duì)分子質(zhì)量均大于10 000，這說明堿煮對(duì) PVA 漿料大分子基本沒有降解作用，在熱堿作用下，絕大多數(shù)的 PVA 發(fā)生溶脹以溶膠狀態(tài)留在溶液中。從表 5 還可看出，雙氧水處理后的 PVA溶液經(jīng)過過濾時(shí)，全部可以通過切割相對(duì)分子質(zhì)量為 100 000、50 000、10 000 的超濾膜，說明原來平均相對(duì)分子質(zhì)量是 77 000 的 PVA，均降解為相對(duì)分子質(zhì)量 10 000 以