Oczyszczanie ścieków pochodzących z barwienia i wykańczania w przemyśle tekstylnym

• 1. Wytwarzanie ścieków w procesach barwienia i wykańczania w przemyśle tekstylnym
• 2. Charakterystyka ścieków powstających w procesach barwienia i wykańczania
• 3. Linia do oczyszczania ścieków z barwienia i wykańczania
• 4. Wnioski

1. Wytwarzanie ścieków w procesach barwienia i wykańczania w przemyśle tekstylnym

Zakłady barwiarskie i wykończeniowe w przemyśle tekstylnym nadają materiałom, włóknom i tkaninom kolor, fakturę oraz właściwości użytkowe poprzez szereg procesów fizycznych i chemicznych, do których należą:

1. Przygotowanie tkaniny: Przeprowadza się takie operacje jak odtłuszczanie, usuwanie zanieczyszczeń i bielenie, których celem jest usunięcie naturalnych zanieczyszczeń (tłuszczów, wosków, pektyn) oraz pozostałości po procesie przędzenia. W tym celu stosuje się detergenty, zasady i środki utleniające.
Ścieki pochodzące z tych procesów charakteryzują się wysokim pH oraz znacznym stężeniem zawiesin stałych (TSS). W procesie bielenia mogą pojawiać się pozostałości środków utleniających, takich jak H₂O₂.

2. Barwienie: Jest to etap, na którym nadaje się tkaninie kolor poprzez dodanie barwników i środków pomocniczych. Do kąpieli barwiących i płukania potrzebna jest duża ilość wody. Powstające ścieki charakteryzują się intensywnym zabarwieniem spowodowanym wyciekiem barwników, wysokim zasoleniem, wysokim wskaźnikiem ChZT oraz wahaniami pH. Zawierają również inne zanieczyszczenia, takie jak środki dyspergujące, utrwalacze, a w niektórych przypadkach pozostałości metali.

Barwniki są najbardziej zanieczyszczającymi odpadami, ponieważ mają ogromny wpływ na środowisko:

• Ograniczają dostęp tlenu do zbiorników wodnych poprzez blokowanie światła, co prowadzi do powstania warunków sprzyjających rozwojowi bakterii.
• Są to czynniki mutagenne i rakotwórcze dla zwierząt i ludzi.
• Są toksyczne dla roślin, ponieważ hamują fotosyntezę.
• Wysokie stężenia SDT powodują wzrost zasolenia, zaburzając naturalne pH wody.

3. Nadruk: Nadruk polega na nanoszeniu wzorów lub motywów za pomocą barwników. Obejmuje on etapy utrwalania oraz późniejsze płukanie. Płukanie po nadruku powoduje powstawanie ścieków zawierających pigmenty, zagęszczacze, spoiwa i rozpuszczalniki. Ścieki te charakteryzują się wysoką zawartością substancji organicznych, barwników i cząstek stałych w zawiesinie, a także związków trudnych do biodegradacji.

4. Wykończenie: Proces ten nadaje materiałowi określone właściwości, takie jak miękkość czy wodoodporność. Stosuje się żywice, środki zmiękczające i inne środki wykończeniowe, a następnie przeprowadza się etapy suszenia i utwardzania termicznego.

Ścieki powstające na etapie wykańczania zawierają żywice, środki zmiękczające, silikony i środki uszczelniające, syntetyczne związki organiczne oraz pozostałości katalizatorów, które powodują wysoki wskaźnik ChZT, a także zawierają barwniki resztkowe.

2. Charakterystykaścieków powstających w procesach barwienia i wykańczania

Ścieki z tych zakładów charakteryzują się następującymi cechami:

• Wysokie stężenie substancji organicznych (DQO i DBO), często słabo ulegających biodegradacji
• Koloryzacja
• zmienne pH
• Rozpuszczone sole
• Ciała stałe w zawiesinie
• Odporne związki organiczne
• Obecność metali ciężkich i związków toksycznych.

Są to ścieki, które powodują problemy środowiskowe i eksploatacyjne, zarówno w środowiskach przyjmujących, jak i w systemach oczyszczania.

• Problemy wynikające ze zmian pH i zasolenia.
• Obecność intensywnego zabarwienia ogranicza przenikanie światła w miejscach zrzutu, co ma wpływ na fotosyntezę i ekosystemy wodne. 
• Wysokie stężenie substancji organicznych (ChZT/BZT) powoduje zużycie tlenu rozpuszczonego, co może prowadzić do powstania warunków beztlenowych, eutrofizacji i śmiertelności fauny.
• Niektóre barwniki i substancje chemiczne stosowane w tych procesach są toksyczne lub słabo ulegają biodegradacji.

Ścieki pochodzące z procesów barwienia i wykańczania w przemyśle tekstylnym mają niezwykle zróżnicowany skład, którego zakresy przedstawiono w poniższej tabeli:           

PARAMETR	JEDNOSTKA	ZBIÓR
pH	–	6 – 11
Temperatura	ºC	25–45
ChZT	mg/l	800 – 3 000
DBO5	mg/l	200 – 800
BHP	mg/l	100 – 600
TDS	mg/l	1 500 – 8 000
Oleje i tłuszcze	mg/l	10 – 100
Chlorki	mg/l	300 – 2 000
Siarczany	mg/l	200 – 1 500
Metale	mg/l	1 – 10
Środki powierzchniowo czynne	mg/l	5 – 50
Azot ogółem	mg/l	10–50
Fosfor ogółem	mg/l	2 – 15

Zużycie wody w przemyśle tekstylnym szacuje się na 80–150 litrów na kilogram przetworzonej tkaniny. Ilość wody zużywanej podczas produkcji odzieży różni się w zależności od rodzaju włókien (bawełna, wełna, nylon, poliester itp.) oraz maszyn wykorzystywanych w poszczególnych etapach procesu.

Ścieki przemysłowe zawierają dużą ilość substancji nieulegających biodegradacji i trwałych w środowisku, zwłaszcza w środowisku wodnym. Stosowane pigmenty są substancjami silnie zanieczyszczającymi, ponieważ są produkowane z myślą o zapewnieniu dużej trwałości i odporności na rozkład biologiczny.

3. Linia do oczyszczania ścieków z barwienia i wykańczania

Odpady z zakładów barwienia i wykańczania tekstyliów są oczyszczane w celu usunięcia barwników, substancji organicznych, zawiesin i innych zanieczyszczeń, których stężenie przekracza dopuszczalne limity określone w obowiązujących przepisach dotyczących zrzutów (azot, fosfor, metale itp.).

Najczęściej stosowana linia technologiczna do oczyszczania tych ścieków składa się z następujących etapów:

3.1. Obróbka wstępna

• Kraty i sita do zatrzymywania gruboziarnistych cząstek stałych.
• Zbiornik homogenizacyjny, który wyrównuje natężenie przepływu i obciążenie zanieczyszczeniami oraz umożliwia regulację pH.

3.2. Oczyszczanie fizykochemiczne 

• Koagulacja i flokulacja z wykorzystaniem soli glinu i żelaza oraz polimerów (polielektrolitów).
• Flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF) w celu oddzielania cząstek stałych.

3.3. Utlenianie chemiczne

Czasami stosuje się procesy utleniania chemicznego z wykorzystaniem odczynników utleniających (ozon, nadtlenek, reakcja Fentona) oraz odpowiednich katalizatorów (Fe, Cu) w celu rozkładu trudno rozkładalnych związków organicznych, takich jak barwniki i pigmenty. W ten sposób zmniejsza się długość powstałych łańcuchów i zwiększa ich biodegradowalność, co ułatwia działanie biologiczne w dalszym etapie oczyszczania.

TECHNOLOGIA UTLEANIA	WYDAJNOŚĆ
TiO₂/UV/H₂O₂	Usunięcie barwy w zakresie 65–100%. Usunięcie 60% TOC.
OzonizacjaO3	Usunięcie >95% barwy. Usunięcie >60% ChZT.
H₂O₂w wodzie podkrytycznej (150–200 °C)	Całkowite usunięcie barwnika i ChZT
OHP zH₂O₂i katalizatorami (Fe, Cu)	Całkowite usunięcie barwnika i ChZT w temperaturze 104ºC
Proces Fentona (Fe(II) +H₂O₂)	Usunięcie >96% barwnika. Usunięcie 40% TOC.
Metoda elektro-Fentona	Całkowite usunięcie barwnika. Usunięcie 89% ChZT.
Utlenianie elektrochemiczne (ogniwo elektrolityczne)	Usunięcie >95% barwy. Usunięcie >95% ChZT.3.

3.4. Oczyszczanie biologiczne

Często stosuje się biologiczne reaktory membranowe (MBR) ze względu na ich wysoką skuteczność w redukcji całkowitej zawartości zawiesin stałych i barwy. Mogą one obejmować strefy beztlenowe/tlenowe w celu usuwania azotu i potasu, w przypadku gdy ich stężenia przekraczają dopuszczalne wartości dla ścieków.

3.5. Oczyszczanie trzeciego stopnia (w razie potrzeby)

Oczyszczanie trzeciego stopnia jest konieczne, jeśli zamierza się ponownie wykorzystać wodę lub gdy przepisy dotyczące zrzutu są bardzo rygorystyczne. Najczęściej stosowane technologie to:

• Adsorpcja na węglu aktywnym (FCA)
• Membrany półprzepuszczalne (nanofiltracja lub odwrócona osmoza)
• Dezynfekcja końcowa (_O₃,_Cl₂O₂, promieniowanie UV)

3.6. Gospodarka osadami

Osady z oczyszczania wstępnego i biologicznego są odwadniane w prasie filtracyjnej w celu obniżenia kosztów transportu i składowania na wysypisku, a następnie są traktowane jako odpady.

Czasami uzyskane odpady zawierają pigmenty, które można odzyskać i ponownie wykorzystać.

Schemat oczyszczalni ścieków pochodzących z barwienia i wykańczania w przemyśle tekstylnym

Prawidłowo zaprojektowana i zwymiarowana instalacja powinna spełniać następujące cele:

• Doprowadzić ścieki do poziomu zgodnego z normami zrzutu.
• Ponowne wykorzystanie wody w różnych procesach produkcji wyrobów tekstylnych (pranie, barwienie, obróbka termiczna) oraz w czynnościach związanych z czyszczeniem, nawadnianiem itp.
• Odzyskiwanie surowców rozpuszczonych w ściekach, takich jak pigmenty lub barwniki (możliwe w ramach gospodarki z osadami oddzielonymi).
• Obniżenie kosztów operacyjnych procesu produkcyjnego.
• Ograniczenie wpływu działalności przedsiębiorstw na środowisko.

4. Wnioski

Procesy barwienia i wykańczania tekstyliów powodują powstawanie ścieków o wysokim obciążeniu organicznym, intensywnym zabarwieniu, zasoleniu, zawierających złożone związki chemiczne i charakteryzujących się dużą zmiennością. Ścieki te charakteryzują się zmiennym pH, zawartością cząstek stałych w zawiesinie, substancjami powierzchniowo czynnymi, solami, a w niektórych przypadkach także metalami ciężkimi i substancjami trudno rozkładalnymi.

Jego wpływ na środowisko obejmuje zużycie tlenu w wodach przyjmujących, toksyczność dla organizmów wodnych oraz utrudnienia w funkcjonowaniu systemów oczyszczania ścieków.

W leczeniu stosuje się terapię skojarzoną, która obejmuje:

• Obróbka wstępna (przesiewanie i homogenizacja z regulacją pH)
• Oczyszczanie fizykochemiczne (koagulacja-flokulacja oraz flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF)).
• Czasami, gdy DQO nie ulega rozkładowi w procesie biologicznym, jako etap wstępny stosuje się zaawansowane procesy utleniania.
• Biologiczne oczyszczanie z wykorzystaniem membran (MBR) w celu redukcji zawartości substancji organicznych oraz, w razie potrzeby, oczyszczanie trzeciego stopnia, takie jak filtracja lub oczyszczanie membranowe. Celem jest usunięcie barwy, cząstek stałych i zanieczyszczeń, spełnienie norm dotyczących zrzutu oraz, w wielu przypadkach, ułatwienie ponownego wykorzystania wody.

Bibliografia i źródła

Oczyszczanie i ponowne wykorzystanie ścieków z przemysłu tekstylnego

Oczyszczanie ścieków w przemyśle tekstylnym: kompleksowy przewodnik po zrównoważonym procesie | Instytut Wody