紡織工業作為我國國民經濟的傳統支柱產業、重要的民生產業和國際競爭優勢明顯的外向型產業，在繁榮市場、吸納就業、增加農民收入、加快城鎮化進程以及促進社會和諧發展等方面長期發揮著重要作用。但近年來，我國紡織印染業的經濟運行和提升發展也面臨著資源受限、環境制約的巨大沖擊，尤其是當前，國家先后出臺了《紡織染整工業水污染物排放標準》（GB4287-2012）、《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）等新政策，部分省市也戰略性地提出了“五水共治”、全面“剿滅劣V類”等新舉措，眾多企業身感資源環境受制的壓力，行業經濟平穩運行也面臨嚴峻挑戰。在嚴苛的環保整治風暴下，印染企業只有尋求轉型才可以實現可持續發展，提高印染企業節能減排、加大自動化設備投放，才能立足于行業前沿。
活性染料是纖維素纖維染色的主要染料，但由于其利用率不高（大都在60%~70%），染色水洗耗水量大，造成染色廢水色度深、處理難度大、廢水排放量高。目前普遍應用于工業的處理方法仍是中水回用以及分離脫色，然后達標排放，因而廢水的排放尚未得到真正解決。近年來，也有研究者嘗試通過分析活性染料染色殘液中的殘留染料以及其他水質情況，以便不加處理即可回用于染色，但也受到循環次數以及色光控制的影響。
基于印染行業發展方向和產業升級目標，本文提出了一種新型活性染色廢水零排放染色技術。該技術本著“有限資源，無限循環”的開發理念，采用細分“原始點”治理和染色廢水全流程循環利用的全新技術模式，研究開發循環染色清潔生產新技術及其整體解決方案，通過染色全過程各工序（染色、皂洗、水洗、還原清洗等）殘液的深度治理，不改變加工介質，快速、精準地分離和除去不需要的成分，保留所需要的成分，再分別回用到相應的染色工序中去，循環往復高頻次利用，最大限度地節水（相比傳統工藝節水超過90%），最大限度地減排和減污，趨“零”排放，實現印染節能減排和清潔生產的重大突破。
1、國內外研究現狀
近10年來，我國在印染節能降耗減排新工藝、新技術、新裝備以及印染廢水終端治理技術的開發應用上雖發展較快，進步較大，但總體節水程度不高，深度治理和循環利用能力不夠，綜合系統性不強，一般節水工藝技術和終端治理中水回用的水平通常也只有30%~50％，仍不能適應國家對改善資源環境的高標準、嚴要求。
活性染料染色廢水水質多變，含有機染料、表面活性劑、高濃度電解質等化學物質，有酸堿度高、色度高、可生化性差等缺點。為了實現節水減排這一目標，20世紀八九十年代以來，國內外業界都致力于這方面的努力，開展了大量的研究工作，在理論和實踐上也取得了較大進展，不同程度地推動了業界的節水節能和降耗減排，主要技術包括無水、少水染色技術，短流程染色新工藝和印染廢水中水回用、末端治理，以及近年來報道的仿生物結構生色染色技術等。
在無水或少水染色技術上，主要是研究探索超臨界二氧化碳染色技術，國內不少單位進行過小試研究，個別單位還試制出中試樣機，終因技術條件苛刻、設備制造和使用安全、投資成本高昂等原因，工業化應用進程遲緩。國際上，德國西北紡織研究中心E.Schollmeyer于1989年發明了以超臨界CO2作為染色介質的無水染色技術；2012年，亨斯邁和荷蘭Dye⁃Coo公司聯手開發了CO2超臨界染色設備，有報道Nike公司與DyeCoo公司合作采用超臨界CO2無水染色機推出了ColorDry無水染色成衣產品。據了解，該設備需數千萬元一臺，要在國內大面積使用，目前可能性不大。近幾年，有文獻報道了D5（十甲基環五硅氧烷）等非水介質染色技術，研究探索了以生態友好的D5作為染色介質進行滌綸纖維的分散染料非水染色、蠶絲織物的酸性染料染色、棉織物的D5反膠束體系活性染料染色、腈綸的陽離子染料染色、棉織物的D5/活性染料懸浮體系染色等工藝技術。特別是D5/活性染料懸浮體系染色技術，其優勢在于無鹽節水染色，能使活性染料在無鹽條件下接近100%地上染，固著率也遠高于傳統水浴染色，有效解決了傳統活性染料水浴染色染料上染率低、廢水含鹽量高的問題。染色后，D5介質可以回收利用，具有較大的應用開發價值。但D5非水介質染色目前仍處于研究階段，而且也僅局限于染色工序。實際上染色后的皂洗、水洗、固色、柔軟等工序的用水量遠超過染色工序，所以廢水排放仍未得到解決，實際生產中還存在著成本高等問題。近來，國外對D5健康安全性存有爭議。2012年，英國環保局等相關機構聯合提出D4/D5屬于REACH法規中的PBTs（持久性、生物累積性和毒性物質）和vPvBs（高持久性和高生物累積性物質）。近期，歐盟委員會又擬對D4/D5新增一項REACH法規附件ⅩⅦ限制物質要求。
在少水染色技術上，首先是小浴比或超小浴比染色。20世紀70年代末，德國特恩機械有限公司（THEN公司）在國際上率先提出氣流霧化染色的概念，并最先推出用氣流代替液流輸送織物的氣流霧化噴射染色機（THENAIRFLOW），染色浴比小到1∶4。進入21世紀，立信印染機械接手氣流霧化染色機的生產銷售，目前國內也有印染機械廠家生產該類設備，并在部分印染企業推廣應用，適合部分品種的超小浴比染色。其次是一浴法短流程染色工藝，通過染色新助劑的開發應用，將分浴染色變為同浴染色，或進一步縮短染色工藝流程，一般節水在30%~50%。
國內也有微膠囊化分散染料的研究報道。利用微膠囊的緩釋功能對染色速度進行控制，達到勻染的目的；利用微膠囊的隔離功能防止染料對纖維的沾染而形成斑漬，達到節約用水、減輕末端治污壓力的目的。但因目前的技術成熟性、品種適應性等因素鮮見應用報道。
浙江省有企業在對紙張印刷機進行改良，用活性染料印刷法進行雙面印花，市場宣傳是“無水染色”，但實際上該設備印花后仍需要皂洗、水洗等工序，還未達到真正意義上的無水染色。近來，業內有報道稱“為印染行業徹底解決了廢水排放問題”，進一步了解系采用了分散染料熱熔法制成的設備。實際上此法在業內早有研究，只是此法染料利用率低，染品手感較粗糙，色澤一般，染料品種受限制等因素，業內很少應用。
21世紀以來，印染生產的中水回用技術得到了快速發展，但總體上來講，即便應用目前最先進的膜技術，中水回用的水平一般在30%，少數好的企業最多達到50%左右。目前，業內有企業還在不斷挖潛，研究開發小浴比氣流染色設備及其殘液直接回用技術，將染色殘液中的剩余染料、助劑進行定量分析，補加調整到配方要求后再進行回用，但在配方調控及提高回用效率上仍面臨著許多復雜的問題要解決。
仿生結構生色研究近年來取得了一定的突破。與傳統紡織品著色技術不同，結構生色的產生無須使用染料或顏料等化學著色劑，是物體自身的特殊物理結構與光發生干涉、衍射和散射等作用而產生的視覺效果，具有明亮艷麗、靈動多變和永不褪色等特點。浙江理工大學研究團隊以單分散納米微球作為結構基元，在粗糙、多孔的柔性紡織基材表面構筑光子晶體結構，實現了紡織品的結構生色。通過研究構造光子晶體生色結構的相關自組裝方法、機理和調控手段，為紡織基材上仿生光子晶體結構的構建和具有特殊結構生色效果的紡織產品開發提供了有益的理論支撐和實踐經驗。但該技術目前仍處于初步研究階段，紡織品上色的速度、上色后的手感以及結構生色紡織品顏色耐久性等均有待進一步研究。
綜合來看，目前我國印染行業的節水減排總體水平與當前國家對生態環境資源保護的整體要求仍有相當差距，真正意義上的無水染色技術應用國內尚屬空白；現有節水減排染色技術基本都落在織物染色工序上，而實際上紡織品染色的整體工藝應該包括染色和染色后處理（水洗、皂洗、固色、還原清洗、手感整理等）工序，通常染色后處理的用水量和廢水排放量是染色工序的數倍甚至十幾倍；同時，紡織染色也是非常復雜的加工體系，隨產品變化會采用不同的生產設備、不同的加工工藝和不同的染化料助劑，現有節水減排染色技術往往適用某些方面，都有一定的應用局限性，這些未曾被覆蓋和受局限的染色生產仍可構成節水減排的嚴峻挑戰。再者是現有技術的總體效能還不高，大多實際節水或回用率在30%~50%。要使紡織印染節水降能、減排輕污再上新水平，提升新高度，必須綜合染色工藝和排放治理，細分“原始點”，突破當前瓶頸，研究開發能夠全程覆蓋、適應面寬、資源深度循環利用和生態清潔生產的整體解決方案，已成為當前該領域技術發展的主要趨勢。
2、活性染色廢水零排放染色技術
活性染料染色廢水零排放技術是在不改變傳統染色方法和工藝的前提下，運用細分“原始點”理念，結合生態循環染色機，將染色各工序如染色、皂洗、水洗等殘液中的殘余染料分別定向捕捉分離出來，去除水中棉屑等無用的雜質，并保留元明粉、助劑等可持續使用的部分，然后通過選擇性分離系統，分別對上述廢水進行分離，得到再生水，并儲存在生態循環染色機的供水系統，以便下次染色使用，如圖1所示。該技術關鍵在于對染色后廢水中染料的捕捉分離，如發明專利CN201610315614.8公開的一種多烷基胺萃淋樹脂捕捉染色廢水中的染料。將該方法運用到活性染料染色工藝中，可有效地降低染色廢水的色度，分離染色廢水中的殘余染料，使廢水達到相應回用工序的要求，從而實現水及水中可重復利用的鹽或助劑等資源的循環利用。
2.1 技術創新
首先，該技術在國內首次將類“分子篩”物質或萃淋樹脂等高選擇性定向捕捉與分離技術創新地運用到活性染色以及水洗殘液的深度治理和循環利用領域，通過自主研發適于染料高選擇性定向捕捉的分子基材及其耦合增效的分子體系，高效脫除染色殘液中的染料及其水解物，循環再用于染色或水洗等相應工序，最大限度地提高水資源的利用率，顯著減少排放和環境污染，是當今節水減排和清潔生產技術的新突破。這種捕捉再生循環系統具有連續高效、傳導穩定、捕捉分離效率高、流程可控等特點。
其次，綜合染色全流程工藝和廢水深度治理，采取細分“原始點”治理法，系統研發染色用水循環利用的整體解決方案，開創了紡織印染界深度節水、深度減排、清潔生產的全新技術模式。所開發的捕捉再生循環新技術覆蓋染色及染后皂洗、還原清洗、各道水洗等全流程，脫除殘液中的染料及其水解物，對應循環用于染色的各道后續加工，實現染色全流程深度治理和水資源的循環利用。
最后，通過集成染液再生循環系統和現有各類主流先進的染色設備或生產線，特別是節水型的新型染色智能設備，自主研制生態循環染色成套裝備（生態循環染色機）。
2.2 應用特點
活性染色廢水零排放染色技術不改變傳統染色工藝原理，不改變染色介質，依然采用水對紡織品進行染色、水洗等；基本染化料同傳統染色方法。這樣一來，在推廣應用上具有靈活度高、易于被工廠理解和被快速接受的優點。
但該技術又不同于現階段活性染料染色工藝，相比后者的所有染色或水洗殘液排向污水處理廠集中處理達標后排放、耗電耗氣較大、染色殘液中的元明粉、堿全部流失，并排向大自然，活性染色廢水零排放染色技術從染色到最后一道水洗殘液均排向循環捕捉系統，經再生后循環回用于相應工序中，節水率達90%以上，且由于染色殘液再生后溫度仍較高（一般下降不到10℃），給再次加熱節省大量的蒸汽以及電能；另外，染色殘液中含有大量的元明粉以及殘余堿劑，染色回用水循環用于染色后，可大大減少元明粉的用量以及固色堿的成本。
該技術所采用的類分子篩材料或改性萃淋樹脂可再生并多次循環利用；大大節約樹脂成本以及生態循環染色的總體成本。從資源利用以及生態角度真正實現了資源節約型、環境友好型發展的目標。
2.3 適用范圍
活性染色廢水零排放染色技術適用范圍較廣，棉、麻、真絲等可采用活性染料染色的紡織品纖維，均可利用活性染色零排放染色技術實現廢水的高頻次循環利用以及廢水的少排甚至零排。
3、活性染色廢水零排放染色技術的應用
目前，活性染色廢水零排放染色技術已在浙江金華、嘉興的印染廠實際生產應用，據現場生產數據顯示，若以生產100kg棉紡織品計算，活性染色廢水零排放染色技術較普通的染色工藝具有明顯的節水節能以及成本優勢，具體如下表1所示。
從表1中數據可以看出，相比工廠傳統染色工藝，零排放染色工藝新增了染料捕捉劑的成本以及增加了少許耗電量（循環捕捉再生系統產生），但后者不僅實現了染色以及各水洗工序廢水的近零排放（從節水角度來看節水率達90%以上），而且大大節約了元明粉的用量以及染色堿的成本（成本節約50%左右），其成本遠大于所增加的部分。另外還節約了近40%的蒸汽，因而具有顯著的經濟效益以及社會環境效益。
4、存在的問題
目前，活性染色廢水零排放染色技術仍存在幾個亟待解決的問題：（1）隨著人工智能的發展，中國制造業的改革升級，行業及生產技術自動化程度越來越高，為順應潮流的發展，進一步提高生產效率和生產力，活性染色廢水零排放染色系統和設備的自動化程度仍需進一步提升，包括設備系統中循環再生水質的實時監測系統等；（2）用來捕捉廢水中殘余染料的改性萃淋樹脂或類分子篩材料的再生循環是本技術進一步降低成本的關鍵，因此其再生技術以及再生設備的制備成為研究重點；（3）染料的選擇需要系統化，染料上染率以及染色所需鹽的濃度與染色或水洗殘液中染料濃度直接相關，從而進一步影響廢水再生循環的成本。因此，篩選出適用于活性染色廢水零排放染色技術的專用染料有利于降低樹脂成本。
5、發展展望
當前，國家圍繞創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，從改善生態環境質量角度，加快對傳統高耗重排產業淘汰升級改造，紡織印染業正處于調整轉型升級的關鍵期，迫于目前資源環境制約壓力和宏觀形勢，業內廣大企業對印染深度節能減排技術需求迫切，對成果應用轉化的內生動力強。活性染色廢水零排放染色技術在保證紡織品染色質量和色光牢度的條件下，實現了活性染色廢水的微排放，大大節約了染化助劑的用量以及其他電氣成本等，并成功應用在印染企業實際生產中，取得了較大突破。綜上可見，活性染色廢水零排放染色技術的市場競爭優勢明顯。（來源：浙江絲科院輕紡材料有限公司）
