VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK
3.1 4.3
Víz újrahasznosítása Tárgyszavak: textilfestöde; víz és vegyi anyagok újrahasznosítása; gazdaságosság.
Megalapozott újrahasznosítás A víz és a vegyi anyagok újrahasznosítása nem új keletű tevékenység a textiliparban. Régóta hasznosítják egyes folyamatos, melegvizes mosási, festési, öblítő és lemosó eljárásokban a folyadékokat. A folyamatos fehérítő és öblítő lépéseknél mindennapi gyakorlattá váltak az ellenáramú működésű berendezések. Feltételezték, hogy az egyes fázisokban elhasznált vizet a töltetenkénti eljárásokba is be lehet vezetni, és ezáltal tovább növelhető a teljesítmény, és csökkenthető a keletkezett hulladék. Tárolótartályok alkalmazásával és kis folyadékmennyiséggel működő berendezésekkel a szakaszos (töltetes) fehérítés 50%-os újrahasznosítást tesz lehetővé. Az elhasznált, álló festékoldatok vagy a végső öblítő folyadékok összegyűjtésére és újrafelhasználására tárolótartályokat használnak. A tárolt használt festékoldatot alkalmazzák a pamut kénfestékkel, vagy a nejlon savas festékkel – különösen a fekete és sötét színnel – azonos árnyalat ismételt festésénél. A laza gyapjúfonal adagonkénti színezésekor az előző festési lépés utolsó öblítővízében, vagy a nejlon, akril és gyapjú csomós szőnyegek motollás festésénél a megismételt azonos árnyalatú festést alkalmazzák. Ilyenkor a jó festékfelhasználást és rögzítést a pH, a hőmérséklet és az elektrolitkoncentráció ellenőrzésével érik el. A kimerült festékoldat a maradék reagálatlan reaktív festéken kívül hidrolizált színezéket is tartalmaz, amely az újrafelhasználás során megnehezíti az árnyalat ellenőrzését. A gyors alkalmazkodás az árnyalatváltoztatás kívánalmaihoz és a hatékonyság növelésének igénye, továbbá a szabványos eljárások és szigorú árnyalat-ellenőrzés bevezetése csökkentette az állófürdők ismételt felhasználásának lehetőségét. Ötletes javaslat a kombinált festödei szennyvizek számára a technológiavégi kezelés, és ezáltal olyan minőségű kezelt szennyvíz nyerése, amely már alkalmas a helyszíni folyamatokban való felhasználásra. A folyamatos eljárások nagymértékű elterjedésével a folytonos kimosási szakasz-
ban lehetőség nyílt a sok és kevés szennyezést tartalmazó folyadékok visszavezetésére. Még a festés előtt – az írtelenítés, zsírtalanítás, fehérítés és mercerizáció műveleténél – mód van az elhasznált színtelen kiömlő szennyvíz elkülönítésére. Ez felhasználható a kevésbé kritikus lépéseknél (pl. kimosás). További példaként szolgálhat az ismételt felhasználásra az írtelenítő léből ultraszűréssel elkülönített írező anyag és víz. A töltetenként reaktív festékkel megfestett pamut kimosási műveletéhez újabban szervetlen adszorbenst használnak átfolyó szűrőn. Az AXF-eljárás eltávolítja a keringő folyadékból a hidrolizált festéket, és lehetővé teszi az elszíntelenedett mosófolyadék újrahasznosítását, miközben 70%-kal csökkenti a vízfogyasztást és energiát is megtakarít. A BEIFLOC termékeket használó alternatív rendszer kationos/amfoter komplexképző anyagokkal viszi komplexbe az anionos hidrolizált reaktív színezéket, vagy az elhasznált nejlon festékfürdő maradék anionos savasfesték-tartalmát. Koagulálás és flokkulálás után ez kiválik, és az elszíntelenedett szennyvíz újra használható. Az újrahasznosítás kiterjesztése A hatékony vízfelhasználás a festőipari vállalkozások legfontosabb technikai és gazdasági kihívása. Különösen az 1970-es évek közepének energiaválsága után, a nemvizes festő- és kikészítőmódszer iránt érdeklődtek. A nemvizes, oldószeres festés nem terjedt el széles körben, bár specializált eljárások az oldószeres zsírtalanítás, kikészítés és bevonás általános gyakorlattá váltak. Legújabban még kifejlesztés alatt áll a szuperkritikus szén-dioxid oldószerkénti használata, de ez különleges edényzetet igényel. Így belátható ideig kevés kivétellel a víz marad az egyedüli oldószer a textilfeldolgozó ipar számára. Az újrahasznosítási technika tervezése előtt fontos dolog arról gondoskodni, hogy hatékony legyen a vízfelhasználás. A fejlesztéshez alapvető az előmunkálat. A szennyvízmennyiség csökkentéséhez és a hatékony vízhasználathoz szükség van a fogyasztás folyamatos mérésére, így vízórák felszerelésére és a mért adatok ismeretére. Ez felhívja a figyelmet a jó gazdálkodásra, a gépek karbantartására és a eljárás ellenőrzésére, ami előkészíti a helybeli általános vízgazdálkodás fejlesztését. Az optimális vízfelhasználás érdekében korszerűsített folyamatirányítók, sőt hosszabb távon új előkészítés, festő és lemosó berendezések beszerzése szükséges. Az energiatakarékos, kis vízfogyasztású és megbízható készülék lényeges a versenyképességhez. A gépek terén tervezett változtatásokban a vízigényt és a szennyvízgazdálkodást is figyelembe kell venni a jövőben. Kívánatos az új csöveket a festöde padlója fölött elhelyezni az esetleg kiömlő szennyvíz lehetséges elkülönítésére és a hozzáférhetőség megkönnyítésére. Az alternatív vízbeeresztés lehetősége miatt legyen minden egyes gépen két vízbevezető nyílás; ezen kí-
vül mindenhová szereljenek fel vízórát. Gondoskodni kell az újrahasználatra alkalmas, használt víz tárolásáról és szétosztásáról. A 4–6 órás üzemidő alatti szennyvíz összegyűjtésére világszínvonalú kiegyenlítő tartályokat kell beszerezni. Külső és belső cirkuláció, ill. keverő előfeltétel a későbbi helyszíni felhasználásra alkalmas kiegyenlített, állandó minőségű tisztított szennyvíz előállításához. A festési hatékonyság fokozására, a vízfelhasználás és a keletkező szennyvíztérfogat minimalizálására felül kell vizsgálni a már használt előkészítő és festő eljárásokat, figyelemmel a jelenlegi legjobb megoldásokra. Ez paradox hatású lehet, mert noha kisebb térfogatban, de növeli az elfolyóban lévő szennyezést, így a legjobb megoldás alkalmazásával a terhelés mégis csökken. Ezt az előmunkálatot fel lehet használni a fehérítő folyadék, a festékfürdők, az öblítő folyadékok és a kezelt szennyvíz visszakeringtetési lehetőségének meghatározásakor. Ha ezeket az előzetes lépéseket nem hajtják végre és új víz- és szennyvízgazdálkodást nem vezetnek be, nehézzé válik az újrahasznosítás megvalósítása. A recirkulált víz használata A kelmefestő üzemek különböző típusú helyeken létesülnek, amelyek speciális körülményeit számításba kell venni a vízforrás keresésében és a kiöntendő szennyvíz, valamint a recirkuláció lehetőségeinek átgondolásában. Kulcskérdés a víz és a szennyvízkibocsátás helyi költsége, valamint a helyi körülményeknek megfelelő szennyvízkibocsátás. A víz költségei A folyamatvíz költsége a helyszíntől függ. A víz forrása lehet fúrt kút, felszíni tároló, forrás, csatorna, folyó, városi vízvezeték-hálózat vagy ezek kombinációi. A megfelelő vízminőség biztosítására esetenként lágyítani szükséges a vizet. Amíg a hálózati víz költsége jelenleg 0,70 GBP/m3, az alternatív források sokkal gazdaságosabbak lehetnek (akár 0,10 GBP/m3 is). A vízlágyítás költsége elérheti a 0,04–0,08 GBP/m3-t. AZ Egyesült Királyságban az összes folyamatvíz költsége a hely függvényében 0,05–0,80 GBP/m3 is lehet. A szennyvíz költségei A helyszín a szennyvízköltséget is befolyásolja. Az angol textilfeldolgozók több mint 90%-a a csatornába, míg a többi a helyszíni szennyvízkezelő üzemek útján a folyókba juttatja. Azoknak a festőműhelyeknek, amelyek egyenesen a folyókba engedik szennyvizüket, már évtizedekkel ezelőtt teljesíteni kellett bizonyos feltételeket. Az ilyen tisztítóművek eredetileg biológiai kezeléssel távolították el a KOI és a szuszpendált szilárd részeket, ha volt lehetőség
ezekre a műveletekre. Ezeknek a rendszereknek a működési költsége viszonylag alacsony, de tőkeráfordításuk nagy. Abban az esetben gazdaságos, ha nagy térfogatú szennyvizet kell kezelni. A brit festödék többsége városi telephelyen található és a csatornába üríti a szennyvizet. A költségek 0,40-0,80 GBP/m3 között vannak a helyszín, a kémiai oxigén igény és a térfogat függvényében. Egy nyers pamutszövettel dolgozó festöde nagy KOI-tartalmú vizet üríthet, és költségeik meghaladhatják a 1,00 GBP/m3-t is. Mivel növekvő szennyvízköltségekkel és szigorúbb körülményekkel szembesülnek, és ez gazdaságilag vonzóbbá teszi a recirkulációt. Az előírások teljesítésének költségei A vezetékes vízet használó festödék számára a festékmentesítés külön költségei 1,50 GBP/m3-re is rúghatnak. A ráfordítások helyszínenként változnak, és az összkiadások 0,60–1,80 GBP/m3 között, de esetenként még magasabbak is lehetnek. (2,6 GBP/m3 volt az eddig közölt legnagyobb érték). A fent említett költségek viszonyítási pontként is szolgálhatnak a javasolt folyamatvégi szennyvízkezelő rendszerek értékelésére. Az előírt tisztasági követelmények betartására törvény kötelez. Vagy a szennyvízkezelő üzem távolítja el a festéket majd felszámítja a költséget, és így nincs lehetőség a használt elfolyó újrahasznosítása útján költségmegtérülésre, vagy a festöde helyben lép akcióba és visszakeringtetés révén akarja visszanyerni a költségeket. A helyszíni festékeltávolítás költsége kritikus kiadás; a tisztított víz minősége és a helyszínen történő felhasználhatósága határozza meg az elérhető költségmegtérülést. A reaktív pamutfestékek elterjedésének és kisebb mértékben a savas nejlonfestéknek tulajdonítható a közép-angliai festödék szennyvízproblémája. A jelenlegi recirkuláció felé fordulás az optimálisan gazdaságos folyamatvégi szennyvízkezelő rendszer kiválasztását jelenti, amely színezékeltávolítást is tartalmaz. A gyapjúfestödék szennyvízének festéktartalma azonban kevésbé kritikus tényező. A nehézfémmennyiség (elsősorban a Cr), és a jövőben a nyersgyapjúból a szerves halogénvegyületek és egyéb peszticidek eltávolítására az előírt toxicitásszintek szükségessé tehetnek különleges helyszíni kezeléseket. Az újrahasznosítás révén a megtérülés ebben az esetben is fontos. Az újrahasznosításra kerülő víz minősége A visszakeringtetett textilipari szennyvíz minőségi követelményeit az 1. táblázat mutatja. A festödei szennyvíz megcélzott minőségét összehasonlításul a 2. táblázat tartalmazza. A vezetékes víz minősége az eredettől függ. A festési folyamatokhoz szükséges állandó vízminőség biztosítására a vezeté-
1. táblázat kes vizet a festödei gyakorlat szerint lágyítják. A pamut reaktív festéséhez Javaslat a visszakeringtetett textilipari szennyvíz minőségére mind a festékfürdőnél, mind a kimosó fürdőnél különösen fontos a lágyított víz minősége. Kis mennyiségű Ca és Paraméter Érték Mg jelenléte hatással lehet a reaktív Színtelen festékek mozgási, diffúziós és kimopH semleges sási tulajdonságaira. A lúgcserével KOI <20–50 mg/l lágyított víz tartalmazhat változó keÖsszes <90 ppm ménységet okozó bikarbonátionokat, keménység (CaCO3-ban kifejezve) amelyek befolyásolhatják a festődés Vas <0,10 ppm mértékét és a reprodukálhatóságot. A Króm <0,10 ppm nehézfémnyomok megváltoztathatják Réz <0,005 ppm a különböző festékárnyalatokat. A Alumínium <0,20 ppm tisztított víz minden alkotóelemét fiSzervetlen sók <500 mg/l gyelni kell, hogy ki lehessen mutatni minden szennyezés jelentkezését, beleértve az anyagcseretermékek 2. táblázat mérgező bomlástermékeit, és sikerülA festödei szennyvíz megcélzott jön megvédeni a rendszert az efféle követelményei (ajánlott maximális eseményektől. Továbbá a mikrobiolóérték/tolerancia) giai szennyezés miatt a zárt, meleg, recirkuláló rendszerben figyelni kell a Paraméter Érték legionella típusú szervezetek fejlődépH 7,0 (±0,5) sét. Összes 50 ppm Ott, ahol a visszakeringtetett vikeménység (CaCO3-ban kifejezve) zet vezetékes vízzel keverik, köteleVas 0,05 mg/l zővé válik a minőség-ellenőrzés. A Réz 0,05 mg/l visszavezetett vízet akkor lehet nyuKlorid 300 mg/l godtan felhasználni, ha elfogadható minőségű. Amíg a fordított ozmózison alapuló membráneljárás majdnem minden oldható szennyezést eltávolít, beleértve festékeket, kémiai kiegészítőket, elektrolitokat, és a vezetékes vízhez hasonló minőségű terméket eredményez, más fizikai vagy kémiai eljárások nem teljes mértékben távolítják el a színezéket, a KOI-t és az elektrolitokat. Ha a választott kezelésmóddal az elfolyó elszíntelenedett, és megfelelő minőségű, akkor bizonyos műveletekhez újra használható és az egész rendszer gazdaságossága javul. A szennyvíz kezelése az újrahasznosításhoz Sok fizikai és kémiai eljárás van a textilipari szennyvizek kezelésére. A gazdasági megvalósíthatóság kritikus tényező egy adott festödei szennyvíz
kezelésének áttekintésekor. Különösen érvényes ez az színtelenítéshez és a legalább néhány nedves kikészítő eljáráshoz újra alkalmazható, azonos vízminőség előállításakor. A színtelenítésre használt fizikai és kémiai eljárások a következők: a) biokémiai és kémiai oxidáció és redukció b) koagulálás és flokkulálás szervetlen és szerves hatóanyagok hatására c) adszorpció/abszorpció szervetlen és szerves anyagok hatására d) membrántechnika A gyakorlatban az egyszerű eljárások nem mindig járnak tökéletes színtelenítő hatással. Ugyanez vonatkozik a megfelelő minőségre is. Ezért, ha újrahasznosítás az alapvető cél, akkor szükséges egy második lépés, amely biztosítja a teljes elszíntelenítést és a kezelt víz végső „tisztítását”. Ebben az esetben a rendszer teljes megbízhatósága nemcsak kötelező, hanem alapvető előfeltétel. Biológiai eljárások • Aerob A festödei szennyvízből a biológiailag lebontható vegyületek eltávolítására az aerob aktív iszap eljárást sok éve használják a folyóba öntés helyszínén, vagy a helyi szennyvízkezelő üzemekben. A tapasztalat szerint, ha a szennyvíz oldódó anionos festéket tartalmaz, pl. reaktív savat vagy direkt festéket, akkor színes marad a biológiailag kezelt szennyvíz, mert a festéket csak részben távolítja el az aktív iszapra történő adszorpció (bioelimináció). Ráadásul a modern színezékekben a kromofor rendszerek ellenállnak az aktív iszapban jelen lévő enyhe oxidációs körülményeknek. Ezért ilyenkor a visszakeringtetéshez további specifikus festékeltávolítási eljárásra van szükség. A szükséges tisztaság eléréséhez az aktív iszapos eljárás mellett klórdioxidos vagy ózonos oxidációt, koagulációt/flokkulációt, továbbá membránés adszorpciós eljárásokat egyaránt használnak. Ezek a kombinált tisztítási eljárások nem szükségszerűen eredményeznek megfelelő minőségű kezelt szennyvizet az újrahasznosításhoz. A visszavezetés eldöntésekor a még szükséges folyamatok gazdaságossági elemzéseinek és a recirkulált szennyvíz tárolására, szétosztására tett javaslatoknak vonzóaknak kell lenni. A kisméretű bioreaktorok jelenlegi fejlesztései reményt nyújtanak a festődék alacsony működési költségeire. • Anaerob Az azofestékek reduktív eltávolítására alkalmazzák az anaerob biológiai folyamatokat. A festékgyárakból kiömlő szennyvíz kezelésére, a festék redukciójára, majd a metabolit mineralizálására az aerob és anaerob eljárások kombinációit használják. Különösen Dél-Afrikában folytatnak ilyen irányú kutatáso-
kat a festödei szennyvízeknél történő alkalmazásra. Ezeknél az alacsony költséggel működő film bioreaktorok és a visszavezetés lehetősége a cél. Kémiai eljárások • Oxidáció Az erős oxidálószerek (klór, nátrium-hipoklorit, klór-dioxid és a kémiai vagy elektrokémiai úton előállított ózon) hatásosak lehetnek a festödei szennyvizek színtelenítésénél a kromofor rendszerek megbontásával. Recirkulációra alkalmazásuk feltétele, hogy ne maradjon bennük oxidálószer és ne keletkezzenek mérgező melléktermékek. Ez a gyakorlatban megakadályozza a klór és a nátrium-hipoklorit használatát, mert a szerves klórvegyületek jelenléte sok helyen tiltott. A költségmegfontolások korlátozhatják a klór-dioxid és az ózon egyedüli eljáráskénti használatát, különösen magas KOI jelenlétében. Ilyenkor gazdaságosabb lehet tisztító lépésként használni az oxidálószert az előzetes alternatív kezelés után bentmaradt színezék eltávolítására. Az oxidálószer még nyomokban sem maradhat a visszakeringtetett vízben. Ugyancsak kerülendő, hogy szerves bomlástermékek keletkezzenek a recirkulált rendszerben. • Katalitikus oxidáció Savas oldatban vas(II)-szulfáttal katalizált hidrogén-peroxiddal az ún. Fenton-reagenssel a festödei szennyvízből megfelelő minőségű újrahasznosítható víz állítható elő. A visszavezetésnél kritikus a kolloid vas eltávolítása. Az eljárás során az oldható festék elbomlik, és a KOI a szerves anyag oxidálása révén csökken. Különösen fontos ez a nagy KOI-tartalmú festödei és textilnyomó üzemi szennyvizeknél. Ha az elfolyó fele recirkulált, akkor elkerülhető a KOI- és elektrolitképződés a recirkulált vízben. Az elszíntelenített szennyvizet a kimosási és a berendezés lemosási műveleteinél lehet használni. Olaszországban és az USA-ban a fölösleges vegyszerhasználat elkerülésére ezt a módszert számítógéppel vezérelt ellenőrző rendszerrel egészítették ki. Számos alternatív katalitikus oxidációt javasolnak a színtelenítésre (pl. ultraibolya fényt használó fotokémiai rendszereket vagy zárt katalitikus reaktort). Ezeket a folyamatokat önállóan vagy különösen színes effluensek recirkulálásánál tisztító lépésként használják. • Redukció Azofesték-tartalmú szennyvizek lebontáson alapuló elszintelenítéséhez nátrium-hidroszulfitot és tiokarbamid-dioxidot használtak tekintet nélkül a reciklizációra. A magas vegyszerköltségek meggátolták e módszer hosszú távú alkalmazását. Az USA-ban savas közegben biszulfittal katalizált nátrium-borohidriddel redukálták az azofestéket a festödei szennyvizekből, újrahasznosítás nélkül.
Koagulációs és flokkulációs eljárások Oldódó anionos festékek – legalább részleges – eltávolítására régóta alkalmaznak Ca-, Mg-, Al- és vassótartalmú nagy térfogatú alkalikus csapadékot képező szervetlen koaguláns szereket. Ilyenkor a jelen lévő anionos szintelen szerves kémiai kiegészítők egy része is eltávozik a színes szennyvízből. A komplex kötésben lévő festéket tartalmazó oldhatatlan flokkulátumok elválasztásának elősegítésére vízoldható szerves polimer flokkulánst használnak. A jelenlegi fejlesztések megmutatták az üzemi felhasználás gyakorlati korlátait, és az ezzel kapcsolatos elválasztási és iszapelhelyezési lehetőségeket. Ez új lendületet adott a recirkuláció folyamatának. Ugyanerre a célra – egyedül vagy szervetlen koagulánsokkal együtt – kationos polimereken és kationos melamingyantákon alapuló szerves koagulánsokat is felhasználtak. Más fizikai–kémiai festékeltávolító folyamathoz hasonlóan, az adott öszszetétel esetén meghonosított eljárást nem lehet a szennyvíz megváltozott festékösszetétele esetén optimális eredménnyel alkalmazni. Kerülni kell a kationos szer fölöslegben történő alkalmazását, nehogy ez az újrahasznosuló vízbe kerüljön. Újabb fejlesztés során szervetlen sókon (Fe(II)) és különleges szerves koagulánsokon alapuló termékeket vesznek igénybe, amelyeket a szennyvízbe adagolnak mielőtt az a csatornába kerül. A pH-t ellenőrizni kell, és a helyi szennyvízkezelő mű előzetes beleegyezése szükséges, hogy átveszi-e a kivált szilárd anyagot. Kiterjeszthető a rendszer az iszap helyben történő eltávolítására oldott levegős flotálás révén, amelyet ülepítés és recirkuláció követ. Adszorpciós eljárások Már sok éve aktív szenet és ioncserélő gyantát használnak a vezetékes víz tisztítására, beleértve a színtelenítést is. Az erősen elszíneződött festödei szennyvizek esetén a költség a legfontosabb kérdés. A választás az adszorbens visszanyerése, újrafelhasználása vagy eldobása között szintén döntő. Sok adszorpciós és ioncserélő tulajdonságú természetes és szintetikus anyagot (lignit, koksz, kitintartalmú polimerek és savkezelt agyag) is fel lehet használni. • Szintetikus agyag adszorbens Ezt a rendszert számos festöde használja. Az alkalmazás során eltávolíthatók az anionos festékek a szennyvízben lévő egyéb szerves vegyületekkel együtt; ezek a komponensek az adagolt agyagra és az eljárás során keletkező magnézium-hidroxid csapadékra adszorbeálódnak. Az iszap semleges, és híg iszapként a csatornába önthető. A kezelt vizet szűrik, majd egy elkülönített tárolótartályba szivattyúzzák, amely kész az újrafelhasználásra. A festöde öszszes gépén kettős vízbeeresztési lehetőség van, amely lehetővé teszi, hogy a
számítógépes ellenőrző rendszer a recept igénye szerint válasszon a visszavezetett és a lágyított vezetékes víz között. A lefőző fürdőkben csak recirkulált vizet használnak. A visszakeringetett víz felhasználása a termelési követelményeknek megfelelően változik. Átlagosan az 50%-os újrahasznosítás. A visszavezetett víz vezetőképességét mérik, így ellenőrzik a sókoncentrációt, és ezzel biztosítják, hogy ne legyen sókiválás. • Biológiai adszorbens Ez a rendszer jó minőségű visszakeringtetett vizet eredményez és három lépésen alapszik: tisztítás, adszorpció a biológiai adszorbensen és fordított ozmózis. Az adszorbenst alkalikus kezeléssel regenerálják; az erősen színezett regeneráló folyadékot semlegesítik, majd a festéket kicsapással és ülepítéssel eltávolítják. A cél lágyított vezetékes vízzel egyenértékű kezelt víz előállítása. Membráneljárások A nanoszűrés és a fordított ozmózis olyan módszer, amelynél az újrahasznosítandó szennyvizet olyan kis pórusú szűrőn engedik keresztül, amely eltávolítja a 100–2000 (átlagos) molekulasúlyú oldható festék- és szerves molekulákat, és az egy-, ill. kétértékű ionokat. A nanoszűrés kisebb nyomáson működik, mint a fordított ozmózis, kisebb az energiaigénye és olcsóbb. Azonban a fordított ozmózis megfelelőbb a jobban oldódó savak és reaktív festékek tökéletes eltávolítására. A szennyvíz előszűrésével elkerülhető a membránpórusok eltömődése. Minden egyes elfolyó esetében külön meg kell keresni az optimális pórusméretet, konfigurációt, membrántípust és nyomást, hogy az újrahasznosításhoz megfelelő minőségű szűrletet eredményezzen, különösen az elektrolitkoncentráció tekintetében. A membránszűrőn maradt koncentrátum tartalmazza az oldódó festéket és a sót. A festék eltávolítása vagy elbontása külön kezelést igényel. Az elhasznált reaktív festékfürdőből nanoszűréssel távolítják el a nátrium-szulfátot, majd Fenton-reagenssel színtelenítenek. A fordított ozmózis eljárás előnye, hogy a festödei szennyvízből a lágyított vezetékes víz minőségével egyenértékű szűrletet készít. Az újrahasznosítás lehetőségei Az eddig tárgyalt eljárásokkal előállított víz minősége a festödei szennyvíz mindenkori összetételétől és a választott folyamat adottságaitól függ. A maximális haszon elérésére és az újrahasznosításra alkalmas minőségű víz előállítására esetenként változtatni szükséges a festödében használt vegyszereken és műveleteken. Így úrrá lehet lenni a textilipari nedves eljárás ne-
hézségein. Például, a legtöbb oldódó festék azo kromoforokon alapszik, azonban antrakinon, ftalocianin és heterociklusos vegyületek is használhatók, és ezek az azofestékekől eltérő módon reagálhatnak a recirkuláció során. Néhány kémiai segédanyag (pl. szilikonszármazék) nehézséget okozhat a szennyvíz kezelésénél. Újrahasznosítás lefőzéshez és lemosáshoz Ha a végső öblítő fürdőhöz lágyított vezetékes vízet használnak, akkor a zsírtalanítás/lefőzés és lemosás műveletéhez elegendő a csapvíznél kevésbé tisztított és lágyított vizet alkalmazni. Alapvető követelmény, hogy a recirkulált víz ne tartalmazzon elszíneződést. Az egyéb paramétereket a 3. táblázat mutatja. Minden alkalommal ki kell próbálni, hogy a megtisztított szennyvíz alkalmas-e az egyes zsírtalanítási és lemosási lépésekhez. Ellenőrizni kell a tisztított víz minőségét és meg kell állapítani, hogy nincs-e benne elektrolit vagy KOI. Gyakorlati tapasztalatok birtokában változtatni lehet a tűrési határokon. 3. táblázat A zsírtalanításhoz és lemosáshoz használt tisztított szennyvíz javasolt minőségi követelményei Paraméter
Érték
Szín Elnyelés 450 nm-en Elnyelés 500 nm-en Elnyelés 550 nm-en Elnyelés 600 nm-en pH KOI Vas Króm Réz Szervetlen sók
nem látható 0,02–0,04 (10 mm-es cellában) 0,02–0,05 (10 mm-es cellában) 0,01–0,03 (10 mm-es cellában) 0,01–0,02 (10 mm-es cellában) 7–8 <200 mg/l <0,10 ppm <0,10 ppm <0,05 ppm <500 mg/l
Újrahasznosítás festékfürdőkben és végső öblítő fürdőkben A friss festékfürdőkhöz és a végső öblítőkhöz szigorúbb követelményeknek kell eleget tenni. Az 1. és 2. táblázatban bemutatott igényeken kívül egyéb kezelésre is szükség lehet a jobb minőség elérésére. Ennek a költségét is figyelembe kell venni a gazdaságossági mérleg elkészítésében. Ha ezek a további felmérések a lágy vezetékes víznél jobb vízminőséget mutatnak, gazdaságtalanná válhat a tisztább víz előállítása és használata.
Másrészről néhány esetben előnyös lehet a jobb minőségű kezelt szennyvíz előállítása. Ezt a lágy vezetékes vízzel keverve szükség szerint 50 oC-on hővisszanyerőkben tárolható, és ez a meglévő vezetéken keresztül a festöde összes nedves eljárásához felhasználható. A szennyvíz elkülönítésének hatása Az oldható festéktartalmú szennyvíz elkülönítése bizonyos helyeken hasznot hajthat, a készülék és a csövezés elrendezésétől és a festékkel nem szennyezett elfolyó térfogatától függően. Ilyenkor lehetőség van arra, hogy a színtelen elfolyó segítségével szüntessék meg a KOI-t és az újrafelhasználáshoz olcsóbban állítsák elő a megfelelő minőségű vizet. A szennyvíztérfogat hatása Nem ajánlott a szennyvíz színtelen és színes áramra különítése azokban az esetekben, amikor a csöveket a szilárd padozat alá építették be, és amikor a tisztítás, zsírtalanítás, festés és a befejező műveletek egy gépben történnek. A kiöntött szennyvíz térfogata is lényeges, mert kis térfogat kezelése gazdaságtalan. Sok helyen napi 2000 m3 fölötti szennyvízmennyiséggel végzik a recirkulálást, amely extenzív, soklépcsős, nagy helyigényű és hozzáértő felügyeletet igénylő művelet. A tőkeráfordítás nagy. Az elsődleges követelmény eleget tenni a folyóba engedés előírásainak. A tisztítás és újrahasználat a festödében ilyenkor inkább lehetőség, mint a vízkörforgásba visszajuttatás. Ahol a lakóterületek közelében létesített festődékben a színes szennyvíz mennyisége napi 2000 m3, de korlátozott a lehetőség a csatornába engedéshez, ott hiányzik az elfogadható megtérülésű recirkuláció. Újrahasznosítás a festőüzemben vagy tisztítói újrahasznosítás A földrajzi tényezőknek nagy szerepe van a recirkulációs javaslatokban. Közvetlenül folyókba engedésnél nagy szerepet játszik a folyamatvégi kezelés, hogy eleget tegyen az előírásoknak. A szigorúbb követelmények kielégítésének szüksége, és a velejáró infrastruktúra bevezetésének költségei befolyásolják a döntéseket. A csatornába engedést négy csoportba lehet osztani: a) amikor egy festöde felel a helyi tisztítóba kerülő összes színes szennyvíz mennyiségéért. Ezeknek a csatornába öntéseknek eleget kell tenniük a kiöntött szennyvíz számára megszabott színkövetelményeknek (jóváhagyott előírások). Ilyenkor szükség lehet arra, hogy a festöde a helyszínen tüntesse el a színezéket, így a recirkuláció fontos cél lehet. b) néhány festöde enged egy viszonylag kis helyi tisztítóba. Ebben az esetben lényeges a színes szennyvíz aránya a feldolgozott össztérfo-
gathoz. Ilyenkor vagy a csatornázó társaság végzi el a színtelenítést és ezért díjat számít fel, vagy az egyes festődékben történik a színtelenítési és újrahasznosítási lépés. c) sok festöde enged egy nagy tisztítóba, ahol jelentős a színes szennyvíz mennyisége az össztérfogatban. Ebben az esetben a javaslat megegyezik a b) esetével, bár a tisztítónak lehet hogy be kell vezetni-e a színtelenítő lépést, hogy megfeleljen az előírásoknak. Emiatt a fenntartási költségek kritikussá válhatnak az egyes festődéknél végrehajtott folyamatvégi kezelés következtében. d) néhány festöde enged egy nagyméretű tisztítóba. Ilyenkor olyan kicsi a színes szennyvíz mennyisége az össztérfogatban, hogy nincs szükség további kezelésre. Ebben az esetben a recirkuláció hosszú távú kiadás az egyes festődék számára. Gyakorlati példák A festödei szennyvízek recirkulálásakor egyike a lényeges és nélkülözhetetlen kellékeknek az üzembiztos festékmentesítő berendezés. Eddig csupán néhány helyen létesítettek újrahasznosító rendszert. Az egyes festődék számára az a kihívás, hogy az előbb vázolt megoldások közül gazdaságos rendszert válasszanak és fejlesszenek ki. A különböző festödei körülmények feletti áttekintés hiányában gondosan kell eljárni az egyes festődékben szerzett tapasztalatok különböző helyszíneken történő alkalmazásánál. Bizonyos rendszerek sikeresebbeknek tűnnek, de az okok nem mindig világosak. Ez a helyzet vezetett az újrahasznosítás bevezetésekor a fokozatos megközelítés módszeréhez. Első lépésként a kiegyenlítő berendezések beszerzése javasolt, beleértve a szilárd részek kiszűrését. A második lépésként az empirikusan kiválasztott színtelenítő eljárás, majd a kezelt szennyvíz összetételének és minőségének időnkénti ellenőrzése következik. Ezután döntenek a festödei eljárásokban való ismételt felhasználásról. Gondoskodni kell a tisztított víz tárolásáról és az egyes gépekhez történő eljuttatásáról. Bizonyos esetekben módosítani kell egyes eljárásokon, hogy használni lehessen a tisztított vizet. Az így nyert vizet további tisztítási lépés követheti a minőség javítása érdekében. Az alábbiak a különböző országokban laboratóriumi, kísérleti és üzemi szinten kivitelezett vízújrahasznosító eljárásokat mutatnak be. Egyesült Királyság 1996-ban még kísérleti szinten volt a festödei szennyvizek újrahasznosítása. A működő hat üzemből négy adszorpciós eljárással termelt, kettő polimer flokkulánst használt. 1998-ra négy különböző helyszínen szintetikus agyagú adszorbens rendszer használatáról adtak hírt, és a kezelt szennyvíz fém-
komplex savat, hidrolizált reaktív, direkt és diszperziv festéket és egyéb kémiai anyagokat tartalmazott. A kezelt szennyvíz mintegy felét újra felhasználták. Egy nyomott textilt gyártó üzemben Fenton-reagensen alapuló módszert használtak a színtelenítéshez, amelyet ülepítés és a kezelt szennyvíz homokszűrőn keresztüli átengedése követett. Az ily módon nyert víz válogatott műveletekhez alkalmazható. A cél a térfogat 40–50%-ának újrahasznosítása és a tisztított vízben a KOI, valamint az elektrolitok keletkezésének elkerülése volt. Egy másik helyszínen szabadalmaztatott összetételű szervetlen sót és koagulánstartalmú oldatot adagoltak a szennyvízbe a csatornába ürítés előtt. Itt az volt a terv, hogy az iszap elválasztása és szűrés után 50% hasznosítható legyen. 1999-ben egy gyapjúfestödében a fordított ozmózis üzem megvalósításáról adtak hírt, amely a keletkező szennyvíz 95%-át újrafelhasználhatóvá tette. Németország és Svájc Kezdetben biológiai kezelést, koagulálást/flokkulálást, adszorpciót végeztek (aktív szén, lignit, koksz, ózon vagy ezek kombinációja révén). Az elektrolitok eltávolítására néhány esetben fordított ozmózissal párosították ezeket az eljárásokat. 50–60%-os recirkulációs hatásfokról adtak számot. Az 1985-ben a tuttlingeni WISA művekben épült víztisztító mintegy 40%os hatásfokkal és 330 DEM/m3 működési költséggel termel. Az újrahasznosításra előállított víz minőségi jellemzőit a 4. táblázat mutatja a festődében használt víz minőségéhez viszonyítva. A kezelt víz használata csak bizonyos területekre korlátozódik (pl. a festés utáni első hígítófürdők), minthogy nem éri el a szükséges vízminőséget. Ez rámutat a festödei szennyvíz hagyományos biológiai és fizikai–kémiai eljárásokkal történő kezelésének korlátaira. A növekvő sótartalmat csapvízes hígítással 2,5 g/l értékre állítják be. Azonban jó hatásfok csak fordított ozmózissal végzett sómentesítéssel érhető el. 1993-ban egy koaguláción/flokkuláción alapuló üzemet írtak le, amellyel pamut reaktív festésekor keletkező szennyvizet kezeltek. A flokkulátumot flotálással választották el, de nem az összes festéket távolították el. A szennyvizet homokszűrőn és barnaszénből készült koksz adszorbenságyon engedték keresztül. 50%-os recirkulációról adtak számot. A 3,5 g/l sótartalmú kezelt szennyvizet csapvízzel keverték és a mosási műveletekhez használták. 1996ban egy német festödében 1450 m3 elkülönített szennyvízből hetente 700 m3-t tisztítottak, ultraszűrő/nanoszűrő membránon történő kezeléssel, a KOIeltávolítás 97,5%-os volt. 1999-ben a Német Vízszennyezést Ellenőrző Társaság átfogó riportokban számolt be a textilkikészítő iparban keletkező szennyvíz festéktartalmáról, a tisztítás alkalmazott módszereiről, és megjegyzéseket fűzött a különböző rendszerek közgazdaságtanához. A fentiek megerősítették a festékeltávolítás
és recirkuláció megvalósíthatóságát, de a hozzáférhető tőke és a működés költségei nagyok voltak. Megállapították, hogy bár ezek a tőkeigényes rendszerek technikailag kivitelezhetőek, sok helyszínen még sem gazdaságosak. A kis- és közepes méretű festődék számára alkalmas megoldás kidolgozása további munkát igényel. 4. táblázat A WISA művekben újrahasználat céljából kezelt festödei szennyvíz minőségi jellemzői (érték) a folyamat adataihoz (limit) viszonyítva Paraméter
Érték
Határérték
Elnyelés 436 nm Elnyelés 525 nm Elnyelés 620 nm pH COD Keménység Vezetőképesség Vas Alumínium Mangán Réz Klorid Szulfát Hőmérséklet
3,6 1,9 0,2 7,4 88,2 mg/l 14,92 odH 4980 µS/cm 4,55 mg/l 0,1 mg/l 0,2 mg/l 0,1 mg/l 1370 mg/l 534 mg/l
színtelen színtelen színtelen 6,5–8,0 <50 mg/l <2 odH <0,1 mg/l <0,2 mg/l <0,05 mg/l <0,1 mg/l <300 mg/l <350 mg/l 22,8 oC
Olaszország Számos nyomott vagy festett pamut kikészítő üzemben a Fentonreagenst használják egyedül, vagy biológiai kezeléssel kombinálva 30–50%os recirkulációval. A tisztított víz fő felhasználási területe a nyomórács és a gépek mosása. Egy másik olasz megoldás, mely a biológiai tisztítást, a koagulálást/flokkulálást és fordított ozmózist használja 60%-os hatásfokot ért el. Konfekciótermékeket készítő festődében a biológiai kezelést ózonnal párosították, így 90%-os recirkulációs hatásfokról számoltak be. 1998-ban próbaüzemet létesítettek előzetesen biológiai kezelésnek alávetett festödei szennyvíz ózonnal és elektroflokkulálással történő tisztítására. Az elektroflokkulálás az elektrokémiai oxidáció, a flokkulálás és a flotálás kombinációja. Számos elektrokémiai oxidáció ismert az elektród minőségétől, a pH-tól és az alkalmazott potenciálkülönbségtől függően. A Fenton-reagens esetében vaselektródot használnak hidrogén-peroxid jelenlétében. Ebben az esetben a keletkező hidroxilgyök fokozza az oxidációt, és a vas(II)-ionok gyor-
san vas(III)-ionná oxidálódnak. A háromértékű vas és az alumíniumionok flokkulálják az oxidált anyagot, és az alkalmazott pH-n hidroxidalakban kicsapódnak. A katódon fejlődő hidrogén elősegíti az iszap flotálását és elkülönülését. Ezek a próbálkozások maradék vastartalmuk következtében nem eredményeztek megfelelő vízminőséget a textilfestéshez. Ezzel szemben az ózonizációs kísérletek bár nem távolították el teljesen a KOI-t, mégis jól használható tisztított vizet szolgáltattak. További fejlesztés során Tuscaniban szintetikus adszorbenst használtak. Az így előállított víz alkalmas az újrahasznosításhoz. Az adszorbens regenerálható. Az észak-olaszországi vízlelő helyek szűkös volta a biológiai eljárásokon túl további vízkezeléseket tett szükségessé a textilipari újrafelhasználáshoz. Ezt a szennyvízkezelési és újrahasznosítási hosszú távú kutatási programot az EU támogatja. Az ENV4-CT95-0064 program a textiliparban újrahasznosítható víz előállítását finanszírozza a IV. Keretprogram: Környezet és Klíma keretén belül, amelyben az olasz hatóságok is részt vesznek. A garantált minőségű víz előállítását biztosító projekt három részből áll: az első anaerob emésztésen alapszik, és az anaerob iszapon festékadszorpcióra és nehézfém-leválasztásra koncentrál. A második modul biológiai fázis a biológiailag lebontható szerves anyagok eltávolítására és a nitrogénvegyületek oxidálására. Az utolsó fázisban a kezelt szennyvizet aktív szenes vagy membrános eljárással a textilipari követelmények szerint állítják be. A comoi körzetben sikerült a városi szennyvízből textilipari felhasználásra alkalmas vizet nyerni (KOI<10 mg/l, vezetőképesség<40 µS, elhanyagolható szín mellett). Izrael Izraelben számos festöde kezeli az elfolyót koagulálás/flokkulálás, majd ezt követően aktív szenes kezeléssel. Az ismert elektrolit tartalmú vizet 60– 80%-ban újrahasznosítják különböző eljárásoknál. Dél-Afrikai Köztársaság A Natali Egyetem átfogó vizsgálatokat folytatott a szennyvizeit újrahasznosító festödék körében. A helyi festödék aktív közreműködésével ez a munka tűnik az eddigi legalaposabb tanulmánynak. Az egyes helyszínek részletes ismerete nélkül nehéz az értékelés. Értékes felvilágosítást nyújt a tervezett újrahasznosítás során felbukkanó kérdésekre. USA 1996-ban részletes tanulmány jelent meg a festékgyárak és festödék színes szennyvizeinek kezeléséről. A munka különösen értékes a szénadszorp-
ció, aktív szén/aktív iszap, nátrium-borohidrid redukció, ózonizáció, elektrokémiai, aerob/anaerob és membránfolyamatok terén. Az újrahasznosítással foglalkozó rész főleg a membránrendszerekkel foglalkozik és megbecsüli az ultraszűréssel és a fordított ozmózissal előállított recirkulált szennyvíz értékét, összehasonlítva azt a biológiai kezelés hatásával. Tanulmányozták a festékfürdők újrahasználhatóságát is. Savas festékkel festett műszálas szőnyeget és direkt/diszperz festékkel festett poliészter kötöttárut, poliészter/pamut árút gyártó festödéket vizsgáltak meg. A kimerült festékfürdőt klórral színtelenítették, és a kezelt vizet öblítésre használták. A klórozás káros hatását a későbbiekben alternatív oxidatív, koagulációs, flokkulációs és membrántechnológiákkal váltották fel. Napjainkban az USA-ban a recirkulációhoz ózonos, membrános, Fentonreagenst felhasználó és oxidatív koagulációt/flokkulációs technikákat használnak. Az utóbbinál elektrokémiai eljárással pH 8-9-nél vas(II)-hidroxidot állítanak elő, amely a festékkel és egyéb segédanyagokkal együtt kicsapódik és iszapként eltávolítható. A tisztított vizet friss vízzel hígítva a reaktív festékek kimosásához használják. Javítható a hatásfok az elektrolitok eltávolítására fordított ozmózis használatával. Az újrahasznosító rendszer hőcserélő és hűtőtornyot is tartalmaz. Végül, a tiszta vízzel történő keverés után ellenőrző vezetőképesség mérést végeznek. A gazdasági hatásokat is megvizsgálták. Ezek szerint a nátrium-szulfát visszanyerése jelenti az összes megtakarítás legnagyobb részét. A savas festőlé újrahasznosításának gazdaságossága nem annyira tisztázott – mivel ebben az esetben kevesebb sót használnak – mint a reaktív festés esetén. Laboratóriumi kísérletek szerint a kimerült reaktív festőfürdő és öblítőlé ózonnal elszínteleníthető, és 10% tiszta víz hozzáadásával öt ízben újra felhasználható; a szükséges sómennyiség 90%-a is kinyerhető. Egy másik laboratóriumi tanulmány az előbbi eljárás gazdasági megtérülését vizsgálta. (Dr. Vajda Tamásné) Skelly, K.: Water recycling. = Review of Progress in Coloration, 30. k. 2000. p. 21–33. Armbruster, W.; Molz, K. H.; Hauck, U.: Behandlung von Textilabwasser durch Kombination von Membranverfahren mit einer biologischen Stufe. = KA Wasserwirtschaft Abwasser Abfall, 48. k. 4. sz. 2001. p. 514–518. Arslan, I.; Akmehmet, J.: Advanced oxidation of raw and biotreated textile industry wastewater with O3, H2O2/UV-C and their sequential application. = Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 76. k. 1. sz. 2001. p. 53–60 Robinson, T.; McMullan, G. stb.: Remediation of dyes in textile effluent: a critical review on current treatment technologies with a proposed alternative. = Bioresource Technology, 77. k. 3. sz. 2001. máj. p. 247–255.
