造紙法煙草薄片生產(chǎn)循環(huán)水限制性參數(shù)的探索

王鳳蘭，姚元軍，劉志昌, 吳四和

（湖北中煙技術(shù)中心 黃鶴樓薄片應(yīng)用研究所，湖北 武漢 430056）

造紙法煙草薄片生產(chǎn)循環(huán)水限制性參數(shù)的探索

王鳳蘭，姚元軍，劉志昌, 吳四和*

（湖北中煙技術(shù)中心 黃鶴樓薄片應(yīng)用研究所，湖北 武漢 430056）

為有效解決造紙法煙草薄片抄造回水循環(huán)使用易腐化變質(zhì)而造成產(chǎn)品存在酸異味的問題，根據(jù)循環(huán)水質(zhì)參數(shù)間相關(guān)性關(guān)系，從表征循環(huán)水中有害物質(zhì)含量的角度出發(fā)，優(yōu)選出電導(dǎo)率、氨氮作為循環(huán)水限制性參數(shù)，有效克服了行業(yè)中對抄造循環(huán)水盲目排放而帶來的噸紙耗水大和產(chǎn)品質(zhì)量隱患的問題，實(shí)現(xiàn)了抄造回水有效循環(huán)利用的目標(biāo)。從造紙法煙草薄片感觀吸味出發(fā)，建議循環(huán)水氨氮含量控制≤4.0m g/L。

氨氮；造紙法煙草薄片；感觀質(zhì)量；循環(huán)水

造紙法煙草薄片是煙草加工業(yè)中一項(xiàng)煙草廢料再生利用的高新技術(shù)[1]，由于它的生產(chǎn)在一些工藝環(huán)節(jié)沿襲了造紙工藝和化工提取技術(shù)，因而不可避免地帶有高耗水、高廢水產(chǎn)生量的特點(diǎn)，該廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，具有廢渣和COD含量高，水樣偏酸性，易腐化變質(zhì)的特點(diǎn)，有機(jī)污染物以纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的水解產(chǎn)物為主，還含有低分子和不揮發(fā)性有機(jī)酸、煙堿、焦油、酚類物質(zhì)[4-5]。造紙行業(yè)在完全封閉紙機(jī)的再循環(huán)白水中，污染物濃度可達(dá)到最高臨界水平，這將引起造紙過程受阻和產(chǎn)品質(zhì)量受損，為了降低回水污染物濃度，往往在紙機(jī)的主要區(qū)域加入清水，使高污染物的回水從系統(tǒng)中排出，對文化紙機(jī)來說，雖然沒有具體的白水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是對某些污染物已提出清水質(zhì)量的通用準(zhǔn)則[2]。目前造紙法煙草薄片行業(yè)中，一般每生產(chǎn)一噸煙草薄片將產(chǎn)生50-120噸的有機(jī)廢水，生產(chǎn)能力為5000噸/年的生產(chǎn)線，日廢水處理量高達(dá)1000-1300m3/ d，生產(chǎn)循環(huán)水還沒有具體的回水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，循環(huán)水中污染物易腐化變質(zhì)的特點(diǎn)，不僅給造抄過程造成影響，更重要的是給產(chǎn)品吸味造成負(fù)面影響。因此，充分考慮造紙法煙草薄片生產(chǎn)過程中循環(huán)水限制性參數(shù)問題是十分必要的。

造紙法煙草薄片抄造廢水的回用關(guān)鍵問題是不允許在抄造廢水處理過程中加入任何處理藥劑，否則會(huì)影響煙草薄片的燃吸性能[3]。采用膜處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，但處理能力較低，成本太高。目前行業(yè)中對煙草薄片抄造回水通常是采用過濾方式回收細(xì)小纖維后，用作稀釋漿料和污水處理站沖洗過濾設(shè)備用，采取定期或不定期排放的方法來控制生產(chǎn)循環(huán)用水質(zhì)量，也有采用COD指標(biāo)來控制循環(huán)用水質(zhì)量的，但以上兩種方法均存在一些弊病，如前一種方法沒能從影響產(chǎn)品吸味角度出發(fā)，更多的是從節(jié)約回收纖維的角度考慮，因此會(huì)造成產(chǎn)品感觀質(zhì)量問題。另一種方法雖然從有機(jī)污染物質(zhì)含量來控制循環(huán)水質(zhì)，但實(shí)際生產(chǎn)過程中抄造回水COD指標(biāo)本身波動(dòng)較大，一方面受系統(tǒng)菌類繁殖氧化降解而使循環(huán)水COD含量降低，另一方面系統(tǒng)清水使用量較多時(shí)，抄造回水COD含量與常規(guī)情況下相比也出現(xiàn)降低情況，因此單從循環(huán)水COD數(shù)據(jù)不能全面反映水質(zhì)被污染的情況。

本文針對生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水在重復(fù)使用中易引起造紙過程受阻和產(chǎn)品質(zhì)量受損的問題[11]，對造紙法煙草薄片循環(huán)水的限制性參數(shù)進(jìn)行探索，從表征循環(huán)水特征的參數(shù)出發(fā),研究各參數(shù)間相關(guān)性關(guān)系，優(yōu)選出抄造循環(huán)水限制性參數(shù)組合，有效解決目前生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水盲目排放的問題，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前題下,節(jié)約生產(chǎn)用水量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗(yàn)所用循環(huán)水為湖北新業(yè)煙草薄片開發(fā)有限公司4?；厮厮畼?/p>

HI98107 筆式酸度計(jì) （意大利）

SP-756 紫外可見光分光光度計(jì)（上海光譜儀器有限公司）

ET99718 HE99721 COD快速測定儀 （北京利達(dá)科信環(huán)境安全技術(shù)有限公司）

PVX-150H-C 恒溫恒濕箱 （科力儀器）

HI93727 色度濃度比色計(jì) （意大利）

TF-IA 880數(shù)字式BOD5測定儀 （江蘇姜堰市分析儀器廠）

CON 510臺(tái)式電導(dǎo)率（Eutech/Oakton儀器有限公司）

1.2 方法

1.2.1 不同氨氮含量的評吸樣品的制備

取生產(chǎn)線上萃取過的漿料，在實(shí)驗(yàn)室用不同氨氮含量的循環(huán)水分別打漿、抄片后，按相同的涂布量，分別回涂到不同氨氮含量的基片上，制得所需再造煙葉樣品，將其切絲后卷制成（0.93－0.95）g的煙支，將煙支放置于RH為60%、22℃的恒溫恒濕箱內(nèi)平衡48h后，進(jìn)行感觀評吸。

1.2.2 檢測方法與感觀評吸方法

廢水色度采用Color(PtCo)APHA方法進(jìn)行檢測；

廢水COD采用重鉻酸鉀法消解，然后用分光光度法進(jìn)行檢測；

BOD測量采用五日生化需氧量法進(jìn)行檢測；氨氮采用納氏比色法進(jìn)行檢測。

感觀評吸參照YC/T138單料煙標(biāo)度檢驗(yàn)法進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 生產(chǎn)循環(huán)水的特性

研究表明，煙草有效化學(xué)成分的多次提取率一般在90%左右[6]，殘留的焦油、尼古丁、酚類會(huì)或多或少地在抄造工藝階段經(jīng)過打漿處理溶解在溶液中[7-10]，而纖維素是由葡萄糖基組成的呈鏈狀結(jié)構(gòu)的簡單聚糖，半纖維素是一種復(fù)合聚糖，因而在抄造工藝階段纖維素、半纖維素也會(huì)有部分水解，水解產(chǎn)物一般為多糖酸類化合物存在于系統(tǒng)循環(huán)水中[17]。湖北新業(yè)煙草薄片開發(fā)有限公司生產(chǎn)循環(huán)水分析檢測結(jié)果如表1：

表1 生產(chǎn)循環(huán)水分析檢測結(jié)果

通過一個(gè)月對生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水質(zhì)跟蹤檢測發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水質(zhì)波動(dòng)很大，這一方面與使用原料有關(guān)，另一方面與循環(huán)水盲目排放有關(guān)，目前循環(huán)水質(zhì)控制的狀況對產(chǎn)品質(zhì)量及污水處負(fù)荷的穩(wěn)定性都存在潛在的隱患。

2.2 生產(chǎn)循環(huán)水限制性參數(shù)的探索

生產(chǎn)循環(huán)水主要為造抄網(wǎng)下白水和損紙池沖網(wǎng)水，在實(shí)際生產(chǎn)中重復(fù)循環(huán)使用的回水，隨著時(shí)間的增加會(huì)出現(xiàn)腐化變質(zhì)現(xiàn)象，給正常生產(chǎn)和產(chǎn)品感觀吸味帶來負(fù)面影響，因此需要從表征循環(huán)水特征的參數(shù)出發(fā)，研究循環(huán)水限制性參數(shù)。

2.2.1 水質(zhì)參數(shù)的選擇

根據(jù)造紙法煙草薄片生產(chǎn)循環(huán)水的特征，在物理指標(biāo)上選擇色度、氣味、懸浮物，在化學(xué)指標(biāo)上選擇pH值、電導(dǎo)率，在生物化學(xué)指標(biāo)上選擇 COD、NH3-N 作為循環(huán)水質(zhì)限制性水質(zhì)參數(shù)[11]。

TDS 是水中所有溶解性固體的含量，包括有機(jī)的和無機(jī)的組分。有機(jī)組分包括溶解性木素、半纖維素、脂肪酸和填料的分散劑、染料等；無機(jī)組分主要是系統(tǒng)中積累的各種強(qiáng)電解質(zhì)，TDS 和電導(dǎo)率具有良好的相關(guān)關(guān)系[13-16]，一般認(rèn)為可以用電導(dǎo)率測量TDS，其轉(zhuǎn)化為 TDS 的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)隨著離子類型、濃度和溫度的不同而不同，在0.55~0.90 之間變化[13]。

電導(dǎo)率是表示系統(tǒng)中溶解性的離子（包括有機(jī)的和無機(jī)的）通過離子的遷移而具有的導(dǎo)電能力，一般會(huì)隨著離子濃度增加而提高, 系統(tǒng)中鹽濃度的升高，將打破系統(tǒng)濕部的電荷平衡，因此它是描述系統(tǒng)中溶解的有機(jī)和無機(jī)組分含量的重要參數(shù)[14]。

氨氮是以游離氨或銨鹽形式存在于水中，兩者的組成比取決于水的pH值和水溫, 水中氨氮的來源主要為含氮有機(jī)物受微生物作用的分解產(chǎn)物，測定水中各種形態(tài)的氮化合物，有助于評價(jià)水體被污染和自凈的狀況[15]。

化學(xué)耗氧量是一個(gè)眾所周知的水體環(huán)境評論參數(shù),是指水體中易被強(qiáng)氧化劑氧化的還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑量。與環(huán)境評價(jià)的目的有所不同,環(huán)境評價(jià)采用COD 指標(biāo)著重于水體中的有機(jī)物質(zhì)對環(huán)境造成的影響，而水質(zhì)界定參數(shù)選用COD 是為了關(guān)聯(lián)回用水體中有機(jī)物質(zhì)的含量[16]。

2.2.2 水質(zhì)參數(shù)與循環(huán)時(shí)間的關(guān)系

取980（現(xiàn)有技術(shù)中的一種煙草薄片產(chǎn)品牌號）產(chǎn)品生產(chǎn)回水6份，分別為抄造回水循環(huán)1-6天的循環(huán)水樣，取樣（取樣的代表性根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行）5公斤，分別在取樣當(dāng)天檢測水樣COD、NH3-N、SS、色度、氣味、電導(dǎo)率、pH值等7項(xiàng)指標(biāo)，檢測結(jié)果如表2。

表2 不同循環(huán)時(shí)間的回水質(zhì)量檢測結(jié)果

從表2可以看出，隨著循環(huán)時(shí)間的增加循環(huán)水中COD含量逐漸降低，第二天以后降低非常顯著；循環(huán)水中氨氮含量隨循環(huán)時(shí)間的增加而增加，第四天以后增加很顯著；懸浮物含量隨著時(shí)間的增加總體來說在增加，但過程中略有波動(dòng)；色度隨著循環(huán)時(shí)間的增加總趨勢是降低，但過程中也是略有波動(dòng)；循環(huán)水pH值隨時(shí)間增加而略有變化，但變化沒有規(guī)律性；電導(dǎo)率隨循環(huán)時(shí)間增加而變化，但變化沒有規(guī)律性。

圖1 循環(huán)水COD含量隨循環(huán)時(shí)間的變化

圖2 循環(huán)水氨氮含量隨循環(huán)時(shí)間的變化

圖3 循環(huán)水SS隨循環(huán)時(shí)間的變化

圖4 色度隨循環(huán)時(shí)間變化

圖5 pH值隨循環(huán)時(shí)間變化

圖6 電導(dǎo)率隨循環(huán)時(shí)間變化

2.2.3 循環(huán)水限制性參數(shù)的確定

表征循環(huán)水質(zhì)的參數(shù)有很多，我們從影響正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的角度出發(fā)，對這些參數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行研究，通過excel上的散點(diǎn)圖求得表2中各數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性關(guān)系，優(yōu)選出不累贅反映循環(huán)水質(zhì)的限制性參數(shù)組合。水質(zhì)參數(shù)間的相關(guān)性關(guān)系如表3：

表3 水質(zhì)參數(shù)間的相關(guān)性關(guān)系

以上6個(gè)參數(shù)間相關(guān)性關(guān)系分析得出，NH3-N與SS、NH3-N與色度、NH3-N與COD、NH3-N與pH值的相關(guān)系數(shù)為0.46-0.84,存在一定的相關(guān)性，而電導(dǎo)率與以上指標(biāo)相關(guān)系數(shù)為0.003-0.3285,相關(guān)性較差。從表2可以看出，氨氮指標(biāo)與氣味成正比，能很直觀反映水質(zhì)污染情況，而電導(dǎo)率能反映抄造濕部的電荷平衡情況，間接反映漿料在濕部的助留助濾效果，因此全面而不累贅的循環(huán)水限制性參數(shù)組合為NH3-N和電導(dǎo)率。

2.3 循環(huán)水氨氮含量對產(chǎn)品感觀吸味影響

取生產(chǎn)線上萃取過的漿料，在實(shí)驗(yàn)室用不同氨氮含量的循環(huán)水分別打漿、抄片后，按相同的涂布量，分別回涂到不同氨氮含量的基片上，制得所需再造煙葉樣品，將其切絲后卷制成（0.93－0.95）g的煙支，將煙支放置于RH為60%、22℃的恒溫恒濕箱內(nèi)平衡48h后，進(jìn)行感觀評吸，評吸樣品如表3、評吸結(jié)果如表4所示。

表4 評吸樣品表

表5 再造煙葉感官質(zhì)量評吸表

參加評吸9人一致認(rèn)為：8個(gè)樣品的排序?yàn)?1#＞2#＞3#＞4#＞5#＞6#＞7#＞8#，其中6#、7#、8#樣酸異味重，3＃、4＃、5＃樣有不良雜氣。

根據(jù)評吸結(jié)果，確定NH3-N含量小于4mg/L時(shí)對產(chǎn)品吸味無影響。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)造紙法煙草薄片循環(huán)水質(zhì)特性，從水質(zhì)物理、化學(xué)、生物化學(xué)等方面，選出6個(gè)具有特性的循環(huán)水限制性參數(shù)，即SS、色度、電導(dǎo)率、pH、氨氮、COD。

（2）根據(jù)循環(huán)時(shí)間對6個(gè)水質(zhì)參數(shù)的影響，篩選出氨氮和COD與循環(huán)時(shí)間呈規(guī)律性變化關(guān)系，結(jié)合各水質(zhì)參數(shù)間相關(guān)性分析結(jié)果，從抄造濕部電荷平衡和產(chǎn)品吸味角度考慮，優(yōu)選出電導(dǎo)率、氨氮作為造紙法煙草薄片循環(huán)水限制性參數(shù)組合。

（3）通過感觀評吸認(rèn)為，循環(huán)水NH3-N≤4.0mg/L時(shí)對薄片吸味無影響，NH3-N＞4.0mg/L時(shí)對薄片感觀吸味有負(fù)面影響。

[1] 陳榮．造紙法煙草薄片生產(chǎn)廢水的處理[J]．環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊, 2010, 29(1):68-70.

[2] 孫云杰, 周景輝編譯. 白水封閉循環(huán)系統(tǒng)中白水質(zhì)量和處理方案的選擇[J]. 國際造紙, 2010, (1): 27-32.

[3] 周國華,萬端極，張學(xué)軍,等. 膜技術(shù)處理煙草薄片抄造廢水研究[J].化學(xué)工程師, 2009, (5): 31-33.

[4] 侯鐵,李有明,鄭振山,等. 造紙法煙草薄片廢水中污染物的分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2008,(3): 95－98.

[5] Huo Yi, L i Youming. Micro2 structure analysis of anaero 2 bic granular sludge in wastewater treatment of papermak 2 in tobacco leaf[A]. 5th INWFPPC and 3rd ISETPP[C ]. Guangzhou, South China University of Technology Press, 2006.

[6] 邱曄, 胡群, 陳輝敏, 等．再造煙葉生產(chǎn)廢水處理研究[J]. 工業(yè)水處理, 2006, 26(30): 23-25.

[7] 陳元彩, 陳竹, 肖仙英, 等．造紙法煙草薄片廢水的研究[J]．中國造紙, 2006, 25(9): 20-22.

[8] Cocci A A, StuartAlmost, Mccartby P j1Sequencing Batch Reac2 tor in the Pulp and Paper Industry a Bench2making Study [ C ]. In2 ternational environmental conference & exhibitition, 2005.

[9] 馬步青．上海卷煙廠污水治理[J]．煙草科技, 2004, (6): 3-5.

[10] 梅云武,陳云.再造煙葉生產(chǎn)廢水的處理與綜合利用[J]. 中國給水排水, 2004, (20): 75－77.

[11] 何北海, 錢麗穎, 趙光磊, 等. 回用水的水質(zhì)界定參數(shù)及其界定方法——造紙過程水系統(tǒng)封閉的技術(shù)對策探討之二[J]. 中國造紙學(xué)報(bào), 2003, 18(1): 164.

[12] Boegh K H, et al. New Methods for on-line analysis of dissolved substances in white-water[J]. Pulp & Paper Canada,2001, 102(3): 65:

[13] Boegh K H ,Garver T M,Henry D ,etal. Pulp & Paper Canada[J]. 2001, 102(3) :40.

[14] Barton D A, et al. Experience with water system closure at recycled paperboard mills[J]. TAPPI, 1996, 79(3): 191.

[15] Timo Rantala ,Martti Artama ,Jukka Nokelainen ,etal . Proceedigns of Pre2symposium of the 10thISWPC[Z]. 130.

[16] Joore L P A A, Coenen E L J ,et al. Links between process water qualities and product properties an integral approach to water management in papermaking[J]. Paper Technology, 2000, 41(4): 47.

[17] Rajesh S Bejankiwar．Electrochemical treatment of cigarette industry wastewater：feasibility study[J]．Water Research，2002(36)：4386-4390．

Probe into Restrictive Parameters of Recycled Water in Tobacco Sheet Production by Paper-making Method

WANG Feng-lan , YAO Yuan-jun, LIU Zhi-chang , WU Si-he

(Applied Research Institute of Yellow Crane Tower Tobacco Sheet, Technology Center of Hubei Provincial Tobacco Group, Wuhan Hubei 430056, China)

The backwater of tobacco sheet by paper-making method is like to go stale in recycling process and causes acid odors consequently. To solve this problem effectively, in accordance with correlation between parameters of recycled water quality, harmful substances of the recycled water are characterized to optimize restrictive parameters of recycled water (conductivity, NH3-N) and effectively by solving the problem of high consumption of water per ton resulting from the blind emissions of recycled water in this industry as well as the hidden problems of production quality. In this way, the goal of backwater recycling has been accomplished. In terms of smoke flavor and sensory of tobacco sheet by paper-making method, it is suggested to bring the content of NH3-N of recycled water under control by no more than 4.0mg/L.

NH3-N; tobacco sheet by paper-making method; sensory quality; recycled water

TP309

A

1009－5160(2010)03－0053－05

*通訊作者：吳四和（1955-），男，高級工程師，研究方向：節(jié)能減排.

湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2008CBD375）.