海岛型超细复合纤维开纤剥离废水资源化技术研究

论文摘要

目前，全球的对苯二甲酸（TA）生产不能满足日益增长的消费需求，而海岛纤维开纤剥离废水中高浓度的TA和难降解的低聚物及各种助剂等使得海岛纤维开纤剥离废水成为纺织印染行业污染大、难处理的新型废水。本文主要研究从海岛纤维废水中回收TA资源，探讨不同的回收技术，将TA资源化利用，对各个工艺技术回收得到的TA品质等相关指标进行了探讨。得出主要的研究结论：从海岛纤维开纤剥离废水产生的过程中，研究了在不同的开纤剥离工艺情况下，纤维的失重率、废水中COD含量、TA含量的变化情况，为最佳的开纤剥离工艺找到废水中主要污染物的含量及其变化，研究认为水溶性聚酯和聚酯（COPET／PET）型海岛纤维开纤剥离工艺最佳条件为：温度为90℃、碱溶液浓度为3％、开纤时间30min，此时，纤维海成分已完全溶解，纤维的失重率为30～35％，岛成分清晰可见。开纤剥离废水中主要的污染物是TA钠盐和乙二醇（EG），废水水质和水量随开纤剥离工艺条件的变化而变化，大部分废水COD为25000mg／L，TA为18000mg／L，实验室模拟废水与工厂实际废水监测结果相符合。对开纤剥离废水进行酸析，酸析过程大致可分为三个阶段：酸析开始段、快速酸析段和酸析结束段。当pH＜3.47时，TA酸化趋于稳定，统一控制酸析pH为3。酸析过程中，随着温度的升高，沉淀比阻降低，随着加酸浓度升高，沉淀比阻增大，加酸速度太小，反应时间长，在加热搅拌过程中，溶剂水挥发很快，过长的反应时间，使溶剂损失太多，增加溶质过饱和度，产生大量微晶，适当增加搅拌强度，可以降低过饱和度，同时使大粒晶体摩擦、撞击而破碎。通过试验得出在温度为70℃左右，加酸速度在5～8ml／min，酸浓度为10～20％，搅拌速度为260～390r／min的条件下TA粒径大于45μm，容易沉淀过滤。酸析单因素对回收TA品质的影响趋势研究得出，温度升高，灰分减小，340mm透过率升高；回收TA的灰分、340nm透过率随酸浓度的升高而变差，当加酸浓度为10％时，灰分较低，340nm透过率较高；加酸速度在5ml／min时，TA在340nm处的透过率较低，灰分较高；当搅拌速度为390r／min时，回收的TA性能良好，此时回收的TA灰分为1000×10-6，340nm透过率为86.7％。通过正交实验得出酸析最佳的控制条件是温度为70℃，酸浓度10％、加酸速度4ml／min和搅拌速度为390r／min回收得到的TA品质较好。活性炭对开纤剥离废水回收的TA有很好的吸附净化效果，对TA的吸附符合Langrnuir和Freundlich等温吸附方程。Langmuir等温吸附方程为：1／q=0.0037+0.7165／Ce，相关系数R2为0.9348；Freundlich等温吸附方程为q=4.67Ce0.6167，相关系数R2为0.9308。活性炭用量对TA品质有重要的影响。对于高浓度废水来说，当活性炭用量过小时，除杂作用有限，用量过大，回收率低。为了既能充分发挥吸附净化的作用又不使TA损失过多，高浓度废水的活性炭用量最佳在6g／L左右，在适宜的炭量范围内，吸附振荡时间对净化的效果影响很大，必须在适当的时间后，杂质的去除才能饱和，高浓度废水的最佳振荡时间在60min。废水水质改变时，活性炭的用量和吸附时间对回收TA的品质有同样的影响趋势。对于自制废水，由于COD、TA浓度低、含杂量较少，最佳的使用炭量、振荡时间为4g／L和30min。工厂废水最佳的活性炭用量、振荡时间为6g／L和90min。采用由最佳酸析工艺和活性炭吸附工艺相联合的处理工艺后，可以明显改善回收TA的质量，但仅通过一种净化方法，回收的TA还会残留一些杂质，不能达到实际使用的要求，通过采用联合处理过程，将各种净化方法相结合处理后回收的TA的质量大幅提高，其中，TA灰分含量比直接酸析、优化酸析和活性炭吸附分别提高了64％，52％和43％，340nm处的透过率分别提高了25％，24％和23％，总酸含量可达到97％，酸值达到670.5mg KOH／g，部分指标甚至已达到了工业TA的标准。从废弃资源再利用的角度，分不同用途要求，研究回收再利用的TA指标，主要提出了TA的外观、纯度、总酸含量、酸值、灰分、色泽和光密度等指标，为TA资源化提供一些参考。从环境、经济和社会三个方面分析了从海岛纤维废水中回收TA的效益，研究指出回收TA符合循环经济和可持续发展的方针。

论文目录

• 论文使用的主要缩略语和符号含义
• 论文图表对照
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 海岛纤维特征及应用
• 1.1.1 海岛纤维的特征
• 1.1.2 海岛纤维的应用
• 1.2 海岛纤维开纤剥离废水的产生及水质特征
• 1.2.1 海岛纤维开纤剥离工艺
• 1.2.2 海岛纤维开纤剥离废水的产生
• 1.2.3 海岛纤维开纤剥离废水的水质特征
• 1.3 含TA废水的处理技术
• 1.3.1 物化处理技术
• 1.3.2 生化处理技术
• 1.3.3 物化——生化联合处理技术
• 1.4 海岛纤维开纤剥离废水处理技术
• 1.4.1 利用开纤剥离废水中碱液
• 1.4.2 开纤剥离废水与印染废水混合处理
• 1.4.3 回收开纤剥离废水中的TA
• 1.5 回收TA的研究进展
• 1.5.1 研究现状
• 1.5.2 存在问题
• 1.6 本文研究目的和内容
• 1.6.1 研究目的及意义
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 海岛纤维开纤剥离废水性质研究
• 2.1 前言
• 2.2 模拟海岛纤维开纤剥离废水
• 2.2.1 实验方法
• 2.2.2 实验材料
• 2.2.3 实验材料、仪器
• 2.2.4 测定项目与分析方法
• 2.2.5 实验结果与分析
• 2.2.6 实验结论
• 2.3 海岛纤维开纤剥离废水水质监测
• 2.4 本章小结
• 第三章 TA酸析过程研究
• 3.1 引言
• 3.2 TA的酸析机理
• 3.2.1 TA的物理和化学参数
• 3.2.2 TA在水中的溶解度曲线
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 实验材料、仪器
• 3.3.4 测定项目与分析方法
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 废水中TA与pH关系的滴定曲线。
• 3.4.2 酸析温度对沉淀的影响
• 3.4.3 酸析浓度对沉淀的影响
• 3.4.4 加酸速度对沉淀的影响
• 3.4.5 搅拌速度对沉淀的影响
• 3.4.6 酸析回收TA的图谱
• 3.5 结论
• 第四章 酸析工艺优化
• 4.1 序言
• 4.2 实验
• 4.2.1 试验仪器与材料
• 4.2.2 试验方案
• 4.2.3 品质指标测定方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 单因素实验分析
• 4.3.2 酸析正交实验结果
• 4.3.3 酸析正交实验方差分析
• 4.3.4 不同浓度废水的酸析回收TA比较
• 4.4 结论
• 第五章 活性炭吸附工艺研究
• 5.1 序言
• 5.2 实验
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 分析项目与测定方法
• 5.2.5 数据分析和质量保证
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 活性炭对TA的吸附
• 5.3.2 活性炭吸附平衡实验
• 5.3.3 活性炭用量对回收TA品质的影响
• 5.3.4 活性炭吸附时间对回收TA品质的影响
• 5.3.5 吸附净化后回收的TA和直接酸析回收的TA比较
• 5.3.6 红外谱图分析比较
• 5.3.7 活性炭吸附不同废水水质对TA产品的影响
• 5.4 结论
• 第六章 开纤剥离废水回收高纯度TA技术研究
• 6.1 序言
• 6.2 废水处理工艺路线设计
• 6.3 回收TA的品质分析
• 6.4 回收TA的红外圈谱分析
• 6.5 回收TA的TGA图谱分析
• 6.6 结论
• 第七章 回收TA的指标研究
• 7.1 序言
• 7.2 指标的确定
• 第八章 开纤剥离废水回收TA效益的分析
• 8.1 循环经济与资源化
• 8.2 经济效益分析
• 8.3 环境效益分析
• 8.4 社会效益分析
• 第九章 结论
• 9.1 结论
• 9.2 课题的创新性
• 9.3 建议
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文
• 致谢