ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ОЛіЙНиК ГАЛИНА СТЕПАНІВНА

УДК 677.628.34

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ФАРБУВАННЯ СІРЧИСТИМИ БАРВНИКАМИ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ОЧИЩЕНИХ СТІЧНИХ ВОД

Спеціальність 05.19.03 - технологія текстильних матеріалів

АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

ХЕРСОН - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Михайлик Віктор Дмитрович,

Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри екології і безпеки життєдіяльності.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Міщенко Ганна Володимирівна, Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри фізичної та неорганічної хімії;

кандидат технічних наук, доцент Кулаков Олександр Іванович, Хмельницький національний університет, доцент кафедри хімічної технології.

Провідна установа:

Львівська комерційна академія, кафедра товарознавства непродовольчих товарів, Центральна спілка споживчих товариств України, м. Львів.

Захист відбудеться “23” червня 2005р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м.Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1, ауд. 223.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий “20” травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищений інтерес до використання сірчистих барвників для текстильних підприємств із великим, малим і середнім обсягами виробництва пояснюється їх низькою вартістю, нескладною технологією, задовільною стійкістю забарвлень до фізико-хімічних дій і рядом інших переваг.

На теперішній час в світовій практиці кольорування текстильних матеріалів сірчисті барвники використовуються не тільки для фарбування традиційного для них асортименту (підкладочні тканини, армійське обмундирування), але і джинсових тканин, спортивного трикотажу, сорочок чоловічих, нетканих текстильних матеріалів. Проте складність очистки сіромістких стічних вод стримує більш широке їхнє застосування.

Таким чином, підвищення ефективності технології фарбування сірчистими барвниками із застосуванням очищених стічних вод є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася у відповідності з перспективним планом науково-дослідної держбюджетної НДР за темою: “Зниження розходу технічної води в опоряджувальному виробництві текстильної промисловості” з реєстраційним номером 0105U001034, що проводилася з 1999 по 2004 р.

Робота відповідає пріоритетним напрямкам розвитку науки і техніки України та фундаментальній темі “Підвищення економічності та екологічності використання сировинних і енергетичних ресурсів” з реєстраційним номером 0105U001033, що виконується з 2001 по 2005 р.

Особистий внесок автора полягає в дослідженні фізіко-хімічних процесів фарбування сірчистими барвниками бавовняних тканин з використанням очищеної стічної води і вдосконаленні технології фарбування сірчистими барвниками бавовняних тканин.

Мета і задачі дослідження. Фізико-хімічне обґрунтування і вдосконалення технології кольорування бавовняних текстильних матеріалів сірчистими барвниками при повторному використанні очищеної стічної води.

Для досягнення поставленої мети було намічено вирішити наступні завдання:

- дослідження фізико-хімічних процесів фарбування сірчистими барвниками з використанням очищеної стічної води;

- оптимізація технології фарбування бавовняних тканин сірчистими барвниками на основі застосування математичного планування експерименту;

- визначення колористичних характеристик і стійкості забарвлень до фізико-механічних дій при фарбуванні сірчистими барвниками по періодичному та безперервному способах з використанням очищеної стічної води;

- розрахунок і техніко-економічне обґрунтування процесу фарбування сірчистими барвниками з використанням очищених стічних вод.

Об'єкт дослідження – технологія фарбування сірчистими барвниками бавовняних тканин.

Предмет дослідження – сірчисті барвники.

Методи досліджень. При вирішенні поставлених завдань керувалися комплексним підходом до об’єкту і предмету дослідження. В дисертаційній роботі використані сучасні теоретичні та експериментальні методи досліджень.

Зміну складу барвників в очищеній стічній воді, вибираємість, дифузію всередину волокна вивчали на основі використання колориметричних методів. Радіус бавовняного волокна визначали мікроскопічним методом. Колористичні характеристики пофарбованих тканин визначали за допомогою кольоровимірювального комплексу, до складу якого входять: спектрофотометр Macbeth, Division of Rollmorgen Instruments Corporation, IBM – сумісний персональний комп’ютер, пакет прикладних програм для вирішення завдань виробничої колористики.

Оцінка якості очищених стічних вод проводилась у відповідності з державними стандартами. Оптимізацію процесу очистки стічних вод і фарбування сірчистими барвниками здійснювали методом математичного планування експерименту. При обробці експериментальних даних використовували кореляційно-регресивний аналіз, сучасну обчислювальну техніку та пакети прикладних програм “Numeri” і табличний процесор MS Excel.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше показано інтенсифікуючий вплив на процес фарбування бавовняних тканин сірчистими барвниками води, що піддається очистці при використанні вдосконаленого розподільчого пристрою та об'єднання процесів коагуляції та флотації;

- встановлено, що застосування очищеної стічної води в співвідношенні 1:1 з технічною сприяє оптимізації рН робочого фарбувального розчину при фарбуванні сірчистими барвниками;

- знайдено оптимальне співвідношення сумарної площі отворів до загальної площі розподільчого пристрою флотатора, що забезпечує ефективну очистку води від барвників та інших зважених речовин.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

- підвищенні ефективності технології фарбування сірчистими барвниками із застосуванням очищеної стічної води, що дозволяє при повторному використанні знизити витрати технічної води відповідно до фарбувальної лінії ЛКС-140 на 50% і становить 64,4 тис. м3 на рік;

- знижені собівартості фарбування сірчистими барвниками бавовняних тканин на 74,6 грн. на тисячу метрів в умовах ВАТ „Текстерно” (м. Тернопіль);

- вдосконалену технологію фарбування сірчистими барвниками бавовняних тканин апробовано на ВАТ “Текстерно” (м.Тернопіль). Акти від 29.11.2004 р. і 30.11.2004 р.

В цілому від впровадження запропонованого інноваційного проекту економічний ефект за рахунок зниження витрат на воду буде становити 214,4 тис. грн. на рік для ВАТ „Текстерно” (м. Тернопіль).

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та обґрунтуванні завдань дослідження, у вивченні та критичному аналізі науково-технічної та патентної літератури, а також виробничого досвіду в області обробки текстильних матеріалів, екологічних проблем опоряджувального виробництва, шляхів їх вирішення, теоретичному обґрунтуванні можливості фарбування сірчистими барвниками з використанням очищеної стічної води, виконанні експериментальних досліджень, науковому обґрунтуванні результатів і формулюванні висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи та окремі її результати доповідались на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Екологія і економіка” (м. Львів, 1997 р.), конференції “Наукові праці молодих вчених і студентів” (м. Київ, 1997 р.), Х науково-технічній конференції “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (м. Хмельницький, 2003р.); наукових семінарах кафедри хімічної технології Хмельницького національного технічного університету (м. Хмельницький, 2004 р.), наукових семінарах кафедри хімічної технології та дизайну волокнистих матеріалів і кафедри екології та безпеки життєдіяльності Херсонського національного технічного університету (м. Херсон, 2005 р.); на науковому семінарі кафедри товарознавства непродовольчих товарів Львівської комерційної академії (м. Львів, 2005 р.).

Публікації по темі дисертаційного дослідження включають 5 найменувань, у тому числі: 3 статті в наукових фахових журналах, 2 патенти України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, списку використаних джерел, додатків.

Дисертація містить сторінок машинописного тексту, таблиць - 30, малюнків - 12, найменувань літературних джерел - 132. Обсяг додатків - 19 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовано мету та завдання досліджень, визначено наукову новизну та практичне значення роботи.

У першому розділі приведена характеристика сірчистих барвників і особливості їхнього застосування. Визначено проблеми використання сірчистих барвників і намічено напрямки їх вирішення.

На теперішній час клас сірчистих барвників переживає відродження за рахунок:

- розширення кольорової гамми (всі кольори спектру від жовтого до чорного);

- створення більш зручних у виробництві водорозчинних випускних форм;

- підвищення екологічності технологій.

До переваг сірчистих барвників відносять можливість фарбування текстильних матеріалів в різних формах: волокно, пряжа, тканина, трикотаж та ін. по безперервній, періодичній, напівбезперервній технології.

На теперішній час сірчисті барвники потіснили кубові, а в деяких випадках і активні барвники, яким вони поступаються за яскравістю та стійкістю забарвлень.

Розглянуто використання очищених стічних вод як напрямок до підвищення ефективності та екологічної чистоти технології фарбування сірчистими барвниками.

У другому розділі викладено загальну методику та основні методи досліджень. Наведено характеристики сполук та матеріалів, що використовувались у роботі; описані методи досліджень та математичної обробки одержаних результатів.

В третьому розділі викладені результати експериментальних досліджень, їх теоретичне обґрунтування.

На підставі проведених досліджень обґрунтована доцільність застосування локального флотаційного методу очистки стічних вод в опоряджувальному виробництві, зокрема при фарбуванні бавовняних тканин сірчистими барвниками.

Відзначено, що скорочення витрат води на виробничі потреби є однією з найважливіших проблем, якій у всьому світі приділяється велика увага. Так, наприклад, відомо, що в США об’єм стічних вод з опоряджувальних виробництв становить 2,4 млн. м3 на день або 681000 млн. м3 на рік, тоді як вітчизняні текстильні підприємства перевищують ці норми в 5-10 разів. Тому дана робота присвячена вирішенню цієї проблеми.

Вдосконалення розподільчого пристрою флотатора шляхом оптимізації співвідношення сумарної площі отворів до загальної площі розподільчого пристрою флотатора дозволило забезпечити рівномірне розподілення стиснутого повітря, ефективну флотаційну очистку. Удосконалена конструкція розподільчого пристрою захищена патентом України.

Підвищення якості очистки стічних вод безпосередньо залежить від правильного вибору коагулянту та флокулянту.

Вибір сульфату алюмінію в якості коагулянту оснований на властивостях катіону алюмінію. А саме при його використанні досягається: забезпечення необхідного pН фарбувального розчину та підвищення вмісту катіону алюмінію в очищеній стічній воді. Оскільки поляризуючі групи іону алюмінію звернені в напрямку поверхні волокна, було зроблено припущення, що катіони алюмінію сприяють зниженню величини о - потенціалу поверхні волокон, враховуючи це, можна очікувати збільшення сорбції барвника волокном.

В результаті вивчення ряду солей неорганічної та органічної природи в якості флокулянту було вибране мило господарське 60%. Ефективність його дії в порівнянні з раніше використовуваними флокулянтами підтверджена патентом України.

Вивчення залежності ефективності очистки від часу очистки при роздільному та об'єднаному введенні коагулянту та флокулянту показало, що найбільш сприятливими умовами очистки стічних вод є роздільна подача коагулянту та флокулянту.

Методом математичного планування експерименту встановлено оптимальні технологічні параметри процесу очистки: питомі витрати стиснутого повітря на очистку – 8,4 м3/м2 годину, тиск стиснутого повітря – 0,5 мПа, час очистки 27 хв.

Проведено аналіз якості очистки стічних вод Тернопільського ВАТ “Текстерно”. Результати досліджень представлені в табл.1.

Таблиця 1

Показники якості стічних вод до і після очистки

№ п/п | Показники стічних вод | Одиниці виміру | ГДК | Стічні води до очистки | Стічні води після очистки

1 | рН | 11-12 | 9,5-11

2 | Завислі речовини | мг/л | 60-80 | 520-560 | 5,0-5,4

3 | Зольність завислих речовин | % | 1,5-2 | 62-67 | 0,58-0,66

4 | Сухий залишок | мг/л | 200-300 | 810-2200 | 14-20

5 | Зольність сухого залишку | % | 3-5 | 70-75 | 0,72-0,78

6 | Барвники | мг/л | 1,2-1,4 | 21,6 | 0,65

7 | ПАР | мг/дм3 | 2 | 3,8 | 1,8

8 | ХПК | мг/л | 260-320 | 620-660 | 300-320

9 | БПК5 | мг/л | 120-160 | 340-400 | 126-170

10 | Загальна твердість | мг*екв*л | 2,7-3 | 5-6 | 3

11 | Вміст іонів кальцію | мг/л | 62-64 | 100-106 | 60-62

12 | Вміст іонів магнію | мг/л | 36-38 | 60-61 | 37-39

13 | Вміст іонів заліза | мг/л | 0,1 | 0,1 | 0,06

14 | Сульфати [Al2(SO4)3] | мг/л | 190-200 | 240-360 | 210-215

15 | Хлориди | мг/л | 280-350 | 350-400 | 240-250

16 | Кольоровість води | град. | не більше 10 | 40-42 | 3-3,6

17 | Мутність води | мг/л | не більше 2 | 4 | 0,36

Аналіз якості очищеної стічної води (табл. 1) показує, що за основними показниками: ХПК, БПК, твердість, кольоровість, мутність і pН очищена стічна вода задовольняє встановленим вимогам використання її в процесах фарбування сірчистими барвниками.

Для часткової та повної очистки стічних вод опоряджувального виробництва, а саме для Тернопільського ВАТ “Текстерно” запропонована технологічна лінія, виконана за принципом блочної компоновки, яку пропонується встановити в фарбувальному цеху. У технологічній лінії передбачений адсорбер, тому очищені стічні води після процесу фарбування сірчистими барвниками не є шкідливими.

Схема технологічної лінії для очистки стічних вод опоряджувальних виробництв представлена на рис. 1.

6

ІІ

І

|

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | IV

V III

Рис. 1. Схема технологічної лінії:

1 – колектор;

2 – флотатор;

3 - адсорбер (активоване вугілля);

4 – фільтр;

5 – колектор;

6 – дозатор.

Очистка стічних вод включає наступні операції: осадження розчинених речовин; флокуляцію-коагуляцію; адсорбцію; флотацію.

Вивчено вплив очищеної стічної води на процес фарбування сірчистими барвниками по періодичному способу. Для фарбування сірчистими барвниками в чорний, синій і коричневий кольори використовували бавовняну тканину “діагональ” арт. 3022. Пофарбовані тканини аналізували на стійкість до фізико-хімічних дій. Отримані результати представлені в табл. 2.

Таблиця 2

Стійкість забарвлень до фізико-хімічних дій, бали

Барвник | до прання №1 | до “поту” | До тертя сухого

т. в. | о. В. | т. в. | о. в. | Т. в. | о. в.

Сірчистий чорний К | 4/5/5 | 4/5/5 | 5/5/5 | 5/5/5 | 3/3 | 3/3

Сірчистий синій З | 5/5/5 | 5/5/5 | 5/4/5 | 5/5/5 | 3/3 | 3/3

Сірчистий коричневий ЖП | 5/4/5 | 5/4/5 | 5/5/5 | 5/5/5 | 3/3 | 3/3

т.в. – технічна вода; о.в. – очищена стічна вода.

Аналіз даних, які характеризують стійкість забарвлень до фізико-хімічних дій, свідчить про те, що показники стійкості забарвлень до прання та поту при використанні у фарбуванні очищеної стічної води як і при використанні технічної води можна вважати ідентичними, а до сухого тертя - задовільними. Отже, очищена стічна вода не погіршує стійкості забарвлень до фізико-хімічних дій.

Для характеристики інтенсивності забарвлень використовували функцію Гуревича - Кубелки - Мунка (K/S):

(1)

де Rл - коефіцієнт відбиття пофарбованої тканини на відповідному світлофільтрі (по лицьовій стороні тканини);

Rо - коефіцієнт відбиття непофарбованої тканини.

Коефіцієнти відбиття тканини вимірювали на “SPEKOL-10”.

Дані досліджень інтенсивності пофарбованої тканини представлені в табл. 3.

Таблиця 3

Інтенсивність забарвлень, отриманих з використанням

очищеної стічної води

Барвники | Технічна вода | Очищеная вода

R, % | К/S | R, % | К/S

Сірчистий синій З | 5,8 | 7,65 | 5,6 | 7,95

Сірчистий чорний К | 6,5 | 6,7 | 6,7 | 6,49

Сірчистий коричневий ЖП | 5,1 | 8,83 | 5,3 | 8,46

Як видно з даних табл. 3, значної різниці в інтенсивності забарвлень не спостерігається між зразками тканин, пофарбованими з використанням звичайної технічної води та за допомогою очищеної, однак інтенсивності кольору (показника K/S) явно недостатньо для оцінки кольору, у відповідності з чим необхідно оцінити всі характеристики кольору.

В табл. 4 представлені дані, які характеризують вплив очищеної стічної води на зміни характеристик кольору, розрахованих у системі СIELab МКО. За вихідний еталон була прийнята тканина, пофарбована з використанням технічної води.

Аналіз даних, наведених у табл. 4, показує, що очищена стічна вода, не зважаючи на незначний вплив на інтенсивність забарвлень, викликає зміну кольору зразків тканини, про що свідчить значення загальної різниці кольору dЕ. Слід зазначити, що значна зміна dЕ викликана не тільки зміною світлоти, але й зміною чистоти забарвлень.

Чистота забарвлень (насиченість) зразків, пофарбованих з використанням очищеної стічної води є значно вищою, причому відтінок змінюється незначно. Це може бути оцінено як позитивний факт не тільки з позиції колористичних показників, але й з позиції стійкості забарвлень до фізико-хімічних дій.

Таблиця 4

Вплив очищеної стічної води на зміну

колористичних показників пофарбованої тканини

Барвник | Джерела світла | Характеристики кольору в системі СIELab MKO

dЕ | dL | dS | dH | Зразок

Сірчистий чорний К | Д-65/10

А/10

F 11/10 | 6,83

7,19

6,71 | 444

3,39

3,55 | 4,47

5,62

5,20 | -2,64

-2,94

-2,32 | світліше чистіше синіше

світліше чистіше зеленіше

світліше чистіше синіше

Сірчистий синій З | Д-65/10

А/10

F 11/10 | 1,59

1,60

1,59 | 1,38

1,26

1,32 | 0,79

0,98

0,88 | 0,15

0,05

0,13 | світліше чистіше синіше

світліше чистіше

світліше чистіше синіше

Сірчистий коричневий ЖП | Д-65/10

А/10

F 11/10 | 3,80

3,90

3,86 | 2,83

2,94

2,97 | 1,82

1,79

1,93 | 1,76

1,84

1,54 | світліше чистіше жовтіше

світліше чистіше жовтіше

світліше чистіше жовтіше

Метамірна різниця між зразками тканин, пофарбованими із застосуванням технічної та очищеної стічної води є незначною. Таким чином, очищена стічна вода немає негативного впливу на колористичні показники тканин, пофарбованих по періодичному способу.

Кінцевою метою процесу фарбування є одержання рівномірного та яскравого забарвлення із заданими спектральними властивостями (колір, його інтенсивність, яскравість, відтінок), що ґрунтується на явищі массоперенесення барвника із зовнішнього середовища у волокно. Міжфазне перенесення барвника складається з дифузії барвника в зовнішній фазі (середовищі) до поверхні волокна, сорбції барвника на зовнішній поверхні волокна, дифузії в волокні та сорбції на внутрішній поверхні волокна. Міжфазне массоперенесення барвника закінчується фіксацією барвника на внутрішній поверхні волокна, швидкість якої теоретично може залежати від кінетики протікання кожної з 4-х перерахованих стадій. В зв’язку з тим, що в очищеній стічній воді присутні іони сульфату алюмінію та поверхнево-активні речовини, представляло інтерес вивчити їх вплив на швидкість дифузії барвників всередину волокна та на сорбцію барвників волокном.

В даній роботі (рис. 2 - 4) представлені кінетичні криві, які характеризують кінетику сорбції сірчистих барвників бавовняним волокном при фарбуванні з використанням технічної та очищеної стічних вод.

Порівняння даних, які характеризують сорбцію барвників з використанням звичайної технічної води та очищеної стічної води показує, що сорбція зростає при використанні очищеної води протягом всього інтервалу часу дослідження процесу фарбування.

Так, наприклад, у випадку фарбування сірчистим чорним К сорбція барвника, з використанням очищеної води, підвищується при мінімальному часі фарбування (60 с) в 3 рази, а при максимальному (3600 с) - в 1,3 рази.

Сорбція сірчистого коричневого ЖП підвищується в 1,5 рази. Менший ефект досягається при фарбуванні сірчистим синім З. Нерівнозначність у підвищенні сорбційних властивостей барвників, на наш погляд, можна пояснити їх різною хімічною будовою, а також спорідненістю до целюлозного волокна.

Коефіцієнти дифузії сірчистих барвників у бавовняне волокно визначали використовуючи два методи: метод багатошарових мембран і метод аналізу кривих кінетики сорбції (метод половинного фарбування).

Розрахунок коефіцієнтів дифузії проводили за формулою Фіка (метод визначення дифузії за часом половинного фарбування):

, (2)

де r - радіус волокна;

t1/2- час половинного фарбування;

вр – рівноважне вибирання барвника.

Радіус бавовняного волокна визначали мікроскопічним методом за допомогою окулярного мікрометра МОВ – 1-15х на мікроскопі БІОЛАМ С-11, величина якого становить м.

На основі аналізу даних, які характеризують кінетику сорбції барвників, був зроблений розрахунок коефіцієнта дифузії за часом половинного фарбування та по методу багатошарових мембран.

Аналіз отриманих даних, представлених в табл. 5 і табл. 6, свідчить про те, що застосування очищеної стічної води при фарбуванні бавовняної тканини сірчистими барвниками не знижує коефіцієнт дифузії.

Обидва методи: метод половинного фарбування та метод багатошарових мембран дають приблизно однакові значення коефіцієнтів дифузії для бавовняних тканин з використанням очищеної води, що підтверджує достовірність результатів дослідження.

Таким чином, аналіз отриманих даних (табл. 5 - 6) свідчить про те, що виходячи з величини коефіцієнту дифузії, застосування очищеної води не сприяє його підвищенню, як це мало місце в процесі сорбції барвника волокном.

Приймаючи до уваги те, що фарбування сірчистими барвниками на виробництві, в основному, здійснюється по безперервному способу, в даній роботі досліджено вплив очищеної стічної води на процес фарбування і на якісні показники тканин, яке проводилося на Тернопільському ВАТ “Текстерно” по плюсовочно-запарному способу на лінії ЛКС-140.

Таблиця 5

Коефіцієнти дифузії сірчистих барвників в

бавовняне волокно при використанні очищеної води

Барвник | технічна вода | очищена вода

, % | Д, см2/с | , % | Д, см2/с

т. в. | т. в. | т. в. | о. в. | о. в. | о. в.

Сірчистий чорний К | 27 | 350 | 0,642· 10-11 | 36 | 300 | 0,607· 10-11

Сірчистий синій З | 23 | 240 | 1,02· 10-11 | 25 | 220 | 1,07· 10-11

Сірчистий коричневий ЖП | 31 | 320 | 0,639· 10-11 | 46 | 240 | 0,61· 10-11

Таблиця 6

Коефіцієнти дифузії, розраховані за методом багатошарових мембран

Барвник |

Глибина проникнення

, см | Час фарбування

, с | Коефіцієнт дифузії

D·1011, (см2/с)

Сірчистий

чорний К |

1,21·10-3 |

3600 |

0,596· 10-11

Сірчистий

Синій З |

0,48·10-3 |

3600 |

1,01· 10-11

Сірчистий

коричневий ЖП |

0,25·10-3 |

3600 |

0,574· 10-11

На очищеній стічній воді готували маточні, робочі та підпитуючі розчини. На пофарбованій тканині („діагональ”, арт. 3022) визначали стійкість забарвлень до фізико-хімічних дій (табл. 8), інтенсивність забарвлення (табл. 9) і колористичні показники (табл. 10).

Аналіз даних (табл. 7), які характеризують стійкість забарвлень до фізико-хімічних дій для тканин, пофарбованих сірчистими барвниками, свідчить про те, що стійкість забарвлень тканин до прання при 400С та до поту становить 4-5 балів, незалежно від того, на якій воді здійснювалося фарбування (на звичайній технічній, чи очищеній).

Стійкість забарвлень до сухого тертя при фарбуванні сірчистим чорним К не перевищує 3 бали, незалежно в якій воді проводилось фарбування. Стійкість забарвлень до хімічного чищення оцінюється високим показником – 5 балів. До сухого, вологого прасування та прасування із запарюванням стійкість забарвлень становить 4-5 балів.

Таблиця 7

Стійкість забарвлень до фізико-хімічних дій

Барвник | до прання №1 | до “поту” | до сухого тертя | до хімічного чищення | до прасування

сухого | воло-

гого | з запарю-

ванням

т. в | о. в | т. в | о. в | т. в | о. в | т. в | о. в | т. в | о. в | т. в | о. В | т. в | о. в

Сірчистий

чорний К | 4/5/4 | 4/4/4 | 4/4/4 | 4/4/4 | 3/3 | 3/3 | 5/5/5 | 5/5/5 | 5 | 5 | 4/4 | 5/5 | 5/4 | 5/4

Сірчистий

синій З | 4/4/4 | 4/5/5 | 4/4/4 | 4/4/5 | 3/3 | 3/3 | 5/5/5 | 5/5/5 | 5 | 5 | 4/4 | 4/4 | 5/5 | 5/5

Даючи загальну оцінку, можна стверджувати, що використання очищеної стічної води при фарбуванні сірчистими барвниками по безперервному способу немає негативного впливу на фізико-хімічні показники пофарбованих тканин.

Таблиця 8

Інтенсивність забарвлень, отриманих з використанням очищеної стічної води

Барвник | Технічна вода | Очищена вода

R, % | К/S | R, % | К/S

Сірчистий чорний К | 6,9 | 6,28 | 7,0 | 6,18

Сірчистий синій З | 6,1 | 7,23 | 6,2 | 7,09

Як свідчать представлені в табл. 8 дані, інтенсивність забарвлень K/S у зразків, пофарбованих з використанням очищеної стічної води незначно відрізняється від інтенсивності забарвлень зразків тканин, пофарбованих з використанням технічної води.

Аналіз даних, які характеризують колористичні показники пофарбованих зразків, наведених у табл. 9, показує, що загальна різниця кольору dЕ (як по кольору, так і по світлості), є незначною, тобто очищена стічна вода не має негативного впливу на колористичні показники.

Метамірна різниця в зразках, пофарбованих з використанням технічної та очищеної стічних вод, є невеликою.

Чистота забарвлень (насиченість) зразків, пофарбованих з використанням очищеної стічної води є значно вищою, причому зміна відтінку є незначною (табл. 9).

Таблиця 9

Змінення колористичних показників тканин,

пофарбованих з використанням очищеної стічної води

Барвник | Джерела світла | Характеристики кольору в системі СIELab MKO

dЕ | dL | dS | dH | Зразок

Сірчистий чорний К | Д-65/10

А/10

F 11/10 | 2,67

2,97

2,69 | 1,34

0,78

0,90 | 2,19

2,69

2,48 | -0,74

-1,01

-0,53 | світліше чистіше зеленіше

світліше чистіше зеленіше

світліше чистіше зеленіше

Сірчистий синій З | Д-65/10

А/10

F 11/10 | 2,50

2,49

2,48 | 2,27

2,11

2,18 | 0,53

0,57

0,73 | -0,84

-1,19

-0,93 | світліше чистіше синіше

світліше чистіше синіше

світліше чистіше синіше

Таким чином, на основі отриманих колористичних показників пофарбованих тканин, інтенсивності пофарбувань та стійкості забарвлень до фізико-хімічних дій можна вважати, що очищена стічна вода немає негативного впливу на якість пофарбованих тканин при застосуванні безперервного способу.

З метою оптимізації технологічного процесу фарбування сірчистими барвниками з багаторазовим використанням очищеної стічної води використали метод математичного планування - повний факторний експеримент.

В результаті досліджень одержали наступні математичні моделі:

для сірчистого чорного К:

K/S = 44,249-1,931х1-5,464х2-1,453х1х2--1,016х12-13,789х22, (3)

для сірчистого синього З:

K/S =5,966-0,111х1-0,254х2-0,077х1х2-0,195х12-0,733х22, (4)

Максимізація математичних моделей по вихідному параметру показує, що максимальне значення інтенсивності забарвлень можна одержати при наступних значеннях факторів:

- доля використання очищеної стічної води у фарбувальній ванні повинна становити 45%;

- кількість циклів використання - 3 рази.

Екологічна ефективність застосування очищених стічних вод обумовлена безпосереднім скороченням витрат стічних вод. Результати техніко-економічного розрахунку повторного використання очищених стічних вод представлені в табл. 10.

Таблиця 10

Показники ефективності використання очищених

стічних вод в результаті впровадження інноваційного проекту

Показники | Базовий варіант | Запропоно-ваний варіант

1.

-

-

560

128800 |

280

64400

2. Витрати води на 1000 метрів тканини, м3 | 11,6 | 5,8

3. Вартість 1м3 води технічної разом із промисловими стоками, грн. | 2,46 | 1,61

4. Вартість води на 1000 метрів тканини, грн. | 30,16 | 18,6

5. Економічний ефект за рахунок зменшення використання технічної води, тис. грн. /рік | - | 214,4

6. Вартість флотаційної установки, грн. | - | 35743

7. Вартість реагентів для очистки стічних вод, грн./рік | - | 1875

8. Вартість адсорбера, грн. | - | 21391

9. Вартість адсорбенту (активованого вугілля) і витрати на його регенерацію, грн. /рік | - | 1200

Як видно з табл. 10, економічний ефект для текстильного підприємства тільки за рахунок зменшення кількості технічної води на 64400 м3 складе 214,4 тис. грн. при випуску продукції 11137 тис. м. на рік. Розрахунок зроблений за даними Тернопільського ВАТ “Текстерно” станом на 24 грудня 2004 року.

ВИСНОВКИ

1. Вдосконалено технологію кольорування бавовняних тканин сірчистими барвниками. Запропонована технологія дозволяє отримати забарвлення на тканинах, що характеризуються стійкістю до фізико-хімічних дій, високими колористичними показниками, сприяє зниженню собівартості та підвищенню конкурентноздатності вітчизняної текстильної продукції за рахунок використання очищених стічних вод.

2. На основі визначення оптимального співвідношення сумарної площі отворів до загальної площі розподільчого пристрою флотатора та правильного вибору коагулянту та флокулянту досягнуто високого ступеня очистки стічної води.

3. Методом математичного планування експерименту встановлено триразову можливість застосування очищеної стічної води при фарбуванні сірчистими барвниками.

4. За допомогою кольоровимірювального комплексу визначено характеристики кольору забарвлень при фарбуванні бавовняної тканини сірчистими барвниками і показано, що загальні характеристики кольору при застосуванні очищеної стічної та технічної води є ідентичними, що є доказом можливості повторного застосування очищеної стічної води.

5. Показано, що після очистки води, використаної для фарбування сірчистими барвниками, її склад за рахунок присутності іонів сульфату алюмінію та ПАР проявляє інтенсифікуючий вплив на процес сорбції барвника волокном, а саме, вибираємість у сірчистих чорного К та коричневого ЖП зростає на 9-15% відповідно.

6. Зроблено екологічну оцінку запропонованої технології фарбування сірчистими барвниками: показано, в якій мірі зменшується екологічне навантаження опоряджувального виробництва на оточуюче середовище при використанні очищеної стічної води.

7. Розрахунок економічної ефективності вдосконаленої технології фарбування сірчистими барвниками показав, що при повторному використанні очищеної стічної води в кількості 50% дозволить підприємству заощаджувати 214, 4 тис.грн. на рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Михайлик В.Д., Олійник Г.С. Очищення стічних вод флотацією – перспективний шлях до зменшення забруднень текстильних виробництв //Вісник Технологічного університету Поділля. – 1997. - №1. – С. 7-10. Особистий внесок: запропоновано та обґрунтовано перспективний напрямок до зменшення забруднень текстильних виробництв завдяки використанню флотаційного методу очистки стічних вод; в ролі робочого агенту запропоновано використання повітря.

2. Олійник Г.С., Кулігіна М.С., Михайлик В.Д. Оптимізація технології фарбування сірчистими барвниками на основі використання математичного планування експерименту //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.–2004.-№ 2.–С.98-102. Особистий внесок: досліджено оптимізацію технології фарбування сірчистими барвниками за рахунок використання математичного планування експерименту.

3. Олійник Г.С., Михайлик В.Д., Кулігіна М.С. Дослідження кінетичних характеристик процесу фарбування сірчистими барвниками із застосуванням очищеної стічної води //Вісник Хмельницького національного університету.–2005. - № 1. – С. 209-211. Особистий внесок: досліджено кінетику процесу сорбції сірчистих барвників бавовняним волокном при використанні очищеної стічної води.

4. Патент 49058 UA Україна, 7B01J8/44. Розподільчий пристрій флотатора для подачі стисненого повітря /Олійник Г.С., Михайлік В.Д.; № 99095319; Заявка 28.09.1999; Опубл. 16.09.2002. Бюл. №9. – 2 с. Особистий внесок: розробка розподільчого пристрою флотатора для подачі стисненого повітря, який запропоновано для підвищення ефективності флотаційної очистки стічних вод.

5. Патент 51782 UA Україна, 7С02F1/24 Спосіб очистки стічних вод /Олійник Г.С.; № 99095324; Заявка 28.09.1999; Опубл. 16.12.2002. Бюл. №12. – 2 с. Особистий внесок: розроблено спосіб очистки стічних вод текстильних підприємств.

6. Олійник Г.С., Михайлик В.Д. Опорядження текстильних матеріалів із застосуванням очищених стічних вод // Матеріали конференції „Наукові праці молодих вчених та студентів”. – Ч. 2. – К.: ДАЛП. – 1997. – С. 8. Особистий внесок: досліджено вдосконалення технології обробки текстильних матеріалів з використанням очищених стічних вод.

7. Михайлик В.Д., Камбург В.Г., Олійник Г.С. Підвищення ефективності флотаційного очищення стоків від поверхнево-активних речовин та нафтопродуктів //Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції „Екологія і економіка”. – Львів: ЛДУ і ЛКА. – 1997. – С.140. Особистий внесок: досліджено збільшення ефективності очищення стоків (стічних вод) від поверхнево-активних речовин і нафтопродуктів (у т.ч. від барвників, зважених речовин, масла і т.п.) за рахунок флотаційного способу очистки; досліджені режимні та конструктивні параметри процесу.

8. Олійник Г.С., Михайлик В.Д. Оптимізація технології фарбування бавовняних тканин сірчистими барвниками //Матеріали Х науково-технічної конференції „Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”. – Хмельницький: ХДТУ. – 2003. – С. 9. Особистий внесок: запропоновано оптимізацію технології фарбування бавовняних тканин сірчистими барвниками на основі використання методу математичного моделювання.

Анотація

Олійник Галина Степанівна. Підвищення ефективності технології фарбування сірчистими барвниками із застосуванням очищених стічних вод. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. – Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2005 р.

В дисертаційній роботі наведені результати теоретичних, експериментальних, практичних досліджень виконаних з метою підвищення ефективності технології фарбування сірчистими барвниками із застосуванням очищених стічних вод.

Показано інтенсифікуючий вплив очищеної стічної води при фарбуванні сірчистими барвникаими. Встановлено, що застосування очищеної води у співвідношенні 1:1 з технічної сприяє оптимізації рН робочого фарбувального розчину за рахунок присутності в очищеній стічній воді іонів алюмінію і ПАР.

Експериментальним шляхом знайдено оптимальні режимні і конструктивні параметри, які суттєво впливають на флотаційну очистку стічних вод текстильних підприємств. Впровадження вдосконаленої технології фарбування сірчистими барвниками з використанням очищеної води дозволить одержати економічний ефект 214,4 тис. грн. на рік в умовах ВАТ „Текстерно”.

Ключові слова: фарбування, сірчисті барвники, очищені стічні води, робочий фарбувальний розчин, технологія кольорування, флотація.

Аннотация

Олийнык Галина Степановна. Повышение эффективности технологии крашения сернистыми красителями с применением очищенных сточных вод. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 – технология текстильных материалов. – Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2005 г.

В диссертационной работе приведены результаты теоретических, экспериментальных, практических исследований выполненных с целью повышения эффективности технологии крашения сернистыми красителями с использованием очищенных сточных вод.

Усовершенствованная технология колорирования хлопчатобумажных тканей сернистыми красителями позволяет получать окраски на тканях, устойчивые к физико-химическим воздействиям, с высокими колористическими показателями, способствует снижению себестоимости и повышению конкурентоспособности отечественной текстильной продукции за счет использования очищенных сточных вод.

В работе были использованы современные теоретические и экспериментальные методы исследований. Состояние красителей в очищенной сточной воде, выбираемость, диффузию внутрь волокна изучали на основе использования колориметрических методов. Радиус хлопкового волокна определяли микроскопическим методом. Колористические характеристики окрашенных тканей исследовали с использованием цветоизмерительного комплекса. При обработке экспериментальных данных использовали корреляционно-регрессивный анализ, современную вычислительную технику.

В результате проведенных исследований впервые показано интенсифицирующее влияние на процесс крашения хлопчатобумажных тканей сернистыми красителями воды, которую подвергают очистке при использовании усовершенствованого распределительного устройства и объединения процессов коагуляции и флотации. Установлено, что применение очищенной сточной воды в соотношении 1:1 с технической способствует оптимизации pH рабочего красильного раствора за счет присутствия в очищенной сточной воде ионов алюминия и поверхностно-активных веществ.

Усовершенствование распределительного устройства флотатора выполнено путем оптимизации соотношения суммарной площади отверстий к общей площади распределительного устройства флотатора, что обеспечило более равномерное распределение сжатого воздуха и повышение эффективности флотационной очистки сточных вод. Усовершенствованная конструкция распределительного устройства защищена патентом Украины. В результате изучения свойств ряда солей неорганической и органической природы в качестве флокулянта установлена высокая эффективность хозяйственного мыла (60%) по сравнению с ранее использованными флокулянтами.

Применение сульфата алюминия в качестве коагулянта позволило достичь необходимое рН красильного раствора и повысить содержание катиона алюминия в очищенной сточной воде, что способствует снижению величины о – потенциала волокна и увеличению сорбции красителя.

Изучен процесс крашения сернистыми красителями с использованием очищенной сточной воды. Сопоставление данных, характеризующих сорбцию красителей из красильных растворов, приготовленных на обычной технической воде и очищенной показывает, что сорбция увеличивается при использовании очищенной воды на всем интервале исследуемого времени крашения. Установлено, что использование очищенной воды способствует повышению выбираемости черного К и коричневого ЖП красителей на 9-15%. В случае крашения синим З выбираемость возрастает лишь на 3%. Неравнозначность в повышении выбираемости красителей объясняется их различным химическим строением, а следовательно, и сродством к целлюлозному волокну.

Изучено влияние очищенной сточной воды при повторном ее использовании на диффузию сернистых красителей в суровое хлопковое волокно. Показано, что использование очищенной сточной воды при крашении хлопчатобумажной ткани сернистыми красителями не снижает коэффициент диффузии.

Показано, что по показателям устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям и колористическим показателям, ткани окрашенные с использованием очищенной сточной воды не уступают тканям, окрашенным с использованием технической воды.

Усовершенствованная технология крашения сернистыми красителями хлопчатобумажных тканей апробирована на ВАТ “Текстерно”. Усовершенствованная технология крашения сернистыми красителями хлопчатобумажных тканей с использованием очищенных сточных вод позволит предприятию снизить расход технической воды применительно к красильной линии ЛКС-140 на 64,4 тыс. м3 в год.

В результате внедрения предлагаемого инновационного проекта может быть снижена себестоимость крашения сернистыми красителями хлопчатобумажных тканей на 74,6 грн. из расчета на тысячу метров в условиях ВАТ “Текстерно” (г.Тернополь). Ожидаемый экономический эффект за счет снижения расхода воды составит 214,4 тыс. грн. на 11136 т.м. тканей состоянием на 24.12.2004 г.

Ключевые слова: крашение, сернистые красители, очищенные сточные воды, рабочий красильный раствор, технология колорирования, флотация.

Summary

Oliynyk Halina Stepanivna. Increase of efficiency of technology of dyeing with sulphurous dyes using purified sewage. - Manuscript. Dissertation for obtaining the scientific degree of Candidate of Science, speciality 05.19.03 – Technology of Textile Materials. – Kherson National Technical University, Kherson, 2005. The dissertation work gives the results of theoretical, experimental and practical investigations carried out with the purpose of increasing efficiency of technology of dyeing with sulphurous dyes using the purified sewage. The work shows the intensifying effect of the purified sewage when dyeing with sulphurous dyes. It is discovered that use of the purified water in ratio 1:1 to technical water facilitates optimization of рН of working dyeing solution due to the presence of ions of aluminium and surface active substances in the purified sewage. ааааааBy an experimental way we found the optimum condition and structure parameters which substantially influence the flotational purifying of sewage of textile enterprises. Introduction of the improved technology of dyeing with sulphurous dyes using the purified sewage will allow to have the cost-performance of 214,4 thousand hryvnas per year in conditions of joint-stock company "Teksterno". Keywords: dyeing, sulphurous dyes, the purified sewage, working dyeing solution, technology of coloring, flotation.

Підписано до друку 11.05.2005р. Формат 60х90/16

Папір офсетний. Умовн. друк. аркушів 0,9

Тираж 100. Замовлення № 17/5/05 - 15.

Надруковано у ВКФ “СТАР”.

73000, м. Херсон, Петренко, 45