造紙法再造煙葉廢水的處理研究

陳正春，李 軍，馮文超2，，冀雅文2，，朱紅琴2，，劉旭強(qiáng)2，

（1.云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司，云南昆明 650106；2.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，云南昆明 650500；3.云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，云南昆明 650106）

造紙法再造煙葉廢水的處理研究

陳正春1，李 軍3，馮文超2，3，冀雅文2，3，朱紅琴2，3，劉旭強(qiáng)2，3

（1.云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司，云南昆明 650106；2.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，云南昆明 650500；3.云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，云南昆明 650106）

從物理化學(xué)法、生物化學(xué)法和深度處理法3個(gè)方面總結(jié)了國(guó)內(nèi)對(duì)造紙法再造煙葉廢水的處理研究進(jìn)展。

造紙法；再造煙葉；廢水處理

造紙法再造煙葉（又稱造紙法煙草薄片）是目前國(guó)際上煙草廢棄物再利用的最先進(jìn)技術(shù)［1］。造紙法再造煙葉在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、填充值、成絲率和耐機(jī)械加工性能等方面均優(yōu)于輥壓和稠漿法的再造煙葉，它能提高煙支燃燒速率并降低焦油含量，可塑性也高且較易加工［2］。目前，造紙法再造煙葉已在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。造紙法再造煙葉的生產(chǎn)過(guò)程類似于制漿造紙過(guò)程，其廢水中除了含有與制漿造紙廢水共有的纖維外，還含有低分子和不揮發(fā)性有機(jī)酸、煙堿、焦油、酚類等物質(zhì)。這些物質(zhì)導(dǎo)致了煙草廢水色度高、可生化性差，廢水中的煙堿也不利于微生物的生長(zhǎng)。同時(shí)，造紙法再造煙葉產(chǎn)生的廢水濃度波動(dòng)較大，屬于難處理的高濃度有機(jī)廢水［3，4］。國(guó)內(nèi)部分造紙法再造煙葉生產(chǎn)線建設(shè)了相應(yīng)的廢水處理工程，但都存在諸如運(yùn)行費(fèi)用高、廢水處理系統(tǒng)未能正常運(yùn)行、處理后的廢水未能達(dá)標(biāo)等問(wèn)題［5］。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于造紙法再造煙葉廢水處理的工藝研究還較少，通常采用與制漿造紙廢水相同的處理方法，如物理化學(xué)法、生物化學(xué)法和深度處理法等［6］。

1 物理化學(xué)法

造紙法再造煙葉廢水中含有大量的懸浮物（細(xì)小纖維、碎煙絲煙末以及一些膠體物質(zhì)）會(huì)極大的影響生化處理效果，因此，生化處理前先采用物理或者物化法去除懸浮物。目前，煙草企業(yè)采用較多的過(guò)濾設(shè)備有過(guò)濾機(jī)、篩網(wǎng)（斜篩）及格柵等，其投資成本低、運(yùn)行動(dòng)力能耗小，不但能夠初步凈化廢水還能回收細(xì)小纖維［6］。

黃申元［7］將一種特殊多元催化劑固化于填料表面，使其與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，在適宜的工藝參數(shù)條件下，用催化微電解－沉淀或氣浮法降低COD，取得了非常明顯的效果。孫德平等［8］自制了Ca－Mg復(fù)合凝聚劑，對(duì)造紙法再造煙葉的廢水進(jìn)行了高效固－液分離。該法降低了廢水70%以上的COD，大大降低了后續(xù)生化處理負(fù)荷，而且，分離后獲得的污泥固體含有豐富的煙堿類物質(zhì)，可用作生物源殺蟲(chóng)劑的活性成份或粉狀殺蟲(chóng)劑的載附劑。因此，該法充分利用了資源，具有一定的實(shí)用價(jià)值。高洋［9］研究了電絮凝、電化學(xué)氧化及電絮凝－電化學(xué)氧化耦合處理再造煙葉廢水的影響因素、最佳處理?xiàng)l件及不同處理方法對(duì)廢水可生化性改進(jìn)的程度和處理成本，并通過(guò)氣質(zhì)聯(lián)用（GC－MS）分析了處理前后廢水中有機(jī)污染物的變化情況，探討了不同處理技術(shù)對(duì)再造煙葉廢水中污染物的去除機(jī)理。陳昭毅等［10］探討了煤渣處理造紙法再造煙葉廢水的作用機(jī)理，試驗(yàn)表明，煤渣與混凝劑聚合氯化鋁（PAC）聯(lián)用可提高廢水處理效果。王義等［11］成功研制出一套光催化處理設(shè)備，結(jié)合自制的介孔TiO2材料對(duì)高濃度再造煙葉廢水進(jìn)行了處理，COD可降低99%以上，為實(shí)現(xiàn)高濃度再造煙葉廢水的規(guī)?；幚硖峁┝思夹g(shù)支持。唐向陽(yáng)等［12］利用納米氣泡獨(dú)有的良好氣浮效果，將微納米曝氣和氣浮工藝相結(jié)合，以殼聚糖為絮凝劑，成功地將廢水中的COD、SS、氨氮的濃度降低至生產(chǎn)回用標(biāo)準(zhǔn)。王玉峰等［13］以聚合氯化鋁（PAC）及聚合硫酸鐵（PFS）為混凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）為助凝劑，對(duì)造紙法再造煙葉廢水進(jìn)行混凝處理，結(jié)果表明，PAC對(duì)COD、氨氮和懸浮物有較高的去除率，且脫色效果更好；PAC處理后的廢水沒(méi)有產(chǎn)生殘留鋁，而且能大幅度地去除原水中的鋁，有機(jī)物也能有明顯去除；同時(shí)，建立了COD和色度去除率的響應(yīng)面方程，并求出了COD和色度降低率同時(shí)達(dá)到最大值的解；利用該方程預(yù)測(cè)的值與實(shí)驗(yàn)值相符，模型可信度高，為再造煙葉廢水絮凝處理的參數(shù)優(yōu)化提供了一定的理論依據(jù)［14］。莫立煥等［15］通過(guò)熱重和X－射線衍射分析了凹凸棒土結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)煅燒溫度、煅燒時(shí)間、pH、用量及反應(yīng)時(shí)間等因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，并得出了降低COD、色度較為理想條件。

物理化學(xué)方法能有效地降低再造煙葉廢水預(yù)處理階段的廢水污染程度，提高后續(xù)生化處理效率，但容易產(chǎn)生二次污染。

2 生化處理法

造紙法再造煙葉廢水中主要含有纖維素、多糖酸（半纖維素的部分水解產(chǎn)物）和一些低碳酸等有機(jī)物，可生化性能較好［4］。與物理、化學(xué)方法相比，生化處理法有利于環(huán)境友好、資源節(jié)約及能源的可持續(xù)利用。目前，國(guó)內(nèi)一些再造煙葉生產(chǎn)線建設(shè)的廢水處理工程，存在著運(yùn)行成本高、處理系統(tǒng)不穩(wěn)定、處理后的廢水不能達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，這是由于生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生的［16］。

生化處理法可分為厭氧生化處理法、好氧生化處理法及厭氧－好氧生化處理法。

2.1 厭氧生化處理法

在缺氧條件下，利用厭氧微生物或者兼性厭氧微生物將復(fù)雜有機(jī)物降解為小分子有機(jī)酸、醇類等物質(zhì)，并且釋放甲烷、二氧化碳、硫化氫和氨氣的處理法為厭氧生化處理法。侯軼等［17］認(rèn)為微生物降解煙堿的過(guò)程中可能發(fā)生協(xié)同降解，并因此提出了通過(guò)反硝化反應(yīng)強(qiáng)化厭氧過(guò)程中煙堿降解的思路，結(jié)果表明廢水中煙堿生物降解作用顯著。

2.2 好氧生化處理法

在有氧氣存在的條件下，利用好氧微生物使廢水中有機(jī)物降解的處理法稱為好氧生化處理法，可分為活性污泥法和生物膜法兩大類。常用的活性污泥法有間歇式活性污泥法（SBR）、HCR法。邱曄等［18］設(shè)計(jì)了“混凝＋生化＋脫色”三級(jí)處理工藝處理再造煙葉廢水，該工藝處理費(fèi)用較低，出水可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。唐向兵等［19］為加強(qiáng)好氧處理過(guò)程，對(duì)氣浮設(shè)備改造升級(jí)，幾個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行后，出水完全能達(dá)到造紙工業(yè)水污染排放二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 厭氧－好氧生化處理法

厭氧生化處理法出水往往難以達(dá)到排放要求，需進(jìn)一步處理。好氧生化處理法占地面積大、運(yùn)行成本高。梅榮武等［20］以氣?。瓍捬酰毖酰醚鯙橹黧w的工藝處理后的廢水，出水COD＜400 mg／L，達(dá)到了二類污染物的三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，柵渣與浮渣均全部回用于生產(chǎn)。李友明等［21］建立了混凝－厭氧－好氧－深度處理系統(tǒng)處理造紙法再造煙葉生產(chǎn)廢水，結(jié)果表明，在最佳工藝下，COD的降低率、COD、BOD5、SS和色度等各項(xiàng)出水指標(biāo)均優(yōu)于目前的處理系統(tǒng)。

此外，薛長(zhǎng)森等［16］針對(duì)以上各研究圍繞對(duì)污水化學(xué)需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）降低的方面，從篩選高效再造煙葉廢水脫色微生物方面入手，同時(shí)研究環(huán)境因素對(duì)微生物菌群廢水脫色的影響，確定了最佳脫色條件，效果明顯，為再造煙葉生產(chǎn)廢水的高效處理提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

對(duì)于造紙法再造煙葉高濃有機(jī)廢水的處理，應(yīng)聯(lián)合使用厭氧處理法和好氧處理法的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳處理效果。

3 深度處理法

隨著制漿造紙廢水深度處理技術(shù)的逐漸成熟，現(xiàn)已有研究者將該技術(shù)用于處理造紙法再造煙葉的廢水。

周國(guó)華等［22］探討了組合的膜技術(shù)工藝處理造紙法制造再造煙葉抄造廢水的研究，采用廢水→預(yù)處理→微濾膜處理→納濾膜處理→反滲透工藝處理后的廢水可以回用于生產(chǎn)。莫立煥等［23］對(duì)生化處理后再造煙葉廢水用混凝法與Fenton法聯(lián)合處理，最優(yōu)試驗(yàn)條件下，出水CODCr和色度均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。陳榮等［24］用厭氧反應(yīng)器技術(shù)結(jié)合高效絮凝處理造紙法再造煙葉廢水，CODCr大幅下降，再用SBR序批式反應(yīng)器技術(shù)進(jìn)行深度處理，可使廢水達(dá)標(biāo)排放。陳海波等［25］用臭氧－曝氣生物濾池技術(shù)對(duì)化學(xué)氧化和生物氧化技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，先用臭氧氧化預(yù)處理廢水，對(duì)難降解有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)加以轉(zhuǎn)化，從而提高廢水的可生化性，然后再用生物處理技術(shù)進(jìn)一步將其礦化，該技術(shù)將化學(xué)氧化和生物氧化技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使處理成本大大降低，通過(guò)后續(xù)的生物處理保證了處理的高效性。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)再造煙葉廢水深度處理技術(shù)的研究較少，尤其是高效處理技術(shù)研究更少?？紤]到造紙法再造煙葉廢水與制漿造紙廢水的共性，可以參考制漿造紙廢水深度處理技術(shù)對(duì)再造煙葉廢水進(jìn)行深度處理。

4 結(jié)語(yǔ)

造紙法再造煙葉現(xiàn)已成為煙草行業(yè)不可缺少的主要原料之一，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量高色度的廢水給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染問(wèn)題。造紙法再造煙葉廢水的處理必須同時(shí)兼顧到經(jīng)濟(jì)性、有效性和合理性，物理化學(xué)處理方法易帶來(lái)二次污染，相比之下，生物處理技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，未來(lái)將成為造紙法再造煙葉廢水處理的一個(gè)重要研究方向。

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Study on Treatment of Reconstituted Tobacco Paper Wastewater

CHEN Zheng－chun1，LI Jun3，F(xiàn)ENG Wen－Chao2，3，JI Ya－wen2，3，ZHU Hong－qin2，3，LIU Xu－qiang2，3

（1.Yunnan Reconstituted Tobacco Smoke Limited Liability Company，Kunming 650106，China；2.School of Chemical Engineering，Kunming University，Kunming 650500，China；3.Yunnan Reascend Tobacco Technology（Group）Co.，Ltd.，Kunming 650106，China）

From three aspects of the physical chemical，biochemical and advanced treatment methods，the research progress of treatment of reconstituted tobacco paper wastewater was summarized.

paper making method；reconstituted tobacco；wastewater treatment

X798

A

1004-275X（2014）04-0026-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.007

收稿：2014-01-10

中國(guó)煙草總公司資助項(xiàng)目（110201201020（ZZ－01））“云南昆明造紙法再造煙葉生產(chǎn)線技術(shù)升級(jí)”。

陳正春（1975－），男，主要從事分析檢測(cè)、質(zhì)量管理。

*通信聯(lián)系人：馮文超，男，碩士研究生，主要從事精細(xì)化學(xué)品方面研究。Email：fengwenchao＠gmail.com