Stephan Kehry

環(huán)境意識長時間以來已不再是歐洲生產(chǎn)工廠的專屬物了。在一些發(fā)展中國家,當局也愈加注意那些污染大戶。但不幸的是,全世界都一直認為紡織染整在環(huán)境方面的名聲很不好。但現(xiàn)在有些希望了,一種新的融入環(huán)保理念的裝置由瑞士紡織機械制造商Benninger(貝寧格)公司創(chuàng)新生產(chǎn),這種裝置能使傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工不再排出任何廢水。有了它,也許數(shù)年后印染行業(yè)在污染方面的壞名聲會成為往事。

全球僅約 10% 的水是直接為人類所用。最大的份額,70% 用于農(nóng)業(yè),剩余的 20% 為工業(yè)用。地區(qū)性的差別則顯示出不同國家經(jīng)濟體的工業(yè)化程度。例如,中國要用 80% 的水灌溉農(nóng)田,而歐洲一半的水被送入工廠。形成鮮明對比的是所有這些只是“水”資源的地理分布。中國的排污約為全球的 20%,而它只得到全球的 5% 的新鮮水。因此,在該地區(qū)解決污染問題已列入議事日程。

在食品生產(chǎn)中要用大量的飲用水。例如,生產(chǎn) 1 kg肉制品要用 5 000 L水。素食者的食物也要用水:生產(chǎn) 1 kg面包或 1 L橙汁需要 1 000 L水。由此推算,瑞士家庭在其他方面的水消耗好像相當節(jié)儉,人均日用水約 162 L(例如,1 個瑞士家庭用水:洗浴 32 L,洗廁 48 L,洗衣機 30 L,烹飪飲用洗碗等約 20 L)。

水和能源總是紡織品生產(chǎn)中的兩大主要要素,天然纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)則消費了它們的大部分。不管是棉、羊毛還是亞麻,種植的整個階段需要灌溉,羊也需要喂水和食物。以棉花種植為例,生產(chǎn) 1 kg棉花總共耗水約 2 萬L(在蘇丹則約 2.9 萬L)。相對于全球資源日益短缺的大背景,這些數(shù)據(jù)令人擔(dān)憂,雖然人們采用創(chuàng)新的灌溉技術(shù)能明顯地降低消耗,但生產(chǎn) 1 kg棉花仍需 7 000 ～ 9 000 L水。當然,這種下降的趨勢至少給人以希望。

水在中東長久以來就是政治斗爭的不老藥。棉花種植業(yè)的大量用水加劇了土耳其、伊拉克、以色列和敘利亞之間的緊張關(guān)系。相反,在西非,先進的棉田灌溉技術(shù)至今仍未普及。

這種灌溉導(dǎo)致全球出現(xiàn)土地受侵蝕,水儲量降低,地下水受污。鑒于水資源愈加寶貴而預(yù)計它會愈加短缺,看來不可避免的是用于棉花生長的耗水量長期而言將不得不減少,特別是隨著氣候變化,越來越多的農(nóng)田需要灌溉。

除了灌溉棉田以外,印染濕整理無可爭議地成為第二大水污染大戶。從上漿開始到退漿、水洗、練漂、絲光,然后染色印花、可能還需涂層,按此流程每道工序都涉及水洗,而每道工序每千克材料需 20 L耗水。結(jié)果是濕整理過程中每千克原棉的用水量加起來多達 200 L。當一件標準的男式襯衣定制后在商店櫥窗展示時,超過 2 000 L水在生產(chǎn)加工它時被用掉了(布料:純棉,125 g/m2)。

讓水資源消耗最小化

上面描述的情形很清楚地表明,迅速采取措施是必需的。而且這些措施不僅需要在工業(yè)化國家,而且需在全球性貫徹執(zhí)行。它們要容易理解方便操作。Benninger開發(fā)了一個新概念,將此類問題表述為兩層含義:耗水最小化;循環(huán)利用。

使水資源消耗最小化是以優(yōu)化工藝和設(shè)備為基礎(chǔ)的。改進工藝修正配方,從而改進質(zhì)量和工藝再現(xiàn)性,最終減少用水。將非連續(xù)浸染改為連續(xù)式染色就已證明是一個好的例證。

在優(yōu)化消耗的基礎(chǔ)上,水、能源及其他資源還能循環(huán)利用。這樣的紡織生產(chǎn)在商業(yè)和環(huán)境兩方面都是可持續(xù)發(fā)展的。

“千里之行,始于足下”。在資源管理中,第一步可邁得小些。濕整理中一個有效的節(jié)能辦法是將蒸汽閥封置于一個汽房中(圖 1)。這樣的設(shè)計成本最小,因此回收期不到 8 個月。

接下來一步可以將整個錫林烘燥機裝入一個房內(nèi)。這種隔離不僅降低了熱能的散發(fā),同時也提高了烘燥效率。因此,用較少的烘筒就能達到相同的烘燥結(jié)果,烘筒自身的投資支出也減少了。這種方法能節(jié)約蒸汽 15%,因此整個的投資不到兩年即可回收。

通過逆流結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計節(jié)約成本 15%

進一步降低成本的方法是改進水流路線,這就是“逆流”。坯布通過水洗槽,從前進從后出,而水在槽內(nèi)從后流向前。這樣,越來越干凈的布總是與最干凈的水接觸。堅決應(yīng)用這一逆流原理,就能節(jié)約水和熱能。

可以舉例:冷堆染色后水洗。冷堆染色是通過軋車進行的,軋車上有一對泳動輥(s – 輥),它們的加壓線可控可調(diào)節(jié),染化料經(jīng)壓輥按規(guī)定的方式施加給織物。經(jīng)過一定的膨化反應(yīng)時間(這取決于染料的特性)后,未固著的染料需清洗掉。這里,差別就出現(xiàn)在以下的工藝中:(1)清洗表面浮色;(2)皂洗(在這里,未反應(yīng)的染料從纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面);(3)中和;(4)清洗在中和階段所產(chǎn)生的鹽。

這段過程通常每千克布需用 20 L水和 1.6 kg蒸汽 (圖 2)。

第一步將逆流原理嚴格應(yīng)用在各道工序中。用于在后段清洗那些鹽的水可繞過皂洗段,然后再被用來清洗表面浮色。由于尾部的水沾污較輕,它們在前段能有效地起作用。而且,皂洗階段的水所需的加熱也少了,節(jié)約了蒸汽 (圖 3)。

在此工序中,每千克布需消耗的水為 9 L、蒸汽 0.95 kg。而且,由于溫度比傳統(tǒng)工藝的高約 40 ℃ ,其后的烘燥所需能源也少了。

基于平均成本計算,采用這種水洗方法可以:節(jié)約用水 55%;節(jié)約用汽 41%;總的生產(chǎn)成本節(jié)約 15%。

從這里可清楚地看到,不需新增投資,就可以明顯地改善內(nèi)部的成本結(jié)構(gòu)。這些改善的關(guān)鍵是對工藝的技術(shù)竅門以及現(xiàn)代的平幅水洗概念。

加工針織物的創(chuàng)新理念

選擇正確的工廠概念在下面的例子中也起了重要的作用。過去,針織物絕大部分采用繩狀加工,因為織物張力和卷邊問題而無法連續(xù)化處理,因而也無法高效處理。但現(xiàn)在,Benninger公司的TRIKOFLEX所采用的新型傳動技術(shù)和適宜的導(dǎo)布系統(tǒng)讓針織公司可以采用這種平幅加工方法。

平幅處理在質(zhì)量方面的益處從布面的質(zhì)地和光澤等一致性上就能感覺到。噴射處理是一種機械方法,在TRIKOFLEX水洗機上做連續(xù)處理則是一種更輕柔的方法,不會出現(xiàn)起皺或布面磨損(起毛)的現(xiàn)象。而且,各道工序分得清楚,運用現(xiàn)代工廠管理,任何時候都能看清各道加工情況。除了改善操作人員的操作條件外,還可獲得優(yōu)異的工藝重演性,改善質(zhì)量,降低后道工序的損失。

但是,連續(xù)處理的節(jié)約主要是在可變成本方面。浸染 1 kg針織布平均耗水約 70 ～ 90 L水,而同樣的工序TRIKOFLEX水洗機僅用水 18 L,也即節(jié)水約 75%。更令人印象深刻的是能源的消耗:染 1 kg針織布,原來是 19 100 kJ,平幅連續(xù)處理則是 4 500 kJ。

但是,若想像上面列舉的資源節(jié)約已達到極限就錯了。在取得這些節(jié)約成果后,一個優(yōu)化措施是水回收和循環(huán)再利用。只要優(yōu)化還未完全開發(fā),處理用水量就仍然被認為是過大了。

紡織整理廠的水流流向

系統(tǒng)對于紡織品加工中產(chǎn)生的污水,其處理和回用系統(tǒng)包括以下組件:超濾;反滲透。

這兩種系統(tǒng)的差別主要在于過濾系統(tǒng)的芯材尺寸。超濾所截留的粒子直徑小于 10 ～ 100 nm(相當于 0.000 01 ～ 0.000 1 mm),而反滲透則過濾掉尺寸小于 1 nm的粒子。作為對比,香煙煙霧粒子約 1 000 nm大,人體毛發(fā)則約 10 萬nm粗。

此類系統(tǒng)的排列如圖 4 所示。水洗階段排出的污水被通向超濾裝置。它是由細微的自清潔的管狀陶瓷材料組成,這些陶瓷材料具有很高的耐化學(xué)性,使用壽命約為 10 年。高溫對它也無影響。這種超濾能降低化學(xué)需氧量(COD),此數(shù)據(jù)代表了水中的生物物質(zhì)量,對退漿能降低約 63%,漂白約 80%,活性染色約 48%。圖 4 中,它的處理效果對應(yīng)于 圖 5 的樣品 1(原污水)和樣品 2 之間的差別。

超濾后,污水通過反滲透。在此階段,超濾留下的染料分子和溶解的鹽被分離出來。它通過呈螺旋狀盤卷的聚合物在 25 bar的壓力下進行處理。它的使用壽命是 3 年,內(nèi)部元件采用“原位清洗法”(CIP)做清洗,即,清洗系統(tǒng)接觸的表面,不需達到拆卸。反滲透的效果可參見圖5中的樣品 2 和 3 之間的差別(作為對比,樣品 4 顯示的是城市自來水)。

為了保護反滲透膜,水洗槽排出的熱廢水在超濾后需經(jīng)熱交換器冷卻。反滲透后,水可用此熱量再加熱。因此,70%的熱能可再使用。視水污程度,85% 以上的水可被回用。只是對那些會堵塞膜的物質(zhì)要限制使用。這些物質(zhì)包括pH值低于 7 的硅酸鹽、印花糊料、硅油、碳氟化合物以及其它一些特殊性質(zhì)的材料,這些來自不同的制造商材料性質(zhì)不同,需要對各化學(xué)品逐一查核。

“零”排放

在如今紡織工業(yè)的價格壓力下,不同地區(qū)和國家制定的環(huán)境法規(guī)會給企業(yè)帶來或成功或失敗的不同結(jié)果。每個就排放要求做出的自主性措施也是經(jīng)濟自主方面的措施。將超濾和反滲透結(jié)合應(yīng)用,整個工廠甚至能無污水排放 — 這就是“零排放”的概念。兩級過濾所收集的致污物經(jīng)高度濃縮、收集,再送去固化。形成的固體通常為有機成分,常常具有極好的熱值。無疑,這是改善紡織印染形象的機會,同時,也降低了工廠自身生產(chǎn)與社會公益要求之間的矛盾。

那么,這種過濾技術(shù)對上面討論的成本計算有怎樣的影響?以前面提及的水洗為例,處理每千克織物使用的新鮮水量減為 1.5 L,也就是節(jié)約近 92%。采用現(xiàn)代平幅加工技術(shù)生產(chǎn)針織物,并結(jié)合應(yīng)用超濾和反滲透,那么所節(jié)約的潛在成本將更加讓人激動。非連續(xù)生產(chǎn) 1 kg針織物用水 70 ～ 90 L,用現(xiàn)代的高效水洗機TRIKOFLEX則用 4 L水,節(jié)水 94%。

培育可持續(xù)的環(huán)境意識,以負責(zé)任的態(tài)度對待大自然

毫無疑問,現(xiàn)在全世界日益增長的環(huán)境意識來源于純粹的商業(yè)考慮:污染了的江河讓旅游者走開,干枯的田野很難吸引投資者,過度鹽化的湖泊無助于發(fā)展資助的介入。但是,即使主要的動機來自于商業(yè)本能,行動起來的時機已經(jīng)到了。如前面所述的原因,紡織染整作為“耗水工業(yè)”有著特殊的責(zé)任?，F(xiàn)在是負起這個責(zé)任的時候了。過去以來,在面臨創(chuàng)新或大的、基礎(chǔ)性的改革時,歐洲都是擔(dān)當領(lǐng)頭羊的角色,因此,今天去建立有關(guān)的標準比過去任何時候都 重要。

現(xiàn)在這種技術(shù)已可行,其應(yīng)用是有利的,也有很好的商業(yè)意義,即使與化學(xué)品和助劑的使用有所沖突,但是,通過客戶和供貨商的對話溝通,很多障礙都能克服,特別是當這種事與保護我們及我們的后代所生存的世界休戚相關(guān)的 時候。